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

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

Экскурс в историю

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

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

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

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

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

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

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

Основные преимущества

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

Недостатки

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

Основные характеристики Li-Po аккумуляторов

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

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

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

Области применения Li-Po аккумуляторов

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

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

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

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

Зарядка Li-Po аккумуляторов

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

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

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

Эксплуатация Li-Po аккумуляторов и меры предосторожности

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

1. Перезаряд аккумулятора — заряд до напряжения, превышающего 4.20V на банку
2. Короткое замыкание аккумулятора
3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или приводящим к нагреву Li-Po аккумулятора cвыше 60°С
4. Разряд ниже напряжения 3V на банку
5. Нагрев аккумулятора выше 60ºС
6. Разгерметизация аккумулятора
7. Хранение в разряженном состоянии

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, всех остальных — к полной или частичной потере емкости

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

• Чтобы не было пожара, надо иметь нормальный зарядник и правильно выставлять на нем число заряжаемых банок
• Необходимо также использовать разъемы, исключающие возможность короткого замыкания батареи и контролировать ток, потребляемый устройством, в котором установлен Li-Po аккумулятор
• Необходимо быть уверенным, что ваше электронное устройство,в котором установлен аккумулятор не перегревается. При +70ºС в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло, аккумулятор буквально растекается, поджигая все, что может гореть
• Если замкнуть почти разряженный аккумулятор, то пожара не будет, он тихо и мирно «умрет» из-за переразряда
• Следите за напряжением в конце разряда аккумулятора и обязательно отключайте его после работы
• Разгерметизация — так же причина выхода литиевых аккумуляторов из строя. Внутрь элемента не должен попадать воздух. Это может произойти при повреждении внешнего защитного пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки) в результате удара, или повреждения острым предметом, или при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод — не ронять с большой высоты и паять аккуратно
• Хранить аккумуляторы, судя по рекомендациям производителей, следует в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температуре не выше 30°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно сказывается на сроке службы. Как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.

Сборка Li-Po батарей

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

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

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

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

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

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

Нюансы применения Li-Po аккумуляторов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Заключение

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

В статье использованы материалы статей Сергея Потупчика и Владимира Васильева

Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) мы получили возможность использовать литиевые аккумуляторы. При сравнимом весе одного элемента они имеют большую, по сравнению с NiCd и NiMH емкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше - 3.6V/элемент вместо 1.2V. Так что для большинства приводов достаточно батареи из двух или трех элементов.

Среди литиевых аккумуляторов различают два основных типа - литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (LiPo, Li-Po или Li-Pol). Разница между ними – в типе используемого электролита. В случае LiIon – это гелевый электролит, в случае LiPo – специальный полимер, насыщенный литийсодержащим раствором. Но для использования в силовых установках приводов наибольшее распространение получили литий-полимерные аккумуляторы, так что в дальнейшем разговор пойдет именно о них. Впрочем, жесткое разделение тут весьма условно, так как оба типа отличаются в основном используемым электролитом, и все, что будет сказано про литий-полимерные аккумуляторы, практически в полной мере относится и к литий-ионным (заряд, разряд, особенности эксплуатации, техника безопасности).
С практической точки зрения нас волнует только тот момент, что литий-полимерные аккумуляторы в настоящий момент обеспечивают более высокие разрядные токи. Поэтому на страйкбольном рынке в качестве источника энергии для электродвигателей приводов, в основном, предлагают именно их.

Литий-полимерный аккумулятор (Li-pol или Li-polymer) - это более совершенная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике и пр.
Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток в 10 и даже 45 раз превышающий численное значение ёмкости. Они широко применяются как аккумуляторы для радиоуправляемых моделей, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях.

Преимущества
* 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.

