Руководство по LiPo батареям — все, что вам нужно знать

Любители, у которых есть дроны или другие радиоуправляемые игрушки, вероятно, в какой-то момент использовали LiPo аккумулятор. Хотя технология аккумуляторов LiPo не нова, она стала популярной из-за растущей популярности дронов за последние пару лет. Это руководство было разработано, чтобы предоставить всю необходимую информацию о LiPo-батареях — что это такое, как они работают, какие преимущества они дают и как за ними ухаживать. Если у вас есть батарея LiPo или вы думаете о покупке устройства, в котором она используется, то стоит потратить время на изучение всего этого руководства.

Предупреждение: батареи могут быть опасными, они могут загореться или взорваться. Всегда следуйте инструкциям производителя и никогда не оставляйте зарядку без присмотра. Перед покупкой аккумуляторов, контейнеров для хранения или зарядных устройств рекомендуется провести много исследований и поискать независимое тестирование сторонних производителей.

Что такое LiPo батареи?

«LiPo» — это сокращение от литий-полимерный, который описывает тип электролита, используемого в LiPo-батареях. Хотя разработка LiPo батарей началась в 1970-х годах, только в последний год они стали широко использоваться в основных приложениях. Компактная и легкая конструкция LiPo-аккумуляторов сделала их жизнеспособной альтернативой топливному источнику питания для беспилотных летательных аппаратов.

Известно, что LiPo-аккумуляторы имеют очень высокие выходные значения, что также делает их подходящими. для страйкбольного оружия с батарейным питанием. В настоящее время индустрия мобильных устройств и смартфонов начала переход с литий-ионных аккумуляторов, и все больше и больше новых моделей предпочитают использовать литий-полимерные батареи. Помимо прочего, литий-полимерные батареи используются в ноутбуках, портативных музыкальных проигрывателях, электронных сигаретах, банках питания и контроллерах видеоигр.

Чем они отличаются от литий-ионных и никель-кадмиевых аккумуляторов. ?

Чтобы понять, почему LiPo стал предпочтительной технологией аккумуляторов для радиоуправляемых самолетов, нам нужно понять, как работает аккумулятор. Любая батарея имеет три основных компонента: положительный конец (катод, отрицательный конец (анод) и раствор электролита. Катод и анод батареи разделены полимерным материалом, который предотвращает их контакт друг с другом и вызывая короткое замыкание.

Именно благодаря химическим реакциям между электролитом и катодом и анодом батарея может накапливать и генерировать энергию. Заряд батареи заставляет ионы в растворе электролита отталкиваться от катода к аноду, и использование батареи меняет этот поток. В старых типах батарей, таких как никель-кадмиевые (Ni-Cd) и литий-ионные (Li-ion), используется раствор жидкого электролита. Например, обычно используется раствор гидроксида калия. используется в качестве электролита для никель-кадмиевых аккумуляторов.

LiPo аккумуляторы улучшают конструкцию традиционных аккумуляторов за счет использования в качестве электролита одноименного литиевого полимера.. Вместо жидкости литиевый полимер представляет собой гелеобразное вещество, которое может быть сформировано в очень тонкий и длинный полупористый слой. В большинстве литий-полимерных батарей используется любой из четырех типов полимеров для приостановки электролита на основе литиевой соли: полиэтиленоксид, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат или поливинилиденфторид.

Помимо разницы в материалах электролита, конструкция LiPo Аккумулятор также радикально отличается от аккумуляторов более старых типов. В традиционной конструкции батареи, как в литий-ионных или никель-кадмиевых батареях, используются попеременно уложенные анодные или катодные пластины. Обычно известная как ориентация «желейного рулона», каждая пара этих пластин разделена полимерным материалом. Эти слои затем свертываются, чтобы сформировать классическую цилиндрическую форму батарей, с которой все знакомы.

