Etichetta al polimero di litio: una guida completa per lavorare con LiPo

In questo Instructable esaminerò le basi della corretta ricarica, scarica, manipolazione, utilizzo, conservazione e cura delle batterie ai polimeri di litio in modo da poterle utilizzare in modo sicuro ed efficace nei vostri progetti futuri. Ora, questo non è affatto il tutto e la fine di tutte le informazioni, ed è sempre importante consultare le istruzioni per la tua attrezzatura specifica, ma penso che questo Instructable fornirà una buona base di conoscenza sull'argomento di queste fantastiche batterie .

Passaggio 1: terminologia

Se sei nuovo alle batterie ai polimeri di litio / LiPo / LiPoly, ci sono molti termini che devi sapere prima di iniziare. All'inizio tutto può sembrare un po 'scoraggiante, ma con una comprensione di base, è tutto abbastanza semplice, quindi entriamo.

Quando guardi la scheda tecnica o l'involucro di un LiPo, noterai che ha molte specifiche.

Disposizione delle celle - Descritto usando il formato xSyP (dove xey sono numeri interi), questo spiega come sono collegate le celle della batteria. Le batterie sono costituite da celle, la cui tensione è determinata dalla chimica delle cellule e la cui capacità è determinata dalla densità di energia e dalle dimensioni fisiche della cella. S sta per serie e P sta per parallelo. Come forse saprai, la serie aggiunge la tensione delle celle e il parallelo aggiunge la capacità delle celle, quindi una combinazione di celle in serie e in parallelo produce una batteria. La batteria mostrata nella seconda immagine dice che ha una disposizione di 3S1P, il che significa che ha 3 celle che sono tutte in serie senza cablaggio parallelo. Questo può sembrare confuso perché dice "1P", ma pensa alla disposizione come a una griglia. Moltiplicando il 3 e l'1, si ottiene il numero totale di celle nella batteria, che in questo caso è 3. Se fosse una batteria 3S2P, ci sarebbero 2 set di 3 celle cablate in serie in parallelo, risultando in 6 totale delle cellule. Spesso la disposizione parallela viene omessa quando si parla di batterie, poiché la maggior parte dei pacchetti sono 1P (quindi invece di dire che stai usando un pacchetto 3S1P, puoi anche semplicemente dire 3S).

Capacità: di solito misurata in mAh (milliampere), questo è determinato dalla disposizione delle celle (parallela) e ti dice per quanto tempo puoi aspettarti che la batteria duri con una carica (anche se non è così semplice). 2600 mAh come mostrato sulla batteria nella foto è uguale a 2, 6 Ah (ore amp), un formato che potresti avere più familiarità con batterie più grandi, come SLA (acido al piombo sigillato) nella tua auto, che probabilmente è circa 50 Ah. Una capacità di 2600 mAh significa che la batteria può scaricarsi a 2, 6 amp per un'ora (quindi "amp amp hour"), 1, 3 amp per 2 ore, ecc., Prima che si esaurisca il "succo". Poiché la batteria mostrata ha una disposizione 1P, ogni cella ha una capacità di 2600 mAh.

Tensione - La tensione di una batteria è anche determinata dalla disposizione delle celle (serie) e ci sono alcune misure di tensione comuni che vale la pena notare:
Caricato: la tensione di una cella LiPo completamente carica è di 4, 20 V e la carica al di sopra di questa danneggerà la cella.
Nominale: questa può essere considerata una sorta di tensione "semicaricata", in quanto è di 3, 70 V, tra carica e scarica. La tensione nominale è ciò che i produttori usano quando descrivono la tensione delle loro batterie.
Scaricata: la tensione di una cella LiPo scarica è di 3, 00 V e la scarica al di sotto di questa danneggerà sicuramente la cella.
Poiché la batteria mostrata ha una disposizione 3S, è contrassegnata con la sua tensione nominale di 11, 1 V (3, 70 V * 3 celle). Un pacco 3S completamente carico è 12, 60 V e un pacco 3S completamente scarico è 9, 00 V.

