Как устроен lipo аккумулятор

Литий-полимерный аккумулятор

A литий-полимерный аккумулятор, или правильнее литий-ионный полимерный аккумулятор (сокращенно LiPo, LIP, Li -poly, lithium-poly и другие), это аккумулятор, изготовленный по литий-ионной технологии с использованием полимера электролит вместо жидкого электролита. Полутвердые (гель ) полимеры с высокой проводимостью образуют этот электролит. Эти батареи обеспечивают более высокую удельную энергию, чем другие типы литиевых батарей, и используются в приложениях, где вес является важной характеристикой, например, мобильные устройства и радио. -управляемый самолет.

Содержание

• 1 История
• 2 Происхождение конструкции и терминология
• 3 Принцип работы
• 4 Напряжение и состояние заряда
• 5 Давление на LiPo-элементы
• 6 Области применения
  • 6.1 Радиоуправляемое оборудование и летательные аппараты
  • 6.2 Персональная электроника
  • 6.3 Электромобили

  История

  LiPo-элементы соответствуют истории литий-ионных и литий-металлических Ячейки, которые подверглись обширным исследованиям в течение 1980-х годов, достигнув значительного рубежа, когда в 1991 году Sony выпустили первый коммерческий цилиндрический литий-ионный элемент. После этого появились другие формы упаковки, в том числе формат плоского пакета.

  Происхождение конструкции и терминология

  Литий-полимерные элементы произошли от литий-ионных и литий-металлических батарей. Основное отличие состоит в том, что вместо жидкого литиевого -соли электролита (такого как LiPF 6 ), содержащегося в органическом растворителе (таком как EC /DMC / DEC ), в батарее используется твердый полимерный электролит (SPE), такой как поли (этиленоксид) (PEO), poly ( акрилонитрил) (PAN), поли (метилметакрилат) (PMMA) или поли (винилиденфторид) (PVdF).

  Твердый электролит обычно можно разделить на три типа: сухой ТФЭ, гелеобразный ТФЭ и пористый ТФЭ. Сухой SPE был впервые использован в прототипах батарей примерно в 1978 г. Мишелем Арманом и в 1985 г. ANVAR и Elf ​​Aquitaine из Франции и Hydro Quebec из Канады. С 1990 года несколько организаций, такие как Mead and Valence в США и GS Yuasa в Японии, разработали аккумуляторы с использованием гелевых SPE. В 1996 году Bellcore в США анонсировала перезаряжаемый литий-полимерный элемент с использованием пористого ТФЭ.

  Типичный элемент состоит из четырех основных компонентов: положительный электрод, отрицательный электрод, сепаратор и электролит. Сам сепаратор может представлять собой полимер, такой как микропористая пленка из полиэтилена (PE) или полипропилена (PP); таким образом, даже если в элементе есть жидкий электролит, он все равно будет содержать «полимерный» компонент. В дополнение к этому положительный электрод можно дополнительно разделить на три части: оксид лития-переходного металла (например, LiCoO 2 или LiMn 2O4), проводящую добавку и полимерное связующее. из поли (винилиденфторида) (PVdF). Материал отрицательного электрода может состоять из тех же трех частей, только с углеродом вместо оксида лития-металла.

  Принцип работы

  Так же, как и с другими литий-ионными элементами LiPos работают по принципу интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития из материала положительного электрода и материала отрицательного электрода, при этом жидкий электролит обеспечивает проводящую среду. Чтобы электроды не соприкасались друг с другом напрямую, между ними находится микропористый сепаратор, который позволяет только ионам, но не частицам электрода, перемещаться с одной стороны на другую.

  Напряжение и состояние заряда

  Напряжение отдельного элемента LiPo зависит от его химического состава и варьируется от примерно 4,2 В (полностью заряженный) до примерно 2,7–3,0 В (полностью разряженный), где номинальное напряжение составляет 3,6 или 3,7 вольт (примерно среднее значение наивысшего и наименьшего значения). Для элементов на основе оксидов лития-металла (таких как LiCoO 2); для сравнения: от 1,8–2,0 В (в разряженном состоянии) до 3,6–3,8 В (в заряженном состоянии) для устройств на основе фосфата лития-железа (LiFePO 4).

  Точные значения напряжения должны быть указаны в технических паспортах продукта с пониманием того, что элементы должны быть защищены электронной схемой, которая не позволит им перезарядиться или разрядиться во время использования.

  LiPo аккумуляторные блоки с последовательно и параллельно соединенными элементами имеют отдельные выводы для каждой ячейки. Специализированное зарядное устройство может контролировать заряд для каждой ячейки, чтобы все ячейки были приведены в одно и то же состояние заряда (SOC).

  Приложение давления к LiPo-элементам

  Экспериментальная литий-ионная полимерная батарея, изготовленная Lockheed-Martin для НАСА

  В отличие от литий-ионных цилиндрических и призматических элементов, которые имеют жесткий металлический корпус, LiPo-элементы имеют гибкий корпус из фольги (полимерный ламинат ), поэтому они относительно свободны.

  Небольшой вес является преимуществом, когда приложение требует минимального веса, как в случае радиоуправляемого самолета. Однако было установлено, что умеренное давление на стопку слоев, составляющих ячейку, приводит к увеличению сохранения емкости, поскольку контакт между компонентами максимален и предотвращается расслоение и деформация, что связано с увеличением сопротивления клетки и деградации.

  Области применения

  Шестигранный литий-полимерный аккумулятор для подводных аппаратов производства Custom Cells Itzehoe GmbH

  LiPo-элементы обеспечивают производителям неоспоримые преимущества. Они могут легко изготавливать батареи практически любой желаемой формы. Например, могут быть выполнены требования к пространству и весу мобильных устройств и ноутбуков. У них также низкая скорость саморазряда, которая составляет около 5% в месяц.

