Литий-полимерные(LiPo) аккумуляторы
Инструкция по эксплуатации и безопасности

Перед использованием элементов внимательно прочитайте и неукоснительно соблюдайте настоящую инструкцию. Некорректное использование элементов может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию, взрыву, повреждению или потере ёмкости элементов.

Общие указания

Литиевые аккумуляторы с полимерным электролитом (сокращенно LiPo-аккумуляторы) требуют особо аккуратного обращения. Это справедливо как для зарядки и разрядки, так и для хранения и других операций. При этом должны соблюдаться следующие особые указания:

Следствием неправильного обращения могут быть взрывы, воспламенение, выделение дыма и опасность отравления. Кроме того, несоблюдение инструкций и предостережений может повлечь за собой потерю рабочих качеств и другие недостатки.

Емкость аккумуляторов уменьшается с каждой зарядкой / разрядкой. Хранение при слишком высоких или слишком низких температурах также может привести к постепенному снижению их емкости. В конструкции модели, аккумуляторы после 50 циклов при соблюдении предписаний по зарядке и разрядке все еще обеспечивают 50-80% емкости нового аккумулятора, что достигается за счет высоких разрядных токов и индукционных токов двигателя. Аккумуляторные блоки нельзя включать ни последовательно, ни параллельно, так как емкости элементов аккумулятора могут быть слишком разными. Поэтому поставляемые нами аккумуляторные блоки прошли специальный отбор.

Особые указания по зарядке LiPo-аккумуляторов

Для зарядки LiPo-аккумуляторов следует использовать только разрешенные зарядные устройства с относящимися к ним зарядными проводами. Любые операции над зарядным устройством или зарядным проводом могут повлечь тяжелые последствия. При использовании зарядного провода со схемой защиты, осуществляется обязательный и полный контроль за каждым отдельным элементом аккумуляторного блока. Максимальная зарядная емкость должна ограничиваться значением, равным емкости аккумулятора, умноженной на 1,05.

П ример: Для аккумулятора на 1800 мА*ч: Зарядная емкость - 1890 мА*ч.

Количество элементов в сборке	1S	2S	3S
Номинальный вольтаж, Вольт			11,1
Номинальная емкость С, мАч	1800	1800	1800
Макс. Напряжение при заряде, Вольт			12,6
Мин. Напряжение при разряде, Вольт
Допустимый ток зарядки 1С, мАч	1800	1800	1800
Ток балансировки, мАч	1800	1800	1800

Для зарядки и разрядки LiPo-аккумулятора используйте только зарядно-разрядные устройства, которые специально рассчитаны на работу с данным типом элементов питания. Удостоверьтесь, чтобы было установлено правильное число банок, а также правильное конечное напряжение заряда и конечное напряжение разряда. При этом следуйте руководству по эксплуатации вашего зарядно-разрядного устройства.

Дополнительные указания по обращению

Заряжаемый аккумулятор во время процесса зарядки должен находиться на неломкой, жаростойкой, неэлектропроводящей подставке! Возгораемые и легковоспламеняющиеся предметы также следует держать дальше от места, где производится зарядка.

Включенные последовательно LiPo-аккумуляторы можно заряжать вместе в блоке лишь в том случае, если напряжение отдельных элементов отклоняется не более чем на 0,05 В. Если отклонение напряжения составляет более 0,05 В, то напряжение следует с максимально возможной точностью уравнять посредством зарядки или разрядки каждого элемента аккумулятора.

При этих условиях LiPo-аккумулятор можно заряжать максимум на 1C (значение 1C соответствует емкости одного элемента) зарядного тока. Начиная с макс. напряжения 4,2 В на элемент, следует продолжать зарядку при постоянном напряжении в 4,2 В, пока зарядный ток не станет меньше 0,1-0,2 A.

Следует избегать напряжения выше 4,25 В на элемент, так как в противном случае он может получить неустранимые повреждения. Чтобы предотвратить чрезмерную зарядку, следует установить значение отключения заряда на 4,1-4,5 В на элемент, что позволит увеличить срок службы аккумулятора.

После каждого процесса зарядки следует проверять, превышение допустимого напряжения в 4,2 В отдельных элементов. Должно быть одинаковое напряжение. Если напряжение отдельных элементов аккумулятора отклоняется более чем на 0,05 В, то напряжение следует уравнять путем зарядки или разрядки каждого элемента по отдельности. Чтобы предотвратить чрезмерную зарядку, после долгого использования в блоке, их следует регулярно заряжать по отдельности.

Всегда соблюдайте правильную полярность при зарядке аккумулятора. При несоблюдении полярности в процессе зарядки происходят ненормальные химические реакции, и аккумулятор приходит в негодность. Результатом этого может стать образование трещин, выделение дыма или воспламенение. Допустимый диапазон температур при зарядке и хранении LiPo-аккумуляторов составляет 0-50°C.