Недостатки
* Количество рабочих циклов 300- 500, при разрядных токах в 2С до потери емкости в 20% (для сравнения: NiCd- 1000 циклов, NiMH – 500, LiFePO4 - 2000).
* Аккумуляторы пожароопасны при перезаряде и/или перегреве. Для борьбы с этим явлением все бытовые аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда. По этой же причине требуют специальных алгоритмов зарядки (зарядных устройств).
* Старение:
Литиевые аккумуляторы "стареют", даже если не используются, а просто лежат на полке. Через 2 года батарея теряет около 20% ёмкости.
Литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы снижают ёмкость, в отличие от никелевых и никель-металл-гидридных, под воздействием заряда. Чем больше заряд аккумулятора, тем меньше срок его службы. Хранить их лучше заряженными на 40-50%, и температуре 0-10 градусов.
Глубокий разряд полностью выводит из строя литиево-ионный аккумулятор. Оптимальные условия хранения Li-ion аккумуляторов достигаются при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются, а просто лежат на полке. Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор "про запас" или чрезмерно увлекаться "экономией" его ресурса. При покупке обязательно посмотрите на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе. В случае, если с момента изготовления прошло более двух лет, лучше воздержитесь от покупки.
Все что идет до цифры 2000 -- это название фирмы изготовителя или торговая марка.
* 2000 mAh - это емкость аккумулятора.
* 2S1P - 2S это количество батарей в сборке. Каждая батарея имеет напряжение около 3.7 вольта, так что напряжение такого аккумулятора равно 7.4 вольта. 1P - это количество сборок. То есть если взять 2 одинаковых аккумулятора, соединить их "изолентой" и спаять силовые провода параллельно (плюс с плюсом, а минус с минусом) то мы получим удвоение емкости, обозначается такая батарея 1000 2S2P и фактически равняется в эксплуатации 2000 2S1P. Обычно используют только одинарные сборки, поэтому 1P не говорят и не пишут.
* 20C - максимальный ток разряда, измеряется в емкостях батарей.

Что бы посчитать сколько LiPo сможет отдать ампер при загрузке двигателем необходимо умножить Емкость на количество С и разделить на 2000 (так как емкость указана в миллиампер/часах). Максимальный ток данной батареи будет равен 50 Амперам. Для 2200 20С - 44 ампера, 1200 30С = 36 Ампер и так далее.

Зарядка LiPo батарей

LiPo батареи очень критичны к зарядке, их нельзя перезаряжать, иначе они могут воспламениться.
Для зарядки необходимо использовать специальные зарядные устройства с балансиром (контролирует заряд каждой банки аккумулятора отдельно).
LiPo батареи заряжают током 1С (если только другое не указанно на самой батарее, в последнее время появились с возможностью зарядки током 2 и 5C). Штатный зарядный ток рассматриваемой батареи 1 Ампер. Для батареи 2200 - будет 2.2 ампера и тд.

Существует довольно большое разнообразие зарядных устройств для LiPo аккумуляторов, мы же остановимся лишь на наиболее «достойных». Все зарядные устройства, перечисленные ниже, заряжают Li-ion, LiPo, LiFe, NiMh, NiCd, Pb и новый стандарт 123:


Turnigy - это клоны зарядных устройств известного бренда IMax. Отличие только в удешевленном производстве и более дешевых электронных компонентах.
Сами IMax`ы стоят по дороже.
IMAX B6 Charger/Discharger 1-6 Cells (GENUINE)
Genuine IMAX B8+ Charger/Discharger 1-8 Cells
К всем зарядным устройствам, кроме первой, вам понадобиться блок питания. Можно использовать компьютерный, от ноутбука:
12V 5A 110/240V 50/60Hz Power Supply
"На выезде" -- можно подключать зарядное устройство к аккумулятору автомобиля.
С помощью разветвителей Twin pack charge lead (2 x 3S)6S и Twin pack charge lead (2 x 3S)6S w/ XT60 можно заряжать пару одинаковых 3S батареи на зарядном устройстве с поддержкой 6S. При умелом "приложении рук", такой разветвитель можно переделать для зарядки пары 2S батарей.
Компьютеризированный "зарядник" производит балансировку батареи (выравнивание вольтажа на каждой банке батареи) во время зарядки. Хотя можно заряжать 2S батареи и без подключения балансировочного кабеля (белый разъем на фото) настоятельно рекомендуется подключать балансировочный разъем всегда! 3S и большие сборки заряжать только с подключенным баланировочным проводом! Если вы не подключите и одна из банок наберет больше чем 4.4 вольта, то вас ждет незабываемый фейерверк !
Можно обезопасить себя и заряжать в спецпакетах - они не сгораемые и специально предназначены для снижения вреда в случае возгорания LiPo батарей

Продолжаем рассказ про зарядку LiPo аккумуляторов.

