чего нельзя допускать при использовании li po аккумуляторов
Инструкция для Li-Po аккумуляторов
Литий-полимерные(LiPo) аккумуляторы
Инструкция по эксплуатации и безопасности
Перед использованием элементов внимательно прочитайте и неукоснительно соблюдайте настоящую инструкцию. Некорректное использование элементов может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию, взрыву, повреждению или потере ёмкости элементов.
Литиевые аккумуляторы с полимерным электролитом (сокращенно LiPo-аккумуляторы) требуют особо аккуратного обращения. Это справедливо как для зарядки и разрядки, так и для хранения и других операций. При этом должны соблюдаться следующие особые указания:
Следствием неправильного обращения могут быть взрывы, воспламенение, выделение дыма и опасность отравления. Кроме того, несоблюдение инструкций и предостережений может повлечь за собой потерю рабочих качеств и другие недостатки.
Емкость аккумуляторов уменьшается с каждой зарядкой / разрядкой. Хранение при слишком высоких или слишком низких температурах также может привести к постепенному снижению их емкости. В конструкции модели, аккумуляторы после 50 циклов при соблюдении предписаний по зарядке и разрядке все еще обеспечивают 50—80% емкости нового аккумулятора, что достигается за счет высоких разрядных токов и индукционных токов двигателя. Аккумуляторные блоки нельзя включать ни последовательно, ни параллельно, так как емкости элементов аккумулятора могут быть слишком разными. Поэтому поставляемые нами аккумуляторные блоки прошли специальный отбор.
Особые указания по зарядке LiPo-аккумуляторов
Для зарядки LiPo-аккумуляторов следует использовать только разрешенные зарядные устройства с относящимися к ним зарядными проводами. Любые операции над зарядным устройством или зарядным проводом могут повлечь тяжелые последствия. При использовании зарядного провода со схемой защиты, осуществляется обязательный и полный контроль за каждым отдельным элементом аккумуляторного блока. Максимальная зарядная емкость должна ограничиваться значением, равным емкости аккумулятора, умноженной на 1,05.
П ример: Для аккумулятора на 1800 мА*ч: Зарядная емкость — 1890 мА*ч.
Количество элементов в сборке
Номинальный вольтаж, Вольт
Номинальная емкость С, мАч
Макс. Напряжение при заряде, Вольт
Мин. Напряжение при разряде, Вольт
Допустимый ток зарядки 1С, мАч
Ток балансировки, мАч
Для зарядки и разрядки LiPo-аккумулятора используйте только зарядно-разрядные устройства, которые специально рассчитаны на работу с данным типом элементов питания. Удостоверьтесь, чтобы было установлено правильное число банок, а также правильное конечное напряжение заряда и конечное напряжение разряда. При этом следуйте руководству по эксплуатации вашего зарядно-разрядного устройства.
Дополнительные указания по обращению
Заряжаемый аккумулятор во время процесса зарядки должен находиться на неломкой, жаростойкой, неэлектропроводящей подставке! Возгораемые и легковоспламеняющиеся предметы также следует держать дальше от места, где производится зарядка.
Включенные последовательно LiPo-аккумуляторы можно заряжать вместе в блоке лишь в том случае, если напряжение отдельных элементов отклоняется не более чем на 0,05 В. Если отклонение напряжения составляет более 0,05 В, то напряжение следует с максимально возможной точностью уравнять посредством зарядки или разрядки каждого элемента аккумулятора.
При этих условиях LiPo-аккумулятор можно заряжать максимум на 1C (значение 1C соответствует емкости одного элемента) зарядного тока. Начиная с макс. напряжения 4,2 В на элемент, следует продолжать зарядку при постоянном напряжении в 4,2 В, пока зарядный ток не станет меньше 0,1—0,2 A.
Следует избегать напряжения выше 4,25 В на элемент, так как в противном случае он может получить неустранимые повреждения. Чтобы предотвратить чрезмерную зарядку, следует установить значение отключения заряда на 4,1—4,5 В на элемент, что позволит увеличить срок службы аккумулятора.
