Литий-полимерные аккумуляторы

Советы по использованию Lipo аккумуляторов

Во время полета можно измерять напряжение разными способами (англ).

Рабочая температура

LiPo аккумуляторы лучше всего работают при температуре 30 — 60 градусов по Цельсию.

Низкая температура сильно ухудшает характеристики аккумуляторов: уменьшается максимальный разрядный ток и емкость. Обычные характеристики полетов в зимний период времени: «уменьшилось полетное время», «нет мощи», «нет рывка», «большое падение напряжения».

Так что перед важным полетом, для улучшения характеристик, лучше подогреть аккумуляторы до 30-35 градусов (хотя бы просто положите их в карман)

Дискуссия на тему: влияния температуры на характеристики аккумулятора (англ).

Помимо низкой температуры, литиевые аккумуляторы не любят и высокую. При температуре 60 градусов и выше они начинают взбухать, и могут даже загореться.

Когда приземляться?

Самый часто задаваемый вопрос от новичков: «при каком напряжении аккумулятора лучше приземляться?». Я бы сказал при напряжении 3,5-3,6 Вольт. Литиевые аккумуляторы нельзя разряжать до 0, в них всегда должна оставаться какая-то энергия.

График ниже это объясняет. По мере разряда, напряжение на аккумуляторе падает не линейно (черная линия), оно резко падает в районе 3,5-3,6 вольт на банку. И если вы все еще не приземлились, риск переразряда аккумулятора сильно увеличивается.

Перезаряд аккумулятора вызовет необратимые изменения в аккумуляторе и сократит срок его службы.

Как хранить литиевые аккумуляторы?

Если вы планируете довольно долго не использовать аккумуляторы (неделю или больше), то нужно:

• перевести их в режим хранения, напряжение 3,8-3,85В на банку
• убрать их в специальный защитный пакет
• хранить при комнатной температуре

При напряжении 3,8-3,85 Вольт, емкость аккумулятора примерно составляет 40-50%, и это наиболее стабильное состояние аккумулятора. Вот почему все новые аккумуляторы приходят наполовину заряженными.

Долгое хранение полностью заряженных аккумуляторов не только не безопасно, но еще и ведет к их деградации. Если вы летаете каждые несколько дней, то это не проблема.

Что делать с переразряженными аккумуляторами?

Если аккумулятор разряжен слишком сильно, в нем происходят необратимые изменения, которые сильно ухудшают его характеристики. Однако, если вы достаточно быстро сможете зарядить посаженный аккум, то скорее всего ничего страшного с ним не случится.

Частенько зарядники отказываются заряжать переразряженные аккумуляторы. Мой совет — выкинуть такие аккумуляторы. Однако есть несколько способов попытаться оживить их (англ), но их использование — на ваш страх и риск.

Путешествуем с LiPo

Большинство авиакомпаний и аэропортов разрешают проносить литиевые аккумуляторы в качестве ручной клади. Пара моментов, которые лучше учесть заранее:

• проверьте правила перевоза Lipo аккумуляторов в выбранной авиакомпании
• не сдавайте аккумуляторы в багаж
• держите аккумы в режиме хранения
• замотайте разъемы изолентой и храните их в огнестойких защитных пакетах
• никогда не путешествуйте с поврежденными аккумуляторами!

Более подробно можно прочитать в статье на английском.

Что делать, если аккумулятор загорелся/задымился?

• Не паниковать, отсоединить все разъемы
• Наиболее эффективный и экономичный способ — закопать в песок
• Просто ждите пока прогорит и остынет, старайтесь не дышать дымом
• НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ВОДУ

Как работают литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы в смартфонах

Li-ионные модели проявили себя только в 90-годы. Тогда, впервые их начала использовать в своих гаджетах компания Sony. Со временем производство полностью перешло на использование этой разновидности. Стали они такими популярными за счёт своей хорошей ёмкости и относительно невысокой цены производства.

Поголовно во всех других моделях был эффект памяти, который мешал долгой эксплуатации. Li-ion источники питания практически полностью искоренили эту проблему. Сконструирована модель из положительных и отрицательных электродов.

Разделяет их электролитический раствор, который имеют свойство проводить электрический ток.

Именно из-за этого все виды Li-ion аккумуляторных батарей имеют одну и ту же форму. За счёт плотности электролита процесс работы чем-то схож с автомобильными аккумуляторами, совместно с обычными батарейками.

Li-полимерный аккумуляторные батареи появились после литий-ионных и представились как замена. Главная отличительная особенность, отсутствие электролита. Конструкция идентичная, только вместо электролита используется твёрдое, гелевое вещество, которое способно изменять форму.

