La batteria ai polimeri di litio è una versione migliorata della tradizionale batteria agli ioni di litio. La sua differenza principale è l'uso di uno speciale materiale polimerico, in cui come riempimento vengono utilizzate inclusioni conduttrici di litio simili a gel. Questo tipo di batteria viene utilizzata in molti modelli di dispositivi mobili, telefoni, dispositivi digitali, automobili radiocomandate e così via.

Una tradizionale batteria ai polimeri di litio per uso domestico non può fornire troppa corrente. Tuttavia, oggi esistono varietà di potenza speciali di tali dispositivi che possono fornire una corrente molte volte maggiore della sua capacità in ampere-ora.

Design della batteria ai polimeri di litio

La differenza tra lo stoccaggio di energia ai polimeri di litio e agli ioni di litio è il tipo di elettrolita utilizzato. Le batterie ai polimeri utilizzano un polimero speciale con una soluzione contenente litio, mentre le batterie agli ioni utilizzano un normale elettrolita gel. I sistemi di alimentazione della maggior parte dei modelli moderni utilizzano una batteria ai polimeri di litio. Ciò è dovuto al fatto che fornisce correnti di scarica più potenti. Tuttavia, non esiste una divisione troppo rigida tra questi tipi di batterie, poiché differiscono solo per la natura dell'elettrolita. Ciò vale per le caratteristiche di carica e scarica, le regole operative e le precauzioni di sicurezza.

Caratteristiche principali

Una moderna batteria ai polimeri di litio con la stessa massa consuma molta più energia delle batterie al nichel-cadmio (NiCd) e al nichel-metallo idruro (NiMH). Hanno un numero di cicli operativi di circa 500-600. Ricordiamo che per NiCd sono 1000 cicli e per NiMH circa 500. Come gli ioni di litio, anche i supporti polimerici invecchiano nel tempo. Pertanto, dopo 2 anni, tale batteria perderà fino al 20% della sua capacità.

Tipi di batterie ai polimeri di litio di potenza

Oggi esistono due tipi principali di tali batterie: standard e a scarica rapida. Differiscono nel livello della corrente di scarica massima. Questo indicatore è indicato in unità di capacità della batteria o in ampere. Nella maggior parte dei casi, il livello massimo di corrente di scarica non supera i 3°C. Tuttavia, alcuni modelli possono produrre una corrente di 5C. Nei dispositivi a scarica rapida è consentita una corrente di scarica fino a 8-10°C. Tuttavia, i modelli a scarica rapida non vengono utilizzati per gli elettrodomestici.

Caratteristiche dell'applicazione

L'utilizzo di una batteria ai polimeri di litio può aumentare notevolmente l'autonomia del motore elettrico riducendo il peso della batteria stessa. Pertanto, se sostituisci una normale batteria NiMH da 650 mAh con due normali batterie ai polimeri di litio, puoi ottenere 3 volte più energia con capacità energetica. Inoltre, tale batteria sarà più leggera di oltre 10 g. Se prendi batterie a scarica rapida, puoi ottenere prestazioni ancora più elevate. Un tale sistema sarà un'opzione eccellente non solo per piccoli modelli di aerei o elicotteri, ma anche per impressionanti dispositivi radiocomandati.

Le batterie ai polimeri di litio, a differenza delle batterie agli ioni di litio, hanno funzionato bene su piccoli elicotteri come il Colibrì e il Piccolo. Modelli simili con motori a commutatore convenzionali possono volare con due batterie ai polimeri per mezz'ora. Quando si utilizza un motore brushless, questo tempo aumenta a 50 minuti. Questo tipo di batteria è considerata un'opzione ideale per gli aerei da interni leggeri. La loro efficienza in questo caso è determinata dal loro peso molto più leggero rispetto alle batterie NiCd.

L'unico aspetto in cui una batteria ai polimeri di litio è inferiore a NiCd è il suo utilizzo in dispositivi con correnti di scarica ultra elevate fino a 50 C. Tuttavia, è del tutto possibile che tra qualche anno appariranno batterie più potenti di questo tipo . Allo stesso tempo, i prezzi delle batterie ai polimeri di litio, agli ioni di litio e NiCd sono più o meno gli stessi per la stessa massa di dispositivi.

Caratteristiche di funzionamento

Le regole operative per le batterie ai polimeri di litio e agli ioni di litio sono in gran parte simili. Quando si utilizza una batteria ai polimeri, è necessario evitare alcune situazioni pericolose che possono causarle danni irreparabili:

• caricare il dispositivo con una tensione di 4,2 volt per barattolo;
• scarica con correnti con capacità di carico superiore a quella propria;
• scarica con tensione inferiore a 3 volt per cella;
• depressurizzazione della batteria;
• riscaldare il dispositivo sopra i 60 gradi;
• conservazione a lungo termine in uno stato completamente scarico.

Le batterie ai polimeri di litio e agli ioni di litio presentano un rischio di incendio se surriscaldate e sovrascaricate. Per combattere questo fenomeno, tutte le batterie moderne sono dotate di un sistema elettronico integrato che impedisce la scarica eccessiva o il surriscaldamento. Questo è il motivo per cui una batteria ai polimeri di litio richiede algoritmi di ricarica speciali.

Caricabatterie

Il processo di ricarica delle batterie ai polimeri di litio non è praticamente diverso dalla ricarica delle batterie agli ioni di litio. La ricarica della maggior parte delle batterie ai polimeri di litio con una corrente di carica iniziale di 1C si ottiene in circa 3 ore. Per ottenere una carica completa è necessario che la tensione della batteria corrisponda alla soglia superiore. Inoltre, una condizione necessaria è ridurre la corrente di carica al 3% del valore nominale. Inoltre, durante tale ricarica, tale batteria rimane sempre fredda. Se si vuole mantenere la batteria costantemente carica, allora è consigliabile ricaricarla circa una volta ogni 500 ore, che corrispondono a 20 giorni. Di norma, la ricarica viene eseguita quando la tensione sui terminali della batteria scende a 4,05 V. La ricarica viene interrotta quando la tensione ai terminali raggiunge 4,2 V.

Temperatura di carica

La maggior parte delle batterie ai polimeri di litio può essere caricata a una temperatura di 5-45 gradi con una corrente di 1°C. Se la temperatura è compresa tra 0 e 5 gradi, si consiglia di passare a una corrente di 0,1 C. In questo caso la ricarica a temperature sotto lo zero è assolutamente vietata. Tradizionalmente, si ritiene che le condizioni più favorevoli per la ricarica siano 15-25 gradi. Poiché tutti i processi di ricarica nelle batterie ai polimeri di litio e agli ioni di litio sono quasi identici, per queste è possibile utilizzare gli stessi caricabatterie.

Condizioni di scarico

Tradizionalmente questo tipo di batteria si scarica con una tensione di 3,0 V per batteria. Tuttavia alcune tipologie di dispositivi devono essere scaricate ad una soglia minima di 2,5V. I produttori di dispositivi mobili forniscono una soglia di spegnimento di 3,0 V, adatta a qualsiasi tipo di batteria. Cioè, man mano che la batteria si scarica mentre il dispositivo mobile è acceso, la tensione diminuisce gradualmente e, quando raggiunge i 3,0 V, il dispositivo ti avvisa automaticamente e si spegne. Tuttavia, il dispositivo continua a consumare parte dell'energia della batteria. Ciò è necessario per rilevare quando viene premuto il pulsante di accensione o per altre funzioni simili. Inoltre, l'energia qui può essere utilizzata per il proprio circuito di protezione e controllo. Inoltre, un basso livello di autoscarica rimane ancora caratteristico dei supporti polimerici di litio. Pertanto, se si lasciano tali batterie per un lungo periodo, la tensione al loro interno potrebbe scendere al di sotto di 2,5 V, il che è molto dannoso. Tutti i sistemi interni di protezione e controllo possono essere disabilitati. Di conseguenza, tali batterie non possono più essere caricate con i caricabatterie convenzionali. Inoltre, la scarica completa è molto dannosa per la struttura interna della batteria. Pertanto, una batteria completamente scarica deve essere caricata nella prima fase con una corrente minima di 0,1C.