После каждого процесса зарядки следует проверять, превышение допустимого напряжения в 4,2 В отдельных элементов. Должно быть одинаковое напряжение. Если напряжение отдельных элементов аккумулятора отклоняется более чем на 0,05 В, то напряжение следует уравнять путем зарядки или разрядки каждого элемента по отдельности. Чтобы предотвратить чрезмерную зарядку, после долгого использования в блоке, их следует регулярно заряжать по отдельности.
Всегда соблюдайте правильную полярность при зарядке аккумулятора. При несоблюдении полярности в процессе зарядки происходят ненормальные химические реакции, и аккумулятор приходит в негодность. Результатом этого может стать образование трещин, выделение дыма или воспламенение. Допустимый диапазон температур при зарядке и хранении LiPo-аккумуляторов составляет 0—50°C.
Хранение: LiPo-аккумуляторы следует хранить заряженными на 20% от номинальной емкости. Если напряжение элементов аккумулятора падает ниже 3 В, то их обязательно следует дозарядить. Глубокая разрядка и хранение в разряженном состоянии (напряжение элементов меньше 3 В) приводят аккумулятор в негодность.
Особые указания по разрядке LiPo-аккумулятора:
Разрядка ниже 3 В на банку причиняет им неустранимое повреждение, поэтому такую ситуации следует обязательно предотвращать. Если отдельные элементы будут отличаться по уровню заряда, то отключение регулятора в связи с пониженным напряжением произойдет слишком поздно, в результате чего отдельные элементы могут оказаться слишком разряженными.
Температура аккумулятора при разрядке не должна подниматься выше 70°С. В противном случае следует позаботиться о лучшем охлаждении или о снижении тока разряда.
Ламинированную пленкой алюминиевую фольгу можно легко повредить острыми предметами, например, иголками, ножами, гвоздями, контактами двигателя и т.п. Из-за повреждений пленки аккумулятор приходит в негодность. Поэтому аккумулятор следует вставлять в модель таким образом, чтобы аккумулятор не мог быть деформирован даже при падении или столкновении модели с другими предметами. При коротком замыкании аккумулятор может загореться.
Температуры выше 70°C также могут повредить корпус, сделав его негерметичным. Это приводит к потере электролита, аккумулятор приходит в негодность и подлежит утилизации.
LiPo-аккумуляторы не обладают такой механической стабильностью, как аккумуляторы в металлических корпусах. Поэтому не допускайте механических ударов, которые могут быть вызваны падением, толчками, изгибами и т.п. Ни в коем случае не режьте, не рвите, не деформируйте и не сверлите ламинированную пленкой алюминиевую фольгу, не изгибайте и не искривляйте LiPo-аккумулятор. Не оказывайте давления на аккумулятор или контакты.
Обращение с контактами:
Контакты не такие прочные, как в других аккумуляторах. Это особенно относится к алюминиевому плюсовому контакту. Контакты легко обламываются. В связи с теплопередачей нельзя припаивать внешние выводы контактов напрямую.
Не допускается прямое спаивание элементов аккумулятора между собой.
При прямом припаивании высокая температура может повредить компоненты аккумулятора, например, сепаратор или изолятор. Подсоединения к аккумулятору могут выполняться только промышленным способом посредством точечной сварки. При отсутствии или обрыве кабеля необходим профессиональный ремонт со стороны производителя или дистрибьютора.
Общие предостережения при использовании батарей
Нельзя допускать попадания аккумуляторов в огонь или сжигать их.
Не допускайте попадания воды и других жидкостей на элементы.
Не допускайте перегрева элементов. При сильном нагреве (свыше 90°С) возможно расплавление изолятора, структура элемента. Это может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.
Аккумуляторы не должны подвергаться воздействию микроволн или давления. Это может вызвать дым, огонь и более серьезные последствия.
Хранить и заряжать аккумуляторы следует на подставке из невоспламеняющихся, жаростойких и не проводящих ток материалов.
Не допускайте короткого замыкания выводов элементов или батарей. Большие токи короткого замыкания неизбежно приводят к выделению значительного количества теплоты, потере электролита, газообразованию, возгоранию или взрыву.
Оберегайте элементы от ударов и нарушения целостности, не роняйте их. Сильные механические воздействия способны нарушить внутреннюю структуру. Деформации могут вызвать короткое замыкание, что может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.
При пайке элементов соблюдайте осторожность. Перегрев выводов может вызвать расплавление оболочки батареи, что может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.
