Базовое руководство по литий-полимерным батареям

Автор перевода: Владислав Ярополов.

Технология литиевых аккумуляторных элементов, литий-полимерных (Li-poly или LiPo) и литий-ионных (Li-ion), полностью отличается от более широко используемых NiCd и NiMH. Существует множество вещей, которые следует учитывать перед использованием литиевых элементов для моделей. Но нет ничего более важного, чем безопасность. Хотя со всеми элементами следует обращаться с осторожностью из-за высокой энергии, которую они содержат при полном заряде, но литиевые элементы имеют наибольшую плотность энергии. Они также имеют некоторые уникальные свойства, что требует особо осторожного обращения. Перед обсуждением других сторон литиевых элементов, особенно важно сначала понять эти специальные требования безопасности.

1. Зарядка и меры безопасности.

ВАЖНО!

Если вы не имеете опыта обращения с аккумуляторными батареями, не используйте литий полимерные батареи.

БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЙ

Прочитайте для того, чтобы понять почему.

Литиевые элементы должны заряжаться совершенно по другому, чем NiCd или NiMH. Они требуют специального зарядного устройства, разработанного для заряда литиевых элементов. Любое зарядное устройство, которое может заряжать Li-ion элементы, может заряжать Li-Po, при соответствующем количестве элементов. Вы НИКОГДА не должны заряжать литиевые элементы с помощью зарядного устройства для NiCd или NiMH элементов. Это опасно! Заряд элементов является наиболее опасной частью использования литиевых батарей. Будьте ПРЕДЕЛЬНО осторожны, когда вы заряжаете литиевые батареи. Важно настроить зарядное устройство на правильное напряжение и правильное число элементов. Ошибка, сделанная в этом, может вызвать интенсивное возгорание батареи. Большое количество пожаров было вызвано литиевыми батареями.

ПОЖАЛУЙСТА БУДЬТЕ ОТВЕТСТВЕННЫ, когда заряжаете литиевые батареи.

Фред Маркс написал хорошее правило: "Безопасность является вопросом дисциплины" - пожалуйста не забывайте об этом.

Здесь приведено несколько ОБЯЗАТЕЛЬНЫХ правил для заряда и использования LiPo батарей:

1. Используйте только зарядное устройство предназначенное для литиевых батарей. Зарядное устройство может быть разработано для заряда Li-Ion или Li-Po батарей. Оба типа батарей заряжаются совершенно одинаково. Некоторые старые зарядные устройства могут заряжать батареи на 0,1 В меньше (4,1 В вместо 4,2 В), но это не повредит батарею.

2. Удостоверьтесь, что в зарядном устройстве установлено правильное число элементов (ячеек). Если вы не знаете, как это сделать, используйте зарядное устройство, для которого вам это известно, или не заряжайте батареи.

3. Перед зарядом новой литиевой батареи, проверьте напряжение каждого элемента батареи. Это нужно делать после каждого десятого цикла. Это является крайне необходимым потому, что несбалансированная батарея может взорваться при заряде, даже если установлено правильное число элементов (ячеек). Если элементы расходятся более, чем на 0,1 В друг от друга, тогда зарядите каждый элемент до 4,2 В, чтобы они все были равны. Если после каждого разряда батарея становится несбалансированной, тогда у вас имеется неисправный элемент (ячейка) и батарею необходимо заменить.

4. НИКОГДА не оставляйте процесс заряда без внимания. Это первая причина, по которой сгорело множество домов и автомобилей.

5. Используйте безопасную поверхность для заряда ваших батарей на тот случай, что если батареи воспламенятся, они не повредят всего остального. Вентилируемый несгораемый шкаф, диск из пирекса, камин или поверхность плиты могут быть хорошим выбором.

6. НЕ ЗАРЯЖАЙТЕ ТОКОМ БОЛЬШЕ, ЧЕМ 1C (C - емкость батареи в Ач). Известны случаи пожаров из-за нарушения этого правила.