Temperatura durante lo scarico

La batteria ai polimeri di litio offre prestazioni migliori a temperatura ambiente. Se utilizzi il dispositivo in ambienti più caldi, la durata della batteria potrebbe ridursi notevolmente. Per quanto riguarda la batteria agli ioni di litio, questa batteria funziona meglio a temperature elevate. Inizialmente impedisce l'aumento della resistenza interna della batteria, che si ritiene sia il risultato dell'invecchiamento. Successivamente però la produzione di energia si riduce e un aumento della temperatura accelera il processo di invecchiamento a causa dell'aumento della resistenza interna.

La batteria ai polimeri di litio ha condizioni operative leggermente diverse, poiché ha un elettrolita secco e solido. La temperatura ideale per il suo funzionamento è di 60-100 gradi. Pertanto, un tale vettore energetico è diventato un’opzione ideale per le fonti di energia di riserva nelle regioni con climi caldi. Sono appositamente posizionati in un alloggiamento termoisolante con elementi riscaldanti incorporati alimentati da una rete esterna.

• La batteria ai polimeri di litio ha capacità e durata superiori rispetto alla batteria agli ioni di litio.
• Facilità di utilizzo in condizioni di campo quando non è possibile controllare la temperatura.
• Elevata densità di energia per unità di peso e volume.
• Bassa autoscarica.
• Elementi sottili non più di 1 mm.
• Flessibilità della forma.
• Nessun effetto memoria.
• Ampio intervallo di temperature di esercizio da −20 a +40 °C.
• Caduta di tensione insignificante durante la scarica.

Svantaggi delle batterie ai polimeri di litio:

• Bassa efficienza a temperature di -20 gradi e inferiori.
• Alto prezzo.

Quasi tutti i moderni gadget elettronici sono dotati di batterie ai polimeri di litio. Sono ampiamente utilizzati su modelli volanti radiocomandati, quadricotteri, elicotteri e aeroplani. Le batterie ai polimeri di litio presentano numerosi vantaggi, tra cui un'elevata densità di energia, una bassa autoscarica e l'assenza del cosiddetto “effetto memoria”.

Di conseguenza, per i modelli con alimentatori Li Pol non esiste praticamente alcuna valida alternativa alla batteria. Si prevede che verranno utilizzati sempre più ampiamente, soprattutto in settori quali veicoli aerei senza equipaggio, veicoli elettrici, ecc.

Nonostante tutti i vantaggi, le batterie LiPol hanno la reputazione di fonti di energia capricciose, pericolose e di breve durata. In realtà, queste carenze sono alquanto esagerate. Se utilizzato correttamente, i problemi saranno ridotti al minimo.

Regole di tariffazione

Per garantire che non ci siano problemi nel funzionamento della fonte di alimentazione, è necessario caricare correttamente le batterie LiPo. In caso contrario esiste un elevato rischio di danni e persino di combustione spontanea. Diamo un'occhiata a come caricare correttamente una batteria ai polimeri di litio per evitare possibili problemi:

• Non è possibile caricare una batteria LiPo con nessun caricabatterie; ciò richiede caricabatterie speciali. Ciò è dovuto alle caratteristiche del processo di ricarica a due fasi.

• La ricarica delle batterie Li Pol avviene in due fasi (metodo CC-CV). Nella prima fase, la tensione su tutti i banchi batteria aumenta. Alla fine della fase raggiunge 4,2 Volt. Infatti a questo punto la carica delle batterie Li Pol raggiunge il 95%. Poi inizia la seconda fase. Per evitare un sovraccarico dannoso per una batteria ai polimeri di litio, la corrente viene ridotta. Se la tensione supera i 4,25 Volt aumenta il rischio di combustione spontanea.
• Non è consigliabile lasciare scaricare completamente l'alimentatore, prima di ricaricarlo dovrebbe esserne rimasto circa il 10-20%, altrimenti si guasterà rapidamente.
• È importante assicurarsi che la tensione non scenda sotto i 3 Volt su ciascuna banca. Con una tale diminuzione della tensione c'è un alto rischio che la batteria si gonfi. In questo caso, una batteria LiPo gonfia perderà più del 50% della sua capacità. Se una batteria LiPo è gonfia, tutto quello che devi fare è buttarla via: la perdita di capacità è irreversibile.

Il fatto che gli alimentatori ai polimeri di litio si dilatano è uno dei problemi più seri nel loro funzionamento. Tutte le banche dovrebbero essere addebitate e scaricate in modo uniforme. In questo caso, il caricabatterie per batterie ai polimeri di litio monitora solo la tensione totale, ma con un'ampia gamma di indicatori, la probabilità che la batteria LiPo sia gonfia aumenta in modo significativo. Ciò porta anche al sovraccarico delle singole lattine, aumentando il rischio di combustione spontanea.

Per risolvere questo problema, la ricarica delle batterie Li Pol deve essere effettuata utilizzando un bilanciatore in grado di monitorare la tensione su ciascuna batteria o un caricabatterie con bilanciatore integrato. Non caricare l'alimentatore di un caricatore con timer. Se la corrente è insufficiente, il caricabatterie si spegnerà senza caricarlo completamente. La corrente di carica non deve superare 1 C ed essere inferiore a 0,5 C. È inoltre necessario ricordare che maggiore è la capacità della batteria LiPo, maggiore sarà il tempo necessario per la ricarica.

Sfruttamento

Per prolungare la durata dei dispositivi Li Pol, o almeno non accorciarla, è importante anche l'uso corretto delle batterie. Quando carichiamo la fonte di alimentazione, non dobbiamo permettergli di surriscaldarsi oltre i 60 gradi. Se si verifica un riscaldamento, è necessario lasciare raffreddare la batteria prima dell'uso. Inoltre, non dovresti caricare un'unità surriscaldata.

Una batteria completamente scarica non deve essere lasciata per la conservazione. Assicurati di caricarlo. Gli indicatori più ottimali sono il 60%. In generale, se si seguono queste semplici regole, non ci sono problemi nell’utilizzo delle batterie ai polimeri di litio.

Caratteristiche delle batterie ai polimeri di litio e regole del loro funzionamento

Una batteria ai polimeri di litio è una versione modificata delle batterie agli ioni di litio. La differenza principale è l'uso di un materiale polimerico che funge da elettrolita. A questo polimero vengono aggiunte inclusioni conduttive con composti di litio. Tali batterie sono state sviluppate attivamente negli ultimi anni e vengono utilizzate in telefoni cellulari, tablet, laptop, modelli radiocomandati e altre apparecchiature. Sebbene le batterie al litio non siano in grado di fornire correnti di scarica elevate, alcuni tipi speciali di batterie ai polimeri possono fornire correnti che superano notevolmente la loro capacità. Poiché le batterie ai polimeri di litio si stanno diffondendo rapidamente sul mercato, è necessario comprenderne la progettazione, le regole operative e le precauzioni di sicurezza quando le si maneggia. Questo sarà discusso nel nostro materiale oggi.

Il vantaggio di sostituire un elettrolita organico liquido con uno polimerico è quello di aumentare la sicurezza di funzionamento della batteria. Questo è molto importante per le batterie al litio. È stato l’uso sicuro per scopi commerciali a frenarne fin dall’inizio lo sviluppo. Inoltre, l'elettrolita polimerico offre molta più libertà nella scelta della forma della batteria.

La progettazione delle batterie Li─Pol si basava sul processo di transizione di una serie di polimeri allo stato di semiconduttore quando al loro interno vengono introdotti ioni elettrolitici. In questo caso, la conduttività aumenta più volte. I ricercatori erano principalmente impegnati a selezionare un elettrolita polimerico per batterie con modelli al litio metallico e agli ioni di litio. In teoria, la densità energetica delle batterie ai polimeri può essere aumentata più volte rispetto a quelle agli ioni di litio. Oggi si possono distinguere diversi gruppi di batterie Li─Pol, che differiscono nella composizione dell'elettrolita:

• Con elettrolita omogeneo gelatinoso. Si ottiene come risultato dell'introduzione di sali di litio nella struttura polimerica;
• Con elettrolita polimerico secco. Questo tipo è costituito da ossido di polietilene con diversi sali di litio;
• Elettrolita sotto forma di matrice polimerica microporosa in cui vengono assorbite soluzioni non acquose di sali di litio.

