Lipo аккумулятор... Что это ?!

02-07-2014
Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) мы получили возможность использовать литиевые аккумуляторы. При сравнимом весе одного элемента они имеют большую, по сравнению с NiCd и NiMH емкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше - 3.6V/элемент вместо 1.2V. Так что для большинства приводов достаточно батареи из двух или трех элементов.

Среди литиевых аккумуляторов различают два основных типа - литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (LiPo, Li-Po или Li-Pol). Разница между ними – в типе используемого электролита. В случае LiIon – это гелевый электролит, в случае LiPo – специальный полимер, насыщенный литийсодержащим раствором. Но для использования в силовых установках приводов наибольшее распространение получили литий-полимерные аккумуляторы, так что в дальнейшем разговор пойдет именно о них. Впрочем, жесткое разделение тут весьма условно, так как оба типа отличаются в основном используемым электролитом, и все, что будет сказано про литий-полимерные аккумуляторы, практически в полной мере относится и к литий-ионным (заряд, разряд, особенности эксплуатации, техника безопасности).
С практической точки зрения нас волнует только тот момент, что литий-полимерные аккумуляторы в настоящий момент обеспечивают более высокие разрядные токи. Поэтому на страйкбольном рынке в качестве источника энергии для электродвигателей приводов, в основном, предлагают именно их.

Литий-полимерный аккумулятор (Li-pol или Li-polymer) — это более совершенная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике и пр.
Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток в 10 и даже 45 раз превышающий численное значение ёмкости. Они широко применяются как аккумуляторы для радиоуправляемых моделей, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях.

Преимущества
* Большая плотность энергии на единицу объёма и массы;
* Низкий саморазряд;
* Толщина элементов от 1 мм;
* Возможность получать очень гибкие формы;
* Незначительный перепад напряжения по мере разряда.

Недостатки
* Количество рабочих циклов 300- 500, при разрядных токах в 2С до потери емкости в 20% (для сравнения: NiCd- 1000 циклов, NiMH – 500, LiFePO4 - 2000).
* Аккумуляторы пожароопасны при перезаряде и/или перегреве. Для борьбы с этим явлением все бытовые аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда. По этой же причине требуют специальных алгоритмов зарядки (зарядных устройств).
* Старение:
Литиевые аккумуляторы "стареют", даже если не используются, а просто лежат на полке. Через 2 года батарея теряет около 20% ёмкости.
Литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы снижают ёмкость, в отличие от никелевых и никель-металл-гидридных, под воздействием заряда. Чем больше заряд аккумулятора, тем меньше срок его службы. Хранить их лучше заряженными на 40-50%, и температуре 0-10 градусов.
Глубокий разряд полностью выводит из строя литиево-ионный аккумулятор. Оптимальные условия хранения Li-ion аккумуляторов достигаются при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются, а просто лежат на полке. Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор "про запас" или чрезмерно увлекаться "экономией" его ресурса. При покупке обязательно посмотрите на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе. В случае, если с момента изготовления прошло более двух лет, лучше воздержитесь от покупки.
Все что идет до цифры 2000 -- это название фирмы изготовителя или торговая марка.
* 2000 mAh - это емкость аккумулятора.
* 2S1P - 2S это количество батарей в сборке. Каждая батарея имеет напряжение около 3.7 вольта, так что напряжение такого аккумулятора равно 7.4 вольта. 1P - это количество сборок. То есть если взять 2 одинаковых аккумулятора, соединить их "изолентой" и спаять силовые провода параллельно (плюс с плюсом, а минус с минусом) то мы получим удвоение емкости, обозначается такая батарея 1000 2S2P и фактически равняется в эксплуатации 2000 2S1P. Обычно используют только одинарные сборки, поэтому 1P не говорят и не пишут.
* 20C - максимальный ток разряда, измеряется в емкостях батарей.

Что бы посчитать сколько LiPo сможет отдать ампер при загрузке двигателем необходимо умножить Емкость на количество С и разделить на 2000 (так как емкость указана в миллиампер/часах). Максимальный ток данной батареи будет равен 50 Амперам. Для 2200 20С - 44 ампера, 1200 30С = 36 Ампер и так далее.