Использование полимерного электролита позволяет LiPo-батареям иметь гораздо более компактную конструкцию. Слои анода и катода, обычно сделанные из алюминия и меди, накладываются попеременно. Полупористый литиевый полимер разделяет каждую пару анод-катод. Затем вся эта пленка складывается гармошкой, что приводит к чередованию слоев катода и анода с непрерывным слоем полупористого литиевого полимера, расположенного повсюду. Затем эта матрица насыщается раствором электролита, заполняя межузельное пространство между катодным и анодным слоями.

На сложенную матрицу прикладывается давление, помогая сохранить компактность батареи и максимизировать контакт между анодом. и катодные слои и литиевый полимер. Приложение давления также удаляет любой лишний воздух, который мог быть захвачен внутри матрицы во время впрыска электролита. Затем матрицу заворачивают в пластиковый пакет, а затем помещают в контейнер для батареи.

Стиль складывания гармошкой позволяет помещать очень длинную полимерную пленку в очень маленькую упаковку. Например, батарея LiPo емкостью 5000 мАч, имеющая толщину менее полдюйма, может содержать пленку длиной около 7 футов. Эта уникальная и инновационная конструкция делает LiPo аккумуляторы невероятно компактными и придает им очень высокую плотность энергии. Более того, отсутствие металлических пластин внутри LiPo-аккумулятора делает их значительно легче по сравнению с аккумуляторами других типов.

Понимание цифр

LiPo-аккумулятор, как и любой другой. Аккумулятор имеет несколько значений, описывающих его возможности. Понимание этих значений может помочь вам решить, какой аккумулятор подходит для вашего приложения. Ниже приведены три основных рейтинга, на которые вам следует обратить внимание.

1. Напряжение

Напряжение — это мера разности потенциалов между катодом и анодом батареи. Это определяется типами материалов, используемых в катоде и аноде, поскольку каждая химическая реакция демонстрирует уникальный электрохимический потенциал.. Как правило, вам нужно только помнить, что большинство элементов LiPo рассчитаны на номинальное напряжение 3,7 В. Это означает, что батарея с номинальным напряжением 7,4 В состоит из двух последовательно соединенных литий-полимерных элементов.

Напряжение батареи влияет на то, насколько быстро двигатель может работать, когда он подключен к батарее. Например, двигатель 3500 кВ будет вращаться со скоростью 12 950 об/мин при подключении к одноэлементной LiPo батарее. Используя батареи более высокого напряжения, вы можете увеличить выходную скорость вращения любого двигателя. Обратите внимание, что, хотя можно «разогнать» двигатель, используя более мощные батареи, каждый двигатель рассчитан только на безопасную работу на максимальной мощности до того, как он начнет перегреваться.

Номинальное напряжение Аккумулятор также определяет максимальное напряжение, которое он может удерживать, и его минимальный безопасный заряд. Если у вас есть вольтметр, вы можете проверить напряжение батареи, когда она подключена к розетке. Аккумулятор 3,7 В выдерживает максимум 4,0 В при полной зарядке. Обычно не рекомендуется использовать аккумулятор ниже 3,0 В.

2. Емкость

Емкость аккумулятора, обычно выражаемая в миллиампер-часах (мАч), является мерой того, сколько заряда может удерживать аккумулятор. Емкость аккумулятора в мАч показывает, сколько нагрузки потребуется, чтобы полностью разрядить аккумулятор за час. Это можно легко сопоставить с номинальным током, потребляемым двигателем, чтобы оценить, как долго аккумулятор может питать двигатель до того, как его потребуется перезарядить.

Размер анодного и катодного слоев влияет на количество мест, где могут связываться заряженные частицы, что определяет зарядную емкость аккумулятора. Это означает, что увеличение емкости аккумулятора обычно происходит за счет увеличения размера и веса. Это критически важный баланс, который производители аккумуляторов должны соблюдать, особенно для аккумуляторов, предназначенных для использования в беспилотных летательных аппаратах.

Для справки, DJI Spark использует 3-элементный LiPo аккумулятор емкостью 1480 мАч, который весит около 0,2 фунта. и обеспечивает максимальное время полета всего 16 минут. С другой стороны, дроны DJI Mavic 2 используют 4-элементный аккумулятор емкостью 3850 мАч. Несмотря на то, что он предлагает до 31 минуты полета, он также намного тяжелее — около 0,64 фунта.