Не разбирайте и не модифицируйте элементы. Разборка аккумулятора может привести к внутренним коротким замыканиям. Следствием этого может быть выделение газа, огня, взрывы или другие проблемы.
После использования отсоединяйте батарею от потребителя во избежание глубокого разряда.
Беречь от детей. При проглатывании аккумулятора следует немедленно обратиться к врачу или в скорую помощь. Некорректное использование опасно.
При зарядке батарей
Не применяйте зарядные устройства, не одобренные производителем. Соблюдайте режимы зарядки, рекомендованные производителем элементов. Несоблюдение указанных режимов (температура, напряжение или ток, некорректное функционирование устройств отключения) может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.
Проводите зарядку при постоянном контроле. Никогда не оставляйте заряжаемые аккумуляторы без присмотра.
Не подключайте батарею непосредственно к источнику питания (аккумулятору, блоку питания и т.п.). Высокое напряжение вызывает избыточный зарядный ток, который может привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.
По истечении указанного производителем времени зарядки прекращайте процесс зарядки, даже если он не завершён.
Встроенные в аппарат аккумуляторы необходимо вынимать из аппарата, если они в данный момент не используются, неиспользуемые устройства нужно своевременно выключать, чтобы предотвратить глубокие разрядки. Следите за своевременной зарядкой аккумуляторов. Глубоко разряженные LiPo-аккумуляторы дефектны и больше не должны использоваться.
Не заряжайте батарею вблизи источников тепла или в автомобиле. Перегрев может привести к утечке электролита, выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.
Не применяйте и не заряжайте литий-полимерные элементы совместно с сухими элементами или аккумуляторами другого типа или ёмкости. В подобных случаях вероятен глубокий разряд или избыточный заряд элементов. Эти факторы вызывают нежелательные химические реакции в элементах, которые могут привести к выделению значительного количества теплоты, возгоранию или взрыву.
Если вы заметили изменение формы, цвета элемента, незнакомый запах, либо обнаружили нагрев элемента, немедленно отключите его от потребителя или зарядного устройства и в дальнейшем избегайте использования этого элемента.
Если герметичность элемента нарушена (обнаружены повреждение целостности корпуса, утечка электролита или запах), незамедлительно удалите элемент от любого источника открытого огня. Электролит огнеопасен.
Электролиты, содержащиеся в LiPo-аккумуляторах или пары электролита вредны для здоровья. Ни в коем случае не допускайте прямого контакта с электролитами.
При попадании электролита на кожу, в глаза или контакте с другими частями тела следует немедленно смыть их большим количеством чистой воды, затем обратитесь за медицинской помощью. Если помощь своевременно не оказана, длительное воздействие электролита может причинить серьёзный вред.
Поврежденные или пришедшие в негодность аккумуляторы относятся к спецотходам и подлежат соответствующей утилизации.
Литий-полимерный (LiPo) аккумулятор
Литий-полимерный аккумулятор (LiPo)
В наше время появляется все больше и больше портативной переносной аппаратуры. Это могут быть мобильные телефоны, bluetooth-колонки и различные гаджеты. Наиболее часто используемым источником энергии в этом случае является литий-полимерный аккумулятор (Li-Po).
Литий полимерный аккумулятор в радиоприемнике
Такие аккумуляторные батареи имеют превосходную плотность энергии на килограмм, так называемый Вт × час /кг (Wh/kg) или на английский манер gravimetric energy density. Этот параметр показывает, как много энергии содержит аккумулятор либо конденсатор по отношению к его массе. Например, автомобили Тесла используют в своих электрокарах аккумуляторы с плотностью энергии в 254 Вт × час/кг.
Самой бешеной плотностью энергии на килограмм является элемент Уран-235. Если создать все условия для его расщепления, чем и занимаются на АЭС, то можно получить с него энергию до 24 500 000 000 Вт × час/кг! Это почти в 10 000 000 раз выше, чем у бензина. Можно сказать, что 1 кг урана даст в 10 000 000 раз больше энергии, чем 1 кг бензина, если, конечно, «разогнать» уран в ядерном реакторе.
Есть также такой параметр, как плотность энергии по отношению к объему или на английский манер volumetric density energy. Этот параметр показывает как много энергии содержит аккумулятор либо конденсатор по отношению к его объему. Выражается этот параметр, как Вт×час/литр или на английский манер Wh/L. Не забываем, что объем можно выражать также в литрах.