  Радиоуправляемое оборудование и летательные аппараты

  Трехэлементные LiPo батареи для моделей RC

  LiPo-аккумуляторы теперь доступны почти повсеместно используется для питания радиоуправляемых самолетов, радиоуправляемых автомобилей и крупномасштабных моделей поездов, где преимущества меньшего веса и повышенной грузоподъемности и мощности оправдывают цену. Отчеты об испытаниях предупреждают о риске возгорания, если батареи не используются в соответствии с инструкциями.

  LiPo-блоки также широко используются в страйкболе, где их более высокие токи разряда и лучшая плотность энергии по сравнению с более традиционными NiMH батареями имеет очень заметный прирост производительности (более высокая скорострельность). Высокие токи разряда повреждают контакты переключателя из-за образования дуги (вызывая окисление контактов и часто отложение нагара), поэтому рекомендуется использовать либо твердотельный переключатель MOSFET, либо Регулярно очищайте контакты спускового механизма.

  Персональная электроника

  Литий-полимерные батареи широко используются в мобильных устройствах, блоках питания, очень тонких портативных компьютерах, портативные медиаплееры, беспроводные контроллеры для игровых консолей, беспроводные периферийные устройства для ПК, электронные сигареты и другие приложения, где требуются малые форм-факторы и высокая плотность энергии перевешивает соображения стоимости.

  Электромобили

  Литий-ионные элементы в формате пакета исследуются для питания аккумуляторных электромобилей. Хотя можно использовать большое количество ячеек малой емкости для получения требуемых уровней мощности и энергии для управления транспортным средством, некоторые производители и исследовательские центры рассматривают для этой цели литий-ионные элементы большого формата емкостью более 50 Ач.. При более высоком содержании энергии на элемент количество элементов и электрических соединений в аккумуляторной батарее, безусловно, уменьшится, но опасность, связанная с отдельными элементами такой высокой емкости, может быть выше.

  Hyundai Motor Company использует аккумулятор этого типа в некоторых из своих гибридных автомобилей, а также Kia Motors в своих электрических аккумуляторах Kia Soul. Bolloré Bluecar, который используется в схемах каршеринга в нескольких городах, также использует этот тип батареи.

  Производятся легкие самолеты и самозапускающиеся планеры, такие как Lange Antares 20E Alisport Silent 2 Electro и Pipistrel WATTsUP. Некоторые более крупные планеры, такие как Schempp-Hirth Ventus-2, используют технологию самоподдерживающихся двигателей

  Safety

  Литий-ионный аккумулятор Apple iPhone 3GS., который расширился из-за короткого замыкания.

  Элементы LiPo подвержены тем же проблемам, что и другие литий-ионные элементы. Это означает, что перезаряд, чрезмерный разряд, перегрев, короткое замыкание, раздавливание и проникновение гвоздя — все это может привести к катастрофическому отказу, включая разрыв пакета, утечку электролита и

  Все литий-ионные элементы расширяются при высоком уровне уровня заряда (SOC) или избыточного заряда из-за небольшого испарения электролита. Это может привести к расслоению и, следовательно, к плохому контакту внутренних слоев элемента, что, в свою очередь, снижает надежность и общий срок службы элемента. Это очень заметно для LiPos, которые могут заметно надуваться из-за отсутствия жесткого футляра, сдерживающего их расширение.

  Литиевые элементы с твердым полимерным электролитом

  Элементы с твердыми полимерными электролитами не достигли полной коммерциализации и все еще являются предметом исследования. Прототипом элементов этого типа можно считать традиционную литий-ионную батарею (с жидким электролитом) и полностью пластиковую твердотельную литий-ионную батарею.

  Самый простой подход — использовать полимерную матрицу, такую ​​как поливинилиденфторид (PVdF) или поли (акрилонитрил) (PAN), гелеобразную с использованием обычных солей и растворителей, таких как LiPF 6 в EC /DMC / DEC.

  Ниши упоминает, что Sony начала исследования литий-ионных элементов с гелеобразными полимерными электролитами (GPE) в 1988 году, до коммерциализации жидких литий-ионный элемент с электролитом в 1991 году. В то время полимерные батареи были многообещающими, и казалось, что полимерные электролиты станут незаменимыми. В конце концов, этот тип элементов появился на рынке в 1998 году. Однако Скросати утверждает, что в самом строгом смысле гелевые мембраны нельзя классифицировать как «настоящие» полимерные электролиты, а скорее как гибридные системы, в которых жидкие фазы содержатся внутри полимера. матрица. Хотя эти полимерные электролиты могут быть сухими на ощупь, они все же могут содержать от 30% до 50% жидкого растворителя. В связи с этим, как на самом деле определить, что такое «полимерный аккумулятор», остается открытым вопросом.

  Другие термины, используемые в литературе для этой системы, включают гибридный полимерный электролит (HPE), где «гибрид» означает комбинацию полимерной матрицы, жидкого растворителя и соли. Именно такую ​​систему Bellcore использовал для разработки ранней литий-полимерной ячейки в 1996 году, которая получила название «пластиковый» литий-ионный элемент (PLiON) и впоследствии была коммерциализирована в 1999 году.

  Твердый полимерный электролит (ТПЭ) представляет собой раствор соли в полимерной среде, не содержащий растворителей. Это может быть, например, соединение бис (фторсульфонил) имида лития (LiFSI) и высокомолекулярного поли (этиленоксида) (PEO) или высокомолекулярный поли (триметиленкарбонат) (PTMC

  Характеристики этих предлагаемых электролитов обычно измеряются в конфигурации полуэлемента относительно электрода из металлического лития, что делает систему «литий-металлический «элемент, но он также был протестирован с обычным литий-ионным катодным материалом, таким как литий-железо-фосфат (LiFePO 4).

  Другие попытки разработать ячейку с полимерным электролитом включают использование неорганических ионных жидкостей, таких как тетрафторборат 1-бутил-3-метилимидазолия ([BMIM] BF 4) в качестве пластификатора в микропористой полимерной матрице, такой как поливинилиденфторид-гексафторпропилен / поли (метилметакрилат) (ПВДФ-ГФП / ПММА).

