Литий-полимерные (li-pol) аккумуляторы

Вступление
Главные характеристики
Области применения и цена
Производители
Зарядка литий-полимерных аккумуляторная батарей
Эксплуатация и меры безопастности
Сборка батареи
Нюансы применения
Заключение

Вступление

Прогресс идет вперед, и на смену традиционно применяемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) мы взяли возможность применять литиевые аккумуляторная батареи. При сравнимом весе одного элемента они имеют громадную, если сравнивать с NiCd и NiMH емкость, помимо этого, напряжение элемента у них втрое выше — 3.6V/элемент вместо 1.2V. Так что для большинства моделей хватает батареи из двух либо трех элементов.

Среди литиевых аккумуляторная батарей различают два главных типа — литий-ионные (светло синий-Ion) и литий-полимерные (LiPo, Li-Po либо Li-Pol). Отличие между ними – в типе применяемого электролита. При LiIon – это гелевый электролит, при LiPo – особый полимер, насыщенный литийсодержащим раствором.

Но для применения в силовых установках моделей громаднейшее распространение взяли литий-полимерные аккумуляторная батареи, так что в будущем разговор отправится как раз о них. Но, твёрдое разделение тут очень условно, поскольку оба типа отличаются по большей части применяемым электролитом, и все, что будет сообщено про литий-полимерные аккумуляторная батареи, фактически полностью относится и к литий-ионным (заряд, разряд, особенности эксплуатации, техника безопасности).

С практической точки зрения нас тревожит лишь тот момент, что литий-полимерные аккумуляторная батареи на данный момент снабжают более высокие разрядные токи. Исходя из этого на модельном рынке в качестве источника энергии для силовых установок по большей части предлагают как раз их.

Главные характеристики

Литий-полимерные аккумуляторная батареи при однообразном весе превосходят по энергоемкости NiCd в несколько раз, NiMH в несколько раз. Количество рабочих циклов 500- 600, при разрядных токах в 2С до утраты емкости в 20% (для сравнения — у NiCd- 1000 циклов, у NiMH – 500). По большому счету говоря, каких–или данных по количеству рабочих циклов до тех пор пока еще мало и к приведенным в этом случае их чертям нужно относиться критически.

Помимо этого, разработка их изготовления совершенствуется, и быть может, что сейчас цифры по этому типу аккумулятора уже другие. Равно как и все аккумуляторная батареи, литиевые подвержены старению. Через 2 года батарея теряет около 20% ёмкости.

Из всего многообразия силовых литий-полимерных аккумуляторная батарей, имеющихся в продаже, возможно выделить две главные группы — быстроразрядные (Hi discharge) и простые. Отличаются они между собой большим разрядным током — его показывают либо в амперах, либо в единицах емкости аккумулятора, обозначаемой букой «С». К примеру, в случае если ток разряда 3С, а емкость аккумулятора – 1 Ач, то ток будет равен 3 А.

Большой ток разряда простых аккумуляторная батарей, в большинстве случаев, не превышает 3С, кое-какие производители показывают 5С. Быстроразрядные аккумуляторная батареи допускают ток разряда до 8-10С. Такие аккумуляторная батареи пара тяжелее собственных слаботочных собратьев (приблизительно на 20%), и в заглавии у них по окончании цифр емкости присутствуют буквы HD либо HC, к примеру KKM1500 – простой аккумулятор емкостью 1500 мАч, а KKM1500HD – быстроразрядный. Хочется сходу сделать маленькое замечание для любителей опытов.

В бытовой технике быстроразрядные аккумуляторная батареи не используются. Исходя из этого в случае если вас посетит мысль добыть по дешевке аккумулятор из мобильного телефона либо камеры, то на прекрасный результат тут рассчитывать сложно. Вероятнее, такая батарея весьма скоро погибнет из-за нарушения предусмотренных режимов эксплуатации.

Области применения и цена

Использование литий-полимерных аккумуляторная батарей разрешает решить две серьёзные задачи — расширить время работы мотора и снизить вес батареи.

При замене батареи 8.4 V NiMH 650 мАч двумя простыми, не быстроразрядными литиевыми аккумуляторная батареями емкостью 2 А*ч, приобретаем батарею в 3 раза большей емкости, легче на 11 г и с пара меньшим напряжением (7.2 вольта)! А вдруг применять быстроразрядные аккумуляторная батареи, вот тогда и громадные самолеты смогут летать, не уступая в энерговооруженности ДВСу. В подтверждение этому, 7-е место в чемпионате мира по пилотажным моделям F3A занял американец на электролете.

