страйкбольное оружие
В последнее время стало много вопросов по LiPo аккумуляторам. Решил написать статью про зарядку, использование и подбор LiPo аккумуляторов.
Для примера рассмотрим аккумулятор ZIPPY Flightmax 1000mAh 2S1P 20C
Все что идет до цифры 1000 – это название фирмы изготовителя или торговая марка.
1000mAh – 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 1000 (так как емкость указана в миллиампер/часах). Максимальный ток данной батареи будет равен 20 Амперам. Для 2200 20С – 44 ампера, 1200 30С = 36 Ампер и так далее.
Зарядка LiPo батарей
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.
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) я настоятельно рекомендую 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.
Батарея заряжается до 4.2 вольта на банку (обычно на несколько милливольт меньше).
Режим “хранение”
На “умном” заряднике можно перевести LiPo в режим хранения,при этом батарея дозарядится/доразрядится 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.
Я храню аккумуляторы в пластиковом чемоданчике. Это удобно. Знакомый 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.
Эксплуатация LiPo
Разряжать аккумулятор LiPo ниже чем на 3 вольта на банку не рекомендуется – может сдохнуть. Можно использовать звуковые индикаторы, но есть шанс, что запищит в самый неподходящий момент и вас засыпят шарами с ног до головы, как последнего лошару! Звуковая пищалка подсоединяется в балансирный разъем и как запищит – пора менять или доставать вторичку.
При потреблении мотором тока больше того, что может отдать аккумулятор, LiPo норовит вздуться и подохнуть. Так что за этим надо следить строго! Используйте ваттметры для контроля.
При эксплуатации есть еще один нюанс – наша батарея 1000mAh 20С. По идее отдает 20А. Моторы обычно позволяет превышать рекомендуемые токи, на 20%, впрочем я превышал и на 80% 🙂
Реально максимальную токоотдачу батареи держат не слишком хорошо. К примеру у меня 2200 20С отдает ток в 44А всего в течении 2-3-х минут, потом идет просадка напряжения, хотя по расчетам обязана отдавать не менее 5ти минут.
Так что при выборе LiPo батареи смотрим на максмальный ток заявленный для выбранного двигателя и накидываем запасец. Так для мотора, который кушает 8-12А наша 1000mAh 20С вполне подойдет, а вот для 16-18А я бы выбрал или с большей токотдачей, например 25-30С или взял большей емкости, например 1600 20С.
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.
Литиево-полимерными аккумуляторами оснащаются практически все современные электронные гаджеты. Широкое применение они нашли на летающих радиоуправляемых моделях, квадрокоптерах, вертолетах и самолетах. У литий-полимерных аккумуляторов есть немало преимуществ, в том числе - высокая плотность энергии, низкий саморазряд и отсутствие так называемого «эффекта памяти».
В результате для моделей с силовыми электроагрегатами Li Pol батарее практически не существует достойной альтернативы. Следует ожидать, что они будут применяться все более широко, особенно в таких областях, как непилотируемые летательные аппараты, электромобили и т.п.
Несмотря на все преимущества, LiPol батареи имеют репутацию капризных, опасных и маложивущих источников питания. На самом деле, эти недостатки несколько преувеличены. Если их правильно использовать, проблемы будут сведены к минимуму.
Правила зарядки
Для того чтобы в эксплуатации источника питания не возникало проблем, необходимо правильно заряжать LiPo батареи. В противном случае велик риск их повреждения и даже самовозгорания. Рассмотрим, как правильно зарядить литий полимерный аккумулятор , чтобы избежать возможных проблем:
- Зарядить LiPo аккумулятор любым ЗУ не получится, для этого требуются специальные зарядные устройства. Связано это с особенностями двухфазного процесса зарядки.