Хранение: LiPo-аккумуляторы следует хранить заряженными на 20% от номинальной емкости. Если напряжение элементов аккумулятора падает ниже 3 В, то их обязательно следует дозарядить. Глубокая разрядка и хранение в разряженном состоянии (напряжение элементов меньше 3 В) приводят аккумулятор в негодность.

Особые указания по разрядке LiPo-аккумулятора:

Разрядка ниже 3 В на банку причиняет им неустранимое повреждение, поэтому такую ситуации следует обязательно предотвращать. Если отдельные элементы будут отличаться по уровню заряда, то отключение регулятора в связи с пониженным напряжением произойдет слишком поздно, в результате чего отдельные элементы могут оказаться слишком разряженными.

Температура аккумулятора при разрядке не должна подниматься выше 70°С. В противном случае следует позаботиться о лучшем охлаждении или о снижении тока разряда.

Оболочка аккумулятора

Ламинированную пленкой алюминиевую фольгу можно легко повредить острыми предметами, например, иголками, ножами, гвоздями, контактами двигателя и т.п. Из-за повреждений пленки аккумулятор приходит в негодность. Поэтому аккумулятор следует вставлять в модель таким образом, чтобы аккумулятор не мог быть деформирован даже при падении или столкновении модели с другими предметами. При коротком замыкании аккумулятор может загореться.

Температуры выше 70°C также могут повредить корпус, сделав его негерметичным. Это приводит к потере электролита, аккумулятор приходит в негодность и подлежит утилизации.

Механический удар

LiPo-аккумуляторы не обладают такой механической стабильностью, как аккумуляторы в металлических корпусах. Поэтому не допускайте механических ударов, которые могут быть вызваны падением, толчками, изгибами и т.п. Ни в коем случае не режьте, не рвите, не деформируйте и не сверлите ламинированную пленкой алюминиевую фольгу, не изгибайте и не искривляйте LiPo-аккумулятор. Не оказывайте давления на аккумулятор или контакты.

Обращение с контактами:

Контакты не такие прочные, как в других аккумуляторах. Это особенно относится к алюминиевому плюсовому контакту. Контакты легко обламываются. В связи с теплопередачей нельзя припаивать внешние выводы контактов напрямую.

Соединение ячеек

Не допускается прямое спаивание элементов аккумулятора между собой.

При прямом припаивании высокая температура может повредить компоненты аккумулятора, например, сепаратор или изолятор. Подсоединения к аккумулятору могут выполняться только промышленным способом посредством точечной сварки. При отсутствии или обрыве кабеля необходим профессиональный ремонт со стороны производителя или дистрибьютора.

Общие предостережения при использовании батарей

Нельзя допускать попадания аккумуляторов в огонь или сжигать их.

Не допускайте попадания воды и других жидкостей на элементы.

Не допускайте перегрева элементов. При сильном нагреве (свыше 90°С) возможно расплавление изолятора, структура элемента. Это может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.

Аккумуляторы не должны подвергаться воздействию микроволн или давления. Это может вызвать дым, огонь и более серьезные последствия.

Хранить и заряжать аккумуляторы следует на подставке из невоспламеняющихся, жаростойких и не проводящих ток материалов.

Соблюдайте полярность при подключении элементов к зарядному устройству или потребителю. При зарядке обратной полярностью возможно возгорание или взрыв.

Не допускайте короткого замыкания выводов элементов или батарей. Большие токи короткого замыкания неизбежно приводят к выделению значительного количества теплоты, потере электролита, газообразованию, возгоранию или взрыву.

Оберегайте элементы от ударов и нарушения целостности, не роняйте их. Сильные механические воздействия способны нарушить внутреннюю структуру. Деформации могут вызвать короткое замыкание, что может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.

При пайке элементов соблюдайте осторожность. Перегрев выводов может вызвать расплавление оболочки батареи, что может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.

Не разбирайте и не модифицируйте элементы. Разборка аккумулятора может привести к внутренним коротким замыканиям. Следствием этого может быть выделение газа, огня, взрывы или другие проблемы.

После использования отсоединяйте батарею от потребителя во избежание глубокого разряда.

Беречь от детей. При проглатывании аккумулятора следует немедленно обратиться к врачу или в скорую помощь. Некорректное использование опасно.

При зарядке батарей

Не применяйте зарядные устройства, не одобренные производителем. Соблюдайте режимы зарядки, рекомендованные производителем элементов. Несоблюдение указанных режимов (температура, напряжение или ток, некорректное функционирование устройств отключения) может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.

Проводите зарядку при постоянном контроле. Никогда не оставляйте заряжаемые аккумуляторы без присмотра.

Не подключайте батарею непосредственно к источнику питания (аккумулятору, блоку питания и т.п.). Высокое напряжение вызывает избыточный зарядный ток, который может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.