Se confrontiamo gli elettroliti polimerici con quelli liquidi, vale la pena notare la minore conduttività ionica dei primi. Diminuisce significativamente a temperature sotto lo zero. Quindi, un problema era selezionare una composizione per un elettrolita ad alta conduttività. E il secondo compito importante è stato espandere l'intervallo di temperature operative delle batterie ai polimeri. I modelli di batterie ai polimeri di litio utilizzati nella tecnologia moderna non hanno caratteristiche inferiori a quelle agli ioni di litio.

Poiché nelle batterie ai polimeri non è presente elettrolita liquido, la loro sicurezza operativa è molto più elevata. Inoltre, possono essere realizzati in quasi tutte le forme e configurazioni.

I contenitori di alcuni modelli, che contengono il vaso stesso, sono realizzati in polimero metallizzato. A causa della cristallizzazione dell'elettrolita polimerico, i parametri di queste batterie vengono notevolmente ridotti alle basse temperature.

Esistono sviluppi di batterie polimeriche con un anodo metallico. Gli scienziati sono riusciti a ottenere un'elevata densità di corrente e una significativa espansione dell'intervallo di temperature operative. Questi tipi di batterie possono essere utilizzati anche in vari dispositivi elettronici portatili ed elettrodomestici. Molte aziende leader stanno già producendo tali batterie.

Inoltre, diversi produttori possono avere diversi materiali degli elettrodi, composizione dell'elettrolita e tecnologia di assemblaggio stessa. Per questo motivo i parametri di queste batterie sono molto diversi. Tuttavia, tutti i produttori concordano sul fatto che la stabilità del funzionamento Li─Pol è fortemente influenzata dall’omogeneità dell’elettrolita polimerico. E dipende dalla temperatura di polimerizzazione e dal rapporto dei componenti.

Ora sono stati effettuati molti esperimenti che dimostrano il maggiore livello di sicurezza delle batterie ai polimeri rispetto a quelle ioniche. Ciò vale per sovraccarico, scarica accelerata, vibrazione, compressione, cortocircuito, foratura delle batterie ai polimeri di litio. Quindi, questo tipo di batteria ha le migliori prospettive di sviluppo. Di seguito sono riportati i risultati dei test per il funzionamento sicuro delle batterie Li─Pol.

Tipo di prova
Tipo di prova	Batteria con elettrolita polimerico gel	Batteria con elettrolita liquido
Forare con un ago	Non ci sono stati cambiamenti	Esplosione, fumo, perdita di elettrolita, aumento di temperatura fino a 250°C
Riscaldamento fino a 200°C	Non ci sono stati cambiamenti	Esplosione, perdita di elettrolito
Corrente di cortocircuito	Non ci sono stati cambiamenti	Perdita di elettrolita, aumento della temperatura di 100°C
Ricarica (600%)	Gonfiore	Esplosione, perdita di elettrolita, aumento della temperatura di 100°C

Esistono esempi di batterie ai polimeri di litio con uno spessore di 1 millimetro. Tali modelli consentono ai progettisti di dispositivi mobili di creare apparecchiature molto compatte. Ciò apre nuove possibilità per ridurre le dimensioni dei dispositivi elettronici. Per ridurre la resistenza interna delle batterie Li-Pol, viene aggiunto un elettrolita gel. Le batterie utilizzate nei telefoni cellulari utilizzano questo tipo di elettrolita. Combinano le caratteristiche delle batterie ai polimeri e agli ioni.

Qual è la differenza tra le batterie Li─Ion e Li─Pol. Si riferiscono e sono vicini nelle loro caratteristiche elettriche. Ma i modelli polimerici utilizzano un elettrolita solido. Il componente gel viene aggiunto all'elettrolita per ridurre la resistenza interna della batteria e stimolare i processi di scambio ionico.

In termini di intensità energetica, le batterie ai polimeri di litio hanno un'intensità energetica specifica che è 4-5 volte superiore e 3-4 volte superiore. Entrambi questi tipi appartengono a . Il confronto viene fatto con loro, poiché le batterie al litio hanno ampiamente sostituito le batterie alcaline nell'elettronica mobile.

Le batterie Li-Pol hanno una risorsa di 500-600 cicli di carica-scarica (con una corrente di scarica di 2C). Secondo questo indicatore, sono inferiori al cadmio (1mila cicli) e corrispondono approssimativamente all'idruro metallico. La tecnologia di produzione e il design vengono costantemente migliorati e in futuro, forse, le caratteristiche miglioreranno. Vale anche la pena notare che in 1-2 anni una batteria ai polimeri perde circa il 20% della sua capacità. In questo parametro corrispondono alle batterie agli ioni.

Va notato che tra le batterie ai polimeri per uso commerciale esistono 2 grandi categorie. Questi sono regolari e a scarica rapida. Questi ultimi sono spesso chiamati Hi scarico. La differenza tra questi gruppi è la corrente di scarica massima consentita. Può essere indicata in valore assoluto oppure come multiplo della portata nominale.

Ad esempio, 3C. Per le batterie convenzionali, la corrente di scarica massima non è superiore a 3-5°C. I modelli a scarica rapida hanno una corrente di scarica massima di 8─10C. Il peso delle batterie a scarica rapida è superiore di circa il 20% rispetto ai modelli standard. La marcatura di tali batterie contiene i simboli HC o HD.

KKM2500 denota un modello normale con una capacità di 2500 mAh e la sigla KKM2000HD indica una batteria a scarica rapida con una capacità di 2000 mAh. I modelli a scarica rapida non sono utilizzati negli elettrodomestici e nell'elettronica di consumo. Le batterie di telefoni cellulari e tablet non possono sopportare elevate correnti di scarica e pertanto sono dotate di protezione contro tali modalità operative.

I campi di applicazione delle batterie ai polimeri di litio derivano dai compiti posti durante il loro sviluppo. Ciò aumenta il tempo di funzionamento del dispositivo e ne riduce il peso. I modelli Li─Pol standard funzionano con vari dispositivi elettronici a basso consumo di corrente. Si tratta di laptop, smartphone, e-reader, tablet.

I modelli che forniscono una scarica rapida sono anche chiamati “power”. Sono utilizzati in dispositivi in ​​cui è richiesto un elevato consumo di corrente. Il campo di applicazione più noto per le batterie “power” sono i modelli radiocomandati. Questo mercato è il più attraente per i produttori di batterie ai polimeri. Nel campo di funzionamento di dispositivi con correnti di scarica molto elevate (fino a 50 C), le batterie ai polimeri di litio sono inferiori a quelle alcaline. Forse in futuro i modelli al litio supereranno questa limitazione. In termini di prezzo, sono approssimativamente uguali all'idruro di nichel-metallo.

Funzionamento delle batterie ai polimeri di litio

Sicurezza

Le batterie al litio in generale, e le batterie ai polimeri in particolare, richiedono una manipolazione piuttosto delicata durante il funzionamento. Cosa devi ricordare quando usi le batterie Li─Pol:

• Una carica eccessiva della batteria è dannosa (superiore a 4,2 volt per cella della batteria);
• Non devono essere consentiti cortocircuiti;
• Non è accettabile scaricare con correnti che portino al riscaldamento della batteria di oltre 60 gradi Celsius;
• La batteria non può essere depressurizzata;
• Non scaricare la batteria al di sotto di 3 volt;
• Il riscaldamento oltre i 60 gradi è inaccettabile;
• Non è consentito lo stoccaggio scaricato.

La mancata osservanza di queste regole può provocare, nel peggiore dei casi, un incendio e, nel migliore dei casi, una significativa perdita di capacità.

A questo proposito possiamo dare diverse raccomandazioni per l’uso sicuro delle batterie ai polimeri di litio. Innanzitutto, dovresti acquistare un caricabatterie di alta qualità e configurarlo con le impostazioni corrette. Inoltre, si consiglia di utilizzare connettori che non consentano cortocircuiti. Assicurati di monitorare la corrente consumata dal dispositivo.

Vale anche la pena notare che è necessario osservare il regime di temperatura e prevenire il surriscaldamento della batteria ai polimeri. Questo è il punto debole di tutte le batterie al litio. Se la batteria si riscalda fino a 70 gradi, al suo interno inizia una reazione spontanea che converte l'energia in calore. Il risultato è l'accensione e talvolta l'esplosione. Se è possibile controllare la tensione della batteria, questa dovrebbe essere monitorata con particolare attenzione al termine della scarica.