Classificazione C costante (scarica) - La valutazione C costante (in relazione alla scarica) indica il numero di ampere che possono essere estratti in modo sicuro dalla batteria costantemente. La "C" in una valutazione di xC (dove x è un numero intero) rappresenta effettivamente la capacità della batteria in Ah. Moltiplicando il coefficiente di classificazione C per la capacità della batteria in Ah, è possibile determinare il tipo di amperaggio che è possibile disegnare. Nel caso di questa batteria, con una capacità di 2600 mAh (2, 6 Ah) e una valutazione C di 55 ° C (che è piuttosto alta, FYI), posso moltiplicare 55 * 2, 6 e ottenere la massima potenza costante della mia batteria, che è 143A.

Classificazione C in raffica (scarica) - Oltre alla valutazione C costante, esiste anche una valutazione C in raffica, che è più alta. Il più delle volte, lo "scoppio" è valutato per 10 secondi. Sebbene non sia contrassegnato sulla batteria stessa nella foto, nella documentazione si dice che il punteggio di scoppio di 10 secondi di questa batteria è 80C. Quindi, 80 * 2.6 è un'esplosione di 208A. Questo è molto! Vale la pena notare che il tuo LiPo non durerà a lungo quando molti amplificatori vengono estratti da esso. A 208A, un LiPo da 2600 mAh durerà circa 45 secondi.

Classificazione C (carica) - Determinata allo stesso modo delle classificazioni C per la scarica, la classificazione C per la carica indica quale amperaggio è possibile caricare in sicurezza la batteria. Queste informazioni sono generalmente elencate sul retro della batteria con tutte le informazioni sulla sicurezza. Per la batteria mostrata, sembra essere 5C, il che significa che può essere caricata a 13A (2, 6 * 5). Parleremo molto di più sui tassi di addebito in seguito ...

Passaggio 2: la batteria

Ora che abbiamo alle spalle una teoria delle batterie, diamo un'occhiata ad alcune batterie LiPo.

Tutte le batterie LiPo (dovrebbero) hanno 2 set di cavi che fuoriescono: cavi di scarica e cavi di bilanciamento (a volte chiamati prese di bilanciamento). I conduttori di scarica sono i fili più spessi dei quali sono presenti un positivo (rosso, +, anodo) e negativo (nero, -, catodo) e vengono utilizzati per scaricare il LiPo come suggerisce il nome. I cavi di bilanciamento vengono utilizzati durante la ricarica della batteria per garantire che tutte le celle della batteria siano caricate allo stesso modo. Esiste generalmente una connessione di terra comune su un lato del connettore di bilanciamento, nonché una connessione positiva a ciascuna cella della batteria. Pertanto, a seconda del numero di celle della batteria, avrà un connettore di bilanciamento con un diverso numero di pin.

Passaggio 3: il caricabatterie

Per caricare le batterie LiPo, è necessario utilizzare un caricabatterie compatibile LiPo. Se provi a caricare un LiPo con un caricatore non LiPo, qualcosa si incenderà. Poiché questa non è una guida all'acquisto, non entrerò in specifici modelli di caricabatterie o raccomandazioni, ma dirò che il 90% dei caricabatterie LiPo là fuori usano la stessa identica interfaccia utente e hanno gli stessi interni di base. Confrontiamo 2 caricabatterie e parliamo di specifiche e differenze:

Caricabatterie n. 1: Dynam Supermate DC6
Caricabatterie n. 2: Thunder AC6

Ingresso alimentazione: è necessario fornire più energia al caricatore di quanto non venga emesso a causa dell'inefficienza. Il mio Thunder AC6 può essere collegato direttamente alla parete perché ha un adattatore CA incorporato, mentre da Supermate DC6 richiede un alimentatore esterno (The Thunder AC6 può anche prendere energia da un alimentatore esterno ma non ha molto senso l'uso domestico). Entrambi questi caricabatterie hanno un'uscita massima di 50 W, il che significa che devono prendere più di 50 W di input ... diciamo almeno 60 W, probabilmente di più solo per essere sicuri.