- Зарядка аккумуляторов Li Pol проходит в две фазы (метод CC-CV). На первой стадии напряжение на всех банках АКБ возрастает. К окончанию фазы оно достигает 4,2 Вольт. По сути, к этому моменту зарядка Li Pol аккумуляторов достигает 95%. Дальше начинается вторая фаза. Для недопущения перезаряда, губительного для литий-полимерной АКБ, ток снижается. В случае превышения напряжения более 4,25 Вольт увеличивается риск самовозгорания.
- Не рекомендуется допускать полной разрядки источника питания, перед повторной зарядкой в нем должно оставаться около 10-20%, иначе он быстро выйдет из строя.
- Важно следить, чтобы напряжение не падало ниже 3 Вольт на каждой банке. При таком снижении показателей напряжения велик риск того, что батарея может вздуться. При этом вздувшийся LiPo аккумулятор потеряет более 50% своей емкости. Если вздулась LiPo батарея, ее останется только выбросить - потеря емкости необратима.
То, что литий-полимерные источники питания вздуваются, является одной из серьезных проблем их эксплуатации. Все банки должны заряжаться и разряжаться равномерно. При этом зарядное устройство для литий полимерных батарей отслеживает только суммарное напряжение, но при большом разбросе показателей вероятность того, что LiPo аккумулятор вздулся увеличивается в разы. Также это приводит к перезаряду отдельных банок, увеличению риска самовозгорания.
Для решения этой проблемы зарядку Li Pol батарей необходимо выполнять с использованием балансира, который способен отслеживать напряжение на каждой банке, либо ЗУ со встроенным балансиром. Не заряжайте источник питания ЗУ с таймером. Если ток будет недостаточным, ЗУ отключится, не зарядив его полностью. Ток заряда не должен превышать 1С и быть меньше 0,5 С. Также нужно помнить, что чем больше емкость LiPo аккумулятора, тем дольше он будет заряжаться.
Эксплуатация
Для того чтобы продлить срок службы Li Pol устройств или, как минимум, не сократить его, важна и правильная эксплуатация аккумуляторов. Когда мы заряжаем источник питания, нельзя допускать его нагрева выше 60 градусов. Если нагрев все же произошел, прежде чем использовать батарею, ей нужно дать остыть. Также нельзя и ставить на зарядку перегревшийся накопитель.
На хранение нельзя оставлять полностью разряженную АКБ. Обязательно зарядите ее. Самые оптимальные показатели - 60%. В целом, при соблюдении этих несложных правил, проблем с использованием литий-полимерных батарей не возникает.
Эти аккумуляторы по праву заслужили такие отзывы как «самые привередливые, опасные, ненадежные и маложивущие», но несмотря на все эти недостатки, использование данных аккумуляторов стремительно растет, так как они имеют непревзойденный показатель удельной (на массу) энергии, а также способны отдавать большие токи разряда. Так что для силовых электромотором этим аккумуляторам, практически, нет пока альтернативы.
Кратко перечислим основные правила эксплуатации LiPo аккумуляторов, дав ниже подробные объяснения причин для интересующихся:
1.При заряде LiPo заряжайте их только специальным зарядным устройством для LiPo и только под присмотром. В случае какого-то внутреннего повреждения во время заряда может произойти самовозгорание и пожар.
2.Никогда не заряжайте аккумулятор без балансира - устройства, контролирующего и выравнивающего напряжения на каждой «банке» в последовательно соединенной батарее. Для устройств типа iMax B6, G.T.Power A6 и им подобных, имеющих встроенный балансир и выбор методов заряда, всегда выбирайте режим Balance Charge вместо просто LiPo Charge. Последний не балансирует и не контролирует каждую из банок.
3.Для заряда используйте ток величиной не более 1С, если вы на поле, и около 0.5-0.7С в домашних условиях. По некоторым данным, более медленный заряд продлит срок службы аккумулятора. Дополнение: некоторые новые типы батарей вроде Hyperion G3 допускают заряд токами до 5C. В этом случае можно рекомендовать такой заряд в полевых условиях, а в домашних - 2-3C будет достаточно, хотя 1C дома хуже не сделает.