7. Если элемент (ячейка) вздувается при заряде, НЕ ПРОКАЛЫВАЙТЕ элемент, пока он еще горячий. Поместите элемент/батарею в соленую воду и подождите, пока элемент остынет. Когда он остынет, осторожно проткните внешнюю оболочку и поместите его обратно в соленую воду. После этого элемент можно без опаски выкинуть в мусор.

8. ОЧЕНЬ ВАЖНО: если вы потерпели аварию, ваши литиевые элементы могут быть повреждены таким образом, что они имеют короткое замыкание внутри. Элемент может выглядеть совершенно нетронутым. Если вы потерпели аварию, в любом случае снимите батарею с модели и внимательно понаблюдайте за ней в течение следующих 20 минут. Несколько пожаров было вызвано тем, что поврежденные элементы были оставлены в модели и воспламенились позже.

9. Заряжайте ваши батареи в открытом вентилируемом помещении. Если оболочка батареи прорывается или взрывается, из батареи распыляются опасные испарения и материалы.

10. Храните ведро с песком поблизости от места, где вы запускаете модель или заряжаете батареи. Это дешевый способ тушения огня. Это дешево и абсолютно необходимо.

11. Осознайте, что эти батареи потенциально опасны, и не думайте: "это не произойдет со мной", как только вы так сочтете, это случится с вами и вы будете пытаться спасти ваших детей из вашего горящего дома или автомобиля. Будьте серьезны относительно этого.

Теперь, когда мы рассмотрели эти важные темы, давайте перейдем к более легким вопросам:

2. Что такое литиевая батарея?

Литий-полимерные батареи используются во многих электронных устройствах. Сотовые телефоны, ноутбуки, PDA (портативные компьютеры), слуховые аппараты - это только краткий список. Большинство, если не все, литиевые батареи не предназначены для использования в радиоуправляемых моделях, мы используем их в другом применении, для которого они не разрабатывались. Они похожи на литий-ионные батареи в том, что они имеют номинальное напряжение 3,6 В, но непохожи в том, что они не имеют твердого металлического кожуха, а скорее обладают гибким корпусом, заключающем в себе химические компоненты. "Обычная" литий-полимерная батарея представляет из себя тонкий прямоугольник с двумя плоскими контактами на вершине, один положительный и другой отрицательный. Причина, по которой мы используем литиевые элементы, состоит в том, что они намного легче, чем сравнимые NiCd или NiMH батареи, что позволяет нам запускать модели дольше и лучше.

3. Напряжение и количество ячеек (элементов):

LiPo батареи  ведут себя по-другому, чем NiCd или NiMH батареи, когда заряжаются или разряжаются. Литиевые батареи являются полностью заряженными, когда каждый элемент (ячейка) имеет напряжение 4,2 В. Они являются полностью разряженными, когда каждый элемент (ячейка) имеет напряжение 3,0 В. Важно не переходить границ как высокого напряжения 4,2 В, так и низкого 3,0 В остаточного напряжения или 2,5 В во время разряда. Переход за эти пределы может повредить батарею.

Способом обеспечения того, что вы не перейдете ниже 2,5 В во время эксплуатации, является установка напряжения отсечки LVC (low voltage cutoff) в вашем электронном регуляторе скорости ESC (electronic speed control). Важно использовать программируемый ESC, так как правильное напряжение отсечки является критическим для правильного функционирования батарей. Используйте режим программирования ESC для установки LVC в 2,5 В на элемент (ячейку) с жесткой осечкой или 3,0 В на элемент (ячейку) с мягкой отсечкой. Если ваш ESC не имеет жесткой или мягкой отсечки, используйте 3,0 В на элемент (ячейку). Вы узнаете, что пора заканчивать запуск, когда испытаете внезапное падение мощности, вызванное срабатыванием напряжения отсечки.