По истечении указанного производителем времени зарядки прекращайте процесс зарядки, даже если он не завершён.

Встроенные в аппарат аккумуляторы необходимо вынимать из аппарата, если они в данный момент не используются, неиспользуемые устройства нужно своевременно выключать, чтобы предотвратить глубокие разрядки. Следите за своевременной зарядкой аккумуляторов. Глубоко разряженные LiPo-аккумуляторы дефектны и больше не должны использоваться.

Не заряжайте батарею вблизи источников тепла или в автомобиле. Перегрев может привести к утечке электролита, выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.

Не применяйте и не заряжайте литий-полимерные элементы совместно с сухими элементами или аккумуляторами другого типа или ёмкости. В подобных случаях вероятен глубокий разряд или избыточный заряд элементов. Эти факторы вызывают нежелательные химические реакции в элементах, которые могут привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.

Если вы заметили изменение формы, цвета элемента, незнакомый запах, либо обнаружили нагрев элемента, немедленно отключите его от потребителя или зарядного устройства и в дальнейшем избегайте использования этого элемента.

Если герметичность элемента нарушена (обнаружены повреждение целостности корпуса, утечка электролита или запах), незамедлительно удалите элемент от любого источника открытого огня. Электролит огнеопасен.

Электролиты, содержащиеся в LiPo-аккумуляторах или пары электролита вредны для здоровья. Ни в коем случае не допускайте прямого контакта с электролитами.

При попадании электролита на кожу, в глаза или контакте с другими частями тела следует немедленно смыть их большим количеством чистой воды, затем обратитесь за медицинской помощью. Если помощь своевременно не оказана, длительное воздействие электролита может причинить серьёзный вред.

Поврежденные или пришедшие в негодность аккумуляторы относятся к спецотходам и подлежат соответствующей утилизации.

У любого новичка возникает вопрос: Что такое LiPo и с чем его едят. Попробуем разобраться.

После её прочтения новички стали задавать вопросы про LiPo, что послужило поводом для создания статьи.

1.Что же такое LiPo аккумулятор?
Зачастую случается,что человек не хочет ничего искать и сразу задаёт вопросы. Переносить текст не буду. Прочтите.
http://bit.ly/YgKh2X

LiPo акк. необходимо тщательно выбирать для модели.
Любой LiPo акк. имеет маркировку. Для примера Turnigy 1600 mah 3S 30C где,
Turnigy -фирма производитель
1600 mah -ёмкость батареи
3S - число банок (1 банка 3.7v)
30C - токоотдача

1C - одна ёмкость батареи. Для нашего примера 1600 ma(или 1.6А) А- ампер
Для предоставленной батареи получаем: 30 х 1.6А = 48А
Система РУ модели, в которой используется данный акк. , должна иметь пиковую силу тока в эл цепи менее 48А, желательно с запасом.(не более 40-45А)
При не соблюдении такого условия будет убита батарея.
Тревожным признаком будет её вздутие. Такие батареи можно вернуть в исходное состояние, положив их в холодильник или подвал/погреб;но функционал будет снижен. После таких процедур нужно сделать пару циклов разряд-заряд.

Хочу подчеркнуть,что LiPo это опасная штука и с ней надо бережно обращаться.

Что нельзя делать:

1. повреждать внешнюю оболочку.
2. нагревать.
3. сильно разряжать(ниже 3v.)
4. заряжать большими токами.

2.Как зарядить?
Для Зарядки LiPo батарей используются специальные зарядные устройства(ЗУ).
Настоятельно Рекомендуется использовать ЗУ с возможностью балансировки.


Любой LiPo акк. (2S и выше) имеет 2 провода: 1) Силовой (красный"+" и черный "-")
2) Балансировочный.
Балансировочный провод необходим для равномерной зарядки всех банок батареи.
На балансировочный провод моделисты цепляют вольтметр-пищалку,для предотвращения разряда ниже порога.

LiPo батареи можно заряжать током 1С. Для долгой жизни башей батареи нужно использовать ток заряда 0.4-0.6С. При выборе такого тока батарея дольше проживет(будет меньше прогрессировать старение).
Но обязан указать,что есть батареи с током заряда 2С или 5С. На упаковке будет указано.
Рассмотрим на примере: Turnigy 1600 mah 3S 30C
Ток 1С равен 1,6А, но оптимально для батареи можно взять ток заряда 1А.
Батарея будет за зарядке дольше,чем при токе 1,6А, но срок эксплуатации будет больше.
Если ток заряда больше 1С, то батарея может взорваться и будет пожар.

Большинство продвинутых ЗУ имеют разлизные варианты заряда LiPo
Заряд charge
Разряд discharge
Баланс balance
Хранение storage
Нужно выбрать число S вашей батареи, выставить силу тока - А и ждать.