Обычно быстро заливается в аккумулятор около 90% емкости, а потом начинается дозаряд с балансировкой банок. Более заряженные и подошедшие к пределу шунтируются и заряд идет на оставшиеся банки. Именно поэтому на ней можно заряжать пару 3S батарей как одну 6S.

Эксплуатация LiPo

Разряжать аккумулятор LiPo ниже чем на 3 вольта на банку не рекомендуется - может "умереть". Для своевременного предупреждения разряда часто используют звуковые индикаторы:
Hobby King Battery Monitor 2S
Когда аккумулятор подходит к границе индикатор начинает попискивать, сначала редко, потом чаще.
При потреблении мотором тока больше того, что может отдать аккумулятор, LiPo норовит вздуться и "умереть". Так что за этим надо следить строго! Используйте ваттметры для контроля:

Battery Monitor 2-6S
Достаточно замерить один раз для каждой имеющейся пружины и просто знать сколько ампер мотор "кушает" на данной пружине.

При эксплуатации есть еще один нюанс - наша батарея 2000mAh 15С (min). По идее -- отдает 30А. Моторы обычно позволяют превышать рекомендуемые токи на 20%.
Реально долго держать максимальную токоотдачу батареи -- не слишком хорошо. К примеру, есть случаи, когда 2200мА/ч, 20С отдает ток в 44А всего в течении 2-3 минут, потом идет "просадка" напряжения, хотя по расчетам обязана отдавать не менее 5 минут.
Так что, при выборе LiPo батареи, нужно обращать внимание на максимальный ток, заявленный для выбранного двигателя и, учитывать запас.
Так, для мотора, который "кушает" 8-12А, вполне подойдет 1000mAh 20С, а вот для 16-18А нужно подбирать либо с большей токотдачей, например 25-30С, либо взять аккумулятор большей емкости, например 1600 20С.
Сейчас в свободой продаже есть батареи nano-tech с токоотдачей 25-50С.

В эксплуатации LiPo аккумуляторов существует несколько важных моментов, на которые настоятельно рекомендуется обратить внимание. Перечислим их в порядке убывания опасности:
1. Заряд до напряжения, превышающего 4.20 вольт/банку.
2. Короткое замыкание аккумулятора.
3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагревающими аккумулятор выше 60°С.
4. Разряд ниже напряжения 3.00 вольта/банку.
5. Нагрев аккумулятора выше 60°С.
6. Разгерметизация аккумулятора.
7. Хранение в разряженном состоянии.

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, всех остальных - к полной или частичной потере емкости.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

Чтобы не было пожара, надо иметь нормальное зарядное устройство и правильно выставлять на нем число заряжаемых банок. Необходимо, также, использовать разъемы, исключающие возможность короткого замыкания батареи и контролировать ток, потребляемый мотором на «полном газу». Кроме того, не рекомендуется в приводе закрывать аккумулятор со всех сторон от поступления потока воздуха, а если это невозможно, то следует предусмотреть специальные каналы для охлаждения.

В случаях, когда ток, потребляемый двигателем, составляет более 2С, а аккумулятор в приводе закрыт со всех сторон, после 5-6 минут (непрерывной) работы мотора следует его остановить, а затем вытащить и потрогать аккумулятор - не слишком ли горячий. Дело в том, что после нагрева выше определенной температуры (около 70 градусов) в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло и аккумулятор буквально растекается, поджигая все, что может гореть.