Un altro motivo per cui le batterie al litio non funzionano è la depressurizzazione. In nessun caso l'aria deve penetrare all'interno del contenitore della batteria ai polimeri. Inizialmente la custodia è sigillata e non deve subire urti o cadute. Se stai saldando cavi, devi farlo con estrema attenzione.

Prima di riporre una batteria ai polimeri, si consiglia di caricarla a metà. La batteria deve essere conservata in un luogo fresco, lontano dalla luce solare diretta. Come tutte le batterie, le batterie ai polimeri di litio hanno un'autoscarica, ma è inferiore a quella delle batterie al piombo o alcaline.

I progressi stanno andando avanti e per sostituire le batterie NiCd (nichel-cadmio) e NiMh (idruro di nichel-metallo tradizionalmente utilizzate) abbiamo l'opportunità di utilizzare batterie al litio. Con un peso paragonabile a un elemento, hanno una capacità maggiore rispetto a NiCd e NiMH, inoltre, la tensione dell'elemento è tre volte superiore: 3,6 V/elemento invece di 1,2 V. Quindi per la maggior parte dei modelli è sufficiente una batteria da due o tre celle.

Tra le batterie al litio esistono due tipi principali: agli ioni di litio (Li-Ion) e ai polimeri di litio (LiPo, Li-Po o Li-Pol). La differenza tra loro è il tipo di elettrolita utilizzato. Nel caso del LiIon si tratta di un elettrolita gel, nel caso del LiPo si tratta di un polimero speciale saturato con una soluzione contenente litio. Ma per l'uso nelle centrali elettriche dei modelli, le batterie ai polimeri di litio sono le più utilizzate, quindi ne parleremo in futuro. Tuttavia, la divisione rigorosa qui è molto arbitraria, poiché entrambi i tipi differiscono principalmente nell'elettrolita utilizzato, e tutto ciò che verrà detto sulle batterie ai polimeri di litio si applica quasi completamente alle batterie agli ioni di litio (carica, scarica, caratteristiche operative, precauzioni di sicurezza) . Da un punto di vista pratico, la nostra unica preoccupazione è che le batterie ai polimeri di litio attualmente forniscono correnti di scarica più elevate. Pertanto sul mercato dei modelli vengono offerti principalmente come fonte di energia per le centrali elettriche.

Caratteristiche principali

Le batterie ai polimeri di litio con lo stesso peso superano l'intensità energetica delle NiCd di 4-5 volte, delle NiMH di 3-4 volte. Il numero di cicli operativi è 500-600, con correnti di scarica di 2C fino ad una perdita di capacità del 20% (per confronto - per NiCd - 1000 cicli, per NiMH - 500). In generale, i dati sul numero di cicli di funzionamento sono ancora molto scarsi e le loro caratteristiche fornite in questo caso devono essere prese in modo critico. Inoltre, la loro tecnologia di produzione sta migliorando ed è possibile che al momento le cifre per questo tipo di batterie siano già diverse. Come tutte le batterie, anche le batterie al litio sono soggette ad invecchiamento. Dopo 2 anni la batteria perde circa il 20% della sua capacità.

Dalla varietà di batterie ai polimeri di litio disponibili per la vendita, si possono distinguere due gruppi principali: ad alta scarica (scarica Hi) e convenzionali. Differiscono tra loro nella corrente di scarica massima: è indicata in ampere o in unità di capacità della batteria, indicate con la lettera "C". Ad esempio, se la corrente di scarica è 3C e la capacità della batteria è 1 Ah, la corrente sarà 3 A.

La corrente di scarica massima delle batterie convenzionali, di norma, non supera i 3C, alcuni produttori indicano 5C. Le batterie a scarica rapida consentono una corrente di scarica fino a 8-10°C. Tali batterie sono leggermente più pesanti delle loro controparti a bassa corrente (di circa il 20%) e i loro nomi contengono le lettere HD o HC dopo i numeri di capacità, ad esempio KKM1500 è una batteria normale con una capacità di 1500 mAh e KKM1500HD è una batteria a scarica rapida. Vorrei fare subito un piccolo appunto per chi ama sperimentare. Le batterie a scarica rapida non vengono utilizzate negli elettrodomestici. Pertanto, se ti viene l'idea di acquistare la batteria di un cellulare o di una videocamera a buon mercato, è difficile contare su un buon risultato. Molto probabilmente, una batteria di questo tipo si esaurirà molto rapidamente a causa della violazione delle modalità operative previste.

Applicazioni e costi

L'uso di batterie ai polimeri di litio consente di risolvere due importanti problemi: aumentare il tempo di funzionamento del motore e ridurre il peso della batteria.

Sostituendo una batteria NiMH da 8,4 V 650 mAh con due normali batterie al litio a scarica non rapida con una capacità di 2 Ah, otteniamo una batteria con 3 volte la capacità, 11 g più leggera e con una tensione leggermente inferiore (7,2 Volt). ! E se si utilizzano batterie a scarica rapida, gli aerei di grandi dimensioni possono volare senza essere inferiori in termini di potenza a un motore a combustione interna. A conferma di ciò, il 7° posto nel Campionato Mondiale di Acrobazia F3A è stato conquistato da un americano su un aereo elettrico. Inoltre non si trattava di un piccolo cicalino, ma di un normale aereo di due metri, come gli altri partecipanti che avevano modelli con motore a combustione interna!

Le batterie ai polimeri di litio si sono dimostrate molto efficaci nei piccoli elicotteri come Piccolo o Hummingbird: ad esempio, anche quando si utilizza un motore a spazzole standard, il tempo di volo su due banchi da 1 Ah è superiore a 25 minuti! E quando si sostituisce il motore con uno brushless, più di 45 minuti!

E, naturalmente, le batterie al litio sono semplicemente insostituibili quando si tratta di aerei da interni che pesano 4-20 g. In quest'area, NiCd non può essere paragonato a loro: semplicemente non esistono batterie del genere (ad esempio, una lattina da 45 mAh pesa 1 g, 150 mAh - 3,2 d), che con un peso così ridotto fornirebbe la potenza necessaria - anche per 1 minuto!

L'unica area in cui le batterie ai polimeri di litio sono ancora inferiori alle Ni-Cd è l'area delle correnti di scarica estremamente elevate (40-50°C). Ma i progressi stanno andando avanti, e forse tra un paio d'anni sentiremo parlare di nuovi successi in questo settore - dopotutto, nemmeno 2 anni fa nessuno aveva sentito parlare di batterie al litio a scarica rapida...

Ecco ad esempio le caratteristiche principali delle batterie LiPo Kokam:

Nome	Capacità, mAh	Dimensioni, mm	Peso, gr	Corrente massima
Kokam 145	145	27,5x20,4x4,3	3.5	0,7 A, 5 C
Kokam 340SHC	340	52x33x2,8	9	7A, 20C
Kokam 1020	1020	61x33x5,5	20.5	3A, 3C
Kokam 1500HC	1500	76x40x6,5	35	12A, 8C
Kokam 1575	1575	74x41x5,5	32	7A, 5C

In termini di prezzo, in termini di capacità, le batterie ai polimeri di litio costano più o meno quanto le NiMH.

Produttori

Attualmente esistono diversi produttori di batterie ai polimeri di litio. Il leader nel numero di batterie prodotte e uno dei primi in termini di qualità è Kokam. Sono conosciuti anche Thunder Power, I-Rate, E-Tec e Tanic (presumibilmente questo è un secondo nome per Thunder Power o è uno dei venditori di Thunder Power con il proprio nome). È possibile visualizzare i tipi Kokam sul sito Web www.fmadirect.com, batterie di diversi produttori sono offerte sul sito Web www.b-p-p.com e www.lightflightrc.com.

C'è anche Platinum Polymer, offerto sul sito www.batteriesamerica.com, presumibilmente un altro nome per I-Rate.

La gamma di capacità della batteria è molto ampia: da 50 a 3000 mAh. Per ottenere grandi capacità, viene utilizzato il collegamento in parallelo delle batterie.

Tutte le batterie sono piatte. Di norma, il loro spessore è più di 3 volte inferiore al lato più corto e le conclusioni sono fatte sul lato corto sotto forma di piastre piatte.