4.Никогда не допускайте глубокой разрядки батареи, т.к. она необратимо выведена из строя.
5.По возможности не доводите батарею до полного разряда - лучше оставить в ней 10-20% емкости и зарядить ее повторно, чем убить ее за один раз.
6.Если есть возможность - старайтесь использовать батареи с некоторым запасом по номинальному току. Это продлит срок их службы. Как указывалось выше, LiPo батареи очень критичны к режиму эксплуатации. При заряде их используется метод CC-CV. То есть, исходно батарея заряжается некоторым фиксированным током (constant current - CC), при этом напряжение на банках батареи растет. По достижении напряжения 4.20 вольт на каждой банке батарея уже заряжена примерно на 95%, и зарядное устройство переходит ко второй фазе алгоритма заряда CV (constant voltage, постоянное напряжение). При этом ток постепенно снижается так, чтобы напряжение на каждой банке не превысило 4.20 вольт. Эта величина определяется химией LiPo батареи. Превышение ее допустимо не более, чем до 4.25 вольт, а достижение значения 4.30 и выше чревато взрывным самовозгоранием.
Фазой заряда CV в полевых условиях можно пренебречь: она добавляет только последние 5% емкости, но занимает от трети до половины общего времени заряда при заряде током 1C. Потому можно прекращать заряд по достижении батареей максимального значения напряжения, экономя время.
При разряде в процессе эксплуатации недопустимо снижение напряжения на каждой из банок ниже 3-х вольт. Достаточно один раз посадить LiPo батарею до 2.5 вольт на банку, и ее, как правило, можно будет выбросить. После такого разряда батарея может «вздуться», она теряет более половины емкости и перестает отдавать номинальный ток разряда. В течение некоторого времени батарея теряет емкость, практически, полностью.
Отсюда проблема эксплуатации LiPo заключается в том, что при заряде необходимо контролировать напряжение на каждой из банок, чтобы не вывести ее из строя, а при последующем разряде все банки разряжались одинаково, но не ниже допустимого минимума. Обычное зарядное устройство может контролировать напряжение на батарее в целом, но при большом разбросе напряжений на банках вполне возможен вариант, когда на одной из них еще 4.05 вольт, а на второй уже 4.30. Зарядка видит только суммарные 8.35 и продолжает заряжать батарею до 8.40 (4.20*2). При этом напряжение на второй банке превышает 4.30, что с большой вероятностью приводит к возгоранию. При разряде несбалансированной батареи эта же проблема способна привести к переразряду отдельно взятой банки несмотря на то, что суммарное напряжение еще выше, чем 3 вольта * количество банок.
Для решения этой проблемы используется специальное устройство, называемое балансиром. В процессе заряда оно следит за напряжением на каждой из банок и выравнивает их между собой. При этом зарядное устройство отключит заряд вовремя, не выводя аккумулятор из строя. При разряде сбалансированной батареи на модели все банки также разряжаются более-менее равномерно, и при снижении суммарного напряжения до 3 вольт на банку должна сработать отсечка регулятора, что предотвратит выход батареи из строя. Многие современные зарядные устройства уже имеют встроенный балансир, которым обязательно следует пользоваться, подключая отдельный балансировочный разъем батареи наряду с силовым и выбирая соответствующий режим заряда. Для устройств, не имеющих встроенного балансира, следует купить отдельное внешнее устройство.
Ток заряда LiPo не должен превышать емкости аккумулятора, т.е. максимальный ток заряда равен 1С. Например, для заряда аккумулятора емкостью 2200 мАч ток заряда не должен превышать 2.2 А. В то же время не следует ставить ток заряда меньше, чем 0.5С. В некоторых зарядных устройствах (Duratrax ICE) стоит неотключаемый таймер на заряд LiPo аккумуляторов на 3 часа. Поставив маленький ток, зарядное устройство может не зарядить аккумулятор полностью, а отключиться по таймеру. Есть зарядные устройства, у которых этот таймер настраивается, но большого смысла в его применении для заряда LiPo нет.