  Высоковольтные элементы с кремнием –Графеновая добавка

  Новая технология литий-ионных аккумуляторных элементов включает добавку кремний — графен, которая помогает сохранить положительный полюс во время разряда, тем самым увеличивая срок службы элемента и цикл жизни. Неотъемлемым побочным эффектом при работе литий-ионного элемента с напряжением 3,7 В выше 4,2 В является сокращение срока службы с повышенным внутренним сопротивлением.

  Исследования показали, что плохое сохранение емкости и сокращение срока службы литий-ионного аккумулятора. аккумулятор экспоненциально увеличивается при заряде выше 4,2 В, в частности, из-за коррозии положительного вывода. Добавка кремний-графен помогает уменьшить коррозию положительного вывода при зарядке до напряжения 4,35 В или более.

  Преимущество зарядки при максимальном напряжении 4,35 В заключается в увеличении плотности энергии примерно на 10% по сравнению с зарядкой традиционного элемента 3,7 В того же размера и веса до 4,2 В. • Литий-ионные элементы с маркировкой «совместимые с высоким напряжением» при заряде до 4,35 В имеют срок службы, сопоставимый со стандартными элементами 3,7 В. Стандартный аккумулятор 3,7 В никогда не следует заряжать выше 4,2 В, поскольку это может привести к повреждению или возгоранию.

  LiPo-аккумулятор

  LiPo-аккумулятор (литий-полимерный, Li-Po, Li-Pol или Li-polymer) — один из типов литиевых аккумуляторов. Более совершенная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя.

  

  Многие так называемые «модельные» LiPo-аккумуляторы способны отдавать ток в 10 и даже 100 раз превышающий численное значение ёмкости. Такие аккумуляторы применяются также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях.

  Также бывают «обычные», бытовые литий-полимерные аккумуляторы (используемые в мобильных телефонах, цифровой технике и т.п.), которые не способны отдавать большой ток.

  Преимущества [ править ]

  • Способность отдавать ток в 10 и даже 100 раз превышающий численное значение ёмкости;
  • 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.

  Где купить LiPo-аккумулятор [ править ]

  • В Хоббикинге/Паркфлаере
  • Найти все предложения от магазинов.

  Обозначения литий-полимерных источников питания [ править ]

  • 2200 mAh — ёмкость аккумулятора в мили-Ампер-часах
  • 3S1P (3 sequential 1 parallel) — три последовательно соединенные ячейки по одному LiPo-элементу в каждой ячейке
  • 20C (C = сapacity) — максимальный разрядный ток может превышать ёмкость аккумулятора в 20 раз умноженную на час (ток 1C заряжает/разряжает аккумулятор ровно за час — условно)

  Что такое mAh [ править ]

  В этих единицах указывается ёмкость аккумулятора — в данном случае 2200 мА·ч. Чем больше ёмкость, тем дольше аккумулятор сможет поддерживать нужный ток и напряжение для работы нагрузки. Также от ёмкости прямо пропорционально зависит максимальный ток разряда и заряда. Подробнее см. в статье Ёмкость аккумуляторов.

  Что такое S [ править ]

  Число возле буквы S означает количество «банок» в батарее. Буква S — это сокращение от serial или sequential — последовательное соединение элементов.

  Li-Po-аккумуляторы состоят из одной или нескольких элементов («банок»). Каждая банка имеет номинальное напряжение 3,7В и максимальное (до которого заряжается) — 4,2В.

  То есть аккумулятор 3S — три банки, три элемента питания соединенных последовательно (плюс одной банки с минусом другой) с общим номинальным напряжением 11,1В и максимальным 12,6В.

  LiHV-аккумуляторы имеют повышенные номинальные и максимальные напряжения.

  Что такое P [ править ]

  Буква P это сокращение от parallel — параллельное соединение элементов.

  «1P» — это обозначение количества элементов соединенных параллельно, в данном случае — один. Чаще всего используют только одинарные сборки, поэтому 1P в обозначении не указывают.

  Но если, к примеру, взять 2 одинаковых аккумулятора «2200 2S1P», соединить их силовые провода параллельно (плюс с плюсом, а минус с минусом), то получится удвоение ёмкости, а обозначается такая сборка батарей «4400 2S2P», и практически она будет идентична в эксплуатации «4400 2S1P».

  В запечатанных сборках, для соблюдения балансировки при заряде, банки в начале параллелят и уже потом соединяют последовательно. Если соединять 2 аккумулятора через силовые провода, то желательно так же соединить и их балансировочные разъёмы.

  Можно наглядно посмотреть различные схемы сборок аккумуляторов.

  Что такое С [ править ]

  Важной характеристикой LiPo-аккумуляторов является максимальный разрядный ток (токоотдача), то есть способность обеспечивать в нагрузочной цепи некий максимальный разрядный ток. Токоотдача измеряется в единицах С, и вычисляется как отношение допустимого разрядного тока к эквивалентной ёмкости аккумулятора (заряду в ампер-часах).

  Например, если на аккумуляторе указана ёмкость 2200mAh и максимальный разрядный ток 20С, то это значит что аккумулятор может обеспечивать ток не выше 2200 * 20 = 44000 mA = 44 A, что нужно учитывать при подключении нагрузки к нему.

  Также можно описать эту величину как максимальную скорость разряда в обратных единицах. То есть 20С — это значит, что аккумулятор может быть безопасно разряжен (при максимальном токе) минимум за 1/20 часа, то есть за 3 минуты.

  Отдельно в характеристиках аккумулятора фигурирует максимальный зарядный ток, определяемый в тех же единицах C. Всё вышесказанное справедливо и для зарядного тока.

  При превышении максимального тока разряда (когда нагрузка требует ток, больший чем может обеспечить аккумулятор) или заряда — неминуемо следует перегрев аккумулятора, при котором внутри него происходят необратимые химические реакции. Как следствие — аккумулятор вздувается, теряет ёмкость. Также может последовать воспламенение или даже взрыв аккумулятора. Некоторые производители указывают пиковую токоотдачу (обычно в 2 раза больше номинальной), которая допустима при разряде аккумулятора кратковременно, обычно до 10 секунд.

  Если максимальная токоотдача аккумулятора значительно превышает требуемый ток нагрузочной цепи, то в этом нет ничего страшного, т.к. реальный ток определяется прежде всего нагрузкой, а не способностью аккумулятора. Минусом такого подключения могут быть лишь неоправданно большие размеры и масса аккумулятора.

  Следует всегда скептически относиться к заявленному значению токоотдачи C. Наклейки с указанием параметров аккумулятора далеко не всегда соответствуют реальным и могут значительно отличаться от них. Если аккумулятор выделяется меньшими размерами или весом на фоне других с такими же электрическими характеристиками — это повод для скепсиса. Более точное значение С — можно узнать, удалив термоусадочный корпус с аккумулятора и прочтя технические надписи на банках — им можно доверять больше.

  Разряд LiPo-аккумуляторов [ править ]

  Обычный разряд — это питание электрической схемы (модели).

  • Критический разряд допускается до не менее, чем 3.3B на банку. Кратковременно можно разряжать до 3.0B, после чего желательно сразу (в течение часа) поставить на зарядку, при условии, что батарейка не горячая и не слишком замерзшая. При 2.9В начинаются необратимые изменения в электролите, ёмкость будет снижаться быстрее. При разряде до 2.8В из электролита начнет выделяться соль лития и осаждаться на электродах, что сразу снизит емкость (за счет снижения плотности электролита), и токоотдачу (за счет уменьшения площади электродов). Также уменьшается возможное количество циклов. Кроме того, аккумулятор может и не зарядиться.
  • Рекомендуемое минимальное напряжение, до которого можно доводить батарею при эксплуатации, это 3.6В на банку. При этом количество циклов разряда/заряда без заметной потери ёмкости может исчисляться сотнями.
  • При разряде током I=C возможно около 500 полноценных циклов заряда-разряда.
  • При разряде током, многократно превышающим номинал ёмкости (обычный режим работы) количество полноценных циклов снижается в разы.
  • Опаснее всего для LiPo высокая температура, а не низкое напряжение. Не следует при разряде допускать нагрев аккумулятора более, чем 60°С.
  • При использовании на воздухе в холодный сезон аккумуляторы лучше держать в тепле перед использованием и после.

  Температура при разряде [ править ]

  LiPo-батареи имеют оптимальную температуру разряда около +43°C, при которой обеспечивается наиболее высокое напряжение под нагрузкой. Также LiPo-аккумуляторы с началом разряда при температуре +43°C меньше нагреваются во время разряда и заканчивают разряд при более низкой температуре, чем батарея с началом разряда при температуре +21°C. Это обусловлено внутренним сопротивлением: оно уменьшается по мере увеличения температуры аккумулятора до +43..45°C, а при более высокой температуре сопротивление снова начинает увеличиваться.

  Кроме того, по некоторым наблюдениям, отмечалось выравнивание внутреннего сопротивления банок при температуре +43°C, в то время как на тех же аккумуляторах в холодном состоянии при измерении внутреннего сопротивления наблюдался больший разброс значений

  Нагрев батарей до или близко к их оптимальной температуре +43°C при разряде также обеспечивает выигрыш в длительности службы (сколько раз они могут быть заряжены и разряжены перед началом деградации характеристик).

  Расконсервация [ править ]

  Первые 2-4 цикла заряда/разряда лучше делать током 3-5C, не больше. Это связано с тем, что при производстве Li-Ion и Li-Po аккумуляторов в электролит добавляется своего рода консервант (ингибитор), который продлевает срок хранения без ущерба для аккумулятора, а также поддерживает напряжение в батарее после производства. Эта добавка (ингибитор) разлагается при первых нескольких циклах заряд-разряд. После такой расконсервации аккумулятор выходит на нормальные режимы работы, в которых, в том числе, после полной зарядки достигается равное напряжение на банках. При использовании батарей в условиях высоких токов разряда, при наличии неразложившегося ингибитора, ячейки могут быть повреждены, что выражается вспуханием ячеек, потере ёмкости и снижении срока службы.

  Заряд LiPo-аккумуляторов [ править ]

  • Напряжение заряда каждой банки должно быть не более 4,2В (при перезаряде 4,5В и более — возможен взрыв), исключением являются LiHV-аккумуляторы.
  • Заряжать можно только зарядными устройствами с функцией балансировки (чтобы не допустить ситуации, когда одна из банок зарядилась быстрее остальных, после чего будет происходить её перезаряд). Также можно применять специальные балансировочные устройства (гуглить по Lithium Power Protection Board [1]).
  • Ток заряда не более указанного в характеристиках конкретного аккумулятора, большинство современных батарей могут заряжаться током до 3C без каких-либо последствий. Но лучше всего заряжать с током ≤1С, это гарантированно продлит срок службы аккумулятора.
  • При первых нескольких циклах заряда-разряда LiPo-аккумуляторов некоторых производителей (пока аккумуляторы новые) может наблюдаться довольно сильное расхождение напряжений банок. Разбаланс может достигать 0,5..0,8В. Такое замечено, к примеру, у некоторых экземпляров аккумуляторов AGAPower, Turnigy Nanotech[2], Zippy[3]. Это не значит, что такие аккумуляторы некачественные. Через несколько циклов аккумуляторы начинают хорошо балансироваться и после разряда банки «ровные».
  • Обычно зарядное устройство быстро «заливает» в аккумулятор около 90% емкости, а затем дозаряжает каждую банку с балансировкой. Более заряженные и подошедшие к пределу отключаются и заряд идёт на оставшиеся банки.
  • LiPo-аккумулятор не имеет эффекта памяти (не нужно доразряжать перед новой зарядкой).
  • Рекомендуется заряжать аккумуляторы до напряжения на 0.05 В (на банку) меньше максимально допустимого, то есть до 4.15 В, что значительно продлевает срок службы аккумулятора.

  Fast Charge [ править ]

  Для заряда аккумуляторов в поле стоит поискать аккумуляторы с возможностью ускоренной зарядки, на них пишут Fast charge 2С или 5С.

  Некоторые зарядные устройства для LiPo-аккумуляторов имеют среди режимов зарядки Fast Charge — быстрая зарядка. По опыту, разница между быстрым и обычным режимом зарядки заключается лишь в более точной балансировке банок у последнего. Время зарядки отличается незначительно, поэтому особого смысла в применении режима Fast Charge нет. Возможно, более существенный выигрыш во времени будет получаться при зарядке аккумуляторов с большим количеством банок (от 6S).

  Температура при заряде [ править ]

  Температура — важный параметр при заряде аккумуляторов.

  • Нельзя сразу заряжать батареи, которые хранились при низкой температуре (например — в холодильнике, или на морозе на полетушках/покатушках), и ещё не успели нагреться. Это может повлечь за собой риск взрыва этих батарей. Обязательно убедитесь, что батарея нагрелась до комнатной температуры!
  • Следует контролировать температуру аккумулятора во время зарядки. При зарядном токе 1С батарея не должна греться. При токе 3С батарея может быть слегка тёплой. Интенсивный нагрев говорит о том, что в процессе зарядки что-то идёт не так, следует немедленно отключить аккумулятор от зарядного устройства! Некоторые зарядные устройства оснащены или имеют возможность подключения датчика температуры.
  • После силового разряда в полёте модели батареи обычно ощутимо нагреваются. Следует дать им немного остыть перед последующим зарядом.
  • В общем случае температура LiPo-аккумулятора не должна превышать +60°С.

  Мнения [ править ]

  • Нет смысла заряжать батареи током более 3..5С, так как при высоких токах заряда батарея за счёт внутреннего сопротивления имеет более низкое напряжение завершения заряда, и, как следствие, более низкую полезную ёмкость. По практическому опыту, оптимальные токи заряда для батарей с FOM = 0,5 и выше — лежат в диапазоне 3..5С, что обеспечивает достаточно короткое время заряда и приемлемое полётное время. Более высокие токи заряда (хорошие батареи вполне можно без ущерба заряжать токами до 10С) приводят к сокращению времени заряда, но за счёт более низкой полезной ёмкости. — Mark Forsyth

  См.также [ править ]

  Хранение (рекомендовано) [ править ]

  • Температура: +5..+28°С (по другим источникам — 0..+10°С). В качестве лайфхака среди моделистов считается хранение аккумуляторов в холодильнике, т.к. чем ниже температура в указанных пределах, тем дольше они прослужат.
  • Напряжение на банках: 3.7-3.85В, это

  Где хранить безопасно:

  • под ванной: наименее воспламеняемое пространство;
  • в железном ящике;
  • в холодильнике;
  • в кастрюле или металлическом ведре (как вариант — с песком).

  Искрение [ править ]

  С этим можно бороться резисторами на отдельном тонком кабеле, который нужно подключать раньше основного. Ток заряда конденсаторов через резистор будет ниже и искрение будет таким образом подавляться. Также можно использовать специальные разъёмы.

  Вздутие LiPo [ править ]

  Вздутие LiPo-аккумулятора — результат определённых химических процессов внутри него, сопровождающихся выделением газа, которому некуда выйти из-за герметичной конструкции батареи. Вздутие может происходить по разным причинам и в любом случае сопровождается деградацией, физическим старением аккумулятора, уменьшением ёмкости, неспособностью удерживать полученный заряд и отдавать заявленный ток — это всё следствия увеличения расстояния между пластинами внутри банки аккумулятора.

  • Неправильные условия эксплуатации. Обычно это слишком большой зарядный ток или слишком большая нагрузка при разряде (слишком большой продолжительный разрядный ток), приводящие к чрезмерному нагреву аккумулятора. А также — пренебрежение процедурой расконсервации.
  • Нарушение производственных технологий (в том числе — попадание влаги внутрь в процессе сборки) и/или использование дешёвых материалов при изготовлении.

  Еле вспухшие аккумуляторы (в таком состоянии вспухание определяется скорее на ощупь, чем визуально) можно некоторое время продолжать эксплуатировать, контролируя фактическую ёмкость. Если аккумулятор не способен держать ёмкость менее 80% от номинальной, то следует приступить к его утилизации.

  Сильно (заметно) вспухшие аккумуляторы следует немедленно прекратить эксплуатировать и так же утилизировать.

  Возгорание LiPo [ править ]

  Целостность и герметичность мягкого корпуса элементов LiPo-аккумулятора — залог безопасности. При нарушении оболочки батареи, или изменении её формы возможны возгорание и даже взрыв!

  Даже если кажется, что ничего не происходит и аккумулятор ещё послужит, то ЧП может произойти при его зарядке, когда активизируются химические процессы внутри него и повышается температура. Как вариант, при краше оболочка может где-то надорваться или лопнуть, а при заряде — начать греться и вздуваться, в результате чего трещина может стать больше, в неё попадает кислород, а дальше — пламя из расщелины.

  В продаже есть несгораемые спецпакеты и сумки для зарядки LiPo-аккумуляторов, предназначенные для снижения вреда в случае возгорания. Их рекомендуется использовать, но, тем не менее, не стоит надеяться на них и оставлять аккумуляторы без присмотра.

