Musím vybít svou lithium-polymerovou baterii?

Lithium-polymerové baterie se vyznačují vysokou hustotou energie – umožňují získat velkou zásobu kapacity s minimální hmotností a velikostí. Nejčastěji se proto taková zařízení pro ukládání energie používají k vybavení kvadrokoptér, rádiem řízených vrtulníků, letadel a dalších bezpilotních létajících zařízení.

Hlavní výhody LiPo baterií jsou:

1. vysoká specifická kapacita;
2. nízké samovybíjení;
3. tloušťka od 1 mm;
4. možnost získání flexibilních formulářů.

Zdrojem Li-Pol prvků je cca 500 cyklů nabití-vybití. Pro prodloužení životnosti baterií je potřeba dodržovat pravidla jejich používání.

Pravidla pro nabíjení Li-Pol baterií

LiPo baterie je potřeba nabíjet speciální nabíječkou (lze použít univerzální „chytrou“), která zajišťuje 2-fázový proces nabíjení metodou CC – CV. Úroveň nabití se doplňuje ve 2 fázích:

1. Při konstantním proudu 0,5C–1C a zvýšení napětí na 4,2 V. Úroveň nabití v tomto bodě dosahuje 95 %.
2. S konstantním napětím a sníženým proudem – aby se zabránilo přebíjení.

Lithium-polymerové články je nutné nabíjet bez čekání na jejich úplné vybití – při úrovni nabití 10–20 % nebo vyšší. Toto pravidlo platí také pro Li-ion baterie. Pokud neustále vybíjíte lithiovou baterii na maximum, negativně to ovlivní její zdroje. Napětí na každém článku baterie by nemělo klesnout pod 3 V, jinak může zásobník energie nabobtnat a nenávratně ztratit více než polovinu své kapacity. V tomto případě bude nutné baterii zlikvidovat.

Použití balanceru v LiPo bateriích

V dobíjecích bateriích musí mít všechny články stejnou úroveň nabití. Při velkém rozptylu hodnot jsou některé články podbité, jiné naopak přebité. To zvyšuje riziko nabobtnání baterie, poruchy a samovznícení. Abyste takovým důsledkům předešli, musíte nabíjet LiPo baterie pomocí balancéru, který sleduje napětí na každém prvku, nebo použít nabíječku s vestavěným balancérem.

Vlastnosti prvního nabití

Navzdory všeobecnému přesvědčení není nutné lithium-polymerové a lithium-iontové baterie před nabíjením zcela vybít. To platí pro první nabití a všechny následující. Lithiové baterie na rozdíl od nikl-kadmiových a nikl-metal hydridových analogů nemají paměťový efekt. To znamená, že mohou a měly by být nabíjeny bez čekání na úplné vybití.

Mnoho výrobců a techniků však při odpovědi na otázku, jak nabíjet novou lithium-polymerovou baterii, doporučuje, abyste ji nejprve „postavili“ nebo „zkalibrovali“. Jeho podstata spočívá v úplném vybití a následném nabití baterie. Toto „houpání“ se doporučuje provést 2–4krát na začátku provozu baterie a poté každých šest měsíců, aby se maximalizovalo využití kapacity. Po zbytek času lze lithiové baterie nabíjet při jakékoli úrovni zbytkového nabití.

Nebezpečné situace a jak se jim vyhnout

Hlavní rizikové faktory při použití prvků Li-Pol jsou:

• dobijte na napětí nad 4,2 V na článek;
• zahřívání nad 60 °C;
• vybíjecí proudy jsou vyšší než zatížitelnost prvků;
• hluboké vybití na napětí pod 3 V na článek;
• skladování ve vybitém stavu;
• odtlakování – vzduch vstupující do prvku z důvodu mechanického poškození, přehřátí nebo jiného důvodu.

Tato porušení vedou k poklesu dostupné kapacity a mohou vyvolat samovznícení prvků. Moderní baterie na bázi lithia proto musí být používány správně, s ohledem na doporučení výrobců.

Aby nedošlo k požáru, je důležité použít vhodnou nabíječku a správně nastavit počet nabíjených článků. Musíte také zkontrolovat, zda se baterie při nabíjení nepřehřívá, a včas nabít mrtvé články.

Moderní technologie a elektronika se neustále zdokonalují – přístroje jsou stále lehčí, skladnější, odolnější, bezpečnější a zároveň výkonnější. V souladu s tím rostou požadavky na dobíjecí zdroje energie.

Baterie na bázi niklu a kadmia byly nahrazeny bateriemi lithium-polymerovými. Nové typy napájecích zdrojů rychle dobývají trh – používají se k vybavení přenosných digitálních zařízení, akumulátorového stavebního nářadí, rádiem řízených hraček a modelů letadel, elektrokol a elektrických skútrů.

Obsah

1. Li-polymerová baterie: co to je
2. Li-polymer nebo li-ion: což je lepší
3. Jak správně nabít Li-Pol baterii poprvé
4. Pravidla pro provoz lithium-polymerových baterií
5. Nabíječka lithium-polymerových baterií
6. Skladování a likvidace
7. Závěr

Li-polymerová baterie: co to je

Nejlehčí kov, lithium, má největší schopnost darovat elektrony a vyznačuje se značnou hustotou energie. Tyto vlastnosti podnítily vytvoření baterií s lithiovými kovovými elektrodami. Ale takové baterie rychle selhaly a jejich použití nebylo bezpečné.

Nejlepších výsledků dosáhli vývojáři baterií, kteří navrhli nahradit kovové lithium ionty Li. To umožnilo zvýšit hustotu elektrolytu a kapacitu baterie. Upgradované napájecí zdroje jsou navrženy pro použití při vyšších napětích a mají minimální samovybíjení. Lithium-iontové baterie se snadno udržují díky absenci paměťového efektu. To znamená, že není potřeba striktně regulovat režim nabíjení, aby nedošlo k reverzibilní ztrátě kapacity napájecího zdroje.

Lithium-iontové baterie však mají řadu nevýhod, hlavní je jejich nízká úroveň bezpečnosti. Při vývoji nového typu baterie na bázi lithia byl běžný kapalný elektrolyt nahrazen 1 mm silným polymerovým filmem impregnovaným gelovitým lithium vodivým elektrolytem. Filmový prvek neinterferuje s výměnou nabitých částic a nevede elektrický proud. To umožnilo zbavit se separátoru (porézní přepážky mezi elektrodami), díky čemuž se výrazně snížily rozměry a hmotnost baterie.

Díky použití gelovitého elektrolytu je zvýšena bezpečnost – Li-pol baterie se nezapálí. Použití filmových prvků také umožnilo vytvořit lehké a kompaktní baterie různých tvarů a velikostí. To ocenili především výrobci přenosných zařízení a elektroniky.

Lithium-polymerové baterie však mají nízkou elektrickou vodivost. Lze ji zvýšit zahřátím, ale přehřátí baterie je nebezpečné, proto v takových případech musí být přítomen chladicí systém. Další nevýhodou li-pol baterií je jejich vysoká odolnost. To ztěžuje získání požadovaného proudu.

Li-polymer nebo li-ion: což je lepší

Při výběru mezi lithium-iontovou a lithium-polymerovou baterií se berou v úvahu specifika použití (účel zařízení vyžadujícího napájení), poměr kapacity a hmotnosti, úroveň bezpečnosti a teplotní podmínky provozu. Zohledněny jsou i náklady na současný zdroj.

Lithium-iontová baterie se skládá z následujících prvků:

• měděná anoda potažená grafitem;
• základ katody z hliníkové fólie potažené oxidem lithným;
• porézní separátor oddělující elektrody (impregnovaný elektrolytem);
• kapalný elektrolyt (organická lithná sůl).

Když je baterie nabitá, kladné elektrony z oxidu lithného se pohybují zdrojem energie a hromadí se v grafitových vrstvách. Současně se kladně nabité ionty lithia pohybují elektrolytem a také se hromadí v grafitu. Baterie se zdá být nabitá. Pokud k němu připojíte zátěž, začne opačný proces. Ionty se vrátí na své místo prostřednictvím elektrolytu a elektrony se vrátí přes připojené zařízení a poskytují energii.

Lithium-iontová baterie je často vybavena elektronickým regulátorem pro regulaci výkonu a průtoku vybíjení. To výrazně snižuje riziko přehřátí a výbuchu baterie, ale zvyšuje cenu produktu.

Pokročilá lithium-polymerová baterie funguje na stejném principu jako lithium-iontová baterie. Rozdíl spočívá v nahrazení separátoru kapalným elektrolytem tenkými polymerovými destičkami s gelovým elektrolytem. V důsledku toho se baterie stala flexibilní. Místo tuhého vnějšího pláště se obvykle používá polymer-hliníkový plášť. Díky tomu bylo možné snížit hmotnost baterie o 20 % a vyrobit zdroje energie téměř libovolného tvaru.

Li-Pol baterie potřebují ochranu před přehřátím a přebitím. Z tohoto důvodu obsahuje konstrukce baterie mechanismus pro omezení proudu a stabilizační systém. Kvůli ochranným prvkům rostou náklady na zařízení.

Oba typy baterií na bázi lithia mají své výhody a nevýhody. Porovnání hlavních parametrů vám pomůže vybrat nejlepší možnost pro vaše konkrétní potřeby.

Seznam výhod Li-ion baterií zahrnuje:

1. Malé samovybíjení – do 6% v prvním měsíci, poté nižší. Během měsíce spotřebuje ochranný obvod cca 3 % nabití.
2. Vysoká hustota energie a vybíjecí proudy.
3. Vyšší napětí článku (3,6 V) ve srovnání s články na bázi NiMH a NiCd.
4. Žádný „paměťový efekt“.
5. Významný provozní zdroj.
6. Kompaktní a nízká hmotnost.
7. Žádné zvláštní požadavky na údržbu (s výjimkou pravidel dobíjení).

Seznam nevýhod lithium-iontových baterií zahrnuje:

• nutnost integrovat ochrannou desku pro bezpečný provoz baterie;
• výrazný pokles kapacity při nízkých teplotách – v chladu baterie nemůže plně fungovat;
• relativně vysoká cena ve srovnání s klasickými niklovými bateriemi.

Mezi výhody Li-polymerových baterií patří:

1. Kombinace nízké hmotnosti a kompaktnosti s vysokou kapacitou.
2. Schopnost vytvářet baterie libovolných velikostí a tvarů, včetně ultratenkých.
3. Vysoká rychlost nabíjení.
4. Žádný „paměťový efekt“.
5. Provozní bezpečnost a vysoká spolehlivost.
6. Nízké sazby samovybíjení – až 5 % měsíčně.

Lithium-polymerové baterie nejsou bez nevýhod:

• potřeba dodržovat zvláštní režim nabíjení;
• vyžadují vyvážení buněk;
• citlivý na nízké teploty, přebití, hluboké vybití;
• mít vysoké náklady.

Baterie na lithiové bázi mají konečný počet cyklů plného nabití – po kterém se stanou nepoužitelnými. Je důležité vědět, že Li-ion a Li-Pol mají tendenci postupně stárnout – výdrž baterie se postupně snižuje, i když leží nevyužitá. Po 2-3 letech může baterie selhat, i když byla občas používána.

? Při nákupu gadgetu nebo lithiové baterie si nezapomeňte zkontrolovat datum výroby baterie, abyste nenarazili na zařízení, které bylo dlouho skladováno a ztratilo znatelnou část své životnosti.

Li-ion a Li-Pol baterie jsou si také podobné v základních provozních parametrech včetně rozsahu provozních teplot. Oba typy baterií lze používat při teplotách od -20°C do +60°C. Lithium-iontový článek však při provozu na hraničních hodnotách stárne rychleji.