Причем это была не маленькая жужжалка, а обычный двухметровый самолет, как у остальных участников, имевших модели с двигателями внутреннего сгорания!

Отлично зарекомендовали себя литий-полимерные аккумуляторная батареи на маленьких вертолетах, таких, как colo либо Hummingbird — к примеру, кроме того при применении стандартного коллекторного мотора время полета на двух банках емкостью 1 Ач образовывает более 25 мин.! А при замене мотора на бесколлекторный — более 45 мин.!

И, само собой разумеется, литиевые аккумуляторная батареи легко незаменимы, в то время, когда речь заходит о комнатных самолетах весом 4-20 г. В данной области NiCd с ними сравниться неимеетвозможности — нет таких батарей (к примеру, вес 45 мАч банки-1 г, 150 мАч — 3.2 г), каковые при столь малом весе давали бы нужную мощность — пускай кроме того в течение 1 60 секунд!

Единственная область, где до тех пор пока литий-полимерные аккумуляторная батареи уступают Ni-Cd — это область супервысоких (40-50С) разрядных токов. Но прогресс идет вперед, и, возможно, через несколько лет мы услышим про новые удачи в данной области — так как 2 года назад про быстроразрядные литиевые аккумуляторная батареи также никто не слышал…

Вот, для примера, главные характеристики LiPo аккумуляторная батарей Kokam:

Наименование Емкость, mAh Размеры, мм Вес, г Большой ток

Kokam 145	145	27.5х20.4х4.3	3.5	0.7A, 5C
Kokam 340SHC	340	52x33x2.8	9	7А, 20С
Kokam 1020	1020	61x33x5.5	20.5	3А, 3С
Kokam 1500HC	1500	76x40x6.5	35	12А, 8С
Kokam 1575	1575	74x41x5.5	32	7А, 5С

По цене, в пересчете на емкость, литий-полимерные аккумуляторная батареи стоят приблизительно столько же, сколько NiMH.

Производители

На данный момент существует пара компаний-производителей литий- полимерных аккумуляторная батарей. Фаворитом по количеству производимых аккумуляторная батарей и одним из первых по качеству есть Kokam. Кроме этого известны компании Thunder Power, I-Rate , E-Tec, и Tanic (предположительно, это второе наименование Thunder Power либо же это один из продавцов Thunder Power под своим заглавием).

Взглянуть типы Kokam-а возможно на сайте www.fmadirect.com, батареи различных производителей предлагаются на сайте www.b-p-p.com и www.lightflightrc.com.

Имеется еще Platinum Polymer, предлагаемый на сайте www.batteriesamerica.com, предположительно — это второе наименование I-Rate .

Ассортимент емкости аккумуляторная батарей очень широк – от 50 до 3000мАч. Для получения громадных емкостей применяют параллельное соединение аккумуляторная батарей.

По форме все батареи плоские. В большинстве случаев, их толщина меньше самой маленькой стороны более чем в 3 раза, и выводы делаются с маленькой стороны в виде плоских пластин.

I-Rate, как мне известно, быстроразрядных аккумуляторная батарей пока не делает, и их аккумуляторная батареи имеют одну особенность: один из электродов у них алюминиевый, и паять его проблематично. Это делает их неудобными при независимой сборке батареи.

аккумуляторная батареи E-Tec — что-то среднее, они не заявлены как быстроразрядные, но ток их разряда выше, чем у простых – 5-7С.

Фаворитами по популярности являются Kokam и Thunder Power, причем Kokam по большей части применяют в легких и средних моделях, а Thunder Power на средних, громадных и огромных (более десяти килограмм!). Разумеется, это обусловлено наличием и ценой в ассортименте замечательных сборок — до 30 вольт и 8Ач емкостью. Потом идут Tanic и E-tec, а вот про I-rate упоминаний мало.

Platinum Polymer популярен почему-то лишь в Америке, причем применяют его практически только на медленных слоуфлаерах.

Зарядка литий-полимерных аккумуляторная батарей

Заряд аккумуляторная батарей осуществляется по достаточно несложному методу — заряд от источника постоянного напряжения 4.20 вольт/элемент с ограничением тока в 1С. Заряд считается завершенным, в то время, когда ток упадет до 0.1-0.2С. По окончании перехода в режим стабилизации напряжения при токе в 1С аккумулятор набирает приблизительно 70-80% емкости.

Для полной зарядки нужно время около 2-х часов. К зарядному устройству предъявляются достаточно твёрдые требования по точности поддержания напряжения в конце заряда — не хуже 0.01 в/банку.