  На многих зарядных устройствах есть возможность контроля температуры (присутствует вход для температурного датчика). Когда температура датчика, закреплённого на аккумуляторе, превышает заданное в настройках значение (рекомендуется установить предел в 45°C), то аккумулятор сразу обесточивается и зарядник начинает сигнализировать об опасной ситуации. При этом, возможно, аккумулятор вздуется и сильно нагреется, но до огня/взрыва скорее всего дело не дойдет.

  В следующих случаях рекомендуется незамедлительно утилизировать LiPo-аккумулятор:

  • Авария, «краш» радиоуправляемой модели или мультикоптера с повреждением оболочки (при этом обычно у поверхности аккумулятора ощущается отчетливый специфический запах электролита) или изменением формы аккумулятора.
  • Слишком высокое (очень вероятен взрыв) или слишком низкое напряжение на одной из банок (при этом возгорание или взрыв сами по себе маловероятны, но могут произойти при зарядке).
  • Вздутый аккумулятор.

  Утилизация [ править ]

  Перед тем как выкинуть LiPo-аккумулятор, желательно его (варианты):

  • разрядить небольшой нагрузкой в ноль (лампочка или несколько).
  • подержать в соленой воде до прекращения газообразования. 2-3 столовые ложки на литровую банку. Плюс в том, что гарантированно все банки разряжаются.
  • надрезать пак канцелярским ножом (разгерметизировать) и через несколько часов он деградирует. — эта рекомендация встречалась на форумах, но её безопасность под сомнением, выполняйте на свой страх и риск.

  FAQ [ править ]

  Как паять банки аккумулятора [ править ]

  Паять контактные пластины элементов LiPo-аккумулятора нужно обычным припоем после обработки одним из флюсов:

  • ФТКА — флюс для пайки алюминиевых проводов.
  • Жидкий флюс для алюминия отечественного производства (в пластиковом флакончике).
  • Флюсом для алюминия и ЛТИ-120.
  • Активный паяльный жир. Нужно только не забыть потом всё промыть.

  Можно ли одну из банок на 5200мА·ч заменить банкой на 5000мА·ч той же токоотдачи [ править ]

  Если будет предусмотрен побаночный мониторинг, то можно. А если будет просто отсечка по напряжению, то банка с меньшей ёмкостью (5000мА·ч) будет садится раньше всех и она уйдёт в глубокий разряд, что недопустимо.

  Литий-полимерный аккумулятор – плюсы и минусы

  

  Литий-полимерные аккумуляторы – это современные элементы питания с отличными эксплуатационными характеристиками. Они стали новой ступенью развития литий-ионной технологии. Аккумуляторы типа Li-Polymer применяются в смартфонах, планшетах, электронных книгах, квадрокоптерах, моделях на радиоуправлении, портативных электроинструментах и другой технике.

  Использование полимерного электролита повышает безопасность использования аккумуляторов, предоставляет свободу форм и размеров, в т. ч. позволяет получать сверхтонкие модели.

  Изначально Li-Pol элементы питания уступали Li-ion аналогам по ионной проводимости и диапазону допустимых температур. Но модели обоих типов, используемые в современной технике и электронике, по рабочим характеристикам практически идентичны.

  Особенности Li-Pol технологии

  

  Главное отличие Li-Pol моделей от Li-ion аналогов состоит в типе применяемого электролита. При производстве накопителей энергии категории Li-ion катод и анод разделяют пористым сепаратором. В его порах содержится жидкий электролит. У элементов питания категории Li-Pol роль электролита выполняет полимер с токопроводящими добавками.

  Основой для производства Li-Polymer аккумуляторов стали полимеры, которые при внедрении в их структуру ионов электролита переходят в полупроводниковое состояние с многократным возрастанием проводимости.

  Ученым удалось создать несколько групп Li-Po аккумуляторов с разным составом электролита:

  1. С сухим полимером – такие модели производятся с применением полиэтиленоксида и солей лития.
  2. С мелкопористой полимерной матрицей – в нее внедряются неводные растворы солей лития.
  3. С гомогенным электролитом в форме геля – создаются путем встраивания в полимерную структуру солей лития.

  Характерным отличием Li-Polymer батарей является гибкая форма и мягкая оболочка вместо жесткого корпуса. Эта особенность обеспечивает элементам питания более легкий вес – на 20% по сравнению с Li-ion аналогами.

  Принцип работы

  По принципу работы Li-Po и Li-ion аккумуляторы идентичны. Заряд переносят ионы лития, которые перемещаются от катода к аноду и обратно, внедряясь в молекулярную структуру материалов. При зарядке элементов питания ионы Li + переходят от катода к аноду, а при разрядке – в обратном направлении. Проводящей средой для ионов Li+ служит полимер с включенными в его состав добавками из солей лития. Напряжение Li-Po ячеек в разряженном состоянии составляет от 2,7 до 3 В, а в заряженном – достигает 4,2 В.

  Плюсы и минусы литий-полимерных батарей

  Экспериментируя с используемыми материалами катода, анода и электролита, ученые добились повышения плотности тока и увеличения температурного диапазона Li-Po ячеек. У разных брендов технологии изготовления Li-Pol аккумуляторов. Поэтому и характеристики элементов питания отличаются. Но в целом плюсами литий-полимерных аккумуляторов являются:

  

  • стойкость к токовым перегрузкам, сжатию, вибрациям и другим воздействиям;
  • компактность;
  • легкий удельный вес;
  • низкое внутреннее сопротивление;
  • разнообразие форм и толщин – вплоть до 1 мм;
  • высокая удельная энергоемкость;
  • малый саморазряд;
  • невыраженный эффект памяти;
  • стабильность напряжения в процессе разряда;
  • напряжение 3,7 В на ячейку;
  • высокий уровень безопасности;
  • диапазон рабочих температур от -20 до +40 °С;
  • ресурс от 500 циклов и выше.