3.Как хранить?
Хранить батареи необходимо заряженными на 60%(3.8v на банку)
При длительном хранении заряженной на 100% или разряженной,батарея умрет/раздуется.
Для правильного хранения LiPo необходимо:

1. Хранить вдалеке от прямых солнечных лучей
2. Рекомендуются температуры от +18 до +5 (некоторые моделисты хранят их в холодильнике)
3. Хранить в спец. пакете или огнеупорном боксе.
4. Перевести батарею в режим хранения.

При неправильно уходе за LiPo она имеет тенденцию быстро ""умирать"" (падает токоотдача,снижается ёмкость)

Статья написана для группы в ВК RC обзоры

Переносное зарядное устройство — это способ зарядить LiPo аккумуляторы в поле, чтобы дольше летать. Ниже мы рассмотрим способы и решения зарядки аккумуляторов в поле. Я считаю, что это выгоднее и проще, чем покупать кучу аккумуляторов.

Когда я иду летать, я запросто могу разрядить за день более 20 аккумуляторов, летая на гоночном. Можно, конечно, купить столько батарей, сколько нужно для сеанса полетов, но я считаю, что зарядка в поле является более экономичным и практичным решением.

Что входит в полевое (переносное) зарядное устройство

• Зарядник iSDT SC-200 (banggood)
• 1 LiPo аккумулятор 6S 10000mAh (aliexpress)
• Адаптер XT90 на XT60 (banggood)
• Параллельная плата зарядки (Parallel Charging Board) (banggood)
• Вольтметр (banggood)

Давайте я расскажу, почему мне так нравится полевая зарядка и почему она выгоднее.

Полевая зарядка — это дешево

Как вы уже наверное знаете, полностью заряженные LiPo не рекомендуется оставлять на хранение, это приводит к ухудшению характеристик батарейки, а главное, это небезопасно, так как возможно воспламенение.

Поэтому, если вы зарядили лишние аккумуляторы и не успеете их отлетать, вам придется их разряжать зарядником.

Но в полевой сборке, вы сможете «вернуть» заряд обратно в большой аккумулятор-донор или подзарядить совсем разряженные батареи, а также зарядить очки или шлем.

Портативность

Вес полевой зарядки ниже, чем 18 аккумуляторов, да и места занимает намного меньше.

• Общий вес 18 4S примерно 3.4кг
• Вес 8 4S + 1 большая + ЗУ + параллельная плата = 1513г + 1211г + 451г = 3,1 кг

Общая экономия веса конечно не такая большая, но тут больше играет роль экономия места. 6S чуть чуть больше, чем четыре 4S аккумуляторов.

Полевая зарядка безопаснее

Так как вместо 18 батареек, у нас 8, то по сути шанс воспламенения или любой другой опасной неполадки сокращается в 2 раза.

Минусы полевого зарядного устройства

У любой вещи есть свои минусы, в нашем случае их несколько:

• Нужно купить новое зарядное устройство для LiPo, которое будет поддерживать подключение в качестве источника аккумулятор LiPo. Если оно у вас уже есть, то этот минус исключается.
• Такая зарядка актуальна для тех, кто много летает. Если вы разряжаете менее 15-20 аккумуляторов за сеанс, то это будет уже не так привлекательно для вас.
• Чтобы обеспечить параллельный заряд, ваши батареи должны быть на одинаковом уровне напряжения. Это означает, что вы должны уделять дополнительное внимание напряжению во время полета и решать, когда вы должны приземлиться. Это просто сделать, если у вас есть OSD, которое отображает количество потребленного тока.

Выбор зарядного устройства для полевой зарядки

Зарядник нужен такой, который сможет работать на постоянном токе.Диапазон входного напряжения должен быть широким, чтобы можно было подключать любой аккумулятор в качестве источника питания.

Мне особенно нравятся серии iSDT (SC608, Q6, SC620) для зарядки батарей LiPo в полевых условиях из-за их компактных и легких конструкций. Они поддерживают вход 9V-32V и поставляются с разъемом XT60, который позволяет использовать LiPo-батареи в качестве источника питания. Они также отлично подходят для повседневной зарядки.

Выбор источника питания для полевой зарядки

Для такой зарядки, вам понадобится какой-нибудь емкий источник питания, ниже таблица с вариантами:

Название	LiPo аккумуляторы высокой ёмкости	Портативный генератор	Аккумулятор с глубоким разрядом	Генератор на солнечных панелях
Топливо	Перезаряжаемые	бензин/ДТ	Перезаряжаемые	Перезаряжаемые — солнце
Напряжение	11.1V – 25.2V (3S-6S)	Различное – AC и DC	12V	Различное – AC и DC
Ёмкость	Низкая (10Ah – 16Ah+)	Высокая	Высокая (20Ah – 120Ah)	Средняя
Вес	Легкие (1Kg – 2Kg)	Тяжелые	Тяжелые (5Kg – 35Kg)	Средние
Цена	Недорого	Дорого	$50 – $300	Дорого

Для зарядки некоторые используют автомобильный аккумулятор, но это не рекомендуется делать, так как вы его просто испортите. Вместо него нужно использовать аккумуляторы глубокого разряда.