I-Rate, per quanto ne so, non produce ancora batterie a scarica rapida e le loro batterie hanno una caratteristica: uno degli elettrodi è in alluminio e saldarlo è problematico. Ciò rende scomodo assemblare la batteria da soli.

Le batterie E-Tec sono una via di mezzo, non sono dichiarate a scarica rapida, ma la loro corrente di scarica è superiore a quella delle batterie convenzionali - 5-7C.

I leader in popolarità sono Kokam e Thunder Power, con Kokam utilizzato principalmente nei modelli leggeri e medi e Thunder Power nei modelli medi, grandi e giganti (più di 10 kg!). Ciò è ovviamente dovuto al prezzo e alla disponibilità di potenti gruppi nella gamma: fino a 30 volt e capacità 8 Ah. Poi vengono Tanic ed E-tec, ma si parla poco dell'I-rate. Per qualche ragione, il polimero di platino è popolare solo in America e viene utilizzato quasi esclusivamente su coloro che volano lentamente.

Ricarica delle batterie ai polimeri di litio

Le batterie vengono caricate secondo un algoritmo abbastanza semplice: carica da una fonte di tensione costante di 4,20 volt/cella con un limite di corrente di 1C. La carica è considerata completa quando la corrente scende a 0,1-0,2C. Dopo essere passata alla modalità di stabilizzazione della tensione con una corrente di 1C, la batteria acquisisce circa il 70-80% della sua capacità. Sono necessarie circa 2 ore per una ricarica completa. Il caricabatterie è soggetto a requisiti abbastanza severi per quanto riguarda la precisione del mantenimento della tensione al termine della carica, non inferiore a 0,01 V/cella.

Tra i caricabatterie sul mercato, possiamo distinguere i tipi principali: caricabatterie semplici, non "computer", nella categoria di prezzo 10-40 $, destinati solo alle batterie al litio, e caricabatterie universali - nella categoria di prezzo 120-400 $. , destinato a vari tipi di batterie, comprese LiPo e Li-Ion.

I primi, di regola, hanno solo l'indicazione di carica a LED, il numero di lattine e la corrente in esse contenuta sono impostati tramite ponticelli. Il vantaggio di tali caricabatterie è il loro prezzo basso. Lo svantaggio principale è che alcuni di essi non sanno indicare correttamente la fine della carica. Mostrano solo il momento della transizione dalla modalità di stabilizzazione della corrente alla modalità di stabilizzazione della tensione, che rappresenta circa il 70-80% della capacità. Per completare la carica è necessario attendere altri 30-40 minuti.

Il secondo gruppo di caricabatterie ha capacità molto più ampie, di norma mostrano tutti la tensione, la corrente e la capacità (mAh) che la batteria "ha accettato" durante il processo di ricarica, il che consente di determinare con maggiore precisione quanto è carica la batteria.

Quando si utilizza un caricabatterie, la cosa più importante è impostare correttamente il numero richiesto di lattine nella batteria e la corrente di carica sul caricabatterie. La corrente di carica è solitamente 1C.

Funzionamento e precauzioni

Si può dire con certezza che le batterie ai polimeri di litio sono le batterie più “delicate” esistenti, ovvero richiedono il rispetto obbligatorio di alcune regole semplici ma obbligatorie, a causa del mancato rispetto delle quali o si verifica un incendio o la batteria “muore”. ”.

Li elenchiamo in ordine decrescente di pericolosità:

1. Caricare a una tensione superiore a 4,20 volt/cella.
2. Cortocircuito della batteria.
3. Scaricare con correnti superiori alla capacità di carico o riscaldare la batteria oltre i 60°C.
4. Scarica sotto la tensione di 3,00 volt/cella.
5. Riscaldamento della batteria superiore a 60°C.
6. Depressurizzazione della batteria.
7. Stoccaggio in stato scarico.

Il mancato rispetto dei primi tre punti porta ad un incendio, tutti gli altri alla perdita totale o parziale della capacità.

Da tutto quanto detto si possono trarre le seguenti conclusioni:

Per evitare un incendio è necessario disporre di un normale caricabatterie e impostare correttamente su di esso il numero di bombolette da caricare. È inoltre necessario utilizzare connettori che eliminino la possibilità di cortocircuito della batteria (per questo motivo il mio amico aveva un tavolo su cui venivano caricate le batterie e una tenda bruciata) e controllare la corrente consumata dal motore a "tutto gas" ”. Inoltre, non è consigliabile coprire le batterie su tutti i lati dal flusso d'aria sul modello e, se ciò non è possibile, dovrebbero essere forniti canali speciali per il raffreddamento.

Nei casi in cui la corrente consumata dal motore è superiore a 2C e la batteria del modello è chiusa su tutti i lati, dopo 5-6 minuti di funzionamento del motore, è necessario spegnerlo, quindi estrarlo e toccare la batteria per vedere se fa troppo caldo. Il fatto è che dopo il riscaldamento al di sopra di una certa temperatura (circa 70 gradi), nella batteria inizia una “reazione a catena”, trasformando l'energia immagazzinata in essa in calore, la batteria si diffonde letteralmente, dando fuoco a tutto ciò che può bruciare.

Se si cortocircuita una batteria quasi scarica, non ci sarà alcun incendio; si spegnerà silenziosamente e pacificamente per sovrascarica... Questo porta alla seconda regola importante: monitorare la tensione alla fine della scarica della batteria e assicurarsi di scollegare la batteria dopo l'uso!

Alcuni regolatori di velocità (Jeti è particolarmente colpevole di questo) non smettono di consumare corrente dopo aver spento l'interruttore standard. Non so cosa abbia spinto i cechi a prendere una decisione così strana. Ma resta il fatto che quasi tutti i modelli di controller per motori brushless Jetti (compresa la nuova serie “Advanced”), che dispongono di un BEC, cioè di uno stabilizzatore di alimentazione per il ricevitore e le macchine dall'alimentatore, non forniscono una fornitura completa diseccitazione del circuito con un interruttore standard. Solo il ricevitore e i servi vengono spenti e il controller continua a consumare una corrente di circa 20 mA. Ciò è particolarmente pericoloso, poiché non puoi vedere che la corrente è accesa, le macchine sono ferme, il motore è silenzioso... E se ti dimentichi della batteria collegata per un giorno o due, si scopre che puoi digli addio: non gli piace il litio a scarica profonda.

Naturalmente, dovresti ricordare che il controller del motore deve essere in grado di funzionare con batterie al litio, ovvero avere una tensione di spegnimento del motore regolabile. E non dobbiamo dimenticare di programmare il controller per il numero di lattine richiesto. Tuttavia, ora è apparsa una nuova generazione di controller che determinano automaticamente il numero di lattine collegate.

La depressurizzazione è un altro motivo di guasto delle batterie al litio, poiché l'aria non dovrebbe entrare nella cella. Ciò può verificarsi se l'involucro protettivo esterno è danneggiato (la batteria è sigillata in un involucro simile a un tubo termoretraibile), a seguito di un impatto o di un danno con un oggetto appuntito o se il terminale della batteria viene gravemente surriscaldato durante la saldatura. Conclusione: non cadere da una grande altezza e saldare con attenzione.

Secondo le raccomandazioni dei produttori, le batterie dovrebbero essere conservate con una carica del 50-70%, preferibilmente in un luogo fresco, a temperature non superiori a 20°C. La conservazione in uno stato scarico influisce negativamente sulla durata: come tutte le batterie, le batterie ai polimeri di litio hanno una piccola autoscarica.

Assemblaggio della batteria

Per ottenere batterie con elevata corrente in uscita o elevata capacità, viene utilizzato il collegamento in parallelo delle batterie. Se acquisti una batteria già pronta, dalla marcatura puoi scoprire quante lattine contiene e come sono collegate. La lettera P (parallela) dopo il numero indica il numero di lattine collegate in parallelo e S (seriale) - in serie. Ad esempio, "Kokam 1500 3S2P" indica una batteria collegata in serie da 3 paia di batterie, e ciascuna coppia è formata da 2 batterie collegate in parallelo con una capacità di 1500 mAh, ovvero la capacità della batteria sarà di 3000 mAh (quando collegato in parallelo, la capacità aumenta) e la tensione – 3,7*3 = 11,1 V..