Из представленных на рынке зарядных устройств возможно выделить главных типа — простые, не «компьютерные» зарядники, в ценовой категории 10-40$, предназначенные лишь для литиевых аккумуляторная батарей, и универсальные — в ценовой категории 120-400$, предназначенные для разных типов аккумуляторная батарей, среди них и для LiPo и Li-Ion.

Первые, в большинстве случаев, имеют лишь светодиодную индикацию заряда, ток и количество банок в них выставляются перемычками. Преимущество таких зарядных устройств — низкая цена. Основной недочёт – кое-какие из них не могут верно показывать окончание заряда.

Они показывают только момент перехода от режима стабилизации тока к режиму стабилизации напряжения, что образовывает приблизительно 70-80% емкости. Для полного окончания заряда нужно еще подождать мин. 30-40.

У второй группы зарядников возможности намного шире, в большинстве случаев, они все показывают напряжение, ёмкость и ток (мАч), которую аккумулятор «принял» в ходе заряда, что разрешает более совершенно верно определять, как заряжен аккумулятор.

При применении зарядного устройства самое основное — верно выставить на заряднике необходимое количество банок в ток и батарея заряда. Ток заряда, в большинстве случаев, равен 1С.

Эксплуатация и меры безопастности

Возможно с уверенностью заявить, что литий-полимерные аккумуляторная батареи самые «ласковые» аккумуляторная батареи из существующих, другими словами требуют необходимого соблюдения нескольких несложных, но необходимых правил, из-за несоблюдения которых случается либо пожар, либо аккумулятор «умирает».

Перечислим их в порядке убывания опасности:

Заряд до напряжения, превышающего 4.20 вольт/банку.
Замыкание аккумулятора.
Разряд токами, превышающими нагрузочную свойство либо нагревающими аккумулятор выше 60°С.
Разряд ниже напряжения 3.00 вольта/банку.
Нагрев аккумулятора выше 60°С.
Разгерметизация аккумулятора.
Хранение в разряженном состоянии.

Невыполнение первых трех пунктов ведет к пожару, всех остальных — к полной либо частичной утрата емкости.

Из всего сообщённого возможно сделать следующие выводы:

Дабы не было пожара, нужно иметь обычный зарядник и верно выставлять на нем число заряжаемых банок. Нужно кроме этого применять разъемы, исключающие возможность замыкания батареи (вследствие этого у моего приятеля обгорел стол, на котором заряжались аккумуляторная батареи, и занавеска) и осуществлять контроль ток, потребляемый мотором на «полном газу». Помимо этого, не рекомендуется на модели закрывать аккумуляторная батареи со всех сторон от поступления потока воздуха, а вдруг это нереально, то направляться предусмотреть особые каналы для охлаждения.

В случаях, в то время, когда ток, потребляемый двигателем, образовывает более 2С, а аккумулятор на модели закрыт со всех сторон, по окончании 5-6 мин. работы мотора направляться его остановить, а после этого извлечь и потрогать аккумулятор — не через чур ли тёплый. Дело в том, что по окончании нагрева выше определенной температуры (около 70 градусов) в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло, аккумулятор практически растекается, поджигая все, что может гореть.

В случае если замкнуть практически разряженный аккумулятор, то пожара не будет, он негромко и мирно погибнет из-за переразряда …Из этого следует второе серьёзное правило: смотрите за напряжением в конце разряда аккумулятора и в обязательном порядке отключайте аккумулятор по окончании работы!

Кое-какие регуляторы скорости (особенно этим грешат Jeti) не прекращают потребление тока по окончании выключения штатного выключателя. Что вынудило чехов принять такое необычное ответ – не знаю. Но факт остается фактом, фактически все модели контроллеров для бесколлекторных моторов Jetti (включая и новую серию Advanced), в которых имеется BEC, другими словами стабилизатор машинок и питания приёмника от силового питания, не снабжают полное обесточивание цепи штатным выключателем.

Отключаются лишь приемник и сервомашинки, а контроллер потребляетток около 20 мА. Это особенно страшно, поскольку не видно, что питание включено, машинки стоят, мотор молчит… И в случае если забыть о подключенном аккумуляторе на дни-вторые, то окажется, что с ним возможно проститься — не обожает литий глубокого разряда.

Само собой разумеется, направляться не забывать о том, что контроллер двигателя обязан мочь трудиться с литиевыми аккумуляторная батареями, другими словами иметь регулируемое напряжение отключения двигателя. И нужно помнить программировать контроллер на необходимое количество банок. Но, на данный момент показалось новое поколение контроллеров, каковые машинально определяют количество подключенных банок.