Potenza - Come ho detto, sia Thunder che Supermate hanno una potenza massima di 50W. Ricorda che la potenza è il prodotto di tensione e corrente, quindi la massima corrente che usi per caricare la batteria dipende dalla tensione della batteria e viceversa. Tuttavia, i caricabatterie hanno anche una tensione massima / minima e un'uscita di corrente massima / minima oltre alle loro limitazioni di potenza. Entrambi questi caricabatterie hanno un intervallo di uscita di corrente di 0, 1-5, 0 A e un intervallo di tensione di 1-6 S per LiPo (4, 2-25, 2 V caricati). Ciò significa che mentre sarai in grado di caricare una batteria 2S a 5A (8, 4 V * 5 A = 42 W ), non sarai in grado di utilizzare la stessa corrente per caricare una batteria 3S (12, 6 V * 5 A = 63 W) . Per una batteria 3S, la corrente di carica massima su un caricabatterie da 50 W sarà di 3, 9 A (50 W / 12, 6 V = 3, 968 A) .

Bilanciamento: il bilanciamento delle celle è probabilmente la parte più importante della ricarica di una batteria LiPo. Quando vengono utilizzate le batterie LiPo, le loro celle potrebbero scaricarsi in modo non uniforme e diventare "sbilanciate". Per contrastare questo, i caricabatterie di bilanciamento come questi si collegano ai cavi di bilanciamento della batteria LiPo e ai cavi di scarica, consentendo loro di caricare e "bilanciare" individualmente le celle all'interno della batteria LiPo in modo che tutte le celle abbiano la stessa tensione (4.20 V, ricordi?) Entro la fine della carica. Alcuni caricabatterie LiPo non hanno capacità di bilanciamento e, in questo caso, è necessario acquistare e utilizzare un bilanciatore separato. Dato che non ho molta esperienza con i bilanciatori autonomi, non entrerò nei dettagli su di essi.

Funzionalità extra - Alcuni caricabatterie hanno funzionalità extra come il rilevamento della temperatura o la connettività USB. Entrambi questi caricabatterie hanno un ingresso per sensore di temperatura, che può essere utile se si desidera interrompere la ricarica della batteria se le temperature superano un valore prestabilito (torneremo su questo più avanti). Thunder AC6 è dotato di USB che funziona con un'applicazione Windows per la registrazione dei dati. Tipo di figo, ma non particolarmente necessario per la maggior parte del tempo.

Passaggio 4: altri attrezzi

Oltre alle batterie e ai caricabatterie, ci sono alcune altre cose di cui hai bisogno per prenderti cura dei tuoi LiPos:

Multimetro digitale - A volte le letture della tensione sui caricabatterie non sono totalmente accurate, quindi è bene poter sempre ricadere su un multimetro affidabile per verificarlo. Quando utilizzo una nuova batteria LiPo, controllo sempre la tensione di ogni cella con un multimetro dopo averlo tolto dal caricatore per essere sicuro che sia caricato correttamente.

Allarme / interruzione a bassa tensione: vengono utilizzati insieme alla batteria LiPo quando è scarica. Un allarme a bassa tensione o cutoff, o LVC come è più comunemente noto, si collega al connettore di bilanciamento della batteria e monitora la tensione di ogni cella. Quando una cella al di sotto di una tensione di sicurezza (questa soglia dipende dall'LVC ma è generalmente compresa tra 3, 3 V e 3, 0 V), l'LVC o l'LVA ti avviseranno con luci e / o un cicalino o interromperanno l'alimentazione per evitare ulteriori scariche . L'elettronica destinata a esaurire le batterie LiPo avrà generalmente questa funzione integrata, ma se si utilizza un LiPo con qualcosa non progettato per questo, è necessario utilizzare uno di questi o qualcosa di equivalente.

