Table of Contents
Lipo akkumulátorokról mindenkinek
LiPo akkumulátor (Lithium Polymer).
Az akkumulátorok egyik fajtája, melyet manapság ezernyi eszközben, szerszámban, modellben, adókban és felsorolni is lehetetlen, menyi helyen használnak. Ezek az akkumulátorok nagy szerepet kaptak a RC iparágban az elmúlt pár évben és még most is remek választás azoknak, akik keresnek nagy teljesítményű és hosszú távon használható energiaforrást. A LiPo akkumulátorokból széles választék található, melyben mindenki megtalálhatja magának a megfelelő áramforrást.
Az első kérdés: melyiket akkumulátor típust válasszam? LiPo vs NiMH
LiPo akkumulátor :
Előnyök:
- Sokkal könnyebb, szinte bármilyen méretben vagy formában elkészíthető
- Sokkal nagyobb kapacitás, sokkal több energiát tudnak tárolni
- Jobb kisülési sebesség, energiát sokkal gyorsabban tudja leadni
Hátrányok:
- Rövid élettartam, maximum 150-250 töltési ciklus
- Érzékeny, tüzet okozhat
- Töltés, kisütés, tárolás csak megfelelő eszközzel és gondossággal lehet
NiMH akkumulátorok :
Előnyök:
- Hosszabb élettartam, általában 1000 töltési ciklust bírnak ki
- Nem érzékeny, általában nem tűzveszélyes
- Használata egyszerű, egyszerűbb töltők elegek hozzá és nincs szükség különösebb gondosságra
Hátrányok:
- Nehezebbek, és a méretük korlátozott
- Alacsony kisülési sebesség, nem tud egyszerre nagy mennyiségű áramot leadni
- Alacsonyabb átlagos kapacitás, kis hatékonyság
Mit jelentenek a számok és feliratok a LiPo akkumulátoron?
Discharge ( C ) rating ( kisütési sebesség):
A C – ráta az akkumulátor maximális kapacitása szerinti biztonságos kisülési sebességének a mértéke. Ez az a maximális merítési sebesség, amit az akkumulátor károsodás nélkül képes elviselni. Az 1C sebesség azt jelenti, hogy a kisülési áram 1 órán belül lemeríti a teljes akkumulátort. 100 amper kapacitású akkumulátor esetén ez megegyezik a 100 amper kisülési árammal.
50C = 50 x kapacitás (amperben) pl.: 5000 mAh es akkumulátor esetében ez 50 x 5A = 250A, ez az a maximális áramerősség (terhelés) amit képes leadni (kiszolgálni) az akkumulátor károsodása nélkül. Ha ennél magasabb az áramfelvétel (pl. egy rosszul megválasztott motor, légcsavar, akkumulátor esetén) akkor az az akkumulátor károsodásához vezethet és akár ki is gyulladhat az akkumulátor.
Capacity (kapacitás):
Az akkumulátor kapacitása azt jelzi, hogy alapvetően mekkora energiát képes az akkumulátor megtartani. Ez kb. olyan, mint az üzemanyagtartály mérete. A mértékegység itt milliamper óra (mAh). Ez azt jelenti, hogy menyi energiát képes leadni 1 óra alatt.
Fentebb említettem, hogy az akkumulátor kapacitása olyan, mint az autó üzemanyag tartálya, tehát a kapacitás határozza meg hogy menyi ideig mehet, mielőtt újra kellene tölteni. Minél nagyobb ez a szám annál tovább futhat. A kapacitások elég nagy közt ölelnek fel a 100mAh-tól egészen a 12000 mAh-ig. A kapacitásnak van egy hátránya is. Minél nagyobb a kapacitás, annál nagyobb az akkumulátor súlya és fizikai mérete.
Feszültség, cellaszám ( Voltage / Cell count) :
Egy LiPo cella névleges feszültsége 3.7V. A képen látható 7.4V -os akkumulátor esetén ez azt jelenti, hogy két cella van sorba kötve (azaz a feszültség összeadódik). Tehát az akkumulátoron látható 2S jelölés pont az előbb leírtakat jelenti. Tehát 2 Cellás (2S), 3 cellás (3S), 4 cellás (4s) és igy tovább.
