LiPo-аккумулятор
Содержание
Обозначения литий-полимерных источников питания
Рассмотрим обозначения LiPo-аккумуляторов на примере аккумулятора с популярными характеристиками 2200mAh 3S 20C.
Что такое mAh
В этих единицах указывается ёмкость аккумулятора. Подробнее см. в статье Ёмкость аккумуляторов.
Что такое S
Li-Po-аккумуляторы состоят из одной или нескольких «банок», элементов, обозначаемых буквой S. Каждая банка имеет номинальное напряжение 3,7В и максимальное (до которого заряжается) - 4,2В. То есть аккумулятор 3S - три банки, три элемента питания с общим номинальным напряжением 11,1В и максимальным 12,6В. Аккумуляторы LiPo HV имеют повышенные номинальные и максимальные напряжения.
Что такое С
Важной характеристикой LiPo-аккумуляторов является максимальная 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.
При превышении максимального тока разряда 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.
Разряд LiPo-аккумуляторов
Обычный разряд - это питание электрической схемы (модели).
- Разряд допускается до не менее, чем 2.5B (безопасным разрядом по разным данным считаются напряжения до 2.75В, 3В, 3.3В). Ниже - начинается отложение солей и возможное количество циклов уменьшается. Кроме того, аккумулятор может и не зарядиться. По другим данным, при низком напряжении возможна металлизация лития, создание токопроводящих литиевых «мостиков». И при зарядке такого аккумулятора образование проводящих участков из лития приводит к внутреннему короткому замыканию и, как следствие, к тепловому разгону аккумулятора с возможным взрывом аккумулятора.
- Глубина разряда пропорционально укорачивает срок службы. Например, два цикла, в которых батарея будет разряжена на 50%, для аккумулятора будут считаться как один.
- При разряде током I=C возможно около 500 полноценных циклов заряда-разряда.
- При разряде током, многократно превышающим номинал ёмкости (обычный режим работы) - возможно около 50 полноценных циклов.
- Первые 2-4 разряда лучше делать током 3-5C. 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. 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.
- Опаснее всего для LiPo высокая температура, а не низкое напряжение.
Заряд LiPo-аккумуляторов
- Напряжение заряда каждой банки должно быть не более 4,2В (при перезаряде 4,5В и более возможен взрыв), исключением являются аккумуляторы LiPo HV.
- 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]).
- Температура не более +70°С
- Ток заряда не более указанного в характеристиках конкретного аккумулятора (но лучше всего ≤1С, это определённо 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».
Fast Charge
Некоторые зарядные устройства для LiPo-аккумуляторов имеют среди режимов зарядки Fast Charge - быстрая зарядка. По опыту, разница между быстрым и обычным режимом зарядки отличается заключается лишь в более точной балансировке банок. 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).
Хранение (рекомендовано)
- Температура: +5..+28°С (+75°С не более часа)
- Напряжение на банках: 3.7-3.8В, это ~40% от полного заряда, рекомендуемый производителями уровень, именно с таким напряжением поставляются LiPo-аккумуляторы.
Искрение
Весьма часто при подключении LiPo-батарей, с количеством банок от 3S и больше, происходит сильное искрение. Это происходит из-за быстрой зарядки конденсаторов контроллеров моторов. При плохом контакте искрение может быть продолжительным и вызвать выгорание полётных контроллеров или регуляторов из-за постоянных сбросов программы микроконтроллеров и скачков напряжения (проверено, к сожалению, на практике).
С этим можно бороться резисторами на отдельном кабеле, который подключать раньше основного. Тогда ток зарядки конденсаторов будет ниже и искрение будет подавляться. Также можно использовать специальные разъёмы.
Возгорание LiPo
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.
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 или слишком низкое напряжение на одной из банок.
- Вздутый аккумулятор.
Утилизация
Перед тем как выкинуть LiPo-аккумулятор, желательно его:
- разрядить небольшой нагрузкой в ноль.
- 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.