Принудительно разряжать или циклировать литиевый аккумулятор нет никакого смысла, так как эти батареи не имеют эффекта памяти и должны храниться в заряженном состоянии (наиболее оптимальный режим хранения - 60% заряда). Ток разряда аккумулятора может быть любым, но не более его номинала, указанного на этикетке также в единицах величины емкости C. Например 20С на аккумуляторе 1000 мАч означает, что максимальный непрерывный ток разряда равен 20*1000=20000 мА=20 А. Следует заметить, что если не использовать аккумулятор на пределе его возможностей, то он проживет гораздо большее количество циклов. Скажем, для одного из фирменных дорогих LiPo с номинальным током 30С приводятся такие типовые данные: при заряде и разряде токами в 1С производитель гарантирует 500 циклов без существенной потери емкости. При заряде током 1С, но разряде максимальным допустимым током в 30С количество циклов составит всего 50 (упадет в 10 раз). Это дает хороший пример того, почему желательно иметь запас по току батареи.
В процессе заряда или разряда не допускайте нагрева аккумулятора более 60 градусов. Место, в которое установлен аккумулятор на модели, должно быть хорошо вентилируемым и даже продуваемым. Не оборачивайте аккумулятор теплоизоляционными материалами (поролон, пенопласт). Если так уж случилось, что аккумулятор нагрелся, дайте ему остыть перед использованием (зарядом или разрядом).
Пример заряда LiPo GE 2200 25C 22V
В качестве иллюстрации к сказанному ниже показан типовой график заряда литий-полимерной сборки из двух последовательно соединенных аккумуляторов GE 2200 25C 11.1V после использования. График получен с помощью зарядного устройства Infinity 960SR с внешним балансиром LCB12s, подключенного к компьютеру.
Красной линией показан ток заряда, синей - напряжение на батарее, цветными - 6 графиков напряжений на каждой из банок полученной сборки.
На графике видно следующее:
1.Изначально устанавливается ток, равный 0.5С (1.1А), и этим током выполняется заряд батареи до примерно 95% ее емкости (фаза постоянного тока, CC). При этом напряжение на батарее постепенно растет примерно от 19.8 вольт до 25.2.
2.Провал тока на 10-й минуте заряда вызван тем, что зарядное устройство измеряло внутреннее сопротивление батареи (важный параметр для оценки состояния батареи).
3.После достижения батареей максимального напряжения (4.2 вольта на банку или 25.2 на всю батарею) ток начал снижаться, а напряжение стало постоянным (фаза постоянного напряжения, CV).
4.Хорошо видно, что на первых 10% емкости разброс напряжений банок максимальный. Это одна из причин, почему не рекомендуется разряжать батарею на 100% - именно на последних 10% происходит быстрое падение напряжений на банках с большим разбросом, и именно в этот момент можно вывести батарею из строя.
5.Видно, что за первые 10 минут заряда балансир, практически, полностью выровнял напряжения на банках. Колебания тока на 50-й минуте вызваны небольшим разбросом параметров банок - снова работа для балансира, который неизбежно влияет на ток заряда, поддерживаемый устройством.
6.Заряд выполняется, пока ток не упадет до величины, равной 1/10 от начальной. Был установлен щадящий режим заряда током 1.1А, и отключение произошло при падении тока ниже 0.11А. Значения полученной батареей емкости, тока и напряжения в момент окончания заряда отображены численно. Из графика можно сделать выводы, что конкретная батарея имеет заявленную емкость (в данном случае при номинале в 2200 мАч она после экскплуатации получила 2190 мАч. Кроме того, баланс банок батареи, практически, идеальный, что непосредственно указывает на качество данного бренда и конкретной батареи, в частности.