Névleges feszültség:
A névleges feszültség az akkumulátor alapértelmezett nyugalmi feszültsége (gyártók által megállapított átlagérték). Ez azonban nem a cella töltési feszültsége. A LiPo akkumulátorok maximális töltési feszültsége 4.2V és a minimális, még biztonságos feszültségük 3V (3.2V) a 3.7V nagyjából a középérték.
Régebben lehetett találkozni a 2S2P jelöléssel is Ez valójában egy 4 cellás akkumulátor, melyben 2 cella sorosan (feszültség adódik össze) és másik két cellát az előző cellákhoz párhuzamosan kötve (kapacitásuk összeadódik) találhatunk.
A következő cikk a LiPo akkumulátorok átalakítása, összekapcsolása részletesen bemutatja hogyan is épül fel egy többcellás LiPo akkumulátor ,hogyan tudjuk kimérni, akár módosítani is.
LiPo akkumulátorok belső ellenállása:
Van egy nagyon fontos besorolás, amiről még nem beszéltünk. Ez az Internal Resistance (IR) belső ellenállás. Sajnos ezt az adatot az akkumulátoron nem fogjuk megtalálni. Ennek az az oka, hogy ez az érték az idővel változik, de változhat a külső körülmények, pl. hőmérséklet hatására is. Bizonyos szempontból a belső ellenállás az akkumulátorok egyik legfontosabb paramétere. Ahhoz, hogy megértsük ez miért fontos meg kell értenünk mi is ez. Egyszerűen fogalmazva, a belső ellenállás azt jelenti, hogy pl. mennyire nehéz az energiát eljuttatni a fogyasztóhoz, pl. a motorhoz, vagy bármi máshoz, ami az akkumulátorra van csatlakoztatva.
Minél nagyobb ez az érték, annál nehezebben jut el az energia a rendeltetési helyére, és ez az energia, ami ahhoz kell, hogy ezt az ellenállást legyőzzük, hőenergiaként vagy másnéven hőveszteségként távozik (veszik) el. A belső ellenállás tehát az akkumulátor hatékonyságának mértéke. Ez az értéket milliohm-ban (mΩ) mérjük. (1000 mΩ = 1 Ω)
LiPo akkumulátor ápolása , kezelése :
LiPo akkumulátor töltése:
Az első és rendkívül fontos dolog, hogy LiPo akkumulátorok töltésére alkalmas töltőt kell használni. Ahogy fentebb is említettem, ezek az akkumulátorok speciális ápolást igényelnek, és az úgynevezett CC/CV ( Constant Current / Costant Voltage ) Állandó áram, állandó feszültség. Alapvetően a töltő megtartja az áramot vagy a töltési sebességet, amig az akkumulátor el nem éri a csúcsfeszültséget ( 4.2V cellánként ) , akkor fenntartja ezt a feszültséget, miközben csökkenti az áramerősséget.
Az NiMh és NiCd akkumulátorokat viszont impulzusos töltéssel szokás tölteni.
A második ok amiért nem mindegy, hogy milyen töltőt használunk az a Balanszolás - kiegyensúlyozás ( Balance ) . A Kiegyensúlyozás az akkumulátor egyes cellafeszültségeinek kiegyenlítése, minden cellát azonos feszültségre hoz, vagy próbál hozni. Ez elősegíti megőrizni az akkumulátor teljesítményét és biztonsági szempontból is fontos. A több cellás LiPo akkumulátorok el vannak látva balansz csatlakozóval ami JST-XH csatlakozók. Ezeken keresztül képes vezérelni, és balanszolni a töltő az egyes cellafeszültségeket.
A LiPo akkumulátorokat lassabban kell tölteni, mint a NiMH, NiCd akkumulátorokat. Általános előírás, hogy az akkumulátorokat 1C töltési rátával kell tölteni. Tehát pl. egy 3000mAh-ás akkumulátort 3A-rel, 500mAh akkumulátort 0.5A , 4500mAh => 4.5A-el kell tölteni. Napjainkban azonban egyre több LiPo akkumulátor jelenik meg amik bírják az 1C -nél nagyobb töltést is pl „3C Charge rate” ami azt jelenti,hogy 5000mAh akkumulátor esetén a maximális töltőáram 3 x 5A = 15A.