Vlastnosti	Li-ion	Li-Pol
Hustota energie na jednotku hmotnosti (Wh/kg)	100-190 (v závislosti na materiálu katody)	130-200
Životnost (počet cyklů nabití a vybití)	500-2000 (v závislosti na materiálu katody)	800-1000
Jmenovité napětí (V)	3,6	3,7
Mezní napětí vybíjení (V)	2,8	3
Zatěžovací proud: optimální a špičkový

Li-Pol se doporučuje zvolit, pokud jsou zvýšené požadavky na kompaktnost, spolehlivost a bezpečnost baterie.

Jak správně nabít Li-Pol baterii poprvé

Li-Pol baterie jsou považovány za vrtošivé – vyžadují pečlivé zacházení a dodržování nabíjecích předpisů, zejména pokud jde o nabíjení nové baterie.

Lithium-polymerové baterie se prodávají v konzervované podobě, s nabitím cca 30-40%. Výrobci se snaží minimalizovat ztrátu kapacity baterie na cestě ke kupujícímu, a proto přidávají speciální složení, které brzdí působení elektrolytu.

Z tohoto důvodu je nutné před použitím nového zařízení vybalit lithium-polymerovou baterii. Tento postup se často nazývá „zvýšení baterie“.

První nabíjení baterie se provádí podle následujícího schématu:

• provozujte zařízení, dokud se baterie nevybije;
• nabití až 100 %;
• cyklus opakujte 2-3x.

Pokud se odkonzervování neprovede, s každým dalším nabitím se kapacita baterie sníží a její životnost se zkrátí.

Protřepáním se deaktivují chemikálie zaváděné pro uchování elektrolytu. Při dalším provozu se nedoporučuje baterii neustále vybíjet a nabíjet na doraz, snižuje se tím její životnost. Hraniční stavy, kdy jsou ionty lithia maximálně zapuštěny do krystalové mřížky anody nebo katody, jsou pro baterii škodlivé. Životnost se zkracuje, i když je krátkodobě ponechána ve 100% nabitém nebo vybitém stavu.

Pravidla pro provoz lithium-polymerových baterií

Li-Pol baterie vydrží dlouho, pokud dodržíte řadu jednoduchých pravidel. Je důležité pochopit, že nedodržení doporučení může způsobit nenapravitelné poškození baterie.

• Chraňte lithium-polymerovou baterii před přehřátím, podchlazením a změnami teploty. Při přehřátí baterie může dojít k jejímu vznícení, při nízkých teplotách se chemické reakce zpomalí a baterie přestane fungovat. Chcete-li telefon používat v zimě venku, uložte jej do vnitřní kapsy oděvu. Při telefonování nestihne vychladnout ani v chladném počasí.

• Udržujte svou energii vyváženou – udržujte svou lithium-polymerovou baterii nabitou mezi 10-90 %. Kapacita baterie se v tomto případě mírně ztrácí (kapacita je množství uložené energie), ale získáte zisk v podobě co nejdelší výdrže baterie.

Nové modely tabletů a smartphonů jsou vybaveny ovladačem, který pomáhá udržovat rovnováhu energie v baterii. Nedovolí vybití na nulu a přeruší nabíjení před dosažením 100 %.

• Jednou za 3-6 měsíců je vhodné provést kalibraci – vybít baterii, dokud se zařízení samo nevypne, a poté nabít na 100 %. Na rozdíl od niklových baterií nemají lithium-polymerové baterie paměťový efekt a nevyžadují trénink nabíjení a vybíjení.

• Během normálního provozu gadgetu nedovolte, aby se vypínal – nabijte jej, když uvidíte varovný signál. Samočinné vypnutí při úplném vybití snižuje kapacitu a výkon baterie.

• Dobíjejte při každé příležitosti, i když je baterie nabitá na 60–70 %. Během krátkého nabíjení však pečlivě sledujte úroveň nabití, neměla by dosáhnout 100 %.

• Ideální rozsah nabití Li-Pol baterie je 30–80 %. Při neustálé údržbě bude baterie maximálně chráněna před opotřebením a vydrží extrémně dlouho.