Разгерметизация – еще одна обстоятельство выхода литиевых аккумуляторная батарей из строя, потому, что вовнутрь элемента не должен попадать воздушное пространство. Это может случиться при повреждении внешнего защитного пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки), в следствии удара либо повреждения острым предметом, либо при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод — не ронять с громадной высоты и паять бережно.

Хранение аккумуляторная батарей, если судить по рекомендациям производителей, направляться создавать в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температурах не выше 20°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно отражается на сроке работы — как и у всех аккумуляторная батарей, у литий-полимерных имеется маленький саморазряд.

Сборка батареи

Для получения батарей с высокой токоотдачей либо громадной емкости применяют параллельное соединение аккумуляторная батарей. Если вы берёте готовую батарею, то по маркировке возможно определить, сколько в ней банок и как они соединены. Буква P (parallel) по окончании числа обозначает количество соединенных параллельно банок, а S (serial) –последовательно.

К примеру, Kokam 1500 3S2P обозначает батарею, соединенную последовательно из 3-х пар аккумуляторная батарей, и любая пара образована 2-мя параллельно соединенными аккумуляторная батареями емкостью по 1500мач., другими словами емкость батареи будет 3000мАч (при соединении параллельно емкость возрастает), а напряжение – 3,7*3 = 11,1В..

Если вы берёте аккумуляторная батареи раздельно, то перед соединением их в батарею необходимо уравнять их потенциалы. Особенно это относится варианта параллельного включения, поскольку наряду с этим одна банка начнет заряжать другую, и зарядный ток может превышать значение 1С. Нужно все приобретённые банки перед соединением разрядить до 3-х вольт током 0.1С – 0.2С.

Напряжение нужно осуществлять контроль цифровым вольтметром с точностью не ниже 0.5%. Это обеспечит надежное функционирование батареи в будущем.

Выравнивание потенциалов (балансировку) кроме этого нужно проводить кроме того уже на собранных фирменных батареях перед их первым зарядом, поскольку многие компании, собирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.

Из-за падения емкости в следствии эксплуатации ни за что нельзя добавлять новые банки последовательно ветхим — батарея будет наряду с этим разбалансирована.

Само собой разумеется, кроме этого нельзя соединять в батарею аккумуляторная батареи различных, кроме того родных емкостей – к примеру 1800 и 2000 мАч, и применять в одной батарее аккумуляторная батареи различных производителей, поскольку разное внутреннее сопротивление приведет к разбалансировке батареи. При пайке направляться выполнять аккуратность, нельзя допускать перегрева выводов, — это может нарушить герметизацию и окончательно убить еще не успевший полетать аккумулятор.

Кое-какие типы аккумуляторная батарей Kokam поставляются с уже припаянными кусочками печатной платы к выводам, для удобства распайки проводов. Наряду с этим добавляется лишний вес — около 1г на элемент, но греть места для припайки проводов возможно значительно продолжительнее — стеклотекстолит не хорошо проводит тепло. Провода с разъемами направляться закрепить на корпусе батарее, хотя бы скотчем, дабы случайно не оторвать вывод под корень.

Нюансы применения

Итак, выделим еще раз самые серьёзные моменты, которые связаны с применением литий-полимерных аккумуляторная батарей.

Применяйте обычный зарядник.
Используйте разъемы, исключающие возможность замыкания батареи.
Не превышайте допустимые токи разряда.
Смотрите за температурой аккумулятора при отсутствии охлаждения.
Не разряжайте аккумулятор ниже напряжения 3 V/банку (помнить отключать аккумулятор по окончании полета!).
Не подвергайте батарею ударам.

Приведем еще пара нужных примеров, вытекающих из ранеесказанного, но неочевидных на первый взгляд.

При громадных зарядных токах (2 А и более) применение узких проводов от зарядника до батареи, и подключение «крокодилами» а не штатными разъемами батареи к заряднику приводят к паразитному падению напряжения в проводах и контактах, зарядник раньше переходит в режим стабилизации напряжения, что увеличивает время заряда. К примеру, на заряднике Triton при применении штатных проводов с «крокодилами» время заряда на токе 1.5 А возрастает на 20 мин. если сравнивать с толстыми (1 кв.мм) проводами без «крокодилов».