A LiPo akkumulátorok használata során fellépő tűzveszély miatt, annak valószínűségétől függetlenül mindig meg kell tenni a megfelelő óvintézkedéseket.
- Sose hagyjuk magára a töltés közben a töltőt – akkumulátort.
- Mindig legyen tűzoltó készülék a közelben. (CO2 széndioxid oltókészülék az ideális jelen esetben)
- LiPo akkumulátorokat tűzbiztos helyen, zsákban, dobozban töltjük, tároljuk.
Párhuzamos vs soros töltés: több akkumulátor párhuzamosan vagy sorosan való töltése.
Párhuzamos töltés: Nem szabad!
A gyártók sem ajánlják és veszélyesnek tartják ezt a módszert. Ezzel az a probléma, hogyha az akkumulátorokat párhuzamosan csatlakoztatjuk egymáshoz, akkor a töltő nem látja a párhuzamosan kapcsolt cellákat külön, hanem csak az egyik feszültségét képes mérni. Ez pedig automatikusan túltöltést eredményez.
A másik probléma az akkumulátorok egyedisége. Ha két akkumulátor (és azokban levő cellák) pontosan ugyanabból a gyártási tételből származnak, pontosan ugyanazzal a kémiai összetétellel, korral, töltöttséggel rendelkezzenek, és minden mással, magyarul, ha teljesen azonosak akkor ez a módszer elképzelhető lenne, de ilyen a valóságban nem fordul elő.
Soros töltés:
Ha 1 cellások az akkumulátorok és azonos a kapacitásuk is akkor sorba lehet kötni őket, és beállíthatja a töltőt, mint pl. 6 cellás LiPo lenne és a balanszoló töltéssel a töltőt ráveheti arra, hogy az egyes cellákat külön, külön töltse, ügyelve arra, hogy mindegyiket biztonságos szinten tartsa. Ha csak 1 portos töltője van akkor a soros töltés az egyetlen járható út, de a megfelelő huzalozás meglehetősen bonyolult és nem egy kezdőnek kell ezt megkísérelnie.
Az abszolút legjobb út egy többportos töltő megvásárlása és annak használata.
Kisütés:
A LiPo akkumulátorok rendkívül érzékenyek, ezt sajnos maga az akkumulátor kémiája okozza. Az akkumulátorok Lítiumot, alkálifémeket tartalmaznak, amely vízzel reagál és magas hőfokon ég. Az akkumulátorok használata során a katódon és anódon Li2O lítium-oxid csapódik ki, amely alapvetően egy lítium korrózió – rozsda. Ez a rozsda növeli a belső ellenállást, aminek következménye, hogy egyre jobban melegszik az akkumulátor. A hő miatt az oxigénfelesleg felhalmozódik az akkumulátor belsejében, és ez a jó ismert púposodáshoz puffadáshoz vezet. Sajnos ez az a pillanat mikor azt kell mondanunk, hogy az adott akkumulátort tovább nem használhatjuk. A további használat során további hő termelődik, és így megtörténhet a Thermal runaway avagy a termikus elszabadulás ami egy önfenntartó folyamat, amely meggyorsítja a felmelegedési folyamatot, ami újabb energiákat szabadít fel, ami tovább növeli a hőmérsékletet. Alapvetően amikor ez a reakció elindul, hőt termel, amely megnöveli az ellenállást (több Li2O) ami növeli az ellenállást, ami meg újabb hőt termel, oxigén szabadul fel, ami növeli a puffadást. Ez addig folytatódik, míg a burkolat át nem szakad, ekkor a Lítium a levegő nedvességtartalmával találkozva meggyullad és tüzet okoz.
A LiPo akkumulátorok töltési/kisülési ciklusa az ideális világban 300-400 töltés/kisülés, a valóságban ez kb. 150-250 ciklust jelent. Minden esetben, használat során, vagy amikor 3.0v-nál alacsonyabb feszültségre merítjük az akkumulátort, vagy megsérül, valamilyen úton, módon víz, vízpára jut az akkumulátorba csökkenti a LiPo élettartamát és gyorsítják a Li2O növekedését. Ezért nem szabad a LiPo akkumulátorokat 3.0v alá meríteni.
LiPo akkumulátor tárolása
LiPo (lítium-polimer) akkumulátorok tárolásának biztonságos módjai nagyon fontosak ahhoz, hogy elkerüljük a baleseteket és hosszú élettartamot biztosítsunk ezeknek az energiatárolóknak. Íme néhány alapvető információ a LiPo akkumulátorok tárolásáról közérthetően:
- Hűvös és száraz helyen:
- Tárold a LiPo akkumulátorokat hűvös, száraz helyen, ahol nincsenek hőingadozások és minimális a páratartalom.
- Távol a hőforrásoktól:
- Kerüld el a LiPo akkumulátorok tárolását közvetlen napfényben vagy hőforrások közelében. Magas hőmérséklet károsíthatja az akkumulátorokat.
- Biztonsági tasak vagy doboz:
- Tárold a LiPo akkumulátorokat biztonsági tasakban vagy dobozban, hogy esetleges baleset esetén minimalizáld a károkat.
- Töltési szint:
- Ne tárold teljesen feltöltött vagy teljesen lemerült állapotban a LiPo akkumulátorokat. Ideális esetben 40-60% töltöttségi szinten érdemes tárolni őket hosszabb távú inaktivitás esetén. Ez álltalában 3,8V cellánként.
- Megfelelő csomagolás:
- Ha el kell szállítanod vagy tárolnod kell LiPo akkumulátorokat, gondoskodj megfelelő csomagolásról, hogy minimalizáld a sérüléseket és a balesetek kockázatát.
- Rendszeres ellenőrzés:
- Időről időre ellenőrizd a LiPo akkumulátorokat esetleges sérülések vagy rendellenességek szempontjából. Ha észlelsz bármilyen problémát, ne használd tovább, és keresd fel egy szakértőt.
- Távol tartás gyerekektől:
- A LiPo akkumulátorok kis alkatrészekből állnak, amelyek veszélyesek lehetnek, ha rosszul kezelik. Tárold őket olyan helyen, ahol kisgyermekek nem férhetnek hozzájuk.
Ezek az alapvető lépések segítenek abban, hogy biztonságosan tárold a LiPo akkumulátorokat, és hozzájárulnak azok hosszabb élettartamához. Fontos, hogy mindig tartsd be a gyártó által javasolt tárolási és kezelési útmutatásokat is.
Lipo akkumulátorok regenerálása:
Sajnálatos módon a lítium-polimer (LiPo) akkumulátorok regenerálása nem széles körben elfogadott vagy ajánlott gyakorlat. A LiPo akkumulátoroknak különleges kezelése van, és a regenerálásukra nincs megbízható, széles körben elfogadott módszer.
A LiPo akkumulátorokat általában úgy tervezték, hogy biztonságosan és hatékonyan működjenek az élettartamuk során. Azonban idővel és töltés-ciklusok során hajlamosak elhasználódni. Amennyiben problémák merülnek fel, például csökken a kapacitásuk vagy instabil a teljesítményük, az ajánlott lépés általában az új akkumulátor beszerzése.
Néhány általános tipp azonban a LiPo akkumulátorok élettartamának optimalizálásához:
- Helyes töltési és kisütési ciklusok: Kerüld a túltöltést és a teljes lemerülést. Tartsd az akkumulátort a gyártó által javasolt tartományon belül.
- Megfelelő hőmérséklet: Ne használd az akkumulátort extrém hőmérsékleti körülmények között, mert ez károsíthatja.
- Tárolás: Ha hosszabb ideig nem használod, tárold az akkumulátort a javasolt töltöttségi szinten.
- Biztonságos használat: Kerüld a mechanikai sérüléseket és a tűzveszélyt, ne hagyj felügyelet nélkül töltő alatt.
Ha az akkumulátor teljesítménye jelentősen csökken, vagy problémák merülnek fel, a legjobb megoldás egy új LiPo akkumulátor beszerzése lehet. A regenerálási kísérletek nem csak veszélyesek lehetnek, hanem nem is garantálják a kielégítő eredményt. Mindig kövesd a gyártó által kiadott útmutatásokat és figyelmeztetéseket a biztonságos használat érdekében.
Boltok: