Li pol аккумулятор параметры

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Литий-полимерные аккумуляторы

Попытки использовать легкий активный литий в качестве электродов для аккумуляторов закончились провалом, но одноразовые батарейки эффективны. Современники литиевыми аккумуляторами называют приборы, с ионами лития. Их используют в виде солей на подложке из алюминиевой или медной фольги. Активным элементом является ион лития, аккумулятор называется литий-ионный. Условие – в герметичном корпусе обязательно залит жидкий электролит. Если внутри гель или специальная пленка – литий-полимерная батарея. Все литиевые батареи относят к щелочным.

Литий-ионный и литий-полимерный, разница

Аккумуляторная батарея – система динамичная. Рабочие параметры зависят от любого компонента. Посмотрим, как подействовало наполнение гелем вместо жидкого электролита и какой лучше, литий-полимерный или литий-ионный аккумулятор, в чем разница.

Оба вида батарей характеризуются высокой плотностью энергии при малых размерах. Один элемент способен выдать напряжение 3,6 В, в два раза больше Ni-Cd батареи. Нет эффекта памяти, аккумулятор можно заряжать на любом уровне запаса энергии.

Отличия в том, что при использовании жидкого литий-ионного аккумулятора максимальное напряжение при заряде и минимальное при разряде контролирует встроенная защита, устройство становится дороже. Без защиты возможно возгорание и даже, взыв. Такие проблемы не сопровождают работу сухого литий-полимерного элемента. Гелевый элемент можно называть литий-ионным полимерным аккумулятором. Это гибрид, где используют вместо сепаратора полимерную пленку с твердым составом, ее действие усиливает обычный электролит в гелевой форме. Но называют гибрид литий-полимерным, в интересах маркетинга.

Сравнение литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов

Рассмотрим методику заряда литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов. Какой из них быстрее зарядится? Исследования показывают, за первый час батареи заряжаются на 70-80 %, в последующем на пониженном токе напряжение доводят до максимального, и зарядное устройство отключает процесс. Зарядка, разрядка проходят за одно время. Ни чем не отличается, работоспособность литий-полимерного аккумулятора от литий-ионного.

Но обратите внимание на форму батарей. Компактная, в прочной герметичной упаковке из ламинированной фольги, литий-полимерная батарея удобнее в монтаже. Какой аккумулятор, литий-ионный или литий-полимерный выбрать? Если вам нужен легкий и емкий аккумулятор, выбирайте полимерный.

Предлагаем сравнить реакцию двух видов батарей на неисправности и решить, какой аккумулятор безопаснее, литий-ионный или литий-полимерный.

Вид испытаний	Аккумулятор литий-полимерный	Аккумулятор с жидким электролитом
Прокол	Нет изменений	Нагрев до 250 0 , взрыв, дым, протечка
Нагрев до 200 0	Нет внешних изменений	Взрыв, электролит потек
Короткое замыкание	Нет изменений	Нагрелся до 100 0 С, потек
Перезаряд	Вспучивание	Взрыв, протечка, T>100 0 C.

Лучшие литий-полимерные аккумуляторы

Выбор моделей литиевых аккумуляторов с не текучим электролитом расширяется. Промышленность уже предоставила 3 разновидности литий-полимерных батарей:

• гелеобразный электролит однородного состава за счет использования солей лития;
• сухой электролит в виде полимерной пленки, в роли сепаратора проницаемый полиэтиленоксида с внедренными солями лития;
• сухой электролит, как полимерная матрица, сорбент для солей лития, растворенных не в воде.

Устройство литий-полимерного аккумулятора, в отличие от литий-ионного, основано на использовании твердого электролита в виде проницаемой мембраны. Элемент имеет полимерный катод, а вместо сепаратора – полимерная пленка, называемая твердым электролитом. Новая конструкция, толщиной в 1 мм и более, перспективна для установки в стесненных условиях, сбора в пакет.

Для массового спроса сухие Li-pol не подходят, велико внутренне сопротивление при комнатной температуре. Их рабочая среда 60-100 0 С. Но разработка продолжается, есть перспективы создания сухого литий полимерного аккумулятора, работающего при комнатной температуре. Вскоре нас ожидает появление недорого сухого литий-полимерного АКБ с еще большей плотностью энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, работающего при комнатной температуре, без опасности перегрева. Безопасность обеспечивается в различных форс-мажорах – проткнули корпус, произошло короткое замыкание, или перезарядка.

Линейка литий-полимерных аккумуляторов делится на обычные и быстроразрядные модели. В чем их отличие? В бытовых приборах используются модели с нормальным разрядом 3-5 С. «Силовые», с разрядом 10 С и более, часто применяют на радиоуправляемых моделях.

При использовании гелиевых литий-полимерных (li-pol) аккумуляторов важным условием является не допустить их глубокой разрядки или перезарядки. При правильной эксплуатации приборов, плюсы их перевешивают немногочисленные минусы.

Правила эксплуатации литий-полимерных аккумуляторов

Чтобы продлить срок службы литий-полимерных источников энергии, нужно соблюдать определенные правила. Разрядить батарею полностью нельзя, есть ограничение. Если телефон или другой прибор отказал из-за севшей батареи, ее нужно срочно поставить на зарядку. Находясь в бездействии, аккумулятор продолжает садиться от каждого нажатия на клавиши, происходит саморазряд. Есть предел, после которого придется батарею утилизировать.

Вы зарядили батарею полностью прохладным утром, а потом оставили в авто под лучами солнца, или поставили в кедл — возможна перезарядка, что губительно для прибора. Как поступить? Отсоединить гаджет от зарядки, поработать, пока литий- полимерный аккумулятор нагреется, только потом включать питание. Лучше, если батарея всегда будет находиться заряженной на уровне 40-80 %.

Отмечено, степень заряженности акка уменьшается в самолете, действует атмосферное давление. К плачевным последствиям этот факт не приводит. В условиях холода батарею следует держать в теплом месте, доставая ненадолго, при необходимости.

Хранение литий-полимерных аккумуляторов должно отвечать следующим условиям:

• заряд батареи на уровне 60-70 %;
• периодическая проверка, подзарядка;
• для меньшего саморазряда батареи выбрать прохладное сухое место.

Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор

Чтобы обеспечить длительную работу литий-полимерной батареи, необходимо усвоить, как его правильно заряжать. Процесс зарядки двухступенчатый, не зависит от вида аккумулятора, литий-ионный или литий-полимерный. Необходимо использовать специальное зарядное устройство.

К пониманию, о чем речь: буквой «С» обозначается числовое значение тока зарядки, соответствующее емкости в А-ч или МА-ч, обозначенной на корпусе. ЗУ – зарядное устройство.

Первый этап зарядки выполняется током 0,2-0,5 С. Степень заряда увеличивается до 70-80 %. В этот период ЗУ работает, как стабилизатор. Если в литий-полимерном аккумуляторе есть встроенная плата защиты, напряжение ХХ не должно быть выше 6-7 В.

Второй этап начинается с момента, когда напряжение на клеммах достигло 4,2 В. Теперь ЗУ выпрямляет сетевой ток, поддерживает постоянное напряжение. Сила тока постепенно снижается до 0,05-0,01С. После ЗУ отключается от батареи, исключая перезарядку.

Для глубоко разряженной батареи с напряжением около 2,5 В используется этап предзарядки, нагрев и доведение показателя до 2,8 В. Подается постоянный ток низких параметров. Этим предупреждается вспучивание, разгерметизация и взрыв батареи.

Способ двухэтапной зарядки разработан компаний SONY, он не единственный, но рациональный, как для литий-ионных полимерных аккумуляторов, так и для сухих полимерных. Правильно заряжать тонко настроенную систему, значит, продлять срок ее эксплуатации.

Зарядное устройство для литий-полимерных аккумуляторов

Если литий-полимерные аккумуляторы так требовательны к характеристикам параметров тока для подзарядки, нужны особые зарядные устройства. Промышленность предлагает ЗУ с минимальным набором функций, стоимостью 10-20 $ и универсальные устройства со встроенными балансирами, пригодные для любых видов батарей. Их цена доходит до 400 долларов.

Недорогое ЗУ имеет индикацию заряда, не может правильно определять окончание заряда, показывают только окончание первого момента. Важно использовать дополнительно балансир, чтобы в момент заряда все банки получали свою порцию энергии. Необходима ручная настройка количества элементов в батарее и зарядного тока. Нельзя использовать ЗУ с таймером, можно не дождаться полной зарядки литий-полимерного аккумулятора. Тем дольше идет процесс, чем больше размеры прибора.

Применив универсальное ЗУ, с расширенными возможностями, можно отслеживать процесс по информации на дисплее. Необходимо будет задать количество банок и величину зарядного тока.

Литий-полимерный аккумулятор как заряжать первый раз

Вы принесли только что купленный прибор, аккумулятор показывает 2/3, это для удобства проверки работоспособности гаджета, или это норма для батареи? Да, литий-полимерные аккумуляторы работают на 20-80% заряда.

Новый ноутбук, в телефоне или фотоаппарате необходимо откалибровать. Как? Провести 2 раза цикл заряда-разряда. В дальнейшем заряжать аккумулятор можно в любое время, тип «литий-полимерный» не обладает эффектом памяти, не теряет емкость.

Как правильно заряжать литий-полимерный аккумулятор смартфона

Современные смартфоны обладают мощными литий- полимерными аккумуляторами, способными выдержать нагрузку без подзарядки в течение суточной активности пользователя. Некоторым приходится обзаводиться даже внешним источником энергии, дабы удовлетворить активность при отсутствии зарядного. Конечно же, он тоже должен быть литий-полимерным. Как правильно заряжать устройства?

Новый смартфон должен естественно разрядиться до 10 -15 %, после подключить ЗУ к сети и зарядить аккумулятор полностью. Так повторяют 2-3 раза, называется операция раскачкой. Позже литий-полимерная батарея заряжается малыми порциями при любой возможности. Разумеется, пользоваться для зарядки нужно родным ЗУ, не оставляя его включенным в розетку в моменты бездействия.

Знание, как правильно обслуживать литий-полимерные аккумуляторы позволит обеспечить их безаварийную работу, продлить срок службы. Но источники химической энергии не вечны, они стареют, активное вещество используется. В наших силах бережным обращением сдвинуть время расходов на замену батареи.

Предлагаем посмотреть видео по теме.

Источник

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.

8205 микросхема

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

Источник