Использование батареи большей емкости не всегда позволяет продлить срок службы двигателя. Большинство двигателей рассчитаны на работу только в течение определенного времени, прежде чем они начнут перегреваться. Использование аккумулятора с большей емкостью, чем рекомендованная производителем двигателя, может привести к тому, что двигатель будет работать сверх установленных ограничений.

3. Рейтинг разряда

Рейтинг разряда батареи — это мера максимальной скорости, с которой ток может потребляться от батареи. Хотя двигатели имеют номинальную среднюю скорость потребления тока, в некоторых случаях эта скорость может резко возрасти, например, когда он движется с максимальной скоростью или поднимает тяжелую полезную нагрузку.

Уровень разрядки аккумулятора обычно выражается кратным его емкости.. Например, батарея с разрядностью 50 ° C может безопасно обеспечивать потребляемый ток, в 50 раз превышающий ее емкость. Аккумулятор емкостью 5000 мАч может безопасно потреблять ток до 250 А. При превышении этой скорости разряда батарея рискует получить необратимое повреждение.

Современные литий-полимерные батареи обычно имеют два уровня разрядки: непрерывный рейтинг (или рейтинг C) и рейтинг разряда. Рейтинг C, как следует из названия, применяется к непрерывному потреблению тока и всегда ниже, чем рейтинг пакета. С другой стороны, рейтинг разряда приемлем только для 10-секундных всплесков сверхтяжелой работы двигателя.

Чтобы проверить, совместим ли разрядный рейтинг вашей батареи с потребляемым вашим двигателем током, вы должны потребуется проверить номинальную максимальную длительную мощность двигателя и его импульсную мощность. Обычно рекомендуется выбирать аккумулятор с номинальными характеристиками, немного превышающими требования вашего двигателя. Однако вам не нужно переусердствовать — «завышения» на 10–20% должно быть достаточно, чтобы вы не купили излишне мощную и дорогую батарею.

Что каковы преимущества использования LiPo батарей?

1. Компактный и легкий

Складывание литий-полимерной пленки аккордеоном и отсутствие металлических пластин делают LiPo-батареи исключительно маленькими и легкими. Они также не поставляются в жестких пластиковых корпусах, что позволяет создавать LiPo-батареи самых разных форм и размеров. Эти характеристики сделали LiPo батареи предпочтительным источником питания для радиоуправляемых игрушек и дронов, где минимизация веса является приоритетом.

2. Высокая скорость разряда

Литий-ионные батареи, которые в настоящее время являются наиболее часто используемыми батареями для мобильных устройств, известны своей очень низкой скоростью разряда. Это нормально для планшетов и смартфонов, которые имеют постоянную скорость разряда и оснащены интеллектуальным механизмом регулирования потребления тока. Однако этого нельзя сказать о двигателях, которые выдерживают механическую нагрузку, таких как те, которые приводят в действие пропеллеры дрона или двигатель радиоуправляемого автомобиля.

LiPo-батареи имеют более высокую скорость разряда, что позволяет двигателям работать с гораздо большим запасом прочности. Это означает, что LiPo-батареи лучше оснащены для поддержки меняющихся механических нагрузок, например, когда радиоуправляемому автомобилю приходится подниматься в гору или пересекать бездорожье.

Каковы недостатки?

1. Более дорогие

Одним из самых больших препятствий на пути более широкого внедрения литий-полимерных батарей является более высокая стоимость по сравнению с их литий-ионными или никель-кадмиевыми аналогами. Стоимость производства Li-Po батарей примерно на 10–30% выше, и это напрямую означает более высокую цену. Общая стоимость использования исключительно LiPo аккумуляторов на этом не заканчивается, как подчеркивается в следующем пункте.

2. Меньший срок службы

Помимо того, что литий-полимерные батареи более дорогие, они умирают раньше, чем литий-ионные.. Аккумулятор LiPo обычно начинает снижать производительность примерно после 200–300 полных циклов зарядки. Это серьезное снижение, учитывая, что стандартные перезаряжаемые литий-ионные батареи, доступные сегодня, могут выдержать до 1000 циклов.