  Минусами литиево-полимерных аккумуляторов считается их относительно высокая цена, временное снижение емкости на морозе и подверженность естественной деградации – старению. Как и все элементы питания на основе лития, Li-Polymer модели постепенно теряют свою емкость – около 20% за 2 года активной работы.

  Типы Li-Po батарей

  В зависимости от допустимых разрядных токов Li-Po батареи делятся на 2 группы:

  Как создают аккумуляторные батареи

  

  Практически все современные гаджеты объединяет одна деталь — в них есть аккумуляторная батарея. И её ёмкость остаётся одним из главных критериев при выборе устройства. Мы живем в эру мобильности, и требования к аккумуляторам растут с каждым годом.

  Батареи для ноутбуков (и многие другие) состоят из энергетических элементов, скомпонованных в связанные друг с другом ячейки. Ноутбуки, как и большая часть других мобильных устройств, работают на литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторах.

  Мало кто задумывается о том, как сложно создать аккумуляторную батарею, отвечающую требованиям времени. Сегодня вы узнаете, как их производят в промышленных масштабах… начиная с химических элементов.

  Li-ion — литий-ионные

  

  Широко распространённый литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катода из алюминиевой фольги и анода из медной), разделенных пористым сепаратором, пропитанным жидким электролитом. Пакет электродов помещен в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъемникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации.

  
  Типичная литий-ионная перезаряжаемая батарея состоит из положительного электрода (зеленый), отрицательного электрода (красный) и разделяющим их слоем сепаратора (желтый). Ионы лития (Li +, синий) перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному (катод). Во время зарядки происходит обратный процесс, ионы лития переносятся к аноду. Источник

  Литий-ионный аккумулятор обладает высокой энергоплотностью, но быстро разряжается при использовании на морозе и может быть взрывоопасен при перезаряде выше 4,2 В. Если вы проколете литий-ионную батарею и создадите короткое замыкание, она загорится и возникнет действительно сильный огонь, который нельзя легко потушить с помощью обычного огнетушителя. Именно поэтому многие такие аккумуляторы оснащают специальной защитой.

  Li-po — литий-полимерные

  

  Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор) представляет собой усовершенствованную конструкцию литий-ионного аккумулятора. В таком аккумуляторе в качестве электролита используется не жидкость, а сухой полимерный материал (синтетический пластик). В отличие от Li-ion, Li-po безопаснее, может отдавать сильные токи и, благодаря полимерному материалу, может быть какой угодно толщины и формы.

  Li-po и технологии

  

  Ноутбук, оснащенный литий-полимерным аккумулятором, поддерживает в 3 раза больше циклов зарядки (то есть служит в 3 раза дольше), чем ноутбук со стандартным литий-ионным аккумулятором.

  Эффективность энергопотребления достигается не только за счет химических свойств батареи. Если ноутбук остается подключенным к зарядке, когда аккумулятор уже полностью заряжен, это может привести к ухудшению рабочих характеристик аккумулятора и, соответственно, к сокращению срока его службы. Это может также стать причиной набухания аккумулятора из-за внутреннего накопления газов, вызванного окислением, а значит и деформированию или повреждению ноутбука. Дополнительные программные технологии позволяют установить предельный уровень заряда 60%, 80% или 100%, чтобы продлить срок службы батареи и уменьшить вероятность ее набухания.

  Ноутбуки также оснащаются механизмом быстрой зарядки, с помощью которого аккумулятор заряжается за несколько десятков минут чуть более чем наполовину.

  Li-po vs Li-ion

  Положительные и отрицательные электроды Li-po и Li-ion имеют сходный химический состав. Основное различия между двумя видами батарей заключается в способе их компоновки. С литий-ионной технологией для оболочки можно выбрать только жесткий металлический корпус, в то время как литий-полимерная технология позволяет использовать мягкую оболочку для корпуса (пластиковая или алюминиевая фольга). При толщине до 3 мм Li-po имеет преимущество в емкости. При толщине более 3 мм Li-ion дает существенную выгоду в цене.

  Существуют и другие виды аккумуляторов на основе лития: LiFePO4 — литий-железо-фосфатные, LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатные, и другие. Отличаются они различными добавками, улучшающими характеристики батареи. Однако в основе большей части новых экспериментов лежит всё тот же металл, пришедший на смену некогда популярным никель-кадмиевым и никель-металлгидридным аккумуляторам.

  Литий

  
  Очень легкий, очень мягкий металл серебристо-белого цвета.

  Первые работы в области создания перезаряжаемого аккумулятора на основе лития были начаты в 1912 году, но до 1970-х эксперименты не выходили за пределы лабораторий из-за нестабильности лития. В 1980-х на основе технологий, разработанных в Оксфордском университете, стали появляться первые промышленные литиевые аккумуляторные батареи, которые быстро перегревались и выходили из строя. Только в 1991 году был создан аккумулятор, в котором металлический литий был заменен более безопасной ионной формой.
  Литий снискал заслуженную популярность за счет своих особых свойств. Это один из самых легких металлов в периодической таблице, который действительно помогает сохранять большие объемы энергии в небольшом объеме и при незначительном весе. Однако популярность лития сегодня может привести к исчерпанию этого металла в будущем.

  

  Добыча лития — это трудоемкий процесс даже в тех регионах, где металла много. На протяжении десятилетий коммерческое производство лития основывалось на минеральных рудных источниках, таких как сподумен, петалит и лепидолит. Однако извлечение лития из руды вдвое превышает стоимость производства из соляных растворов.

  Основные залежи лития, пригодные для активной разработки, находятся в Южной Америке и Китае. На территории России больше всего лития содержится в слюде, сопровождающей месторождения редкоземельных металлов. До недавнего времени добыча лития из слюды стоила слишком дорого, но в 2017 году ученые НИТУ «МИСиС» представили установку, сделавшую добычу соединений лития из бедной руды вдвое дешевле.

