Из литий-полимерных аккумуляторов можно выделить две основные группы — быстро-разрядные (Hi Discharge) и обычные. Отличаются максимальным разрядным током — его указывают или в амперах, или в единицах емкости аккумулятора, обозначаемой буквой «С».
Быстро-разрядные литий-полимерные аккумуляторы называют «силовыми» — такие аккумуляторы применяются для питания устройств с высоким токопотреблением.
Принципы зарядки LI-PO Аккумуляторов:
Заряд большинства Li-Po аккумуляторов осуществляется по достаточно простому алгоритму — от источника постоянного напряжения 4.20В/элемент с ограничением тока в 1С (некоторые модели современных силовых Li-Po аккумуляторов позволяют заряжать их током в 5С). Заряд считается законченным, когда ток достигает падения 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. От зарядного устройства нужна точность поддержания напряжения в конце заряда - не хуже 0,01В/банку.
Из зарядных устройств можно выделить два основных типа — простые – 10-40$, предназначенные только для литиевых аккумуляторов, и – 80-400$, предназначенные для обслуживания различных типов аккумуляторов.
Достоинство первых 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.
Для литий-полимерных аккумуляторов все таки желательно применять «зарядку» именно для своего типа аккумуляторв.
Эксплуатация.
Литий-полимерные аккумуляторы самые прихотливые из существующих, требуют строгово соблюдения правил:
Нельзя Перезаряжать аккумуляторы
Нельзя допускать короткое замыкание аккумулятора
НЕ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ ПОВРЕЖДЯТЬ И НЕ РАЗРУШАТЬ УПАКОВКУ
Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или приводящим к нагреву Li-Po аккумулятора cвыше 60°С
Разряд ниже напряжения 3V на "банку"
Нагрев аккумулятора выше 60ºС
Хранение в разряженном состоянии
Невыполнение первых трех пунктов приводит к возгоранию, всех остальных - к полной или частичной потери емкости.
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.
Были проведены сравнительные испытания на безопасность двух типов призматических литий-ионных аккумуляторов: с жидким и гель-полимерным электролитами (см. таблицу). При этом не принималось особых мер обеспечения безопасности аккумуляторов. Аккумуляторы испытывались проколом иглой, нагревом до 200 °С, коротким замыканием и очень высоким перезарядом (до 600 %). Как следует из таблицы, безопасность литий-ионных аккумуляторов с полимерным электролитом гораздо выше безопасности аккумуляторов с жидким электролитом.
Вид испытаний |
Аккумулятор с гель-полимерным электролитом |
Аккумулятор с житким электролитом |
Прокол иглой |
Не было изменений |
Взрыв, дым, протечка электролита, повышение температуры до 250°С |
Нагрев до 200°С |
Не было изменений |
Взрыв, протечка электролита |
Ток короткого замыкания |
Не было изменений |
Протечка электролита, повышение температуры на 100°С |
Перезаряд (600%) |
Вздутие |
Взрыв, протечка электролита, повышение температуры на 100°С |
Батари на основе LI-PO аккумутятров:
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. Пример - «1500 3S2P» обозначает батарею, соединенную последовательно из трех пар аккумуляторов, и каждая пара образована двумя параллельно соединенными аккумуляторами емкостью по 1500мАч, т.е. емкость батареи будет 3Ач и напряжение — 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 нельзя добавлять новые банки последовательно старым - батарея будет при этом разбалансирована.
Нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей –и использовать в одной батарее аккумуляторы разных производителей - различное внутренне сопротивление приведет к разбалансировке батареи.
При пайке нельзя допускать перегрева выводов — это может вывести из строя элемент. Некоторые Li-Po аккумуляторы поставляются с уже припаянными к выводам кусочками текстолитовой печатной.
При больших зарядных токах (2 А и более) тонкие провода от зарядного устройства до батареи, а также подключение «крокодилами», а не штатными разъемами батареи к зарядному устройству приводит к паразитному падению напряжения в контактах и проводах, зарядному устройство раньше переходит в режим стабилизации напряжения, что увеличивает время заряда.
Необходимо контролировать емкость каждого элемента батареи.
Не стоит полностью сажать аккумулятор - это может разрядить самую слабую в сборке ниже 3В, из-за чего она еще больше потеряет емкость
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, всех «Литий» типов.
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. 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.
Значит касательно электровелосипеда – подходят динамические зимние поездки.=)
Что касается хранения – тут действуют те же принципы что и в Li-ion аккумуляторах.
С использованием материалов http://2a3a.ru.
Обычно это самый дорогой элемент электровелосипеда. Аккумуляторы различаются по напряжению, по ёмкости и токам отдачи.
Напряжение напрямую влияет на скорость велосипеда и бывает 24V, 36V, 48V, и выше.
Токи отдачи делятся на максимально продолжительные, при которых батарея будет работать в своем рабочем режиме и пиковые.
Continuous Discharge Current - Продолжительный ток разряда. Смысл этого в том, что если контроллер не будет брать из батарейки тока больше чем указанно в данном параметре, то батарейка будет работать в режиме, на который рассчитана. Для примера: дешевые китайские аккумуляторные батареи для электровелосипеда имеют Continuous Discharge Current в районе 15А. Более качаственные уже 20-30А.
Превышения контроллером допустимо продолжительного тока ведете в перегреву и отключению батареи, Если же конечно в таких батареях не предусмотрено защитное устройство для отключения аккумулятора при перегреве или переразряде.
Max Discharge Current – максимально допустимый ток разряда (кратковременный);
Maximum charge current- максимальный ток заряда акб;
Емкость - измеряется в Ач(Ампер часах). По сути то количество часов за которыя батарейка будет отдавать ток 1А. Аккумуляторы имеют свойтсво терять емкость из за неправильной эксплуатации. Поэтому емкость находиться под управлением BMS электровелосипеда – устройство, отслеживающее напряжение на каждой "банке" (Элементе) аккумулятора электровелосипеда. Задачи BMS электровелосипеда - следить, чтобы АКБ не перезарядился и не переразрядился. А самые умные БМС электровелосипеда умеют отслеживать температуру аккумуляторной батареи. Батарея с BMS имеет такой параметр, как максимально продолжительные токи отдачи и заряда, так и пиковые, при которых ,теоретически, должна сработать защита от КЗ (Короткого замыкания) и отключить элемент.
Не будем касаться свинцово-кислотных аккумуляторов – уж слишком они выходят объёмными и тяжелыми для электровелосипеда. Допустимы они разве что для трициклов.
Выделим наиболее подходящие типы аккумуляторов:
LI-Ion – литий-ионные
LI-Pо – литий-полимерные аккумуляторы (LI-Po)
Li-Fe – литий фосфатные, а точнее Li-Fe-Po4 - литий-Ферум-Фосфатные
http://habrahabr.ru/post/137276/ - Познавательный материал о том, что нас ждет в мире аккумуляторов.
http://habrahabr.ru/post/214047/ - Обзор новых технологий в производстве источников питания.
Осторожно! Некоторые Аккумуляторные батареи имеют свойства при нарушении режима эксплуатации, коротком замыкании, деформации батареи, протыкания, и прочих тотальных разрушений аккумуляторной батареи – выделять много тепла в виде чрезмерного нагрева, выделения дыма и даже огня.
Самый на мой взгляд опасный из при существующих на рынке батарей это Lipo- Литий полимерный аккумулятор.
Особенно эффектно выглядит то как заряжённая батарея полимерного аккумулятора возгорается впоследствии повреждений:
На данных момент одним из самых перспективных видов аккумуляторов являются аккумуляторы сделанные по Li-ion (литий-ионной) технологии. В этой статье речь пойдет о Li-ionаккумуляторах типа-размера 18650.
Основными достоинствами Li-ion аккумуляторов является высокая энергоёмкость, безопасность и вес. Слабыми местами является сравнительно не высокие токи отдачи по сравнению с Li-po («полимерные») и Lifepo4 (литий-фосфатные или «железные»). Токи отдачи – это максимальный ток который может отдать батарея работая в штатном режиме.
- Превышение максимального тока отдачи ведет к перегреву и потере емкости!
- Чрезмерное превышение тока отдачи Li-ion батареи ведет к перегреву и сопутствующим спецэффектам!
Ток отдачи измеряется в «С», то есть емкости аккумулятора – Ампер-часах или «Aч».
Пример характеристик аккумуляторов:
Модель | Емкость | Ток отдачи |
Icr 18650 26-fm | 2600мАч | 2C – 5200мА(5,2А) |
В нашей мастерской мы приняли решение, создавать отличные батареи для электровелосипедов именно из Li-ion 18650.
Плюсом при проектировке и создании аккумулятора для электровелосипеда «Technobike» из элементов 18650 является тот факт, что из маленьких ячеек можно создать практически любую форму батареи. Будь то батарея в форме треугольника в раму велосипеда, или батарея в форме прямоугольника на багажник.
Виды «химии» Li-ion аккумуляторов18650:
ICR |
Литий кобальтовая технология | Не дорогие аккумуляторы с токами отдачи 1C и 2C. Используются в устройствах с небольшим потреблением мощности. А так же китайцами для создания недорогих батарей для электровелосипедов Мощностью до 1000Вт. |
IMR |
Литий марганцевая технология | Повышенный ток разряда примерно 4-10C. Обладают меньшей энергоемкость чем ICR |
INR |
Никель и марганец | Современные аккумуляторы сочетают в себе емкость и высокие токи отдачи и как следствие высокую цену. Позволяет допускать разряд до 2,5в. Используются для создания мощных легких батарей. |
NCR |
никель и кобальт c оксидом алюминия, в качестве изолятора | Повышенный ток разряда примерно 4-10C. Обладают меньшей энергоемкость чем ICR |
Диапазон рабочих напряжений ячейки 18650 от 4,2V до 2,75V.
Так же, хитрый производитель может увеличить емкость завышением напряжения на элементе от 4,35V до 2,75V. Некоторые типы химии работают в диапазоне от 4,2V до 2,5V.
Интервал рабочих температур li-ionаккумуляторов18650: от -20 до +60 °С.
При создании батарей в мастерской Технобайк используются BMS. BMS – плата, контролирующая заряд-разряд батареи. Она защищает от замыкания, переразряда и перезаряда батареи, выше допустимых производителем пределов.