• Nenechávejte nabitou baterii zapojenou do elektrické zásuvky. Vestavěný ovladač chrání baterii před přebitím, ale nechrání ji před přehřátím – při kontaktu s proudem pokračují chemické reakce v elektrolytu. To má za následek prudké snížení životnosti baterie a může dokonce vést k explozi.

Pokud ponecháte zapojenou lithium-polymerovou baterii, ani funkční ovladač vás nemusí zachránit před přebíjením. Baterie se zahřívá a se zvyšující se teplotou se zvyšuje úroveň nabití. To snižuje životnost baterie.

• Používejte pouze originální nabíječku, která je součástí gadgetu. Tento napájecí zdroj je kalibrován na charakteristiky baterie tohoto modelu a poskytuje optimální režim nabíjení. Pokud selže „nativní“ nabíječka, měla by být nahrazena nabíječkou certifikovanou výrobcem.

• Před uložením gadgetu na dlouhou dobu nabijte baterii na 50-60%. Zařízení by mělo být vypnuto. Po zapnutí bude nabití nižší – v neaktivním stavu Li-Pol baterie nadále funguje a stárne.

• Nenabíjejte gadget, pokud se baterie zahřeje, když je zařízení aktivně v provozu. Kontakt s proudem zvýší teplotu baterie, což může snadno vést k výbuchu nebo požáru.

• Pokuste se snížit zátěž zařízení, pokud jej používáte při nabíjení. Můžete například vypnout Bluetooth, GPS, připojení k internetu a omezit příjem SMS a hovorů. V ideálním případě byste měli gadget nabíjet, když je vypnutý.

• Baterie by měla být chráněna před mechanickým poškozením, nárazy a kontaktem s kovovými předměty.

Nabíječka lithium-polymerových baterií

K nabíjení LiPo baterií se používají speciální nabíječky, univerzální nabíječky nejsou pro tento úkol vhodné. To je způsobeno skutečností, že proces nabíjení má dvě fáze:

1. V první fázi se napětí na všech bateriových bateriích zvyšuje, dokud nedosáhne 4,2 V. V tomto okamžiku se baterie stihne nabít na 95 %.
2. Ve druhém stupni se proud sníží, aby se zabránilo přebíjení. Navíc při napětí nad 4,25 V hrozí samovznícení baterie.

Je důležité, aby se plechovky vypouštěly a vypouštěly rovnoměrně. Napětí na každé z bank by nemělo klesnout pod 3 V (k tomu dochází při úplném vybití baterie). V opačném případě může baterie nabobtnat a nenávratně ztratit asi 50 % své kapacity.

Pro šetrné dobíjení baterie při sledování úrovně napětí každé banky je vhodná nabíječka s vestavěným balancerem. Alternativou je použití samostatného balanceru při připojení nabíječky k síti.

Skladování a likvidace

Dodržování pravidel pro skladování re-mothballed („posilněné“) lithium-polymerové baterie sníží rychlost jejího stárnutí. Doporučeno:

• baterii skladujte odděleně od zařízení na suchém místě, při pokojové teplotě, mimo dosah přímého slunečního záření, mimo zdroje tepla;
• nabijte baterii před uskladněním na 40-60%;
• Po dlouhodobém skladování zkontrolujte baterii – nateklé a poškozené prvky nelze použít.

Polymerové baterie neobsahují látky, které mohou poškozovat životní prostředí. Součásti baterií jsou však odolné vůči biologickému rozkladu, takže vadné baterie by měly být zlikvidovány v příslušných organizacích.

Závěr

Výhody Li-Pol baterií některé nevýhody zcela kompenzují. Pokud dodržíte doporučení, použijete „nativní“ nabíječku a budete mít vždy po ruce zásuvku, powerbanku, auto se zapalovačem nebo jiný zdroj energie pro krátkodobé dobití, bude baterie věrně sloužit po celou dobu životnosti indikovanou výrobce.