  Большая часть лития сегодня добывается из естественных водяных линз соляных озер, в насыщенных соляных растворах которых концентрируется хлорид лития, калий и натрий. Раствор выкачивается и выпаривается на солнце, полученная смесь солей перерабатывается.

  Извлечение лития

  
  Солончак Уюни содержит около 100 миллионов тонн лития, или от 50 до 70% его мировых запасов.

  Крупнейший источник лития находится в Боливии — это солончак Уюни, высохшее соленое озеро, расположенное на высоте около 3650 м над уровнем моря. Имеет площадь 10 588 км². Внутренняя часть покрыта слоем поваренной соли толщиной 2-8 м. Хлорид лития, находящийся здесь в огромных количествах, пригоден для добычи из него лития, а раньше использовался в качестве замены обычной соли. Употреблять в пищу его перестали после открытия токсических эффектов.

  
  Литиевый соляной пруд в Аргентине.

  Для извлечения лития соляные растворы сначала перекачивают на поверхность в специальные пруды, где под воздействием солнца в течение нескольких месяцев происходит медленное испарение. Когда хлорид лития в испарительных прудах достигает оптимальной концентрации, раствор перекачивают на восстановительную установку, где фильтрацией удаляют из смеси нежелательные примеси.

  Преобразование лития в металл производится в электролитической ячейке. Хлорид лития смешивается с хлоридом калия в соотношении 55% к 45% для того, чтобы произвести расплавленный эвтектический электролит. Далее электролизом расплава при температуре 600 °C получают расплавленный литий, который поднимается на поверхность электролита.

  Другие химические элементы

  
  Составляющие стоимости Li-ion батареи.

  Внутри литий-ионного аккумулятора может использоваться несколько материалов для катодов. Первоначально основным компонентом катода был кобальт, но он имеет ограниченную доступность в природе и токсичен, что является огромным недостатком для массового производства. Сегодня кобальт частично замещается никелем, а также смесью кобальта, никеля и марганца.

  Безопасная и долговечная батарея нуждается в надежном электролите, который может выдерживать существующее напряжение и высокие температуры и имеет длительный срок хранения, обеспечивая высокую подвижность ионов лития. Растворы электролита состоят из органических растворителей, соли LiPF6 (гексафторфосфат лития) и различных добавок.

  Электролит высокой чистоты играет ключевую роль в транспортировке положительных ионов лития между катодом и анодом. Электролитные добавки улучшают стабильность, предотвращая деградацию раствора. Состав электролитов варьируется в зависимости от используемых анодных и катодных материалов, однако выбор электролита часто подразумевает компромисс между воспламеняемостью и электрохимическими характеристиками.

  Полимерные электролиты представляют собой ионно-проводящие полимеры. Они часто смешиваются в композитах с керамическими наночастицами, что приводит к более высокой проводимости и устойчивости к более высоким напряжениям.

  В литий-ионных батареях в качестве токоприемников используется разнообразная металлическая фольга — медная, никелевая или фольга из каталитической меди. Как правило, медная фольга ставится в качестве отрицательного электрода для коллектора анодного тока, а алюминиевая фольга применяется в качестве положительного электрода для катодного токосъемника.

  
  Строение Li-po батареи

  Анод состоит из смеси графита и лития (возможно также использование интерметаллидов или кремния), в то время как катод объединяет литий и другие металлы (материалы катода требуют чрезвычайно высокой чистоты и должны быть почти полностью очищены от нежелательных металлических примесей — железа, ванадия и серы).

  Отделяет катод от анода сепараторный материал из полипропилена, полиэтилена или другого схожего полимерного материала. Сепараторы большинства батарей состоят из очень простых пластиковых пленок, которые имеют правильный размер пор, чтобы позволить ионам перемещаться, блокируя при этом другие элементы. В случае жидкого электролита сепаратор представляет собой вспененный материал, который пропитывается электролитом и удерживает его на месте.

  Процесс производства батареи

  

  Основы для анода и катода поставляются на завод в виде черного порошка, и для неподготовленного глаза они почти неотличимы друг от друга. Порошок очень мелкой фракции, чтобы достичь максимальной эффективной площади поверхности электродов. Форма частиц также важна. Предпочтительны гладкие сферические крупицы с закругленными краями, поскольку острые кромки или шелушащиеся поверхности чувствительны к высоким электрическим нагрузкам.

  Аноды и катоды в литиевых батареях имеют одинаковую форму и выполняются по аналогичным процессам на идентичном оборудовании. Но поскольку загрязнение между анодным и катодным материалами приведет к разрушению батареи, то для предотвращения контакта материалов их обычно обрабатываются в разных цехах.

  

  Первая стадия производства заключается в смешивании материалов электродов и нанесении суспензии на поверхность фольги. Активные электродные материалы покрываются с обеих сторон металлической фольгой, которая действует как токоприемник, проводящий ток внутри и снаружи ячейки. Затем фольга с материалами сушится, разрезается на узкие полоски и сворачивается в несколько слоев. Это требует постоянного контроля, поскольку любые заусенцы на краях полосок фольги могут привести к внутренним коротким замыканиям в ячейках.

  

  В процессе сборки батареи сепаратор зажимают между анодом и катодом. После помещения батареи в корпус ее заполняют электролитом и запечатывают. Это должно выполняться в «сухой комнате», так как электролит реагирует с водой. Влага приведет к разложению электролита с выбросом токсичных газов.

  
  Электроды помещают в корпус, оставляя отверстие для добавления электролита/

  Как только сборка ячейки будет завершена, она должна пройти хотя бы один контролируемый цикл зарядки/разрядки. Процесс зарядки начинается с низкого напряжения, которое постепенно нарастает. Только после прохождения теста батарея покинет завод и отправится дальше.

  В будущем, несомненно, появятся новые виды аккумуляторов. Возможно, тогда литий останется в прошлом. Пока же есть еще множество возможностей для улучшения характеристик существующих аккумуляторных батарей.

  Читать:

  Полудлина пассика что значит