Из-за своего дорогого производства, используется во флагманах — современных и дорогих гаджетах. Также чаще стал применяться в электрокарах и ноутбуках.

Аккумуляторы для телефонов.

Приступаем к восстановлению

После того как вам уже известна из вышеизложенного «физика» и «химия» работы ЛИА и его начинка, вы сможете самостоятельно выбрать один из способов для лечения своей батареи, а также оценить «разумность» нижеприведённых методов.

Избавляемся от газов

Нам уже известно, что при неправильной эксплуатации внутри «банки» могут образовываться газообразные вещества.

Суть этого способа состоит в том, что от них нужно избавиться. Для этого сначала снимают верхний блок (контроллер), потом прокалывают обнаруженный колпачок, а затем прижимают к твёрдой поверхности каким-то прессом для высвобождения газов.

После этого заклеивают отверстие эпоксидной смолой и возвращают на место контроллер.

Но перед тем как оживить аккумулятор телефона таким образом помните об ожидаемых опасностях этого способа:

• Повреждение устройства чрезмерным воздействием;
• Повреждение электроники под колпачком;
• Возможность взрыва (самовозгорания) при замыкании катода с анодом.

Демонтировав контроллер, вы сможете выпустить накопившиеся внутри батареи газы

Кратковременный «возврат» ёмкости

Ненадолго оживить батарею можно если провести «оживление» с помощью блока питания на 5–12 Вольт, резистора от 330 до 1000 Ом и мощностью не менее 500 мВт.

Для этого контакты блока питания соединяют с контактами ЛИА: минус к минусу, а плюс к плюсу через резистор, полярность которого проверяется мультиметром. Время потребления — не более двух-трёх минут.

Используем холодильник

Следуя этому нехитрому способу, восстановление аккумулятора проводится так:

извлечённый из смартфона аккумулятор нужно поместить в холодильник на время от двадцати до тридцати минут, предварительно поместив в полиэтиленовый пакетик. Затем подключить на одну минуту к зарядке, а потом подождать пока он не прогреется до температуры помещения.

Якобы после этих манипуляций его можно будет использовать как обычно.

Способ заряд-разряд

Этот метод нужно было бы назвать способом реанимации аккумулятора для школьника пятого класса.

По мнению популяризаторов этого «прикола» «привести в чувство» батарею телефона можно путём «несколькократного» (количество раз не указывается) стопроцентного заряда и последующего полного разряда батареи. Для разряда советуют воспользоваться какой-либо ресурсоёмкой игрой или утилитой AnTuTu, каждый раз для этого извлекая и вставляя обратно в мобильник.

Остаётся непонятным каким образом батарея будет заряжаться несколько раз до 100 процентов если она уже находится в нерабочем состоянии?

«Дикий» метод восстановления

Заключается этот «манёвр» в том, что после снятия защитного контроллера нужно замкнуть между собой каким-либо металлическим предметом выводящиеся клеммы-токосниматели. После этого контроллер возвращается на место.

При этом добавляется ещё один многозначительный момент — в начале процедуры почему-то нужно отклеить наклеечку с техническими характеристиками ЛИА. Вот уж поистине «танцы с бубном»!

Раскачиваем ЛИА, отключённый контроллером

Для предотвращения глубокого разряда литий ионные аккумуляторы снабжены контроллером, который погружает его в «отключку». В таком случае при замере напряжения на его клеммах перед контроллером — можно обнаружить значение около 2,5 вольт. Значит, батарея ещё жива!

Для этого сначала отключается (отпаивается) схема защиты.

«Банка» подключается к универсальному устройству для заряда-разряда (например, Turnigy Accucell 6). При этом прибор сам отслеживает процесс и восстановление проходит под его контролем.

Реанимация ЛИА проходит под управлением специального устройства

Кнопкой «TYPE» выбирается программа заряда «Li-Po», ведь наш ЛИА на 3,7V.

С помощью коротких нажатий «СТАРТ» выбираются параметры заряда. Для Li-ion — значение 3,6 V, для Li-pol — 3,7 V.

Нужно выбрать для параметра значение «AUTO», так как в нашем случае заряд не начнётся из-за низкого заряда батареи.

Ток заряда нужно устанавливать на уровне десяти процентов от ёмкости аккумулятора (в нашем случае 150 mA). Значение устанавливается кнопками «+» и «-».

При достижении заряда в батарее 4.2 V устройство будет переведено в режим стабилизации напряжения, а по завершении процесса раздастся звуковой сигнал, а на дисплее будет сообщение «FULL».