Тот факт, что вам нужно будет чаще покупать новые LiPo-батареи, помимо этого, дороже, в первую очередь, делает использование LiPo аккумуляторов очень дорогим.

3. Менее прочный

В отличие от жесткого корпуса традиционных батарей типа «желе-ролл», литий-полимерные батареи заключены в тонкий и гибкий материал. Это дает LiPo-батареям большую гибкость с точки зрения применения, но также делает их более уязвимыми к механическим повреждениям, таким как проколы или проколы. Приложение избыточного давления к LiPo батареям также может повредить полимерный сепаратор, что может привести к короткому замыканию в батарее. Отсутствие механической прочности литий-полимерных батарей является одной из основных причин, почему было так много случаев, когда эти батареи самопроизвольно взрывались или загорались.

Что вызывает вздутие или вздутие литий-полимерных батарей?

Если вы когда-либо слишком долго держались за смартфон или любое мобильное устройство, то, вероятно, видели, как через некоторое время аккумулятор может вздуться или разбухнуть. Хотя это явление характерно для всех аккумуляторов, отсутствие жесткого корпуса у LiPo-аккумуляторов делает набухание еще более заметным.

Ключевой процесс, лежащий в основе этого явления, называется электролитическим разложением. Как упоминалось ранее, все батареи имеют электролитный компонент, который позволяет ионам проходить от катода к аноду и наоборот. Проблема в том, что этот раствор электролита со временем естественным образом разлагается, выделяя набор газов, который включает кислород, диоксид углерода и монооксид углерода. По мере того, как эти газы продолжают расширяться, они оказывают все большее и большее давление на корпус батареи, заставляя их вздуваться или разбухать.

Когда батарея начинает разбухать, есть два основных последствия. Первое связано с тем, что раствор электролита играет решающую роль в работе аккумулятора. Разложение электролита означает, что меньшее количество ионов может быть обменено между катодом и анодом. Это означает, что емкость аккумулятора уменьшилась, чтобы удерживать заряд, хотя это не единственное явление, которое способствует снижению производительности аккумулятора (как мы увидим позже).

Второй и более важный Следствием вздутия аккумулятора является то, что кислород является легковоспламеняющимся веществом. Это означает, что батареи, которая перегревается, или одной искры, вызванной контактом катода и анода, достаточно, чтобы батарея загорелась. Поскольку батарея продолжает набухать, скопление горючих газов повышает вероятность того, что батарея в конечном итоге исследуется или загорится..

По обеим этим причинам рекомендуется прекратить использование вздувшейся LiPo батареи. Хотя некоторые пользователи сообщали учетным записям о продолжении использования вздутых батарей без каких-либо серьезных последствий (вздувшаяся батарея, вероятно, не сразу же выйдет из строя), это не должно быть приемлемой практикой. Даже если аккумулятор не загорелся, раствор электролита очень агрессивен и, вероятно, навсегда повредит ваше устройство в случае утечки. Когда ваша LiPo батарея начинает разбухать, мы рекомендуем сразу же поискать новую батарею.

Что вызывает старение LiPo батарей?

Как и в случае с другими батареями, LiPo батареи со временем начинают портиться. Фактически, процесс снижения производительности LiPo аккумулятора с течением времени начинается в самый первый раз, когда он активируется. Чтобы понять это явление, нам просто нужно вернуться к процессу взаимодействия различных компонентов батареи для хранения и генерации энергии.

Как упоминалось ранее, зарядка батареи заставляет ионы перемещаться из катод к аноду. Этот цикл меняется на противоположный, когда батарея вырабатывает энергию. Однако процесс ионного обмена между раствором электролита и одной из двух клемм батареи не идеален. Например, когда ионы мигрируют от катода к электролиту, когда батарея используется, некоторые из ионов навсегда остаются на аноде. Эта тонкая пленка из лития образуется как на аноде, так и на катоде, уменьшая количество мест соединения, где ионы лития могут обмениваться с электролитом. По мере того, как эти ограничивающие слои продолжают накапливаться, способность батареи удерживать заряд продолжает уменьшаться.