Зарядка LiPo батарей

LiPo батареи очень критичны к зарядке, их нельзя перезаряжать, иначе они могут воспламениться.
Для зарядки необходимо использовать специальные зарядные устройства с балансиром (контролирует заряд каждой банки аккумулятора отдельно).
LiPo батареи заряжают током 1С (если только другое не указанно на самой батарее, в последнее время появились с возможностью зарядки током 2 и 5C). Штатный зарядный ток рассматриваемой батареи 1 Ампер. Для батареи 2200 - будет 2.2 ампера и тд.

Существует довольно большое разнообразие зарядных устройств для LiPo аккумуляторов, мы же остановимся лишь на наиболее «достойных». Все зарядные устройства, перечисленные ниже, заряжают Li-ion, LiPo, LiFe, NiMh, NiCd, Pb и новый стандарт 123:


Turnigy - это клоны зарядных устройств известного бренда IMax. Отличие только в удешевленном производстве и более дешевых электронных компонентах.
Сами IMax`ы стоят по дороже.
IMAX B6 Charger/Discharger 1-6 Cells (GENUINE)
Genuine IMAX B8+ Charger/Discharger 1-8 Cells
К всем зарядным устройствам, кроме первой, вам понадобиться блок питания. Можно использовать компьютерный, от ноутбука:
12V 5A 110/240V 50/60Hz Power Supply
"На выезде" -- можно подключать зарядное устройство к аккумулятору автомобиля.
С помощью разветвителей Twin pack charge lead (2 x 3S)6S и Twin pack charge lead (2 x 3S)6S w/ XT60 можно заряжать пару одинаковых 3S батареи на зарядном устройстве с поддержкой 6S. При умелом "приложении рук", такой разветвитель можно переделать для зарядки пары 2S батарей.
Компьютеризированный "зарядник" производит балансировку батареи (выравнивание вольтажа на каждой банке батареи) во время зарядки. Хотя можно заряжать 2S батареи и без подключения балансировочного кабеля (белый разъем на фото) настоятельно рекомендуется подключать балансировочный разъем всегда! 3S и большие сборки заряжать только с подключенным баланировочным проводом! Если вы не подключите и одна из банок наберет больше чем 4.4 вольта, то вас ждет незабываемыйфейерверк!
Можно обезопасить себя и заряжать в спецпакетах - они не сгораемые и специально предназначены для снижения вреда в случае возгорания LiPo батарей

Продолжаем рассказ про зарядку LiPo аккумуляторов.

Обычно быстро заливается в аккумулятор около 90% емкости, а потом начинается дозаряд с балансировкой банок. Более заряженные и подошедшие к пределу шунтируются и заряд идет на оставшиеся банки. Именно поэтому на ней можно заряжать пару 3S батарей как одну 6S.

Эксплуатация LiPo

Разряжать аккумулятор LiPo ниже чем на 3 вольта на банку не рекомендуется - может "умереть". Для своевременного предупреждения разряда часто используют звуковые индикаторы:
Hobby King Battery Monitor 2S
Когда аккумулятор подходит к границе индикатор начинает попискивать, сначала редко, потом чаще.
При потреблении мотором тока больше того, что может отдать аккумулятор, LiPo норовит вздуться и "умереть". Так что за этим надо следить строго! Используйте ваттметры для контроля:

Battery Monitor 2-6S
Достаточно замерить один раз для каждой имеющейся пружины и просто знать сколько ампер мотор "кушает" на данной пружине.

При эксплуатации есть еще один нюанс - наша батарея 2000mAh 15С (min). По идее -- отдает 30А. Моторы обычно позволяют превышать рекомендуемые токи на 20%.
Реально долго держать максимальную токоотдачу батареи -- не слишком хорошо. К примеру, есть случаи, когда 2200мА/ч, 20С отдает ток в 44А всего в течении 2-3 минут, потом идет "просадка" напряжения, хотя по расчетам обязана отдавать не менее 5 минут.
Так что, при выборе LiPo батареи, нужно обращать внимание на максимальный ток, заявленный для выбранного двигателя и, учитывать запас.
Так, для мотора, который "кушает" 8-12А, вполне подойдет 1000mAh 20С, а вот для 16-18А нужно подбирать либо с большей токотдачей, например 25-30С, либо взять аккумулятор большей емкости, например 1600 20С.
Сейчас в свободой продаже есть батареи nano-tech с токоотдачей 25-50С.