И напоследок видео о том, как не нужно восстанавливать батареи

Все (+) и (-) литий-ионных аккумуляторов

В 70-ом году прошлого века о Li-ion АКБ стали известны. Чтобы повысить уровень электроэнергии, в такую батарею устанавливался анод лития. Благодаря ему эксплуатация изделия увеличивалась, но возникала другая проблема: при перегревании катода могло произойти воспламенение аккумулятора.

Спустя определенный период времени этот дефект был заменен ионами металла, существенно снизив опасность возгорания батареи.

Литий-ионные аккумуляторы и ныне пользуются немалой популярностью у покупателей. Они испытаны временем, число зарядов/разрядов по циклу у них многочисленно.

Обладая слабым «эффектом памяти» и легким весом, аккумуляторы li-Ion обретают свою нужность во многих портативных и автономных устройствах. К примеру, li-ion-ные батарейки для техники быту, источники для тяги электроэнергии с высокой эффективностью.

Присутствуют у литий-ионных батареек и свои изъяны, которые в принципе могут легко компенсироваться умением накапливать энергию, благодаря высокой плотности.

Перечислим некоторые из них:

• относительно дорогие;
• продолжительные разряды губительны для них;
• работают хуже в жару;
• при температурах со знаком «минус»могут сойти на нет («погибнуть»);
• при нарушении герметичности становятся взрывоопасными;
• теряют емкость как при перегреве, так и при использовании на морозе.

Хранение литий-ионных Li-ion батарей и аккумуляторов.

Хранение батарей в прохладном месте замедляет процессы старения литий-ионных батарей так же, как и батарей других типов. Производители рекомендуют хранить батареи при температуре 15 градусов. При этом батареи должны быть подзаряжены.

Для литий-ионных батарей не рекомендуется длительное хранение. Более того, в процессе хранения они должны быть подвержены ротации. То есть их следует периодически переворачивать. При покупке батареи потребитель должен быть предупрежден производителем о сроке ее замены. К сожалению, информация о дате выпуска часто кодируется среди цифр серийного номера или отдельно, что не позволяет конечному потребителю определить дату выпуска без использования справочной литературы.

Производители постоянно работают над улучшением качества литий-ионных аккумуляторных батарей. Примерно каждые полгода они используют новые или улучшенные химические составы. При таких темпах сложно, а подчас и невозможно уследить за данными об изменениях в сроке хранения и эксплуатации.

Литиевые аккумуляторы с полимерным электролитом (LPB, ЛПА)

Как уже отмечалось выше, литий имеет самую высокую теоретическую плотность энергии, однако его использование в виде металла в качестве анода затруднено из-за дендритообразования в процессе циклирования. Дендритообразование рассматривается как один из главных факторов, который делает литиевую вторичную батарею подверженной взрыву и воспламенению. В процессе взаимодействия литиевого металлического анода с органическим апротонным электролитом на его поверхности образуется межфазная пленка. Структура этой пленки определяет безопасность и ресурс литиевой вторичной батареи. Концепция литиевого аккумулятора с твердым полимерным электролитом (ЛПА) заключалась в том, чтобы найти способ использовать литиевый анод настолько безопасно, насколько это возможно. В ЛПА полимерный электролит действует и как сепаратор, и как электролит, обеспечивающий высокое качество пленки на литиевом металлическом аноде. Принцип, лежащий в основе этой концепции ЛПА, состоит в том, что плотный и однородный полимерный электролит является идеальным для межфазной пленки и поэтому может предотвращать формирование и рост дендритов. Было обнаружено, что ряд полимеров, например комплекс полиэтиленоксида (PEO) и литиевой соли, обладают ионной проводимостью. И, таким образом, концепция полимерного электролита стала реальностью. Технология производства подобна таковой для ПЛИА за исключением того, что в качестве материала анода используется металлический литий. Внедрение проходило с трудом, что было связано с низкой ионной проводимостью использованных полимеров и не позволяло производить разряд требуемыми токами. Сейчас многие компании работают в этом направлении и добились ощутимых успехов.

На первых порах ЛИА характеризовались:

• малыми токами;
• малыми емкостями;
• высокими ценами;
• усложненным аппаратурным использованием, связанным с вопросами обеспечения безопасной эксплуатации.

Поэтому ранее считалось, что ЛИА хороши и перспективны только для малогабаритных систем с относительно низким током разряда, причем в области ценонезависимых применений. Однако в настоящее время ситуация резко меняется.