Образование ограничивающих слоев на катоде и аноде в сочетании с электролитическим разложением вызывает снижение производительности аккумулятор со временем. Оба эти процесса происходят естественным путем, они неизбежны и необратимы.

Лучшие советы по уходу и использованию LiPo-батарей

Хотя все LiPo-аккумуляторы имеют ограниченный срок службы которые они могут нормально функционировать, вы можете принять несколько мер, чтобы продлить их срок службы. Большинство этих советов по уходу за батареями также применимы к литий-ионным или никель-кадмиевым аккумуляторным батареям.

1. Не оставляйте их подключенными к розетке без присмотра

При длительном подключении к розетке и после полной зарядки LiPo-батареи имеют тенденцию к нагреванию. Высокая температура не только ускоряет износ батареи, но также может привести к возгоранию или взрыву батареи. Судя по сообщениям о возгорании литий-полимерных аккумуляторов, большинство из них происходит, когда аккумулятор подключен к электросети.

В качестве меры предосторожности мы также рекомендуем заряжать литий-полимерный аккумулятор вдали от легковоспламеняющихся материалов. Вы также можете иметь под рукой ведро с песком на случай возгорания аккумулятора. А еще лучше, вы можете заряжать аккумулятор в LiPo-безопасном пакете, который предотвратит распространение огня.

2. Не позволяйте литий-полимерным батареям разряжаться

Для каждого 3,7 В (номинального) элемента литиево-полимерной батареи мы не рекомендуем оставлять их работать, пока они не опустятся ниже 3,0 В. Если позволить батарее перейти в «глубокую разрядку», существует риск того, что часть анодного материала может раствориться в растворе электролита. Это навсегда снизит способность аккумулятора удерживать заряд. Хотя большинство LiPo-аккумуляторов имеют встроенный порог напряжения, который предотвращает глубокую разрядку, они все равно могут медленно разряжаться с течением времени во время хранения.

3. Храните их в прохладном месте.

Как вы уже могли заметить, LiPo-батареи не любят высоких температур. Исследование, в котором сравнивалась скорость снижения производительности LiPo-батарей во время хранения, показало, что батарея, хранившаяся при 25 градусах Цельсия, сохранила 96% своей емкости, в то время как другая батарея, хранившаяся при 60 градусах Цельсия, испортилась примерно до 75% своей емкости.

4. Храните их с емкостью от 40% до 50%

Обычно случается, что пилот дрона (или любой пользователь LiPo батареи) заряжает свои LiPo батареи до полной емкости, ожидая полного заряда дрона. полет. Однако планы проваливаются, и полностью заряженные батареи остаются на хранении в течение нескольких месяцев. К удивлению владельца, аккумулятор потерял до 20% своей емкости в тот момент, когда он снова использовался.

Сохранение полностью заряженного аккумулятора во время хранения ускоряет образование ограничивающего слоя в аккумуляторе. анод батареи, что приводит к уменьшению емкости. С другой стороны, хранение его около 0% может привести к глубокому разряду во время хранения. Золотая середина составляет от 40% до 50%. Это должно соответствовать значению напряжения от 3,6 В до 3,8 В.

5. Купите огнеупорный мешок для LiPo

Пакеты LiPo — это огнестойкие и взрывозащищенные мешки, специально разработанные для безопасного хранения и транспортировки LiPo батарей. Для хранения LiPo аккумуляторов настоятельно не рекомендуется использовать изолированные дорожные пакеты, поскольку они обычно сделаны из легковоспламеняющейся пены и пластика.

В соответствии с последними правилами IATA, все портативные аккумуляторы должны быть включены в сумку. о багаже ​​при авиаперелете. Если у вас есть LiPo батареи, вам может потребоваться носить их в огнеупорной сумке LiPo. Вы также можете принять дополнительные меры предосторожности, чтобы избежать короткого замыкания батарей, например, храните несколько батарей отдельно и заклейте положительные и отрицательные клеммы каждой батареи.