В эксплуатации LiPo аккумуляторов существует несколько важных моментов, на которые настоятельно рекомендуется обратить внимание. Перечислим их в порядке убывания опасности:
1. Заряд до напряжения, превышающего 4.20 вольт/банку.
2. Короткое замыкание аккумулятора.
3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагревающими аккумулятор выше 60°С.
4. Разряд ниже напряжения 3.00 вольта/банку.
5. Нагрев аккумулятора выше 60°С.
6. Разгерметизация аккумулятора.
7. Хранение в разряженном состоянии.

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, всех остальных - к полной или частичной потере емкости.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

Чтобы не было пожара, надо иметь нормальное зарядное устройство и правильно выставлять на нем число заряжаемых банок. Необходимо, также, использовать разъемы, исключающие возможность короткого замыкания батареи и контролировать ток, потребляемый мотором на «полном газу». Кроме того, не рекомендуется в приводе закрывать аккумулятор со всех сторон от поступления потока воздуха, а если это невозможно, то следует предусмотреть специальные каналы для охлаждения.

В случаях, когда ток, потребляемый двигателем, составляет более 2С, а аккумулятор в приводе закрыт со всех сторон, после 5-6 минут (непрерывной) работы мотора следует его остановить, а затем вытащить и потрогать аккумулятор - не слишком ли горячий. Дело в том, что после нагрева выше определенной температуры (около 70 градусов) в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло и аккумулятор буквально растекается, поджигая все, что может гореть.

Если замкнуть почти разряженный аккумулятор, то пожара не будет, он тихо и мирно "умрет" из-за переразряда... Отсюда следует второе важное правило: следите за напряжением в конце разряда аккумулятора и обязательно отключайте аккумулятор после работы!
Если забыть о подключенном аккумуляторе на сутки-другие, то окажется, что с ним можно попрощаться - не любит литий глубокого разряда.

Разгерметизация – еще одна причина выхода литиевых аккумуляторов из строя, поскольку внутрь элемента не должен попадать воздух. Это может произойти при повреждении внешнего защитного пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки), в результате удара или повреждения острым предметом, или при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод - не ронять с большой высоты и паять аккуратно.

Хранение

Хранение аккумуляторов, судя по рекомендациям производителей, следует производить в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температурах не выше 20°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно сказывается на сроке службы - как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.


Режим "хранение"

На компьютеризированном зарядном устройстве можно перевести LiPo в режим хранения, при этом заряд батареи будет доведён до 3,85В на банку. Полностью заряженные батареи при хранении более 2-х месяцев (может и меньше) дохнут. Проверенно на личном опыте. Говорят что и полностью разряженные тоже, но за больший срок.
Кто-то хранит аккумуляторы в пластиковом чемоданчике -- это удобно. Кто-то хранит и носит "в поле" в вышеупомянутых пакетах...
LiPo -- это обычная батарейка и если не замыкать контакты и не пробивать ее насквозь, то она не принесет никаких неприятностей при хранении и транспортировке.

Подготовка LiPo к эксплуатации

Подготовить LiPo к эксплуатации очень просто - просто зарядите ее и все!
Данный тип батареи не имеет эффекта памяти (не нужно доразряжать перед новой зарядкой), не требуется циклировать - делать циклы заряд-разряд перед эксплуатацией.
Если вы заряжаете "в поле", то стоит поискать аккумуляторы с ускоренной зарядкой, на них пишут Fast charge 2С или 5С, так например вышеупомянутые nano-tech имеют 15C на зарядку. По идее, их можно заряжать током 33 Ампера!
Зарядное устройство, которое имеет максимальны ток зарядки 5А, позволяет сократить зарядку с 50 минут до 20!

Итак, подчеркнем еще раз самые важные моменты, связанные с использованием литий-полимерных аккумуляторов:

Используйте нормальное зарядное устройство.
Применяйте разъемы, исключающие возможность замыкания батареи.
Не превышайте допустимые токи разряда.
Следите за температурой аккумулятора при отсутствии охлаждения.
Не разряжайте аккумулятор ниже напряжения 3V на банку (не забывайте отключать аккумулятор после игры!).
Не подвергайте батарею ударам.
▲ Вверх