Прогнозируется, что рынок ставших традиционными применений портативной электроники и послуживший в свое время импульсом для развития литий-ионной системы, будет развиваться не очень интенсивно в стоимостном выражении. Количественное возрастание объемов будет компенсироваться снижением цены за Вт·ч. Рост рынка ЛИА всецело будет определяться возможностями новых поколений этих аккумуляторов. Наиболее существенный рост стимулируется новыми применениями (рис. 5, табл. 5), которые могут учетверить существующий сегодня рынок (на конец 2005 г. он оценивался в $7 млрд).

Рис. 5. Современный и будущий рынок малогабаритных аккумуляторов
Таблица 5. Проникновение ЛИА в массовые сектора рынка (Takeshita market report)

На подходе также решение вопроса о применении ЛИА и в других стратегических областях, требующих больших емкостей и больших разрядных токов (тяговые и стартерные режимы). Это касается в первую очередь электромобилей и железной дороги, стационарных объектов телекоммуникаций, авиационного, космического, подводного и ряда других применений, в частности робототехники, которая, возможно, окажет такую же определяющую роль в развитии аккумуляторной промышленности, как в свое время сотовая телефония.

Устройство аккумулятора Li-ion

Первые модели серийных аккумуляторов на основе лития стали появляться еще в начале 1990 годов. Однако в качестве активного электролита тогда использовался кобальт и марганец

В современных же литий-ионных батареях важно не столько вещество, сколько конфигурация его размещения в блоке. Такие аккумуляторы состоят из электродов, которые разделяются сепаратором с порами

Масса сепаратора, в свою очередь, как раз и пропитывается электролитом. Что касается электродов, то их представляет катодная основа на алюминиевой фольге и медный анод. Внутри блока катод и анод соединяются между собой клеммами-токосъемникам. Обслуживание заряда выполняет положительный заряд ион лития. Этот материал выгоден тем, что располагает способностью легко проникать в кристаллические решетки других веществ, формируя химические связи. Впрочем, положительных качеств таких батарей все чаще оказывается недостаточно для современных задач, что и обусловило появление элементов Li-pol, которые имеют немало особенностей. В целом же стоит отметить и сходство литий-ионных источников питания с гелиевыми полноформатными АКБ для автомобилей. В обоих случаях батареи разрабатываются с расчетом на физическую практичность в использовании. Отчасти это направление развития продолжили и полимерные элементы.

FAQ

Почему они вздуваются?

Потому что банки герметично закрыты и газу некуда выйти. Как правило они вздуваются при физическом повреждении и при неправильной эксплуатации, что вызывает повышенное выделение газа.

Как избежать вздутия?

• Не переразряжайте — используйте вольтметры, сирены и прочите предупреждающие системы
• Не перегревайте, не оставляйте их на солнце, или рядом с источником тепла
• Никогда не перезаряжайте — правильно настройте зарядник, следите за аккумуляторами в процессе заряда
• Храните правильно, как описано выше

Нужно ли «раскачивать» аккумуляторы?

Раскачка аккумуляторов — спорная тема. Идея в том, что для новых аккумуляторов нужно провести несколько циклов медленного заряда и разряда, прежде чем полноценно использовать их. Лично я пробовал так поступать, но не заметил разницы.

Литий-ионные Li-ion аккумуляторы разных конструкций.

В последние годы появилось несколько типов литий-ионных батарей, различающихся по конструкции. В оригинальных батареях Sony в качестве материала отрицательных пластин применялся кокс (продукт переработки угля). С 1997 года в большинстве литий-ионных батарей различных производителей (в том числе и Sony) наметилась тенденция к использованию графита.

Графитовые пластины позволяют обеспечить более плоскую характеристику напряжения разряда, чем при использовании пластин на основе кокса. В результате аккумуляторные батареи с графитовыми пластинами имеют напряжение конца разряда 3 В на элемент против напряжения конца разряда 2,5 В на элемент для батарей с пластинами из кокса. Кроме того, при использовании в батареях графитовых пластин достижим более высокий ток разряда. Они меньше нагреваются и обладают меньшим саморазрядом.

Устройство литий-ионного Li-ion аккумулятора в цилиндрическом корпусе.

В качестве положительных пластин литий-ионных батарей применяют сплавы лития с кобальтом или марганцем. И если пластины из литие-кобальтового сплава служат дольше, то литие-марганцевые пластины значительно безопасней и «прощают» ошибки при эксплуатации.

Небольшие призматические литий-ионные аккумуляторные батареи для мобильных телефонов с литие-марганцевыми пластинами имеют встроенные термопредохранитель и термодатчик. Кроме того, их производство удешевляет применение упрощенной схемы защиты, более низкая стоимость сырья, чем для производства батарей с литие-кобальтовыми пластинами.

Процесс заряда литий-ионного Li-ion аккумулятора.