Если вы раньше использовали NiCd или NiMH батареи, переход на LiPo батареи приведет к использованию другого количества элементов. Если у вас было от 6 до 7 элементов NiCd или NiMH, тогда 2 LiPo элемента (ячейки) будут корректно соответствовать напряжению NiCd или NiMH элементов. Если у вас было 10-11 NiCd или NiMH элементов, тогда  3 LiPo элемента (ячейки) будут правильным выбором.

4. 10C из 3S4P?

Насколько быстро может разряжаться батарея определяет ее максимальную нагрузочную способность. Ток для батареи обычно считается в C. C определяет сколько времени занимает разряд батареи в долях часа. Например, 1C разряжает батарею за 1/1 часа или 1 час. 2C разряжает батарею за 1/2 часа или полчаса. Емкость всех батарей оценивается в mAh. Если батарея оценена в 2000 mAh и вы разряжаете ее током в 2000 mA (или 2 A, 1 А = 1000 mA), она будет полностью разряжена за 1 час. Оценка в C батарей таким образом основана на ее емкости. Элемент с емкостью в 2000 mAh разряжаемый током в 2 A, таким образом разряжается током в 1C (2000 mA x 1), а элемент эмкостью в 2000 mAh разряжаемый током в 6 A, таким образом разряжается током в 3C ( 2000 mA x 3).

Современная технология LiPo элементов не позволяет достичь таких высоких токов, как в NiCd или NiMH элементах. Из-за этого многие LiPo батареи состоят из параллельного соединения элементов для увеличения тока всей батареи. Когда 2 элемента соединены параллельно, они становятся подобными одному элементу с двойной емкостью и нагрузочной способностью. Если у вас есть два 2000 mAh элемента и вы соедините их параллельно, то вы получите такой же результат, как от одного 4000 mAh элемента. Этот 4000 mAh элемент имеет такую же оценку в C, как у исходных 2000 mAh элементов. Таким образом, если 2000 mAh элементы могут разряжаться при максимальном токе 5C или 10 A,  тогда новая 4000 mAh батарея может также разряжаться током 5C или (4000 mA x 5) 20 A. Этот метод построения батарей позволяет нам использовать LiPo батареи при более высоких токах, чем может выдерживать один элемент (ячейка).

Соглашение по маркировке, которое позволяет вам определить количество элементов (ячеек) соединенных параллельно и количество элементов (ячеек) соединенных последовательно, это метод XSXP. Число перед S означает число последовательно соединенных элементов, так 3S означает батарею с 3 последовательными элементами. Число перед P означает число параллельно соединенных элементов. Так 3S4P батарея с элементами емкостью 2100 mAh имеет общее количество в 12 элементов (ячеек) внутри. Она обладает таким же напряжением, как и любая другая 3S батарея, так как количество элементов с последовательным соединением определяет напряжение батареи. Она способна выдерживать ток в 4 раза больше, чем оценка в C отдельных 12 элементов. Скажем ваш элемент обладает максимальным током разряда в 6C. Это означает, что батарея обладает напряжением в 10,8 В (3 x 3,6 В) и максимальным током разряда в 50,4 A (2100 mAh x 6C x 4P ).

5. Общие советы по использованию.

1. Литиевые батареи плохо работают при низких температурах. Если вы использует их зимой, держите их в тепле перед использованием.
2. Не позволяйте батареям перегреваться. Попробуйте и поддерживайте температуру не выше 60-70º C. Это продлит срок службы батарей.
3. Не нагружайте батареи током, превышающим их максимальную оценку в C. Это повредит батарею и ее реальная емкость снизится. Если вы зарядите такую батарею, вы сможете зарядить ее только на 1/2 - 1/4 номинальной емкости.
4. Если вы составляете свою собственную батарею, оставляйте свободное пространство между элементами для охлаждения батареи. Это особенно важно, если вы составляете батарею, состоящую более чем из 2 элементов.
5. Некоторые LiPo элементы (ячейки) имеют алюминиевые ушки, к которым вы должны припаиваться. Обычная пайка не работает с алюминием. Вам необходимо приобрести пасту для пайки алюминия.

Вернуться к списку   Обсудить на форуме