Если у вас много аккумуляторов и летаете вы всегда с кем-то, то отличным решением будет купить все же генератор на бензине или ДТ. Они мощные и часто выдают постоянный ток, который совместим с большим диапазоном зарядных устройств. Но они дорогие и шумные, в отличие от других источников питания.

Солнечные генераторы — отличный вариант, если там, где вы живете много солнца, ну или просто солнечный день во время полетов.

Я же предпочитаю заряжать с помощью большой Lipo батареи — это просто и дешево.

На данный момент написания этой статьи литий — полимерные аккумуляторы (LiPo) лидеры по отдаче тока и поэтому моделисты всех стран с радостью перешли именно на них. Что такое LiPo аккумулятор, это специальный полимер который насыщен литий содержащим раствором.

Преимущество LiPo:

1. Так например LiPo при одинаковом весе способны отдавать больше энергии чем NiCd в 4-5 раз, а NiMH в 3-4 раза.
2. Количество рабочих циклов 500-600. За два года аккумулятор теряет всего ~ 20% ёмкости.
3. Бывает два типа — быстро разрядные (Hi) и обычные. Если например в обозначении есть 3С 1000мА, это говорит о том, что такая батарея способна без вреда для себя отдавать ток до 3А, а если 40С 1000мА, то ток в 40А не проблема для такого аккумулятора. Можете себе представить сколько ампер сможет отдавать аккумулятор 40С 3S 5000мА, ему под силу крутить стартер настоящего автомобиля, только подключать его надо в параллель штатному свинцовому аккумулятору и делать очень короткие толчки, чтобы тонкие проводки не пыхнули огнем!
4. Обычные же Липошки (простонародное название LiPo) применяют в электронике не требующей больших разрядных токов, мобильных устройствах, инструментах и в обозначении таких не применяется боква (С). Буква (S) в обозначении указывает сколько банок в аккумуляторе.

Что боятся LiPo:

1. Высокая температура аккумулятора намного страшнее чем низкое напряжение. Не следует при разряде допускать нагрев аккумулятора более чем 60°С (произойдет самовозгорание или взрыв!)
2. При использовании на воздухе в холодный сезон обязательно выдержать аккумуляторы в тепле перед использованием.
3. Вздутие аккумулятора, как результат химических процессов внутри него, как следствие деградация, физическое старение, уменьшение ёмкости.
4. При нарушении достаточно мягкой оболочки батареи, или изменении её формы возможны возгорание и даже взрыв! Даже если кажется, что после крушения самолета ничего не произошло с батареей, но ЧП может произойти при последующей зарядке!

Разрядка LiPo:

1. Минимальное напряжение разряженной банки аккумулятора не должно опускаться ниже 2.5B, но лучше не рисковать и не опускать ниже 3.3В иначе начинается отложение солей и количество циклов уменьшается, а также возможно внутреннее короткое замыкание и соответственно вызовет сильный разогрев, возгоранию и даже взрыв. Поэтому в обязательном порядке надо использовать звуковые индикаторы , которые издают громкий писк при подходе аккумулятора к минимальным значениям напряжения в любой из банок.
2. Для совершенно новых аккумуляторов, первые три разрядки надо сделать током 3-5C. Это позволит расконсервировать элементы (выработать ингибитор), выровнять напряжение по банкам и набрать полную емкость.

Зарядка LiPo:

Осторожно! Лично я всегда заряжаю аккумуляторы вне дома, чего и всем рекомендую, это связано с большим количеством самовозгораний!

Хранение LiPo:

1. Температура хранения от 5 до 28°С, по другим источникам от 0 до 10°С. Моделисты считают, что хранение аккумуляторов в холодильнике, есть лучший вариант и так они прослужат значительно дольше.
2. Напряжение на банках 3.7-3.85В, это ~40% от полного заряда, именно с таким напряжением поставляются производителями LiPo аккумуляторы. В интеллектуальных ЗУ есть режим перевода LiPo в режим хранения. При хранении с другим уровнем заряда, они теряют свою ёмкость гораздо быстрее, которая затем не восстанавливается.
3. LiPo аккумуляторы стареют, даже когда не используются, поэтому не надо покупать аккумуляторы про запас. При покупке обязательно проверить дату производства, ведь двух летний аккумулятор уже потерял как минимум 20% ёмкости.