При применении коллекторных моторов необходимо не допускать обстановок, в то время, когда мотор застопорен (к примеру, модель лежит на земле), а на передатчике дан полный газ. Ток наряду с этим через чур велик, и мы рискуем взорвать батарею (в случае если раньше не сгорит мотор либо регулятор). Эта неприятность много раз обсуждалась в форумах RC Groups.

Большая часть регуляторов для коллекторных моторов выключают мотор при утрата сигнала от передатчика, и, в случае если ваш регулятор может это делать, я бы рекомендовал выключать передатчик, в случае если модель упала, к примеру, в траву на большом растоянии от вас, — меньше риск при поиске модели задеть ручку газа болтающегося на ремне передатчика и не подметить этого.

В течении продолжительной эксплуатации батареи ее элементы из-за изначального маленького разброса емкостей становятся несбалансированными — какие-то банки «стареют» раньше вторых и теряют собственную емкость стремительнее. При большем числе банок в батарее процесс идет стремительнее.

Отсюда вытекает следующее правило — время от времени нужно осуществлять контроль емкость каждого элемента батареи в отдельности. Для этого возможно измерить его напряжение в конце заряда. Как довольно часто? Совершенно верно это до тех пор пока установить сложно — через чур мало опыта эксплуатации накоплено.

В большинстве случаев, советуют приблизительно через 40-50 циклов по окончании начала эксплуатации раз в 10-20 циклов создавать диагностику напряжения элементов батареи при заряде для обнаружения «нехороших банок».

Не рекомендуется «высаживать в ноль» батарею, гоняя мотор , пока он не прекратит по большому счету вращаться. Новой батарее такое обращение не повредит, а для мало разбалансированной — это лишний риск разрядить самую «нехорошую банку» ниже 3-х вольт, почему она еще больше утратит емкость.

В то время, когда емкости различаются более, чем на 20% — такую батарею без особых мер заряжать всю полностью запрещено!

Для автоматической балансировки элементов батареи при заряде применяют так именуемые балансеры (balancer). Это маленькая плата, подключаемая к каждой банке, содержащая нагрузочные резисторы, светодиод и схему управления, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4.17 — 4.19 вольт. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4.17 вольт балансер замыкает часть тока «на себя», не разрешая напряжению превышать критический порог.

По одновременности зажигания светодиодов видно, какие конкретно банки имеют меньшую емкость — на их балансере светодиод зажжется первым. К балансерам предъявляется одно ответственное дополнительное требование- ток, потребляемый ими от батареи в «ожидающем» режиме должен быть мелок, в большинстве случаев он образовывает 5-10 мкА.

направляться добавить, что от переразряда некоторых банок в разбалансированной батарее балансер не выручает, он помогает лишь для защиты от повреждения элементов при заряде и средством индикации «нехороших» элементов в батарее. Вышесказанное относится к батареям, составленным из 3-х и более элементов, для 2-х баночных батарей балансеры, в большинстве случаев, не используют.

Существует вывод, что литий-полимерные аккумуляторная батареи нельзя эксплуатировать при отрицательных температурах. Вправду, в технических характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50 °С(при 0 °С сохраняется 80% емкости). Но однако, летать на них при температурах около –10…-15 °С возможно. Дело в том, что не нужно перед полетом морозить батарею — положите ее в карман, где тепло.

А в полете внутреннее выделение тепла в аккумуляторе выясняется сейчас нужным свойством, не разрешая батарее замерзнуть. Само собой разумеется, отдача аккумулятора будет немного ниже, чем при обычной температуре.

Заключение

Учитывая, какими темпами двигается технический прогресс в области электрохимии, возможно высказать предположение, что будущее за литий-полимерными аккумуляторная батареями — в случае если их не догонят топливные элементы. По мере увеличения спроса на увеличения и аккумуляторы количества их выпуска цена будет неизбежно падать, и тогда литий станет, наконец, кроме этого распространен, как NiMH. На Западе это время уже полгода как наступило, по крайней мере, в Америке.

Популярность электролетов с литий-полимерными аккумуляторная батареями все растет. Возможно, что бесколлекторные контроллеры и моторы к ним также подешевеют, но в данной области прогресс понижения стоимостей движется менее быстро. Так как всего два года назад задавался в форуме вопрос — «А кто- нибудь реально летает на brushless?».

А про литиевые аккумуляторная батареи тогда упоминания не было по большому счету…

В общем, поживем — заметим.

Игромир

Литий-полимерные (li-pol) аккумуляторы

Рандомные статьи:

LiPol литиевые аккумуляторы _ДжоК #5

Похожие статьи, которые вам понравятся: