Akumulatory litowo-polimerowe - vademecum użytkownika

Baterie i akumulatory są elektrochemicznymi magazynami energii elektrycznej, które umożliwiają zasilanie urządzeń przenośnych. W ostatnim czasie szczególną popularnością cieszą się baterie litowo-polimerowe, zarówno w formie pojedynczych ogniw, jak i pakietów. Ten rodzaj baterii możemy dostrzec m.in. w telefonach komórkowych, power bankach, e-papierosach, a także w dronach i w niektórych samochodach elektrycznych. Prawidłowe funkcjonowanie ogniw i baterii litowo-polimerowych zależy nie tylko od ich budowy i fabrycznej jakości wykonania, ale również od prawidłowej eksploatacji. W tym artykule opisujemy najważniejsze zagadnienia dotyczące baterii litowo-polimerowych z dużym naciskiem na wiadomości praktyczne.

Dlaczego warto wybrać baterie litowo-polimerowe?

Baterie litowo-polimerowe (Li-Pol) charakteryzują się szczególnymi własnościami, dzięki którym wyróżniają się na tle innych baterii. Typowa bateria Li-Pol jest zbudowana z jednego lub większej liczby ogniw litowo-polimerowych. Oznaczenie symbolizujące liczbę ogniw na obudowie pakietu, to xS, gdzie x oznacza liczbę ogniw w pakiecie. Przykładowo, bateria o oznaczeniu 4S składa się z czterech ogniw. Z uwagi na wysoką gęstość energii, dużą pojemność elektryczną w stosunku do pojemności geometrycznej oraz niską masę własną, baterie litowo-polimerowe zyskały uznanie wśród producentów bezprzewodowych urządzeń elektroniki konsumenckiej. Zalety tychże baterii są szczególnie zauważalne w dronach i innych zabawkach latających.

Napięcie ogniw i baterii litowo-polimerowych

Standardowo napięcie znamionowe pojedynczego ogniwa wynosi 3,7 V. W rzeczywistości, naładowanie do takiej wartości jest kompromisem, który oznacza, że ogniwo nie będzie naładowane ani rozładowane na tyle, na ile to możliwe, co zapewnia bezpieczną i długotrwałą eksploatację. Dopuszczalna granica napięcia naładowania ogniwa Li-Pol sięga do ok. 4,2 V, natomiast dopuszczalna granica napięcia rozładowania do 3,5 V.

Rezystancja wewnętrzna ogniw Li-Pol

W każdym rzeczywistym elemencie obwodu elektrycznego występuje rezystancja, która w przypadku baterii Li-Pol może się różnić pomiędzy ogniwami. W przypadku źródeł napięcia elektrycznego, jest wymagane, aby ich rezystancja wewnętrzna była jak najmniejsza, ponieważ im większa rezystancja wewnętrzna, tym mniejsza wydajność ogniwa. Wzrost rezystancji stanowi element procesu starzeniowego ogniw. Aby przedłużyć żywotność ogniw i baterii Li-Pol, nie można ich przegrzewać, przeciążać oraz należy chronić je przed uszkodzeniami mechanicznymi. Niezalecane jest także bezpośrednie równoległe łączenie ogniw o tym samym napięciu znamionowym czy znacznie różniącej się względem siebie rezystancji wewnętrznej, gdyż może to doprowadzić do przepływu prądów wyrównawczych pomiędzy ogniwami, powodując ich szybsze rozładowanie, a nawet uszkodzenie.

C - wskaźnik rozładowania akumulatora

Specyfika baterii Li-Pol jest dodatkowo oznaczona indeksem „C” (nie mylić z pojemnością elektryczną!), który jest określany przez producenta baterii. Indeks „C” oznacza wskaźnik rozładowania akumulatora. Za jego pomocą obliczany jest czas ładowania i rozładowania baterii, zgodnie ze wzorem (1.1).

t = 1C (1.1)

t- czas użytkowania akumulatora [h]

C- wskaźnik rozładowania akumulatora [h-1]

Przykładowo, dla baterii o wskaźniku 0,5 C, czas ładowania lub rozładowania wynosi dwie godziny.

Pojemność baterii i akumulatorów litowo-polimerowych

Pojemność baterii i pakietów jest określana w miliamperogodzinach (mAh). To miara określająca ciągłą wydajność prądową baterii przez czas równy jednej godzinie, po której bateria zostanie całkowicie rozładowana. Przykładowo, pojedyncze ogniwo o pojemności 2200 mAh, może dostarczyć przez jedną godzinę prąd o natężeniu 2200 mA (2,2 A), ale jeśli odbiornik zasilany z takiego pojedynczego ogniwa będzie pobierał tylko 1,1A, wówczas ogniwo będzie mogło dostarczać energię przez dwie godziny. Nie bez znaczenia pozostaje także temperatura robocza baterii. Optymalny zakres temperatur roboczych dla baterii litowo-polimerowych mieści się w granicach 30-60°C. Aby utrzymać baterie litowo-polimerowe w jak najlepszym stanie przez długi czas, zalecane jest dodatkowe wyposażenie w czujnik temperatury i układ regulacji temperatury, który odpowiada za chłodzenie i ogrzewanie baterii w zależności od warunków otoczenia.

Jak podłączyć baterię litowo-polimerową?

Przeważnie baterie litowo-polimerowe są wyposażone w przewody zasilania (plus zasilania i masa) oraz złącze dla balansera - układu odpowiadającego za pomiar napięcia na poszczególnych ogniwach i zarządzanie ich równomiernym ładowaniem i rozładowywaniem. Najczęściej spotykane złącza dla przewodów zasilania w ogniwach i pakietach Li-Pol, to XT30, XT60, XT90, oraz T-DEAN, zaś da balansera - JST. Liczba przewodów złącza balansera jest zawsze o jeden większa od liczby ogniw w pakiecie. Przykładowo, pakiet wyposażony w cztery ogniwa, powinien być wyposażony we wtyk JST z pięcioma przewodami. Dobierając baterię Li-Pol do Twojego urządzenia, pamiętaj o zgodności wtyków.

Jak ładować baterię litowo-polimerową?

Prawidłowe zarządzanie pracą baterii podczas procesu ładowania i rozładowywania wpływa na jej żywotność. Z tego względu, konieczne jest używanie odpowiedniej ładowarki elektronicznej do baterii Li-Pol ze złączem balansera dla pomiaru napięć poszczególnych ogniw i ich równomiernego ładowania. Takie ładowarki najczęściej są oparte na mikroprocesorze, który nadzoruje ładowanie w czasie rzeczywistym, a po skończeniu ładowania przełącza ładowarkę w tryb podtrzymania napięcia tak, aby każde ogniwo było naładowane po równo z jak najwyższą dokładnością.

Dobra ładowarka powinna mieć także wbudowany system zabezpieczający przed zwarciem i przegrzaniem ogniw oraz przed przekroczeniem dopuszczalnego napięcia ładowania. W starszych rozwiązaniach konstrukcyjnych baterii Li-Pol, istniało zwiększone ryzyko wybuchu lub wycieku. Choć zabezpieczenia wewnętrzne tychże baterii zostały ulepszone, to w dalszym ciągu warto doglądać ich ładowanie, aby mieć pewność, że z baterią nie dzieje się coś niebezpiecznego. Opłaca się również zainwestować w torbę ochronną wykonaną z materiałów ognioodpornych, która chroni otoczenie przed skutkami potencjalnego wybuchu akumulatorów i baterii, zarówno podczas ładowania, przechowywania i transportu. Większość akumulatorów i baterii Li-Pol jest zaprojektowana na kilkaset cykli ładowania. Jeśli pakiet nie dostarcza już energii w mieszczącej się normie lub uległ uszkodzeniu, które dyskwalifikuje jego dalsze użytkowanie, musi zostać poddany utylizacji.

Materiał powstał we współpracy z Botland.

Artykuł Partnera

fot. stock.adobe.com/Quality Stock Arts