Технологии производства аккумуляторов не стоят на месте и постепенно Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы вытесняются на рынке аккумуляторами, в основе производства которых используются литиевые технологии. Литий-полимерные (Li-Po) и литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы всё чаще используются в различных электронных устройствах в качестве источника тока

Литий - серебристо-белый, мягкий и пластичный металл, твёрже натрия, но мягче свинца. Литий — самый легкий металл в мире! Его плотность составляет 0,543 г/см 3 . Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. Месторождения лития имеются в России, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве и Конго

Экскурс в историю

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые были внедрены в бытовые устройства. Причем, подчеркну, это были именно батареи. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые аккумуляторы (перезаряжающиеся батареи) оказались неудачными из-за проблем, связанных с обеспечением безопасности их эксплуатации. Литий, самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает самую большую плотность энергии. Аккумуляторы, использующие литиевые металлические электроды, характеризуются высоким напряжением, и превосходной емкостью. Но в результате многочисленных исследований в 80-х годах было выяснено, что циклическая работа (заряд — разряд) литиевых аккумуляторов приводит к изменениям на литиевом электроде, в результате которых уменьшается тепловая стабильность и появляется угроза выхода теплового состояния из-под контроля. Когда это происходит, температура элемента быстро приближается к точке плавления лития — и начинается бурная реакция с воспламенением выделяющихся газов. Так, например, большое количество литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов, поставленных в Японию в 1991 году, было отозвано после нескольких случаев их воспламенения.

Из-за свойственной литию неустойчивости исследователи обратили свой взор в сторону неметаллических литиевых аккумуляторов на основе ионов лития. Немного проиграв при этом с плотностью энергии и приняв некоторые меры предосторожности при заряде и разряде, они получили более безопасные так называемые литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы.

Плотность энергии Li-ion аккумуляторов обычно в несколько раз превышает плотность стандартных NiCd и NiMH аккумуляторов. Благодаря применению новых активных материалов это превосходство ежегодно увеличивается. В дополнение к большой емкости Li-ion аккумулятор при разряде ведет себя аналогично никелевым аккумуляторам (форма их разрядных характеристик похожа и отличается лишь напряжением).

На сегодня существует множество разновидностей Li-ion аккумуляторов, причем можно долго говорить о преимуществах и недостатках того или иного типа, но отличить их по внешнему виду невозможно. Поэтому отметим только те достоинства и недостатки, которые свойственны всем типам этих устройств, и рассмотрим причины, вызвавшие появление на свет литий-полимерных (Li-Po) аккумуляторов.

Li-ion аккумулятор всем был хорош, но проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и высокая стоимость привели учёных к созданию литий-полимерного аккумулятора (Li-pol или Li-po).

Основное их отличие от Li-ion отражено в названии и заключается в типе используемого электролита. Первоначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом, благодаря чему они имеют гибкую пластиковую оболочку, имеют меньший вес, большую токоотдачу и могут быть использованы в качестве силовых аккумуляторов для устройств с мощными электродвигателями.

Такая конструкция упрощает процесс производства, характеризуется более высокой безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. Минимальная толщина элемента составляет около одного миллиметра, так что разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды.

Основные преимущества

• Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости никелевые (NiCd и Ni-MH) аккумуляторы
• Низкий саморазряд
• Высокое напряжение единичного элемента (3.6-3.7V против 1.2V-1.4 у NiCd и NiMH), что упрощает конструкцию — зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие производители применяют в различных компактных электронных устройствах (сотовые телефоны, коммуникаторы, навигаторы и пр.) именно такой одноэлементный аккумулятор
• Толщина элементов от 1 мм
• Возможность получать очень гибкие формы

Недостатки

• Аккумулятор подвержен старению, даже если он не используется и просто лежит на полке. По вполне очевидным причинам производители об этой проблеме умалчивают. Часы начинают тикать с того момента, как аккумуляторы произвели на заводе, и снижение емкости является результатом повышения внутреннего сопротивления, которое в свою очередь порождается окислением электролита. В итоге внутреннее сопротивление достигнет такого уровня, когда аккумулятор больше не сможет отдавать накопленную энергию, хотя ее в аккумуляторе будет достаточно.Через два или три года он часто становится непригодным к использованию.
• Более высокая стоимость по сравнению с NiCd и Ni-MH аккумуляторами
• При использовании литий-полимерных аккумуляторов, всегда есть риск их воспламенения, которое может случиться вследствие замыкания контактов, от неправильной зарядки, или механического повреждения аккумулятора. Так как температура горения лития очень высока (несколько тысяч градусов), то он может воспламенить рядом стоящие предметы и вызвать пожар.

Основные характеристики Li-Po аккумуляторов

Как было сказано выше, литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости NiCd и Ni-MH аккумуляторы в несколько раз. Срок службы современных Li-Po аккумуляторов, как правило, не превышает 400-500 циклов заряд-разряд. Для сравнения, срок службы современных Ni-MH аккумуляторов с низким саморазрядом составляет 1000-1500 циклов.