Что касается экологической безопасности, литий-ионные батареи значительно безопаснее аккумуляторных батарей на основе свинца или кадмия. А среди литий-ионных батарей наиболее безопасны батареи, в которых используется марганец.

Несмотря на все преимущества, такие батареи обладают и недостатками. Они хрупкие и требуют применения специальных схем защиты для обеспечения безопасной работы. Схема защиты, встроенная в корпус батареи, ограничивает пиковое напряжение на каждом элементе в процессе заряда и предупреждает падение напряжения ниже допустимого значения при разряде.

Кроме того, эта схема ограничивает зарядный и разрядный токи. Обеспечивает мониторинг температуры батареи, чтобы избежать перегрева. В целом предохранительные меры предупреждают образование металлического лития при перезаряде, опасность вентиляции с выбросом пламени или взрыва.

Особенности эксплуатации и зарядки

Аккумуляторные батареи, созданные на основе замены жидкого электролита на гелеобразный как самостоятельные источники питания требуют к применению некоторые правила зарядки и безопасной эксплуатации.

Зарядка li pol аккумуляторов

Среднее время на восполнение номинального значения напряжения и тока составляет не более двух часов. При этом устройство должно контролировать подаваемые параметры при окончании зарядки, допустимые отклонения не более 0,01 В.

Современные производители предлагают два основных вида зарядных устройств:

• Простые. Имеют незначительную стоимость и предназначены для восполнения заряда только литиевых батарей.
• Универсальные. С их помощь можно зарядить любой вид аккумуляторов, но имеют повышенную стоимость.

Простые устройства в своей конструкции имеют специальные световые индикаторы. Основные параметры устанавливаются при помощи переключателей на панели прибора. С их помощью можно выставить значение тока зарядки, а также количество банок в батарее. Некоторые изготавливаются с несколькими ячейками, имеющих разные параметры восполнения заряда. Дешевые зарядники не способны четко контролировать показания конечного напряжения.

Наиболее дорогие, универсальные устройства способны контролировать целый ряд параметров при зарядке аккумуляторов с полимерным электролитом. На информационный экран выводятся реальные показания напряжения, тока и емкости. Прибор весь период восполнения заряда контролирует сам, необходимо только ввести значение тока и число банок в аккумуляторе.

Безопасная эксплуатация литий полимерных аккумуляторов

Ответственное отношение при использовании батарей данного вида убережет от возможного выхода из строя и их механического разрушения. В ходе эксплуатации необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• значение напряжение выше 4,2 В может пагубно сказать на работоспособности источника питания;
• запрещается допускать возникновения замыкания полюсов между собой напрямую;
• не допускается работа под нагрузкой, которая может привести к нагреву батареи выше 60 градусов;
• при разгерметизации аккумулятор повредится и выйдет из строя;
• запрещается разряжать элемент питания до значения ниже 3 В;
• перед хранением без нагрузки необходимо полностью зарядить батарею.

Если не соблюдать описанные правила, то использование полимерных аккумуляторов может привести к критическому снижению собственной емкости, а также к самовоспламенению батареи. Для снижения вероятности возникновения неисправности рекомендуется соблюдать несколько советов от производителей источников питания:

• в первую очередь нужно купить оригинальное зарядное устройство, либо аналог с соответственными характеристиками;
• при зарядке применять специальные разъемы, предотвращающих возникновение короткого замыкания;
• правильно заряжать литий полимерный аккумулятор, контролировать основные параметры, корректно выставлять необходимые значения.

При нагреве выше 60 градусов внутри устройства происходят неотвратимые реакции, при которых внутренняя энергия переходит в тепло. В ходе роста накопленного тепла может произойти воспламенение, либо взрыв батареи. Попадание воздуха может также разрушить полимерный источник питания.

Заключение

Учитывая, какими темпами двигается технический прогресс в области
электрохимии, можно предположить, что будущее за литий-полимерными
аккумуляторами — если их не догонят топливные элементы. По мере
повышения спроса на аккумуляторы и увеличения объема их выпуска цена
будет неизбежно падать, и тогда литий станет, наконец, также
распространен, как NiMH. На Западе это время уже полгода как наступило,
по крайней мере, в Америке. Популярность электролетов с
литий-полимерными аккумуляторами все растет. Хочется надеяться, что
бесколлекторные моторы и контроллеры к ним тоже подешевеют, но в этой
области прогресс снижения цен движется менее стремительно. Ведь всего
два года назад задавался в форуме вопрос — «А кто- нибудь реально летает
на brushless?». А про литиевые аккумуляторы тогда упоминания не было
вообще…

В общем, поживем — увидим.