Custodia / borsa di ricarica - LiPos non deve MAI essere caricata in uno spazio aperto per motivi di sicurezza. Se qualcosa va storto all'interno di un LiPo, letteralmente sparerà fiamme da esso, dando facilmente fuoco a qualsiasi cosa. La maggior parte delle persone carica i loro LiPo in sacchi LiPo, che sono maniche imbottite e ignifughe che possono sfogare il fumo ma trattengono le fiamme. Preferisco tuttavia il metodo delle scatole di munizioni, soprattutto perché sembra molto più fresco e spaventa le persone. A scopo illustrativo di questo Instructable, sto caricando i miei LiPos all'aria aperta, ma non lo farei mai altrimenti, poiché mantenere i tuoi LiPos al sicuro durante la ricarica è probabilmente la cosa più importante che puoi fare.

Passaggio 5: Impostazione della ricarica del saldo

La ricarica delle batterie LiPo, in particolare la ricarica dell'equilibrio, è un processo molto preciso. Se sbagli, accadrà qualcosa di brutto, ma per fortuna i caricabatterie LiPo fanno del loro meglio per non accendere fuochi.

Quando si imposta un caricabatterie per bilanciare la carica delle batterie LiPo, vengono presentati 2 parametri principali: corrente e tensione.

Corrente di carica - La corrente alla quale è necessario caricare la batteria LiPo dipende dalla capacità della batteria e dal livello di carica C. Indipendentemente dal livello di carica C, tuttavia, la maggior parte delle persone carica i propri LiPo a 1 ° C, poiché si tratta della tariffa più sicura, sia dal punto di vista del pericolo di incendio che della durata della batteria. Caricando il tuo LiPo a una velocità più elevata, la ricarica sarà più rapida, ma la ricarica a velocità elevate ridurrà anche la durata della batteria a lungo termine.

Tensione di carica - Questa è la tensione nominale della batteria che si desidera caricare. Spesso il caricabatterie indica la disposizione della cella (come "3S") accanto alla sua tensione nominale per un più facile riconoscimento. I miei caricabatterie controllano la batteria contando le sue celle tramite la spina del bilanciamento e non si caricheranno se la tensione selezionata e la tensione della batteria non corrispondono, il che è un'ottima funzionalità di sicurezza.

Ecco alcuni scenari di ricarica del saldo LiPo nella vita reale:

2600 mAh 3S LiPo caricato a 1C
1C * 2, 6 Ah = 2, 6 A corrente di carica
3S * 3, 7 V = tensione di carica 11, 1 V.
2, 6 A * 12, 6 V (tensione completamente carica) = assorbimento di potenza 32, 76 W.

LiPo 1800 mAh 2S caricato a 1C
1C * 1, 8 Ah = 1, 8 A. corrente di carica
2S * 3, 7 V = tensione di carica 7, 4 V.
1, 8 A * 8, 4 V (tensione completamente carica) = assorbimento di potenza 15, 12 W.

5000mAh 2S LiPo caricato a 1C
1C * 5.0Ah = 5.0A corrente di carica
2S * 3, 7 V = tensione di carica 7, 4 V.
5, 0 A * 8, 4 V (tensione completamente carica) = assorbimento di potenza 42, 00 W.

Tutte queste cariche delle rispettive batterie sono molto sicure e nell'ambito della capacità del caricatore. Inoltre, ognuna di queste cariche, poiché vengono eseguite con una velocità di carica di 1 ° C, teoricamente impiega 1 ora per caricare ciascuna batteria da 3, 00 V per cella "scarica" ​​a 4, 20 V per cella "piena". Nella vita reale, il tempo di ricarica varia a seconda del grado di scarica della batteria (la maggior parte delle volte smetterai di utilizzare la batteria prima che raggiunga i 3, 00 V / cella) e il grado di squilibrio tra le celle (più sono sbilanciate, più tempo impiega il caricabatterie a bilanciarli).

Solo per ulteriore illustrazione, diamo un'occhiata alle stesse batterie, ma questa volta caricate a 2C:

2600mAh 3S LiPo caricato a 2C
2C * 2.6Ah = 5.2A corrente di carica
3S * 3, 7 V = tensione di carica 11, 1 V.
5, 2 A * 12, 6 V (tensione completamente carica) = 65, 52 W assorbimento di potenza

1800 mAh 2S LiPo caricato a 2C
2C * 1, 8 Ah = 3, 6 A corrente di carica
2S * 3, 7 V = tensione di carica 7, 4 V.
3, 6 A * 8, 4 V (tensione completamente carica) = assorbimento di potenza 30, 24 W.

5000mAh 2S LiPo caricato a 2C
2C * 5, 0 Ah = corrente di carica 10, 0 A.
2S * 3, 7 V = tensione di carica 7, 4 V.
10, 0 A * 8, 4 V (tensione completamente carica) = 84, 00 W. assorbimento di potenza

Possiamo vedere che i caricabatterie che possiedo non sono in grado di caricare la batteria 3S da 2600 mAh e la batteria 2S da 5000 mAh a 2C, ma ci sono molti altri caricabatterie che lo sono. La ricarica a 2C significa che ogni carica richiederebbe teoricamente solo 30 minuti. Non caricare mai la batteria a una velocità superiore a quella prevista. Anche in questo caso, ancora non consiglio di caricare una batteria superiore a 1 ° C, indipendentemente dal fatto che sia stata valutata per questo. Puoi farlo se la tua batteria è in grado e sei in una crisi di tempo, ma le ricariche ripetute a velocità C più alte si consumano più rapidamente delle batterie a velocità C inferiori.

Passaggio 6: ricarica del saldo

Dopo aver impostato il caricabatterie per il LiPo che stai per caricare, è tempo di collegare tutti i cavi sul lato batteria delle cose. Collega l'adattatore di bilanciamento al caricabatterie e il bilanciamento della batteria conduce nell'apposito slot sull'adattatore di bilanciamento (si adatterà solo a quello creato per il conteggio delle celle). Quindi collegare i cavi di carica del caricabatterie ai cavi di scarica della batteria. A seconda del caricabatterie e dei suoi accessori, potrebbe essere collegato alla batteria in diversi modi. Nel mio caso, il caricabatterie è venuto con una varietà di cavi a spina a banana. Ho posizionato in modo errato i cavi che si collegano alla presa della mia batteria (chiamata spina Deans Ultra), quindi ho dovuto usare una presa diversa sul cavo del caricatore e far passare un adattatore tra quello e la mia batteria ...

Una volta collegato tutto, vai avanti e inizia a bilanciare caricando il tuo LiPo. Come ho detto, dopo che ho detto al mio caricabatterie di avviarsi, controlla le celle della batteria e mi chiede di confermare le mie impostazioni prima che inizi a caricarsi, quindi le tue potrebbero fare lo stesso.

I caricabatterie LiPo seguono un processo in 2 parti, utilizzando prima una tecnica a "corrente costante" e una seconda a "tensione costante". Durante la parte di "corrente costante" del processo, il caricabatterie aumenta fino all'uscita di amperaggio specificata e mantiene tale amperaggio costante all'aumentare della tensione della cella. Quando le celle raggiungono una certa soglia, il caricabatterie passa alla "tensione costante". Durante questa porzione, il caricabatterie varia l'uscita di corrente per mantenere tutte le celle della batteria alla stessa tensione. Il bilanciamento si verifica in questa parte del processo di ricarica. Man mano che il caricabatterie si avvicina al completamento, la corrente diminuisce in modo significativo fino a quando la batteria non è completamente carica a 4, 20 V per cella, a quel punto il caricabatterie si ferma.

Mentre il tuo LiPo si sta caricando, fai attenzione alle temperature (ti ho detto che sarei tornato!). Un LiPo correttamente funzionante non deve superare i 90-100 gradi F durante la ricarica. Se sembra essere più caldo di quello (puoi sentirlo con la mano, leggilo con il sensore di temperatura per il caricabatterie o usa un termometro IR), interrompi immediatamente la ricarica. All'interno dei miei caricabatterie, posso impostare il caricabatterie per interrompere l'alimentazione della batteria a una soglia di temperatura.

Passaggio 7: archiviazione

Se non prevedi di utilizzare LiPo per un periodo di tempo prolungato (da alcune settimane a un mese o più), è una buona idea conservarlo correttamente. Il primo passo per l'archiviazione LiPo è caricarlo / scaricarlo alla corretta tensione di archiviazione. I LiPo, come tutti gli altri prodotti chimici per batterie, si scaricano automaticamente, ma a una velocità molto bassa. Se lasciato scarico, un LiPo può scaricarsi ulteriormente al di sotto del suo intervallo di tensione di sicurezza rendendolo inutile e pericoloso la prossima volta che si desidera caricarlo. Se lasciati completamente carichi, le celle di un LiPo si sbilanceranno rapidamente. La tensione di conservazione corretta per un LiPo è di 3, 85 V per cella. La maggior parte dei caricabatterie LiPo ha una funzione di archiviazione che carica o scarica la batteria fino a quando non raggiunge i 3, 85 V per cella.

Poiché i miei caricabatterie hanno un intervallo di scarica di 0, 1-1, 0 A, la velocità di carica massima di archiviazione è 1, 0 A, quindi l'ho impostato il più vicino possibile a 1 ° C (di solito l'intero 1, 0 A) e impostato la tensione in base alla batteria I voglio conservare.

Dopo che il LiPo è a una corretta 3.85V per cella per la conservazione, puoi trovare un buon posto dove stare. I LiPo sono conservati meglio a temperature relativamente basse (40-45 gradi F), quindi un frigorifero è un posto eccellente per loro. È una buona idea proteggere ancora le batterie conservate in caso di incendio, quindi consiglio di riporre i LiPo in una busta LiPo e di riporli in frigorifero. Tuttavia, il frigorifero non è l'unico posto per LiPos. Sarà sufficiente ovunque con bassa umidità e temperature ragionevoli.

Passaggio 8: scarico

In alcuni casi, dovrai scaricare completamente il tuo LiPo. La ragione più probabile di ciò è misurare la capacità, perché la carica da 3, 0 V per cella a 4, 2 V per cella (o la scarica da 4, 2 V per cella a 3, 0 V per cella) è l'unico modo per giudicare con precisione la capacità. Come ho detto nell'ultimo passaggio, i miei caricabatterie hanno una corrente di scarica massima di 1, 0 A, quindi è quello che uso quando scarico la maggior parte dei miei LiPo a meno che non siano davvero piccoli (le auto RC che utilizzo i miei LiPo assorbono costantemente 25-75A, quindi 1A non è un problema per le mie batterie). Ripensa alla valutazione C costante per la scarica della batteria e avvicinati il ​​più possibile alla sua corrente di scarica costante massima.

Per i motivi menzionati nell'ultimo passaggio, non lasciare i tuoi LiPo completamente scaricati a lungo o rischi di non poterli ricaricare.

Passaggio 9: utilizzo

Se ti prendi cura della tua batteria LiPo, si prenderà cura di te. O almeno non bruciare la tua casa a terra. Ecco alcune linee guida da seguire per un utilizzo sicuro di LiPos:

-non picchiarlo o forarlo. accenderà il fuoco

-non lasciarlo cadere. accenderà il fuoco

-non abbreviare. accenderà il fuoco

-non sovraccaricare. accenderà il fuoco

-non lasciarlo surriscaldare. accenderà il fuoco

-non gettarlo nel fuoco. accenderà più fuoco

A parte tutti gli scherzi, segui le istruzioni fornite con la tua attrezzatura e dovresti stare bene, ma stai sempre attento. Evita di allontanarti dal tuo caricabatterie mentre sta lavorando sul tuo LiPo, perché se qualcosa va storto è bello essere in giro per farlo andare bene ... o almeno meno male.

Una delle linee guida più importanti per una buona esperienza con queste batterie è quella di lavorare sempre all'interno delle capacità elettriche del LiPo nel modo seguente:

monitorare costantemente la tensione di ogni cella manualmente o, meglio ancora, automaticamente con un LVC o qualcosa di simile

-match i componenti nel tuo progetto per assicurarti di non trarre mai troppa corrente dal tuo LiPo


Ho intenzione di aggiornare questo Instructable in futuro con ulteriori informazioni e risposte alle domande delle persone. Nel frattempo, ti preghiamo di valutare e commentare questo Istruttore. Spero che abbia fornito informazioni utili sul regno del polimero di litio!