Технологии производства литиевых аккумуляторов не стоят на месте и названные выше цифры в любой момент могут потерять актуальность, т.к. производители аккумуляторов с каждым месяцем наращивают их характеристики за счёт внедрения новых технологических процессов их производства.

Из всего многообразия литий-полимерных аккумуляторов, имеющихся в продаже, можно выделить две основные группы - быстро-разрядные (Hi Discharge) и обычные . Отличаются они между собой максимальным разрядным током — его указывают или в амперах, или в единицах емкости аккумулятора, обозначаемой буквой «С».

Области применения Li-Po аккумуляторов

Применение Li-Po аккумуляторов позволяет решить две важные задачи — увеличить время работы устройств и снизить вес батареи

Обычные Li-Po аккумуляторы применяются в качестве источников питания в электронных устройствах с относительно небольшим токопотреблением (мобильные телефоны, коммуникаторы, ноутбуки и т.д.).

Быстро-разрядные литий-полимерные аккумуляторы часто называют «силовыми » — такие аккумуляторы применяются для питания устройств с высоким токопотреблением. Ярким примером применения «силовых» Li-Po аккумуляторов являются радиоуправляемые модели с электродвигателями и современные гибридные автомобили. Именно в этом сегменте рынка происходит основная конкурентная борьба различных производителей Li-Po аккумуляторов.

Единственная область, где пока литий-полимерные аккумуляторы уступают никелевым — это область супервысоких (40-50С) разрядных токов. По цене, в пересчете на емкость, литий-полимерные аккумуляторы стоят примерно столько же, сколько NiMH. Но в этом сегменте рынка уже появились конкуренты — (Li-Fe), технология производства которых развивается с каждым днём.

Зарядка Li-Po аккумуляторов

Заряд большинства Li-Po аккумуляторов осуществляется по достаточно простому алгоритму — от источника постоянного напряжения 4.20V/элемент с ограничением тока в 1С (некоторые модели современных силовых Li-Po аккумуляторов позволяют заряжать их током в 5С). Заряд считается завершенным, когда ток упадет до 0.1-0.2С. До перехода в режим стабилизации напряжения при токе в 1C аккумулятор набирает примерно 70-80% емкости. Для полной зарядки необходимо время около 1-2 часов. К зарядному устройству предъявляются достаточно жесткие требования по точности поддержания напряжения в конце заряда — не хужу 0,01 V/банку.
Из представленных на рынке зарядных устройств можно выделить два основных типа - простые, не «компьютерные» зарядники в ценовой категории 10-40$, предназначенные только для литиевых аккумуляторов, и универсальные зарядные устройства в ценовой категории 80-400$, предназначенные для обслуживания различных типов аккумуляторов.

Первые, как правило, имеют только светодиодную индикацию заряда, количество банок и ток в них выставляются перемычками или путём подключения аккумулятора к различным разъемам на зарядном устройстве. Достоинство таких зарядных устройств — низкая цена. Главный недостаток — некоторые из таких устройств не умеет правильно определять окончание заряда. Они определяют лишь момент перехода от режима стабилизации тока к режиму стабилизации напряжения, что составляет примерно 70-80% емкости.

У второй группы зарядников возможности намного шире, как правило, они все показывают напряжение, ток, и емкость в мАч, которую аккумулятор «принял» в процессе заряда, что позволяет более точно определять, насколько заряжен аккумулятор. При использовании зарядного устройства самое главное — правильно выставить на заряднике нужное количество банок в батарее и ток заряда, который, как правило, равен 1C.

Эксплуатация Li-Po аккумуляторов и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» из существующих, т.е. требуют обязательного соблюдения нескольких несложных правил. Перечислим их в порядке убывания опасности:

1. Перезаряд аккумулятора — заряд до напряжения, превышающего 4.20V на банку
2. Короткое замыкание аккумулятора
3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или приводящим к нагреву Li-Po аккумулятора cвыше 60°С
4. Разряд ниже напряжения 3V на банку
5. Нагрев аккумулятора выше 60ºС
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 нормальный зарядник и правильно выставлять на нем число заряжаемых банок
• Необходимо также использовать разъемы, исключающие возможность короткого замыкания батареи и контролировать ток, потребляемый устройством, в котором установлен Li-Po аккумулятор
• Необходимо быть уверенным, что ваше электронное устройство,в котором установлен аккумулятор не перегревается. При +70ºС в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло, 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
• Следите за напряжением в конце разряда аккумулятора и обязательно отключайте его после работы
• Разгерметизация — так же причина выхода литиевых аккумуляторов из строя. 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
• Хранить аккумуляторы, судя по рекомендациям производителей, следует в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температуре не выше 30°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно сказывается на сроке службы. Как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.

Сборка Li-Po батарей

Для получения батарей с высокой токоотдачей или большой емкости используют параллельное соединение аккумуляторов. Если вы покупаете готовую батарею, то по маркировке можно узнать, сколько в ней банок и как они соединены. Буква Р (parallel) после числа обозначает количество соединенных параллельно банок, a S (serial) — последовательно. Например, «Kokam 1500 3S2P» обозначает батарею, соединенную последовательно из трех пар аккумуляторов, и каждая пара образована двумя параллельно соединенными аккумуляторами емкостью по 1500 мАч, т.е. емкость батареи будет 3000 мАч (при соединении параллельно емкость возрастает), а напряжение — 3,7V х 3=11,1V.

Если вы покупаете аккумуляторы отдельно, то перед соединением их в батарею нужно уравнять их потенциалы, особенно это касается варианта параллельного включения, так как при этом одна банка начнет заряжать другую и зарядный ток может превысить значение 1C. Желательно, все купленные банки перед соединением разрядить до 3V током около 0.1- 0.2С. Напряжение надо контролировать цифровым вольтметром с точностью не ниже 0.5%. Это обеспечит надежное функционирование батареи в будущем.

Выравнивание потенциалов (балансировку) также желательно проводить даже уже на собранных фирменных батареях перед их первым зарядом, так как многие фирмы, собирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.

Из-за падения емкости в результате эксплуатации ни в коем случае нельзя добавлять новые банки последовательно старым — батарея будет при этом разбалансирована.

Конечно, также нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей — например 1800 и 2000 мАч, а также использовать в одной батарее аккумуляторы разных производителей, поскольку различное внутренне сопротивление приведет к разбалансировке батареи.

При пайке следует соблюдать аккуратность, нельзя допускать перегрева выводов — это может нарушить герметизацию и навсегда «убить» еще не поработавший аккумулятор. Некоторые Li-Po аккумуляторы поставляются с уже припаянными к выводам кусочками текстолитовой печатной платы для удобства распайки проводов. При этом добавляется лишний вес — около 1 г на элемент, зато греть места для припайки проводов можно гораздо дольше — стеклотекстолит плохо проводит тепло. Провода с разъемами следует закрепить на корпусе батареи, хотя бы скотчем, чтобы случайно не оторвать их при многократном подключении к зарядному устройству

Нюансы применения Li-Po аккумуляторов

Приведу еще несколько полезных примеров, вытекающих из ранее сказанного, но неочевидных на первый взгляд …

В течение долгой эксплуатации батареи ее элементы из-за изначального небольшого разброса емкостей становятся несбалансированными — какие-то банки «стареют» раньше других и теряют свою емкость быстрее. При большем числе банок в батарее процесс идет быстрее. Отсюда вытекает следующее правило — необходимо контролировать емкость каждого элемента батареи .

В случае обнаружения в сборке аккумулятора, ёмкость которого отличается от других элементов более, чем на 15-20%, рекомендуется отказаться от использования всей сборки, или из оставшихся аккумуляторов спаять батарею с меньшим количеством элементов.

Современные зарядные устройства имеют встроенные балансиры (balancer), которые позволяют заряжать все элементы в батареи отдельно под чётким контролем. Если зарядное устройство не оборудовано балансиром, то его необходимо приобрести отдельно и заряд аккумуляторов желательно производить с его использованием.

Внешний балансир — это небольшая плата, подключаемая к каждой банке, содержащая нагрузочные резисторы, схему управления и светодиод, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4.17-4.19V. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4.17V балансир замыкает часть тока «на себя», не позволяя напряжению превысить критический порог.

Следует добавить, что от переразряда некоторых банок в разбалансированной батарее балансер не спасает, он служит только для защиты от повреждения элементов при заряде и средством определения «плохих» элементов в батарее.

Вышесказанное относится к батареям, составленных из трех элементов и более, для двух-баночных батарей балансиры, как правило, не применяют

По многочисленным отзывам, разряд литиевых аккумуляторов до напрряжения 2.7- 2.8V более губительно сказывается на емкости, чем, например перезаряд до напряжения 4.4V. Особенно вредно хранить батарею в переразряженном состоянии.

Существует мнение, что литий-полимерные аккумуляторы нельзя эксплуатировать при отрицательных температурах. Действительно, в технических характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50°С (при 0°С сохраненяется 80% емкости аккумулятора). Но тем не менее, использовать Li-Po аккумуляторы при отрицательных температурах, около-10…-15°С, можно. Дело в том, что не нужно перед использованием морозить батарею — положите ее в карман, где тепло. А в процессе использования внутреннее выделение тепла в аккумуляторе оказывается в данный момент полезным свойством, не позволяя батарее замерзнуть. Конечно, отдача аккумулятора будет несколько ниже, чем при нормальной температуре.

Заключение

Учитывая, какими темпами двигается технический прогресс в области электрохимии, можно предположить, что будущее за литиевыми технологиями накопления энергии, если их не догонят топливные элементы. Поживем - увидим…

В статье использованы материалы статей Сергея Потупчика и Владимира Васильева