График эффективности различных типов аккумуляторов выглядит так:
График эффективности аккумуляторов различных видов
Виды литий-полимерных аккумуляторов
В настоящее время существуют множество литий-полимерных аккумуляторов разных форм и видов.
Виды литий-полимерных аккумуляторов
В первую очередь давайте разделим наши аккумуляторные батареи по видам. Есть одноэлементные батареи, которые выдают номинальное напряжение в 3,7 Вольт, а также есть многоэлементные батареи, которые состоят из одноэлементных. Здесь работает правило последовательного и параллельного соединения источников питания.
Получаем, что если соединять последовательно одноэлементные LiPo аккумуляторы, то можно увеличивать кратно их общее напряжение.
*cell — элемент, ячейка.
Одноэлементные аккумуляторы чаще всего можно увидеть в ваших мобильных телефонах и других гаджетах.
Многоэлементные аккумуляторы используются в электровелосипедах, электроскутерах и тд.
Схема контроля и защиты аккумуляторной батареи
На простом одноэлементном аккумуляторе мы можем увидеть термоскотч, который закрывает контакты аккумулятора
литий полимерный аккумулятор без схемы защиты
Некоторые дешевые одноэлементные аккумуляторы не имеют схемы защиты и контроля от перезаряда и разряда. Выводы в этом случае выходят прямо из батареи.
аккумулятор без схемы контроля и защиты
Но на большинстве аккумуляторов все-таки присутствует схема защиты и контроля заряда
аккумулятор со схемой защиты и контроля заряда
Здесь мы можем увидеть микросхему-контроллер DW01x, которая выполняет сразу несколько функций.
контроллер заряда DW01
Она разработана специально для литий-ионных/полимерных батарей и защищает их от повреждения или ухудшения срока службы из-за перезаряда, переразряда и/или сверхтока для одноэлементной литий-ионной/полимерной батареи. Более подробно ознакомится с ней можно здесь.
Также можно увидеть микросхему 8205
микросхема 8205 в литий-полимерном аккумуляторе
Эта микросхема является сборкой из двух N-канальных MOSFET транзисторов, которые управляются нашей DW01x.
Более подробно в даташите здесь.
В сборе вся схема заряда на Li-Po одноэлементную батарею выглядит приблизительно вот так:
схема защиты литий-полимерного аккумулятора
Как вы могли заметить, микросхема 8205 представлена в виде двух МОП-транзисторов.
На Алиэкспрессе можно найти готовые модули для зарядки одноэлементных батарей. Здесь отчетливо видно микросхемы DW01A, 8205A, а также незнакомую нам TC4056A, которая является еще одним программируемым контроллером. Она задает ток зарядки, напряжение и тд. с источника питания. С таким модулем ваша аккумуляторная батарея без схемы защиты может спать заряжаться спокойно.
модуль контроля и защиты заряда для литий-полимерных батарей
Присмотреть себе такой модуль вы можете по этой ссылке.
Что будет, если мы вообще уберем схему защиты и контроля? Итак, для этого нам понадобится простой кислотный аккумулятор.
Берем вот такой аккумулятор
и цепляем его к нашей LiPo батарее без схемы защиты и контроля заряда, то есть напрямую к ее выводам
В течение нескольких секунд батарею сначала пучит
вздувшаяся литий-полимерная батарея
А потом она взрывается.
взорвавшаяся литий-полимерная батарея
Поэтому, схема контроля и защиты очень важна для LiPo аккумуляторных батарей.
Параметры схемы защиты и контроля
Давайте разберем некоторые параметры схемы защиты и контроля на литий-полимерную батарею на базе микросхемы DW01-P
основные параметры схемы защиты для литий-полимерного аккумулятора
Сразу можно заметить, что если к батарее с напряжением самого элемента в 3,9 В не подключена никакая нагрузка, то схема защиты и контроля будет «кушать» 3 мкА. Это вообще копейки. Если же на элементе будет 2 В, то схема уйдет в так называемый очень экономный режим и будет кушать максимум 0,1 мкА, то есть почти ничего.
Ну теперь можно перейти к более интересным параметрам.
Overcharge Protection Voltage
По-русски, защита от переЗАРЯДА. В нашем случае типичное значение этого параметра составляет 4,25 В. То есть, когда наша батарея зарядится до 4,25 В, сработает защита и батарея перестанет потреблять ток.
Давайте проверим это на практике. Выставляем на блоке питания значение в 4,2 Вольта 
и начинаем заряжать наш аккумулятор. О том, что аккумулятор начал заряжаться, нам показывает индикация силы тока. В данный момент она равна 0,72 Ампера.
Но что случится, если мы подадим большее напряжение на батарею? Выставляем 4,5 В и смотрим на потребление силы тока аккумулятором.
Как вы могли заметить, потребление сразу же упало до нуля, что говорит нам о том, что сработала защита. Напряжение, более чем 4,2 Вольта для Li-ion/Po аккумуляторов считается убийственным. В данном случае схема защиты и контроля заряда отлично справилась со своей работой.
Overcharge Release Voltage
Очень интересный параметр. Итак, у нас батарея «наелась» электрического тока до 4,25 В. Схема защиты ее отключила от дальнейшего заряда, иначе она бы бабахнула, как в опыте выше. Но вот было бы неправильно, если зарядка батареи продолжалась бы после того, как напряжение на батарее просело бы, допустим, до 4,24 В. Что опять подзаряжать батарею? Опять лишний раз «дергать» ключи на мосфетах? Зачем? Поэтому, вводят так называемый гистерезис. Когда напряжение на самом элементе просядет до этого значения, то он снова начнет заряжаться.
В нашем случае типичное значение составляет 4,05 В. То есть, если напряжение батареи просядет до этого уровня, схема контроля и защиты вновь продолжит заряд аккумулятора до уровня Overcharge Protection Voltage.
Overdischarge Protection Voltage
Защита от переРАЗРЯДА.
Достигнув этого значения, батарея уходит в глубокую спячку. Но почему так происходит, что она не желает заряжаться? Дело как раз в параметре Overdischarge Release Voltage (о нем ниже).
Overdischarge Release Voltage
Пока разряженная батарея не достигнет этого уровня, все попытки зарядить ее тщетны, если только напрямую подать электрический ток сразу на выводы аккумулятора, хотя в этом режиме она все равно может заряжаться, но очень-очень долго. То есть в нашем случае, для того, чтобы снова можно было заряжать батарею, на элементе должно быть напряжение не менее 3 В. Если будет меньше, заряд просто не пойдет.
PS. Эх, сколько было выкинуто таких батареек на свалку человечеством! Люди думали, что батарейка полностью сдохла и отказывалась заряжаться. А всего-то надо было немного подзарядить элемент до уровня разрешения зарядки Overdischarge Release Voltage и спокойно дальше заряжать аккумулятор.
Overcurrent Protection
Ну а также есть замечательный параметр, как перегрузка по току Overcurrent Protection. В нормальном режиме микросхема DW01x постоянно контролирует ток разряда на своем выводе CS. Здесь есть два пути развития событий:
— если на ноге CS будет напряжение 150 мВ (перегруз по току), то через 10 мс батарея уйдет «спать» и полностью отключит нагрузку
— если на этой ноге будет напряжение 1,35 В (режим короткого замыкания выводов) то батарея уйдет «спать» меньше, чем за 500 мкс. То есть как только коротнули выводы, батарея мгновенно отключает нагрузку).
Для того, чтобы батарея вышла из спящего режима, надо полностью отцепить нагрузку, либо сделать так, чтобы нагрузка превышала 500 кОм.
Короткое замыкание без схемы защиты и контроля
А что если устроить короткое замыкание батареи без схемы защиты и контроля? Для этого убираем эту плату и коротим выводы батареи накоротко. Через несколько секунд видим, что ее пучит и разрывает.
Имейте ввиду, что составные батареи не имеют встроенную схему защиты и контроля, так как в основном предназначены для силовых устройств.
Поэтому, с ними нужно быть как можно более осторожными, не замыкать выводы и не перегружать по току, если собираетесь их использовать в своих разработках. Для них идет специальное умное зарядное устройство, которое отключает заряд при полном заряде батареи
либо специальный модуль для заряда таких аккумуляторов
Его можете посмотреть по этой ссылке.
Материал для статьи был подготовлен по видео