Se acquisti le batterie separatamente, prima di collegarle alla batteria devi equalizzare i loro potenziali. Ciò è particolarmente vero per l'opzione di connessione parallela, poiché in questo caso una banca inizierà a caricare l'altra e la corrente di carica potrebbe superare 1C. Si consiglia di scaricare tutte le lattine acquistate a 3 volt con una corrente di 0,1C - 0,2C prima del collegamento. La tensione deve essere monitorata con un voltmetro digitale con una precisione di almeno lo 0,5%. Ciò garantirà prestazioni affidabili della batteria in futuro.

Si consiglia inoltre di eseguire l'equalizzazione potenziale (bilanciamento) anche su batterie di marca già assemblate prima della prima carica, poiché molte aziende che assemblano le celle in una batteria non le bilanciano prima dell'assemblaggio.

A causa della diminuzione della capacità dovuta al funzionamento, in nessun caso aggiungere nuovi banchi in serie a quelli vecchi: la batteria risulterà sbilanciata.

Naturalmente, non è possibile combinare batterie di capacità diverse, anche simili, in una batteria, ad esempio 1800 e 2000 mAh, e utilizzare batterie di produttori diversi in una batteria, poiché una diversa resistenza interna porterà a uno squilibrio della batteria. Durante la saldatura bisogna fare attenzione, non permettere che i terminali si surriscaldino, perché questo potrebbe rompere il sigillo e uccidere permanentemente la batteria che non ha ancora avuto il tempo di volare. Alcuni tipi di batterie Kokam vengono fornite con pezzi del circuito già saldati ai terminali per facilitare il cablaggio. Ciò aggiunge peso extra - circa 1 g per elemento, ma richiede molto più tempo per riscaldare i punti di saldatura dei fili: la fibra di vetro non conduce bene il calore. I fili con connettori devono essere fissati al vano batteria, almeno con nastro adesivo, in modo da non strappare accidentalmente il terminale alla radice.

Sfumature applicative

Quindi, sottolineiamo ancora una volta i punti più importanti relativi all'uso delle batterie ai polimeri di litio.

• Utilizzare un normale caricabatterie.
• Utilizzare connettori che impediscano il cortocircuito della batteria.
• Non superare le correnti di scarica consentite.
• Monitorare la temperatura della batteria quando non c'è raffreddamento.
• Non scaricare la batteria al di sotto di una tensione di 3 V/cella (ricordarsi di scollegare la batteria dopo il volo!).
• Non sottoporre la batteria a shock.

Diamo qualche altro esempio utile che segue da quanto detto prima, ma non è ovvio a prima vista.

Quando si utilizzano motori a commutatore, è necessario evitare situazioni in cui il motore è fermo (ad esempio, il modello è steso a terra) e il trasmettitore viene dato a tutto gas. La corrente è troppo elevata e rischiamo di far esplodere la batteria (se il motore o il regolatore non si bruciano prima). Questo problema è stato discusso numerose volte nei forum di RC Groups. La maggior parte dei regolatori per motori a spazzole spegne il motore quando viene perso il segnale dal trasmettitore e, se il tuo regolatore può farlo, consiglierei di spegnere il trasmettitore se il modello cade, ad esempio, nell'erba lontano da te - c'è meno rischio di toccare l'acceleratore penzolante durante la ricerca di un modello sulla cintura del trasmettitore e di non notarlo.

Nel corso della lunga durata della batteria, i suoi elementi, a causa della piccola dispersione iniziale di capacità, diventano sbilanciati: alcune banche “invecchiano” prima di altre e perdono capacità più velocemente. Con un numero maggiore di lattine nella batteria, il processo diventa più veloce.

Ciò porta alla regola seguente: a volte è necessario controllare separatamente la capacità di ciascun elemento della batteria. Per fare ciò, puoi misurare la sua tensione alla fine della carica. Quante volte? È ancora difficile stabilirlo esattamente: è stata accumulata troppo poca esperienza operativa. Di norma, si consiglia di controllare la tensione delle celle della batteria durante la ricarica circa 40-50 cicli dopo l'inizio del funzionamento, ogni 10-20 cicli, per identificare le "celle difettose".

Non è consigliabile “azzerare” la batteria guidando il motore fino a quando non smette del tutto di ruotare. Tale trattamento non danneggerà la batteria nuova, ma per una batteria leggermente sbilanciata c'è il rischio in più di scaricare la "banca più cattiva" al di sotto di 3 volt, a causa della quale perderà ancora di più la capacità.

Se le capacità differiscono di oltre il 20%, una batteria di questo tipo non può essere caricata completamente senza misure speciali!

Per bilanciare automaticamente le celle della batteria durante la ricarica, vengono utilizzati i cosiddetti bilanciatori. Si tratta di una piccola scheda collegata a ciascun banco, contenente resistori di carico, un circuito di controllo e un LED che indica che la tensione su questo banco ha raggiunto il livello di 4,17 - 4,19 volt. Quando la tensione su un singolo elemento supera la soglia di 4,17 volt, il bilanciatore chiude parte della corrente “su se stesso”, impedendo alla tensione di superare la soglia critica. Attraverso l'illuminazione simultanea dei LED è possibile vedere quali banchi hanno una capacità inferiore: il LED sul relativo bilanciatore si accenderà per primo. I bilanciatori hanno un importante requisito aggiuntivo: la corrente che consumano dalla batteria in modalità “standby” deve essere piccola, solitamente 5-10 µA.

Va aggiunto che il bilanciatore non impedisce lo scaricamento eccessivo di alcune celle in una batteria sbilanciata; serve solo a proteggere contro i danni alle celle durante la ricarica e come mezzo per indicare le celle “guaste” nella batteria. Quanto sopra si applica alle batterie composte da 3 o più elementi; i bilanciatori, di norma, non vengono utilizzati per batterie a 2 contenitori.

Si ritiene che le batterie ai polimeri di litio non possano essere utilizzate a temperature inferiori allo zero. Infatti, le specifiche tecniche delle batterie indicano un range di funzionamento di 0-50 °C (a 0 °C viene mantenuto l'80% della capacità). Tuttavia è possibile farli volare a temperature intorno ai –10...-15 °C. Il punto è che non è necessario congelare la batteria prima del volo: mettila in tasca dove fa caldo. E durante il volo, la generazione di calore interno nella batteria si rivela una proprietà utile al momento, poiché impedisce il congelamento della batteria. Naturalmente, le prestazioni della batteria saranno leggermente inferiori rispetto a temperature normali.

Conclusione

Considerando il ritmo con cui si muove il progresso tecnico nel campo dell'elettrochimica, si può presumere che il futuro appartenga alle batterie ai polimeri di litio, se le celle a combustibile non le raggiungeranno. Con l’aumento della domanda di batterie e dell’aumento del volume di produzione, il prezzo inevitabilmente diminuirà e quindi il litio diventerà finalmente comune come NiMH. In Occidente questo momento è già arrivato da sei mesi, almeno in America. La popolarità degli aerei elettrici con batterie ai polimeri di litio è in crescita. Mi auguro che anche i motori brushless e i relativi controller diventino più economici, ma in questo settore il progresso della riduzione dei prezzi si sta muovendo meno rapidamente. Dopotutto, solo due anni fa sul forum veniva posta la domanda: "Qualcuno vola davvero con un brushless?" E allora non si parlava affatto di batterie al litio...

In generale, aspetteremo e vedremo.

Batterie: Li-ion, Li-Pol, Li-ion-pol e regole del loro funzionamento

Un po' di storia e teoria:

Primi esperimenti sulla creazione di batterie al litio iniziato il 1912 anno, ma solo sei decenni dopo, all'inizio degli anni '70, apparvero per la prima volta negli elettrodomestici. Inoltre, lasciatemi sottolineare, queste erano solo batterie. I successivi tentativi di sviluppare batterie al litio (batterie ricaricabili) fallirono a causa dei problemi incontrati nel garantirne il funzionamento sicuro.

Il litio è il più leggero di tutti i metalli, ha il maggiore potenziale elettrochimico e fornisce la maggiore densità di energia. Le batterie che utilizzano elettrodi metallici al litio sono in grado di fornire sia alta tensione che eccellente capacità. Ma come risultato di numerosi studi negli anni '80, si è scoperto che il funzionamento ciclico (carica-scarica) delle batterie al litio porta a cambiamenti nell'elettrodo di litio, riducendo la stabilità termica e causando la possibilità che lo stato termico vada fuori controllo. Quando ciò accade, la temperatura dell'elemento si avvicina rapidamente al punto di fusione del litio e si verifica una reazione violenta che accende i gas liberati. Ad esempio, un gran numero di batterie per telefoni cellulari al litio spedite in Giappone nel 1991 sono state ritirate dal mercato dopo che in diversi casi avevano preso fuoco e causato ustioni alle persone.

A causa dell'instabilità intrinseca del litio, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione alle batterie al litio non metalliche basate sugli ioni di litio. Avendo perso un po' di densità energetica e adottando alcune precauzioni durante la carica e la scarica, hanno ricevuto le cosiddette batterie agli ioni di litio più sicure.

La densità energetica delle batterie agli ioni di litio è solitamente il doppio della densità delle NiCd standard e in futuro, con l'uso di nuovi materiali attivi, si prevede di aumentarla ulteriormente e raggiungere una superiorità tre volte superiore rispetto alle NiCd. Oltre alla grande capacità, le batterie agli ioni di litio si comportano in modo simile alle NiCd quando sono scariche (le loro caratteristiche di scarica sono simili, differiscono solo per la tensione).

Oggi esistono molti tipi di batterie agli ioni di litio, e puoi parlare a lungo dei vantaggi e degli svantaggi di un tipo o dell'altro, ma dal punto di vista del consumatore non è possibile distinguerli dall'aspetto. Pertanto, noteremo solo i vantaggi e gli svantaggi caratteristici di tutti i tipi e considereremo le ragioni che hanno portato alla nascita delle batterie ai polimeri di litio.

Principali vantaggi:

• Elevata densità di energia e, di conseguenza, grande capacità a parità di dimensioni rispetto alle batterie a base di nichel.
• Bassa autoscarica.
• Alta tensione per cella (3,6 V contro 1,2 V per NiCd e NiMH), che semplifica la progettazione e spesso la batteria è composta da una sola cella. Molti produttori oggi si stanno concentrando sull'utilizzo di una batteria a cella singola per i telefoni cellulari (ricordate Nokia). Tuttavia, per fornire la stessa potenza, è necessario fornire una corrente maggiore. E ciò richiede di garantire una bassa resistenza interna dell'elemento.
• Bassi costi di manutenzione (operativi) perché non c'è effetto memoria e non sono richiesti cicli di scarica periodici per ripristinare la capacità.

E svantaggi:

• La batteria richiede un circuito di protezione integrato (che ne aumenta ulteriormente il costo) che limita la tensione massima su ciascuna cella della batteria durante la carica e impedisce che la tensione della cella scenda troppo in basso durante la scarica. Inoltre, limita le correnti massime di carica e scarica e controlla la temperatura dell'elemento. Di conseguenza, la possibilità di metallizzazione del litio è praticamente esclusa.
• La batteria è soggetta ad invecchiamento, anche se non utilizzata e semplicemente appoggiata su uno scaffale. Il processo di invecchiamento è tipico della maggior parte delle batterie agli ioni di litio. Per ovvi motivi, i produttori tacciono su questo problema. Dopo un anno si nota una leggera diminuzione della capacità, indipendentemente dal fatto che la batteria sia stata utilizzata o meno. Dopo due o tre anni diventa spesso inutilizzabile. Tuttavia, anche le batterie di altri sistemi elettrochimici subiscono cambiamenti legati all'età con un deterioramento dei loro parametri (questo è particolarmente vero per le NiMH esposte a temperature ambiente elevate). Per ridurre il processo di invecchiamento, conservare la batteria, carica a circa il 40% della sua capacità nominale, in un luogo fresco, lontano dal telefono.
• Costo più elevato rispetto alle batterie NiCd.

La tecnologia di produzione delle batterie agli ioni di litio è in costante miglioramento. Viene aggiornato circa ogni sei mesi e diventa difficile valutare il rendimento delle nuove batterie dopo uno stoccaggio a lungo termine.

In una parola, sono tutti bravi Ioni di litio batteria, ma ci sono alcuni problemi nel garantire la sicurezza operativa e costi elevati. I tentativi di risolvere questi problemi hanno portato alla comparsa dei polimeri di litio (Li-pol o Li-polimeri) batterie.

La loro principale differenza rispetto agli ioni di litioè insito nel nome stesso e risiede nel tipo di elettrolita utilizzato. Hanno utilizzato un elettrolita polimerico solido secco, simile alla pellicola di plastica e che non conduceva elettricità, ma consentiva lo scambio di ioni (atomi o gruppi di atomi caricati elettricamente). L'elettrolita polimerico sostituisce efficacemente il tradizionale separatore poroso impregnato di elettrolita utilizzato nelle batterie agli ioni di litio.

Questo design semplifica il processo di produzione, è più sicuro e consente la produzione di batterie sottili e di forma libera. Inoltre, non vi è alcun rischio di incendio poiché non è presente alcun elettrolita liquido o gel. Con uno spessore dell'elemento di circa un millimetro, gli sviluppatori di apparecchiature sono liberi di scegliere la forma, la forma e le dimensioni, inclusa anche la sua implementazione in frammenti di abbigliamento.

Ma finora, purtroppo, le batterie ai polimeri di litio a secco hanno una conduttività elettrica insufficiente a temperatura ambiente. La loro resistenza interna è troppo elevata e non può fornire la quantità di corrente necessaria per i moderni dispositivi di comunicazione e per l'alimentazione dei dischi rigidi dei computer portatili. Allo stesso tempo, se riscaldato a 60 °C o più, la conduttività elettrica aumenta fino a un livello accettabile, ma questo non è adatto per l'uso di massa.

Vi chiederete come sia possibile? Le batterie ai polimeri di litio sono ampiamente vendute sul mercato, i produttori le equipaggiano con telefoni e computer, ma qui stiamo dicendo che non sono ancora pronte per l'uso commerciale. Tutto è molto semplice. In questo caso parliamo di batterie non con elettrolita solido secco. Per aumentare la conduttività elettrica delle piccole batterie ai polimeri di litio, viene aggiunta una certa quantità di elettrolita gelatinoso. E la maggior parte delle batterie ai polimeri di litio utilizzate oggi per i telefoni cellulari sono in realtà ibride perché contengono un elettrolita gelatinoso. Si chiamano polimeri agli ioni di litio. Ma la maggior parte dei produttori, per scopi pubblicitari e di promozione del mercato, li etichetta semplicemente come polimeri di litio.

Innanzitutto, qual è la differenza tra le batterie agli ioni di litio e quelle ai polimeri di litio con aggiunta di elettrolita gel? Sebbene le caratteristiche e l'efficienza di entrambi i sistemi siano molto simili, l'unicità della batteria ai polimeri di litio (si può chiamare così) è che utilizza ancora un elettrolita solido, in sostituzione di un separatore poroso. L'elettrolita gel viene aggiunto solo per aumentare la conduttività ionica.

Tutti i telefoni, smartphone e PDA moderni sono dotati di batterie a base di litio: agli ioni di litio o ai polimeri di litio, quindi ne parleremo in futuro. Tali batterie hanno capacità e durata eccellenti, ma richiedono un rispetto molto rigoroso di determinate regole operative.

Queste regole possono essere divise in due gruppi:

• Indipendente dall'utente
• Dipendente dall'utente.

IN Primo Questo gruppo comprende le regole fondamentali per caricare e scaricare le batterie, che sono controllate da un dispositivo (controller) integrato nella batteria, nonché talvolta da un controller aggiuntivo situato nel dispositivo stesso. Queste regole sono semplici:

• La batteria deve rimanere per tutta la sua vita in una condizione in cui la sua tensione non superi i 4,2 volt e non scenda al di sotto dei 2,7 volt. Queste tensioni sono indicatori rispettivamente della carica massima (100%) e minima (0%). La tensione minima sopra indicata si applica alle batterie con elettrodi di coke, tuttavia la maggior parte delle batterie moderne ha elettrodi di grafite. Per loro, la tensione minima è di 3 volt.
• La quantità di energia fornita da una batteria quando la sua carica passa dal 100% allo 0% è la sua capacità. Alcuni produttori limitano la tensione massima a 4,1 volt, mentre la batteria dura di più, ma la sua capacità è ridotta di circa il 10%. Inoltre, a volte la soglia inferiore sale a 3,0-3,3 volt, a seconda del materiale degli elettrodi, con le stesse conseguenze.
• La durata della batteria è ottimale con una carica pari a circa il 45% e quando il livello di carica aumenta o diminuisce, la durata della batteria diminuisce. Se la carica rientra nei limiti forniti dal controller della batteria (vedi sopra), la variazione della durata non è significativa.
• Se, a causa di circostanze, la tensione della batteria supera i limiti sopra specificati, anche per un breve periodo, la sua durata si riduce drasticamente. Tali condizioni sono chiamate sovraccarico e scarica eccessiva e sono molto pericolose per la batteria.

I controller della batteria progettati per dispositivi diversi, se realizzati con la qualità adeguata, non consentiranno mai alla tensione della batteria di superare i 4,2 volt durante la ricarica, ma, a seconda dello scopo della batteria, potrebbero limitare la tensione minima durante la scarica in diversi modi. Quindi, in una batteria destinata, ad esempio, a un cacciavite o a un modello di motore per auto, molto probabilmente la tensione minima sarà veramente il minimo consentito, ma per un PDA o uno smartphone sarà più alta, perché la tensione minima è di 2,7-3,0 volt potrebbe semplicemente non essere sufficiente per far funzionare il dispositivo elettronico Pertanto, in dispositivi complessi come telefoni, PDA, ecc. Il funzionamento del controller integrato nella batteria stessa è completato dal controller nel dispositivo stesso.

Parliamo del processo di ricarica delle batterie al litio. Il caricabatterie di qualsiasi batteria al litio è una fonte di tensione costante di 5 volt, in grado di erogare una corrente pari a circa 0,5-1,0 della capacità della batteria per la ricarica. Pertanto, se la capacità della batteria è di 1000 mA h, il caricabatterie deve fornire una corrente di carica di almeno 500 mA e nominalmente 1 ampere.

Esistono diverse modalità di ricarica per le batterie al litio.

Cominciamo con la modalità standard di Sony. Questa modalità richiede un lungo tempo di ricarica e un controller complesso, ma fornisce la carica più completa della batteria.

Durante la prima fase di carica, che dura circa 1 ora, la batteria viene caricata con corrente costante fino a quando la tensione della batteria raggiunge 4,2 Volt. Successivamente inizia la seconda fase, anch'essa della durata di circa un'ora, durante la quale il controller, mantenendo la tensione della batteria esattamente a 4,2 Volt, riduce gradualmente la corrente di carica. Quando la corrente di carica diminuisce fino a un certo valore (circa 0,2 della capacità della batteria), inizia la terza fase di carica, durante la quale la corrente di carica continua a diminuire e la tensione ai terminali della batteria rimane allo stesso livello: 4,2 volt. La terza fase, a differenza delle prime due, ha una durata rigorosamente definita, determinata dal timer integrato nel controller - 1 ora. Dopo la terza fase, il controller scollega completamente la batteria dal caricabatterie.

Il livello di carica della batteria alla fine della prima fase è del 70%, alla fine della seconda è del 90% e alla fine della terza è del 100%.

Molte aziende, nel tentativo di ridurre il costo dei propri dispositivi, utilizzano modalità di ricarica della batteria semplificate, ad esempio interrompendo la carica quando la tensione della batteria raggiunge i 4,2 volt, ovvero utilizzando solo la prima fase di ricarica. In questo caso la batteria si carica rapidamente, ma purtroppo solo fino al 70% della sua capacità effettiva. Non è difficile determinare se il tuo dispositivo ha un controller così semplificato: sono necessarie almeno 3 ore per caricarsi completamente.

Al secondo gruppo include regole operative che tu e io possiamo influenzare, aumentando o diminuendo in modo significativo la durata della batteria. Queste regole sono le seguenti:

• bisogna cercare di non portare la batteria al minimo di carica e, soprattutto, allo stato in cui la macchina si spegne da sola, beh, se ciò accade, allora è necessario caricare la batteria il prima possibile.
• Non è necessario temere ricariche frequenti, comprese quelle parziali, quando non viene raggiunta la carica completa: ciò non danneggia la batteria.

Contrariamente all'opinione di molti utenti, il sovraccarico danneggia le batterie al litio non meno, e anche di più, della scarica profonda. Il controller, ovviamente, limita il livello massimo di carica, ma c'è una sottigliezza. È noto che la capacità della batteria dipende dalla temperatura. Quindi, se, ad esempio, abbiamo caricato la batteria a temperatura ambiente e abbiamo ricevuto una carica del 100%, quando usciamo al freddo e la macchina si raffredda, il livello di carica della batteria potrebbe scendere all'80% o meno. Ma può essere vera anche la situazione opposta. Una batteria caricata a temperatura ambiente al 100%, se leggermente riscaldata, si caricherà, diciamo, al 105%, e questo è molto, molto sfavorevole per lei. Tali situazioni si verificano quando si utilizza una macchina che è rimasta a lungo nel supporto. Durante il funzionamento, la temperatura del dispositivo e con essa la batteria aumenta, ma la carica è già completa...

A questo proposito, la regola dice: se devi lavorare in una culla, scollega prima la macchina dal caricabatterie, lavoraci sopra e quando raggiunge la modalità di temperatura “combattimento”, collega il caricabatterie.

A proposito, questa regola si applica anche ai possessori di laptop e altri gadget.

Condizioni ideali per la conservazione a lungo termine della batteria- questo si trova all'esterno del dispositivo con una carica pari a circa il 50%. Una batteria funzionante non necessita di cure per mesi (circa sei mesi).

E infine qualche informazione in più.

• - Contrariamente alla credenza popolare, le batterie al litio, a differenza di quelle al nichel, non hanno quasi alcun "effetto memoria", quindi il cosiddetto "addestramento" di una nuova batteria al litio non ha praticamente senso. Per la tua tranquillità, è sufficiente caricare e scaricare completamente la nuova batteria una o due volte. Ciò è necessario per calibrare il controller aggiuntivo.
• - I proprietari del dispositivo sanno che puoi caricare la batteria sia da un caricabatterie che da USB. Allo stesso tempo, l'impossibilità di ricaricare tramite USB provoca spesso sconcerto. Il fatto è che, secondo la "legge", il controller USB deve fornire una corrente di circa 500 mA alle periferiche ad esso collegate. Tuttavia, ci sono situazioni in cui il controller stesso non è in grado di fornire tale corrente oppure il dispositivo è collegato a un controller USB su cui è già appesa una sorta di periferica, consumando parte dell'energia. Quindi non c'è abbastanza corrente per la ricarica, soprattutto se la batteria è troppo scarica.
• - Le batterie contenenti litio NON AMANO VERAMENTE IL CONGELAMENTO. Cerca sempre di evitare di utilizzare la macchina in condizioni di freddo intenso: ti lascerai trasportare e la batteria dovrà essere cambiata. Naturalmente, se tirate fuori la macchina dalla calda tasca interna della giacca e prendete un paio di appunti o chiamate, e poi rimettete a posto l'animaletto, non ci saranno problemi.
• - La pratica dimostra che le batterie al litio (non solo le batterie) riducono la loro capacità quando la pressione atmosferica diminuisce (ad alta quota, su un aereo). Ciò non danneggia le batterie, ma dovresti esserne consapevole.
• - Succede che dopo aver acquistato una batteria con maggiore capacità (ad esempio, 2200 mAh invece dei 1100 mAh standard), dopo un paio di giorni di utilizzo della nuova batteria, la macchina inizia a comportarsi in modo strano: si blocca, si spegne, la batteria sembra che si stia caricando, ma in qualche modo stranamente, e così via. È possibile che il tuo caricabatterie, che funziona correttamente con una batteria "nativa", semplicemente non sia in grado di fornire una corrente di carica sufficiente per una batteria di grande capacità. La soluzione è acquistare un caricabatterie con un'elevata corrente in uscita (ad esempio, 2 ampere invece del precedente 1 ampere).

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