Если замкнуть почти разряженный аккумулятор, то пожара не будет, он тихо и мирно "умрет" из-за переразряда... Отсюда следует второе важное правило: следите за напряжением в конце разряда аккумулятора и обязательно отключайте аккумулятор после работы!
Если забыть о подключенном аккумуляторе на сутки-другие, то окажется, что с ним можно попрощаться - не любит литий глубокого разряда.

Разгерметизация – еще одна причина выхода литиевых аккумуляторов из строя, поскольку внутрь элемента не должен попадать воздух. Это может произойти при повреждении внешнего защитного пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки), в результате удара или повреждения острым предметом, или при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод - не ронять с большой высоты и паять аккуратно.

Хранение

Хранение аккумуляторов, судя по рекомендациям производителей, следует производить в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температурах не выше 20°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно сказывается на сроке службы - как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.


Режим "хранение"

На компьютеризированном зарядном устройстве можно перевести LiPo в режим хранения, при этом заряд батареи будет доведён до 3,85В на банку. Полностью заряженные батареи при хранении более 2-х месяцев (может и меньше) дохнут. Проверенно на личном опыте. Говорят что и полностью разряженные тоже, но за больший срок.
Кто-то хранит аккумуляторы в пластиковом чемоданчике -- это удобно. Кто-то хранит и носит "в поле" в вышеупомянутых пакетах...
LiPo -- это обычная батарейка и если не замыкать контакты и не пробивать ее насквозь, то она не принесет никаких неприятностей при хранении и транспортировке.

Подготовка LiPo к эксплуатации

Подготовить LiPo к эксплуатации очень просто - просто зарядите ее и все!
Данный тип батареи не имеет эффекта памяти (не нужно доразряжать перед новой зарядкой), не требуется циклировать - делать циклы заряд-разряд перед эксплуатацией.
Если вы заряжаете "в поле", то стоит поискать аккумуляторы с ускоренной зарядкой, на них пишут Fast charge 2С или 5С, так например вышеупомянутые nano-tech имеют 15C на зарядку. По идее, их можно заряжать током 33 Ампера!
Зарядное устройство, которое имеет максимальны ток зарядки 5А, позволяет сократить зарядку с 50 минут до 20!

Итак, подчеркнем еще раз самые важные моменты, связанные с использованием литий-полимерных аккумуляторов:

Используйте нормальное зарядное устройство.
Применяйте разъемы, исключающие возможность замыкания батареи.
Не превышайте допустимые токи разряда.
Следите за температурой аккумулятора при отсутствии охлаждения.
Не разряжайте аккумулятор ниже напряжения 3V на банку (не забывайте отключать аккумулятор после игры!).
Не подвергайте батарею ударам.

Автономность оборудования и цифровой техники за последние годы стала одним из решающих факторов выбора в пользу той или иной модели продукта. Элементы питания в виде аккумуляторных блоков играют важнейшую роль на этой площадке. Их небольшие размеры вкупе с высоким рабочим потенциалом существенно расширяют возможности целевого устройства. Остается лишь выбрать подходящий тип батареи. И если недавно были популярны элементы LiOn, то сегодня разработчики все чаще присматриваются к блокам LiPo. Аккумуляторы этого типа имеют широкий спектр преимуществ, хотя не избавлены и от недостатков.

Общие сведения об элементе

Устройства LiPo относятся к группе современных что и обусловило их некоторую схожесть с ионными аналогами. Принципиальная же разница заключается в типе используемого электролита. Если в элементах LiIon применяется гелевый электрохимический состав, в LiPo - полимер с литийсодержащей смесью. Концепция полимерного источника питания базируется на свойстве данного электролита обеспечивать полупроводниковый эффект в условиях сопряжения с литием. В результате электрохимические качества существенно повышают эксплуатационную отдачу аккумулятора LiPo. Описание общего принципа работы полимерных элементов будет неполным без классификации по типам электролитических растворов, которые используются в таких аккумуляторах. Кроме гель-полимерных устройств, также выделяют сухие электролиты и неводные солевые растворы. В первом случае основой выступает полиэтиленоксид с солями лития, а во втором - неводные солевые смеси, сорбированные в матрице полимеров с мелкими порами.

Характеристики

Одним из главных рабочих показателей аккумулятора является энергоемкость. Так, по сравнению с батареями NiCd этот показатель у LiPo превышен в 4-5 раз. При этом количество циклов достигает 600, а сокращение емкости - 20 %. Следующая характеристика - величина разрядного тока, которая может варьироваться в зависимости от типа элемента. Она выражается в амперах, а буква «С» указывает на марку разряда LiPo. Аккумуляторы, характеристики которых по этому значению указываются как 3С 1 Ач, имеют величину тока в 3 А. Это наибольшее значение, свойственное типовым элементам. Однако существуют и модели 8-10С, которые относятся к категории быстроразрядных.

Что касается возможностей эксплуатации батарей в разных температурных условиях, то LiPo-аккумуляторы имеют наибольший диапазон. Как отмечают изготовители, он составляет от −20 до 40 °C. Однако злоупотреблять применением устройств с такими батареями в крайних температурах все же не рекомендуется.

Особенности заряда

Заряжать элементы можно от источников постоянного тока до момента, пока батарея не перейдет в режим стабилизированного напряжения. Иными словами, когда восполнение достигнет 80 %, можно прекращать процесс, но не раньше. Полный же заряд набирает свой потенциал через 2 ч. За это время, в частности, заряжаются стандартные LiPo аккумуляторы 12В емкостью 1500 мАч. При выборе следует учитывать, что выполнить эту задачу можно и обычным «компьютерным» устройством, и специальным аппаратом для литиевых аккумуляторов. Очевидно, что второй вариант предпочтительнее хотя бы по причине совместимости. Также в зависимости от модели зарядника пользователь может получить возможность индикации величины заряда, данные о напряжении и силе тока. Набор этих показателей дает возможность полного контроля над процессом зарядки.

Положительные отзывы

Полимерные электролиты дают не так много преимуществ перед ионными батареями, но они очевидны, если сравнивать с аккумуляторами прежних поколений. На практике пользования владельцы устройств с такими элементами питания замечают стабильное поддержание напряжения, скромные габариты и большую емкость. Достаточно сказать, что компактные одноэлементные аккумуляторы способны обеспечивать работу мобильных устройств в течение нескольких суток при интенсивной эксплуатации. К тому же LiPo-аккумуляторы характеризуются пониженным эффектом памяти. Это значит, что владелец будет нести меньше эксплуатационных расходов в процессе выполнения циклов зарядки. Важным положительным свойством для рядовых потребителей является и экологическая безопасность. Пока еще производители не способны делать аккумуляторы, которые полностью лишены токсических веществ, но полимерные модели в этом отношении наименее опасны.

Негативные отзывы

Полному вытеснению литий-ионных аккумуляторов пока препятствуют недостатки полимерного электролита, которые, кроме всего прочего, отражаются и на обычной практике пользования. В первую очередь, это проблема старения. Такие батареи долго не «живут», что особенно заметно на примере тех же мобильных устройств. Уже через 3-4 года владельцы отмечают снижение емкости. То есть элемент сохраняет работоспособность, но длительность работы на одном заряде постепенно сокращается. Чувствителен для многих пользователей и ценовой фактор. Дело в том, что LiPo-аккумуляторы из-за необходимости интеграции дополнительных защитных схем значительно прибавляют в стоимости. Даже по сравнению с литий-ионными моделями они стоят на 10-15% дороже.

Заключение

Перспектива развития элементов питания LiPo пока неоднозначна. Тех преимуществ, которыми уже сегодня могут похвастаться элементы на полимерном электролите, вполне достаточно для современного пользователя мобильных устройств. Однако их потенциал существенно ограничен и вполне возможно, что на смену ионным конкурентам придут И все же LiPo-аккумуляторы 6S с повышенным разрядным током способны выдавать беспрецедентно высокие показатели полупроводности. Разумеется, это касается сегмента компактных устройств, рассчитанных на автономную портативную технику. Также надежды с будущим развитием этого направления подкрепляются стойкостью элемента к внешним воздействиям - в том числе температурным. В плане механической прочности им может составить конкуренцию и магниевый аккумулятор, но если учитывать сохранение рабочих электрохимических свойств, то отрыв LiPo будет значительно выше.

В настоящий момент литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po) используются повсеместно (в том числе и моделистами) так как:

• они способны отдавать очень большие токи по сравнению с другими типами аккумулятором (в десятки раз выше чем, например, никель-металл-гидридные, такие, как Ni-Cd или Ni-Mh);
• отсутствует эффект «памяти» аккумулятора, возможно длительное хранение - за год хранения они теряют не более 10% емкости;
• позволяют осуществить большое количество циклов заряда-разряда без существенной потери емкости;
• обладают достаточно неплохим соотношением масса/емкость/токоотдача;

это делает их незаменимыми в ряде случаев. К недостаткам следует отнести:

• этот тип аккумуляторов очень легко повредить (деформировать или проколоть), что ведет к возгоранию;
• при эксплуатации на холоде может внезапно “просесть” напряжение, нужно очень внимательно за этим следить;
• относительно высокая стоимость.

Общие понятия
1. Рассмотрим маркировку Li-Po аккумуляторов:

Итак, первое, на что стоит обратить внимание, это надпись 3S1P 11,1V (цифра 1).

Это означает, что в этом аккумуляторе 3 ячейки подключены последовательно.
Если обозначение 3S2P, это означает две группы по 3, подключенных последовательно, ячейки, подключенные параллельно. Звучит как-то сложно, но это не так=)

Пояснение на картинке ниже:

Напряжение одной ячейки («банки») условно принимается как 3,7V, отсюда напряжение «трехбаночного» аккумулятора – 11,1V. На самом деле напряжение полностью заряженной ячейки 4,2V, то есть аккумулятор (акб) 3S, полностью заряженный, имеет напряжение 12,6V.

Минимальное напряжение на ячейке, ниже которого разряжать аккумулятор нельзя – 2,8V. На самом деле, лучше не опускать напряжение ниже 3,3V на ячейку, поскольку дальше начинаются процессы отложения солей, что ведет к необратимой деградации аккумулятора.
В случае, если идет использование акб на борту коптера, ниже, чем 3,5V на банку опускать не стоит, а в холодное время года не ниже 3,7V. Выяснено экспериментально, в процессе ни один коптер не пострадал=)

2. Итак, едем дальше. Токоотдача (цифра 2):

Как считается токоотдача: мы умножаем число «C» на емкость в Ah. В нашем случае 25С*2,2Ah (2200mAh переводим в Ah). Получаем 25С*2,2Ah=55A, то есть это аккумулятор способен отдавать 55 Ампер продолжительное время. Реально рекомендуется брать хотя бы 20% запас по току, то есть этот акб использовать с нагрузкой, потребляющей не более 44А в долговременном режиме. Некоторые производители кроме основной токоотдачи указывают пиковое значение «C», которое способен выдержать аккумулятор.

3. Ну и третий параметр это емкость. Измеряется в миллиампер часах или ампер часах (в нашем случае емкость акб 2200 миллиампер часов или 2,2 ампер часа).В переводе на русский это означает, что при подключении нагрузки, потребляющей 2,2А, акб полностью разрядится за 1 час.

Зарядка Li-Po аккумуляторов

Для зарядки Li-Po аккумуляторов рекомендуется использовать специализированные зарядные устройства, например такие: Вариант попроще (умеет заряжать с балансировкой только 2S и 3S аккумуляторы, небольшими токами и только Li-Po): https://goo.gl/o9J23t
Вариант покруче (умеет заряжать с балансировкой аккумуляторы 2S-6S, плюс Ni-Cd, Ni-Mh акб): https://goo.gl/gJdAET Если производитель не дает на эту тему спец рекомендаций, аккумуляторы рекомендуется заряжать током, не превышающим 1C. В нашем случае, это 2,2Ah*1C=2,2A, то есть этот аккум рекомендуется заряжать током не более 2,2 Ампер. Опять же, в реальности, чем меньше зарядные и разрядные токи, тем дольше будет жить аккумулятор. В инструкции к зарядному устройству можно прочитать о зарядке с балансировкой. Рекомендуется всегда заряжать аккумулятор только так, это исключает вариант разбалансировки ячеек (общее напряжение на нашем акб может быть 12,6V, но, при этом, на первой банке будет 4V, на второй 4,2V, а на третьей 4,4V). При перезаряде даже одной ячейки аккумулятор может загореться и даже взорваться, именно поэтому и рекомендуется ВСЕГДА проводить зарядку с балансировкой. Зарядку Li-Po аккумуляторов следует производить только под присмотром и в емкости, которая не горит! Самый лучший вариант – использование несгораемых пакетов для хранения и зарядки, например таких:
https://goo.gl/d6jmSz | ​https://goo.gl/cSd3C3 ​​​
https://goo.gl/K8kUW7 Кроме того, если акб только после полета – ему нужно дать остыть!

Разрядка Li-Po аккумуляторов/хранение Li-Po аккумуляторов

Как посчитать максимальный ток, которым можно разряжать аккумулятор, мы уже обсудили.
Теперь пойдут общие рекомендации по эксплуатации акб, особенно на коптерах (т.к. там обычно очень большие токи):

• Перед полетом нужно проверить не только общее напряжение на акб, но и напряжение на каждой банке (во избежание разбалансировки), сделать это можно мультиметром или, что более удобно, спец девайсом типа этих:

Если полет проходит в холодное время года (особенно при отрицательных температурах), аккумулятор нужно ставить теплым (например, подогреть его в машине)

• В холодное время года не следует разряжать акб менее чем до 3,7V на ячейку
• Если в полете аккумулятор нагрелся, не следует его заряжать сразу после полета, нужно дать ему полностью остыть и только потом ставить на зарядку
• В случае если планируется долгое время не эксплуатировать акб, хранить его нужно в полузаряженном состоянии (напряжение около 3,7-3,8V на ячейку), это так называемый режим хранения. Зарядные устройства (ссылки были выше) умеют вводить акб в режим хранения, так называемый «STORAGE»

У многих начинающих моделистов рано или поздно возникает вопрос, что такое LiPo аккумуляторы, как их подбирать, заряжать, как правильно использовать и хранить литий полимерный аккумулятор.

Эта статья создана, чтобы просто и доступно дать ответы на волнующие новичка вопросы касательно элементов питания различных моделей.

Что же такое LiPo аккумулятор нам поможет разобраться Википедия?

Цитата из Википедии:
«Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор (lithium-ion polymer battery); аббревиатуры: Li-pol, Li-polymer LiPo, LIP, Li-poly и т.д.) - это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях и пр.

Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток, в 10 и даже 130 раз превышающий численное значение ёмкости в ампер-часах. Они широко применяются как аккумуляторы для радиоуправляемых моделей, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях.»

Как выбрать LiPo аккумулятор? Основные критерии выбора литий полимерного аккумулятора.

В этом нам поможет маркировка аккумуляторов. Она указывается производителем на каждом акуме. К примеру, Turnigy nano-tech 2200mah 3S 25C Lipo Pack, где:

• Turnigy — фирма производитель
• nano tech – модель/технология производства
• 2200 mah – полная ёмкость батареи
• 3S — число банок, ячеек (1 банка = 3.7v)
• 25C – токоотдача (максимальный ток разряда)

1C — одна ёмкость батареи. Для нашего примера 2200 mah (или 2.2А)
А — ампер

Итого для данной батареи получаем: 25 х 2.2А = 55А

Следовательно силовая система питания радиоуправляемой модели, в которой будет использован данный аккумулятор должна иметь максимальную силу тока в электроцепи менее 55А, желательно с запасом не более 45-50А.

Если сила потребляемого тока модели будет близка к 55А то вышеуказанный аккумулятор быстро выйдет из строя.

Первым признаком выхода из строя является вздутие LiPo аккумулятора. Вернуть работоспособность можно поместив батарею в холодильник или подвал и сделать пару Но ресурс элемента питания уже не будет прежний.

Особо хотим отметить – LiPo одни из самых опасных аккумуляторов, обращаться с ними надо крайне бережно и внимательно. Любой удар, нагрев, переразрад или перезаряд могут привести к возгоранию или взрыву батареи.

• Повреждать внешнюю оболочку
• Заряжать большими токами
• Разряжать ниже 3V
• Подвергать нагреву или перегреву во время использования

Зарядка LiPo аккумуляторов.

Зарядное устройство для LiPo аккумуляторов.

Зарядка LiPo аккумуляторов должна осуществляться с помощью специальных зарядных устройств (ЗУ) с режимом балансировки.
Рекомендуеммыми зарядными устройствами являются:

Зарядное устройство/балансир IMAX-B6 (профессиональное, оригинал)
Зарядное устройство/балансир бюджетная версия IMAXRC-B3 (бюджетный вариант, оригинал)

Производитель фирма SkyRC.Существует много подделок и копий данных ЗУ. Которые часто горят и приводят к возгоранию аккумуляторов. Поэтому лучше покупать оригинальную продукцию. Проверить которую можно по коду на голограмме.

Большинство полнофункциональных ЗУ имеют несколько режимов заряда LiPo:

• Заряд — charge
• Разряд — discharge
• Баланс — balance
• Хранение – storage

Для хранения батареи нужно заражать в режиме «Storage» . Уровень заряда при этом будет установлен примерно на половину, что обеспечит оптимальные условия хранения.

Повседневный заряд аккумулятора, при наличии более 2 банок, стоит производить исключительно в режиме балансировки «Balance» .

Для начала процесса заряда нужно:

• Выбрать число S вашей батареи (2S, 3S и тд.)
• Выставить силу тока – А (1А, 1,1А и тд.)

И ждать окончания процесса заряда.
Важно не оставлять этой процесс без присмотра!

Как заряжать LiPo аккумуляторы.

Стоит отметить, что существуют акумы с током заряда 2С и даже 5С. Для них рекомендуемые показатели будут выше. Смотрите информацию, которую указывает производитель на самой батареи.

LiPo аккумуляторы имеют имеет 2 силовых провода:

• Силовой красный +
• Силовой черный —

А также балансировочный кабель (2S и выше).

Балансировочный провод применяется для равномерной зарядки всех банок.

На квадрокоптере или любой другой модели к этому разъему обычно подключают сигнализатор разряда батареи (пищалку). Сигнализатор бортовой разряда аккумулятора (1S-8S) с громким звуковым сигналом и индикатором показывающим напряжение.

Рассмотрим на примере: Turnigy nano-tech 2200mah 3S 25C

Ток 1С равен 2,2А, но оптимальным для батареи будет использовать ток заряда 1-1,5А.

Батарея будет заражаться дольше, чем при токе 2,2А, но срок эксплуатации будет увеличен.

Если ток заряда будет превышать 1С – возрастает риск взрыва батареи и возникновения пожара.

На первых порах можно обойтись обычной кастрюлей или любой металлической емкостью.

Хранение LiPo аккумуляторов.

Хранить батареи необходимо заряженными на 40-60% (напряжение при этом будет около 3.8v на банку).

Длительное хранение полностью заряженной или полностью разряженной батареи приведет к выходу её из строя.

Рекомендации для правильного хранения LiPo аккумуляторов:

• Перевести батарею в режим хранения «Storage»
• Избегать попадания прямых солнечных лучей
• Соблюдать температуру хранения в пределах 0..+10°С (температура холодильника), либо +5..+28°С (комнатная температура). Второй вариант менее предпочтителен.
• Хранить в специальном пакете, огнеупорном боксе, или закрывающейся железной емкости.

Стоит помнить, что любые отклонения от вышеуказанных параметров приводит к падению токоотдачи, снижению емкости или вовсе выходу из строя аккумулятора.