Как утилизировать LiPo батарею

Увы, даже если вы позаботитесь о своей LiPo-батарее, она рано или поздно доживет до старости. Как и любой другой аккумулятор, утилизировать LiPo аккумулятор не так просто, как выбросить его вместе с остальным мусором. Батареи, утилизированные случайным образом, могут вызвать пожар и утечку токсичных и опасных химикатов. Перед утилизацией батареи владелец должен убедиться, что она полностью разряжена..

Раньше погружение LiPo-батареи в соленую воду было приемлемым способом ее разрядки. Более поздняя мудрость опровергла безопасность этого метода, поскольку соленая вода очень агрессивна и может нарушить целостность клемм аккумулятора. Кроме того, разрядка аккумулятора в соленой воде — очень медленный процесс, который может занять от нескольких дней до недель. За это время может развиться коррозия и привести к утечке токсичного раствора электролита в воду. Утилизация этого раствора определенно более проблематична.

Более приемлемый способ разрядки LiPo-аккумулятора — это подсоединение к нагрузке, например к лампочке. Лучше всего для этого случая подойдет галогенная лампа высокой мощности, так как она разрядит LiPo аккумулятор всего за несколько часов. Вы даже можете ускорить процесс, подключив несколько лампочек параллельно.

После того, как LiPo аккумулятор разряжен, вам необходимо доставить его на предприятие по переработке батарей. Большинство предприятий по переработке отходов принимают опасные отходы, включая отработанные батареи. Если вы не можете найти рядом с собой мусоросборник, вы также можете проверить, примут ли их крупные розничные продавцы электроники, такие как Target или Best Buy. Однако вам также необходимо проверить, отправляют ли эти розничные продавцы эти использованные батареи в соответствующие учреждения.

Достижения в технологии LiPo-батарей

В настоящее время технология аккумуляторов больше не является исключительной для небольших устройств, таких как дроны и радиоуправляемые автомобили. Электромобили начали революцию в направлении более экологически чистых транспортных решений. В основе разработки электромобилей лежит использование аккумуляторов с длительным сроком службы, высокой плотностью энергии и высокой эффективностью зарядки. Естественно, литий-ионные и литий-полимерные батареи входят в набор аккумуляторов, которые в настоящее время используются в электромобилях.

Литий-ионные аккумуляторы по-прежнему считаются превосходящими старые аккумуляторные батареи, такие как никель-кадмиевые и свинцово-кислотный. Это означает, что исследовательские усилия в основном сосредоточены на улучшении конструкции литий-ионных аккумуляторов для обеспечения большей долговечности и устранения рисков пожаров и взрывов. До сих пор было предложено несколько нововведений для решения этих проблем, таких как использование металлического литиевого электрода и добавление соединения фосфора и серы к раствору электролита.

Пока это остается Чтобы увидеть, как эти последние достижения будут продвигать вперед технологию литий-ионных аккумуляторов, нет никаких сомнений в том, что процветающая индустрия электромобилей будет продолжать поддерживать эти исследования.

Заключительные мысли

Хотя разработка LiPo аккумуляторов не произвела революцию в индустрии аккумуляторов в целом, LiPo аккумуляторы, похоже, нашли свое истинное призвание в дронах и радиоуправляемых автомобилях. В более поздних моделях, решающих проблемы безопасности и надежности, LiPo-батареи начали использоваться в более распространенных устройствах, таких как планшеты и игровые контроллеры..

LiPo-батареи могут потребовать особого ухода, чтобы их можно было безопасно использовать и хранить в течение длительного времени, но то же самое можно сказать и о других батареях. Следуя приведенным выше советам по уходу за вашей LiPo батареей, у вас нет причин не использовать ее максимально эффективно.

Как и в случае с любой другой батареей, вы несете ответственность как его владелец не заканчивается, когда аккумулятор больше не используется. Следует соблюдать надлежащие процедуры утилизации батарей, чтобы избежать возгорания батарей и утечки токсичных веществ в окружающую среду.

Оцените статью
futurei.ru
Добавить комментарий