يتقدم التقدم للأمام، ولاستبدال NiCd (النيكل والكادميوم) و NiMh (هيدريد معدن النيكل) المستخدم تقليديًا، لدينا الفرصة لاستخدام بطاريات الليثيوم. مع وزن مماثل لعنصر واحد، تتمتع بقدرة أعلى مقارنة بـ NiCd وNiMH، بالإضافة إلى ذلك، فإن جهد عنصرها أعلى بثلاث مرات - 3.6 فولت/عنصر بدلاً من 1.2 فولت. لذلك بالنسبة لمعظم النماذج، تكون البطارية المكونة من خليتين أو ثلاث خلايا كافية.

من بين بطاريات الليثيوم، هناك نوعان رئيسيان - ليثيوم أيون (Li-Ion) وبوليمر الليثيوم (LiPo، Li-Po أو Li-Pol). الفرق بينهما هو نوع المنحل بالكهرباء المستخدم. في حالة LiIon، هذا عبارة عن إلكتروليت هلامي، وفي حالة LiPo، فهو بوليمر خاص مشبع بمحلول يحتوي على الليثيوم. ولكن للاستخدام في نماذج محطات توليد الطاقة، يتم استخدام بطاريات الليثيوم بوليمر على نطاق واسع، لذلك سنتحدث عنها في المستقبل. ومع ذلك، فإن التقسيم الصارم هنا تعسفي للغاية، حيث أن كلا النوعين يختلفان بشكل رئيسي في المنحل بالكهرباء المستخدم، وكل ما سيقال عن بطاريات الليثيوم بوليمر ينطبق بالكامل تقريبًا على بطاريات الليثيوم أيون (الشحن والتفريغ وميزات التشغيل واحتياطات السلامة). . من الناحية العملية، شاغلنا الوحيد هو أن بطاريات الليثيوم بوليمر توفر حاليًا تيارات تفريغ أعلى. لذلك، يتم تقديمها في السوق النموذجية بشكل أساسي كمصدر للطاقة لمحطات الطاقة.

الخصائص الرئيسية

بطاريات الليثيوم بوليمر التي لها نفس الوزن تتجاوز كثافة طاقة NiCd بمقدار 4-5 مرات، NiMH بمقدار 3-4 مرات. عدد دورات التشغيل هو 500-600، مع تيارات تفريغ تبلغ 2C حتى فقدان القدرة بنسبة 20٪ (للمقارنة - بالنسبة إلى NiCd - 1000 دورة، بالنسبة إلى NiMH - 500). بشكل عام، لا تزال هناك بيانات قليلة جدًا حول عدد دورات التشغيل وتلك الواردة فيها في هذه الحالةيجب النظر إلى خصائصها بشكل نقدي. بالإضافة إلى ذلك، فإن تكنولوجيا التصنيع الخاصة بهم آخذة في التحسن، ومن الممكن أن تكون الأرقام الخاصة بهذا النوع من البطاريات مختلفة بالفعل في الوقت الحالي. تمامًا مثل جميع البطاريات، تخضع بطاريات الليثيوم للشيخوخة. وبعد عامين تفقد البطارية حوالي 20% من سعتها.

من بين مجموعة متنوعة من بطاريات ليثيوم بوليمر الطاقة المتوفرة للبيع، يمكن تمييز مجموعتين رئيسيتين - عالية التفريغ (التفريغ العالي) والتقليدية. وهي تختلف عن بعضها البعض في الحد الأقصى لتيار التفريغ - يشار إليه إما بالأمبير أو بوحدات سعة البطارية، المشار إليها بالحرف "C". على سبيل المثال، إذا كان تيار التفريغ 3C وسعة البطارية 1 Ah، فسيكون التيار 3A.

الحد الأقصى لتيار التفريغ للبطاريات التقليدية، كقاعدة عامة، لا يتجاوز 3C؛ تشير بعض الشركات المصنعة إلى 5C. تسمح البطاريات سريعة التفريغ بتيار تفريغ يصل إلى 8-10 درجات مئوية. وتكون هذه البطاريات أثقل إلى حد ما من نظيراتها ذات التيار المنخفض (بحوالي 20%)، وتحتوي أسماؤها على الحروف HD أو HC بعد أرقام السعة، فمثلاً KKM1500 هي بطارية عادية بسعة 1500 مللي أمبير، وKKM1500HD هي بطارية سريعة التفريغ. أود أن أقدم ملاحظة صغيرة على الفور لأولئك الذين يحبون التجربة. لا تستخدم بطاريات التفريغ السريع في الأجهزة المنزلية. لذلك، إذا خطرت لك فكرة الحصول على بطارية من هاتف محمول أو كاميرا فيديو بسعر رخيص، فمن الصعب الاعتماد على نتيجة جيدة. على الأرجح، سوف تموت هذه البطارية بسرعة كبيرة بسبب انتهاك أوضاع التشغيل المقصودة.

التطبيقات والتكلفة

يتيح استخدام بطاريات الليثيوم بوليمر حل مشكلتين مهمتين - زيادة وقت تشغيل المحرك وتقليل وزن البطارية.

عند استبدال بطارية 8.4 فولت NiMH 650 مللي أمبير ببطاريتين ليثيوم عاديتين غير سريعتين التفريغ بسعة 2 أمبير، نحصل على بطارية بسعة 3 أضعاف وأخف وزنًا 11 جم وبجهد أقل قليلاً (7.2 فولت). ! وإذا كنت تستخدم بطاريات سريعة التفريغ، فيمكن للطائرات الكبيرة أن تطير دون أن تكون أقل قوة من محرك الاحتراق الداخلي. ولتأكيد ذلك، حصل أمريكي على المركز السابع في بطولة العالم للأيروباتيك F3A على متن طائرة كهربائية. علاوة على ذلك، لم تكن جرسًا صغيرًا، بل طائرة عادية بطول مترين، مثل المشاركين الآخرين الذين كانت لديهم نماذج بمحركات احتراق داخلي!

لقد أثبتت بطاريات ليثيوم بوليمر نفسها بشكل جيد للغاية في طائرات الهليكوبتر الصغيرة مثل Piccolo أو Hummingbird - على سبيل المثال، حتى عند استخدام محرك مصقول قياسي، فإن زمن الرحلة على ضفتين 1 Ah يزيد عن 25 دقيقة! وعند استبدال المحرك بمحرك بدون فرش - أكثر من 45 دقيقة!

وبالطبع، لا يمكن استبدال بطاريات الليثيوم عندما يتعلق الأمر بالطائرات الداخلية التي تزن 4-20 جرامًا، وفي هذه المنطقة، لا يمكن مقارنة NiCd بها - ببساطة لا توجد مثل هذه البطاريات (على سبيل المثال، يمكن لبطارية 45 مللي أمبير أن تزن 1 جرامًا). 150 مللي أمبير - 3.2 د)، والتي بمثل هذا الوزن الصغير ستوفر الطاقة اللازمة - حتى لمدة دقيقة واحدة!

المنطقة الوحيدة التي لا تزال فيها بطاريات الليثيوم بوليمر أدنى من Ni-Cd هي منطقة تيارات التفريغ العالية جدًا (40-50 درجة مئوية). لكن التقدم يمضي قدما، وربما في غضون عامين سنسمع عن نجاحات جديدة في هذا المجال - بعد كل شيء، منذ عامين لم يسمع أحد عن بطاريات الليثيوم سريعة التفريغ أيضًا...

هنا، على سبيل المثال، الخصائص الرئيسية لبطاريات Kokam LiPo:

اسم	السعة، مللي أمبير	الأبعاد، مم	الوزن (جرام	الحد الأقصى الحالي
كوكام 145	145	27.5x20.4x4.3	3.5	0.7A، 5C
كوكام 340SHC	340	52x33x2.8	9	7 أ، 20 ج
كوكام 1020	1020	61x33x5.5	20.5	3 أ، 3 ج
كوكام 1500HC	1500	76x40x6.5	35	12 أ، 8 ج
كوكام 1575	1575	74x41x5.5	32	7 أ، 5 ج

من حيث السعر، من حيث السعة، تكلف بطاريات الليثيوم بوليمر نفس تكلفة NiMH تقريبًا.

الشركات المصنعة

يوجد حاليًا العديد من الشركات المصنعة لبطاريات الليثيوم بوليمر. الشركة الرائدة في عدد البطاريات المنتجة ومن أوائل البطاريات من حيث الجودة هي شركة Kokam. ومن المعروف أيضًا أن Thunder Power وI-Rate وE-Tec وTanic (يُفترض أن هذا هو الاسم الثاني لـ Thunder Power أو أحد بائعي Thunder Power تحت اسمه). يمكنك عرض أنواع Kokam على الموقع الإلكتروني www.fmadirect.com، وتتوفر البطاريات من مختلف الشركات المصنعة على الموقع الإلكتروني www.b-p-p.com وwww.lightflightrc.com.

يوجد أيضًا Platinum Polymer، المعروض على موقع www.batteriesamerica.com، والذي يُفترض أنه اسم آخر لـ I-Rate.

نطاق سعات البطارية واسع جدًا – من 50 إلى 3000 مللي أمبير. للحصول على سعات كبيرة، يتم استخدام التوصيل المتوازي للبطاريات.

جميع البطاريات مسطحة الشكل. كقاعدة عامة، سمكها أقل من 3 مرات أقل من الجانب الأقصر، ويتم إجراء الاستنتاجات على الجانب القصير في شكل لوحات مسطحة.

I-Rate، على حد علمي، لم تصنع بعد بطاريات سريعة التفريغ، وبطارياتها لها ميزة واحدة: أحد الأقطاب الكهربائية مصنوع من الألومنيوم، ولحامه يمثل مشكلة. هذا يجعلهم غير مناسبين لتجميع البطارية بنفسك.

تعد بطاريات E-Tec شيئًا بينهما، ولم يتم الإعلان عنها على أنها سريعة التفريغ، لكن تيار تفريغها أعلى من البطاريات التقليدية - 5-7C.

الرائدان في الشعبية هما Kokam وThunder Power، حيث يستخدم Kokam بشكل أساسي في النماذج الخفيفة والمتوسطة، وThunder Power في الطرازات المتوسطة والكبيرة والعملاقة (أكثر من 10 كجم!). من الواضح أن هذا يرجع إلى السعر وتوافر التجميعات القوية في النطاق - ما يصل إلى 30 فولت وسعة 8 أمبير. يأتي بعد ذلك Tanic وE-tec، ولكن لا يوجد ذكر يذكر لـ I-rate. لسبب ما، يحظى Platinum Polymer بشعبية كبيرة في أمريكا فقط، ويتم استخدامه بشكل حصري تقريبًا في الطائرات البطيئة.

شحن بطاريات ليثيوم بوليمر

يتم شحن البطاريات وفقًا لخوارزمية بسيطة إلى حد ما - الشحن من مصدر جهد ثابت يبلغ 4.20 فولت/خلية بحد تيار يبلغ 1 درجة مئوية. تعتبر الشحنة كاملة عندما ينخفض ​​التيار إلى 0.1-0.2 درجة مئوية. بعد التبديل إلى وضع تثبيت الجهد عند تيار 1C، تكتسب البطارية ما يقرب من 70-80٪ من سعتها. يستغرق الشحن بالكامل حوالي ساعتين. يخضع الشاحن لمتطلبات صارمة إلى حد ما فيما يتعلق بدقة الحفاظ على الجهد الكهربائي عند نهاية الشحن - ليس أسوأ من 0.01 فولت/خلية.

من بين أجهزة الشحن المتوفرة في السوق، يمكننا التمييز بين الأنواع الرئيسية - أجهزة الشحن البسيطة وغير "الكمبيوتر"، في فئة السعر من 10 إلى 40 دولارًا، والمخصصة فقط لبطاريات الليثيوم، والشواحن العالمية - في فئة السعر من 120 إلى 400 دولار. ، مخصص لأنواع مختلفة من البطاريات، بما في ذلك بطاريات LiPo وLi-Ion.

الأولى، كقاعدة عامة، لديها مؤشر شحن LED فقط؛ يتم ضبط عدد العلب والتيار فيها بواسطة وصلات العبور. ميزة هذه الشواحن هي سعرها المنخفض. العيب الرئيسي هو أن البعض منهم لا يعرفون كيفية الإشارة بشكل صحيح إلى نهاية الشحن. إنها تظهر فقط لحظة الانتقال من وضع التثبيت الحالي إلى وضع تثبيت الجهد، وهو ما يقرب من 70-80٪ من السعة. لإكمال عملية الشحن، لا تزال بحاجة إلى الانتظار لمدة 30-40 دقيقة.

تتمتع المجموعة الثانية من أجهزة الشحن بقدرات أوسع بكثير؛ كقاعدة عامة، تُظهر جميعها الجهد والتيار والسعة (mAh) التي "تقبلتها" البطارية أثناء عملية الشحن، مما يسمح لك بتحديد مدى شحن البطارية بشكل أكثر دقة.

عند استخدام الشاحن، فإن الشيء الأكثر أهمية هو ضبط العدد المطلوب من العلب في البطارية وتيار الشحن على الشاحن بشكل صحيح. عادة ما يكون تيار الشحن 1C.

التشغيل والاحتياطات

من الآمن أن نقول إن بطاريات الليثيوم بوليمر هي أكثر البطاريات "حساسة" في الوجود، أي أنها تتطلب الامتثال الإلزامي للعديد من القواعد البسيطة ولكن الإلزامية، بسبب عدم الامتثال لها، يحدث حريق أو "تموت" البطارية ".

وندرجها بالترتيب التنازلي حسب درجة الخطورة:

1. الشحن إلى جهد أكبر من 4.20 فولت/خلية.
2. ماس كهربائى للبطارية.
3. التفريغ بتيارات تتجاوز سعة الحمولة أو تسخين البطارية فوق 60 درجة مئوية.
4. التفريغ أقل من 3.00 فولت/خلية.
5. تسخين البطارية فوق 60 درجة مئوية.
6. خفض ضغط البطارية.
7. التخزين في حالة التفريغ.

يؤدي عدم الامتثال للنقاط الثلاث الأولى إلى نشوب حريق، وجميع الآخرين - إلى فقدان كامل أو جزئي للقدرة.

ومن كل ما قيل يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:

لتجنب نشوب حريق، يجب أن يكون لديك شاحن عادي وأن تحدد بشكل صحيح عدد العلب التي سيتم شحنها عليه. من الضروري أيضًا استخدام الموصلات التي تقضي على إمكانية حدوث ماس كهربائي للبطارية (ولهذا السبب كان لدى صديقي طاولة يتم شحن البطاريات عليها وحرق الستارة) وللتحكم في التيار الذي يستهلكه المحرك عند "الخانق الكامل" ". بالإضافة إلى ذلك، لا ينصح بتغطية البطاريات من جميع الجوانب من تدفق الهواء على النموذج، وإذا لم يكن ذلك ممكنا، فيجب توفير قنوات خاصة للتبريد.

في الحالات التي يكون فيها التيار الذي يستهلكه المحرك أكثر من 2C، والبطارية الموجودة في الموديل مغلقة من جميع الجوانب، بعد 5-6 دقائق من تشغيل المحرك، يجب عليك إيقافه، ثم اسحبه للخارج ولمس البطارية لمعرفة ما إذا كان الجو حارًا جدًا. الحقيقة هي أنه بعد التسخين فوق درجة حرارة معينة (حوالي 70 درجة)، يبدأ حدوث "تفاعل متسلسل" في البطارية، مما يحول الطاقة المخزنة فيها إلى حرارة، وتنتشر البطارية حرفيًا، مما يؤدي إلى إشعال النار في كل ما يمكن أن يحترق.

إذا قمت بتقصير دائرة بطارية فارغة تقريبًا، فلن يكون هناك حريق، وسوف تموت بهدوء وسلام بسبب التفريغ الزائد... وهذا يؤدي إلى القاعدة المهمة الثانية: مراقبة الجهد في نهاية تفريغ البطارية وتأكد من ذلك. افصل البطارية بعد الاستخدام!

بعض وحدات التحكم في السرعة (Jeti مذنبة بشكل خاص بهذا) لا تتوقف عن استهلاك التيار بعد إيقاف تشغيل المفتاح القياسي. لا أعرف ما الذي جعل التشيك تتخذ مثل هذا القرار الغريب. ولكن تظل الحقيقة هي أن جميع نماذج وحدات التحكم الخاصة بمحركات Jetti بدون فرش (بما في ذلك السلسلة "المتقدمة" الجديدة) تقريبًا، والتي تحتوي على BEC، أي مثبت إمداد الطاقة لجهاز الاستقبال والآلات من مصدر الطاقة، لا توفر كاملًا إلغاء تنشيط الدائرة باستخدام مفتاح قياسي. يتم إيقاف تشغيل جهاز الاستقبال والماكينات فقط، وتستمر وحدة التحكم في استهلاك تيار يبلغ حوالي 20 مللي أمبير. وهذا أمر خطير بشكل خاص، لأنك لا تستطيع أن ترى أن الطاقة قيد التشغيل، والسيارات واقفة، والمحرك صامت... وإذا نسيت البطارية المتصلة لمدة يوم أو يومين، فقد اتضح أنه يمكنك ذلك قل وداعًا لها - فهي لا تحب الليثيوم عميق التفريغ.

بالطبع، يجب أن تتذكر أن وحدة التحكم في المحرك يجب أن تكون قادرة على العمل مع بطاريات الليثيوم، أي أن يكون لها جهد إيقاف تشغيل قابل للتعديل للمحرك. ويجب ألا ننسى برمجة جهاز التحكم للعدد المطلوب من العلب. ومع ذلك، فقد ظهر الآن جيل جديد من وحدات التحكم التي تحدد تلقائيًا عدد العلب المتصلة.

يعد انخفاض الضغط سببًا آخر لفشل بطاريات الليثيوم، حيث لا ينبغي أن يدخل الهواء إلى داخل الخلية. يمكن أن يحدث هذا في حالة تلف مجموعة الحماية الخارجية (البطارية محكمة الغلق في عبوة مثل أنابيب الانكماش الحراري)، نتيجة الاصطدام أو التلف بجسم حاد، أو في حالة ارتفاع درجة حرارة طرف البطارية أثناء اللحام. الخلاصة - لا تسقط من ارتفاع كبير ولحام بعناية.

بناءً على توصيات الشركات المصنعة، يجب تخزين البطاريات في حالة شحن بنسبة 50-70%، ويفضل أن يكون ذلك في مكان بارد، وفي درجات حرارة لا تزيد عن 20 درجة مئوية. يؤثر التخزين في حالة التفريغ سلبًا على عمر الخدمة - مثل جميع البطاريات، تتمتع بطاريات الليثيوم بوليمر بتفريغ ذاتي صغير.

تجميع البطارية

للحصول على بطاريات ذات خرج تيار مرتفع أو سعة عالية، يتم استخدام التوصيل المتوازي للبطاريات. إذا قمت بشراء بطارية جاهزة، فمن خلال وضع العلامات، يمكنك معرفة عدد العلب التي تحتوي عليها وكيفية توصيلها. الحرف P (موازي) بعد الرقم يشير إلى عدد العلب المتصلة بالتوازي، و S (المسلسل) - في السلسلة. على سبيل المثال، "Kokam 1500 3S2P" تعني بطارية متصلة على التوالي من 3 أزواج من البطاريات، ويتكون كل زوج من بطاريتين متصلتين على التوازي بسعة 1500 مللي أمبير، أي أن سعة البطارية ستكون 3000 مللي أمبير (عندما متصلة على التوازي، تزداد السعة)، والجهد – 3.7*3 = 11.1 فولت.

إذا قمت بشراء البطاريات بشكل منفصل، فقبل توصيلها بالبطارية، يجب عليك معادلة إمكاناتها. هذا ينطبق بشكل خاص على خيار الاتصال الموازي، لأنه في هذه الحالة سيبدأ أحد البنوك في شحن الآخر، وقد يتجاوز تيار الشحن 1C. يُنصح بتفريغ جميع العلب المشتراة حتى 3 فولت بتيار 0.1 درجة مئوية - 0.2 درجة مئوية قبل التوصيل. يجب مراقبة الجهد باستخدام الفولتميتر الرقمي بدقة لا تقل عن 0.5%. سيضمن ذلك أداءً موثوقًا للبطارية في المستقبل.

يُنصح أيضًا بإجراء معادلة (موازنة) محتملة حتى على البطاريات ذات العلامات التجارية المجمعة بالفعل قبل الشحن الأول، نظرًا لأن العديد من الشركات التي تقوم بتجميع الخلايا في بطارية لا تقوم بموازنتها قبل التجميع.

نظرًا لانخفاض السعة نتيجة للتشغيل، لا ينبغي بأي حال من الأحوال إضافة بنوك جديدة متسلسلة مع البنوك القديمة - ستكون البطارية غير متوازنة.

بالطبع، لا يمكنك أيضًا دمج بطاريات ذات سعات مختلفة، وحتى متشابهة في بطارية - على سبيل المثال، 1800 و2000 مللي أمبير، وكذلك استخدام بطاريات من شركات مصنعة مختلفة في بطارية واحدة، لأن المقاومة الداخلية المختلفة ستؤدي إلى عدم توازن البطارية. عند اللحام، يجب أن تكون حذرًا، ويجب ألا تسمح للأجهزة الطرفية بالسخونة الزائدة، لأن ذلك يمكن أن يكسر الختم ويقتل البطارية التي لم يتح لها الوقت للطيران بشكل دائم. تأتي بعض أنواع بطاريات Kokam مع قطع من لوحة الدائرة ملحومة بالفعل بأطراف التوصيل لسهولة توصيل الأسلاك. يضيف هذا وزنًا إضافيًا - حوالي 1 جرام لكل عنصر، لكن تسخين أماكن أسلاك اللحام يستغرق وقتًا أطول بكثير - فالألياف الزجاجية لا توصل الحرارة جيدًا. يجب تثبيت الأسلاك ذات الموصلات في علبة البطارية، على الأقل بشريط لاصق، حتى لا يتم قطع الطرف عن طريق الخطأ من الجذر.

الفروق الدقيقة في التطبيق

لذا دعونا نؤكد مرة أخرى على أهم النقاط المتعلقة باستخدام بطاريات الليثيوم بوليمر.

• استخدم شاحن عادي.
• استخدم الموصلات التي تمنع حدوث قصر في دائرة البطارية.
• لا تتجاوز تيارات التفريغ المسموح بها.
• مراقبة درجة حرارة البطارية في حالة عدم وجود تبريد.
• لا تقم بتفريغ البطارية بأقل من جهد 3 فولت/خلية (تذكر أن تفصل البطارية بعد الرحلة!).
• لا تعرض البطارية للصدمة.

دعونا نعطي بعض الأمثلة المفيدة التي تتبع ما قيل سابقًا، ولكنها ليست واضحة للوهلة الأولى.

عند استخدام محركات المجمّع، من الضروري تجنب المواقف التي يتوقف فيها المحرك (على سبيل المثال، النموذج ملقى على الأرض) ويتم إعطاء جهاز الإرسال دواسة الوقود الكاملة. التيار مرتفع جدًا ونخاطر بتفجير البطارية (إذا لم يحترق المحرك أو المنظم أولاً). تمت مناقشة هذه المشكلة عدة مرات في منتديات مجموعات RC. تقوم معظم منظمات المحركات المصقولة بإيقاف تشغيل المحرك عند فقدان الإشارة من جهاز الإرسال، وإذا كان منظمك قادرًا على القيام بذلك، فإنني أنصحك بإيقاف تشغيل جهاز الإرسال إذا سقط النموذج، على سبيل المثال، في العشب بعيدًا عنك - هناك تقل خطورة لمس دواسة الوقود المتدلية عند البحث عن نموذج على حزام الإرسال وعدم ملاحظته.

على مدار عمر البطارية الطويل، تصبح عناصرها غير متوازنة بسبب التشتت الصغير الأولي للقدرات - فبعض البنوك "تتقدم في العمر" في وقت أبكر من غيرها وتفقد قدرتها بشكل أسرع. مع وجود عدد أكبر من العلب في البطارية، تسير العملية بشكل أسرع.

يؤدي هذا إلى القاعدة التالية - في بعض الأحيان يكون من الضروري التحكم في سعة كل عنصر من عناصر البطارية على حدة. للقيام بذلك، يمكنك قياس الجهد في نهاية الشحن. عدد المرات؟ لا يزال من الصعب تحديد ذلك بالضبط - فقد تراكمت خبرة تشغيل قليلة جدًا. كقاعدة عامة، يوصى بإجراء ما يقرب من 40-50 دورة بعد بدء التشغيل، كل 10-20 دورة، للتحقق من جهد خلايا البطارية أثناء الشحن لتحديد "الخلايا السيئة".

لا ينصح بـ "صفر" البطارية عن طريق تشغيل المحرك حتى يتوقف عن الدوران تمامًا. لن تضر مثل هذه المعالجة بالبطارية الجديدة، ولكن بالنسبة للبطارية غير المتوازنة قليلاً، يعد هذا خطرًا إضافيًا يتمثل في تفريغ "البنك السيء" أقل من 3 فولت، مما يؤدي إلى فقدان قدرتها بشكل أكبر.

عندما تختلف السعات بأكثر من 20%، لا يمكن شحن هذه البطارية بالكامل دون اتخاذ تدابير خاصة!

لموازنة خلايا البطارية تلقائيًا عند الشحن، يتم استخدام ما يسمى بالموازنات. وهي عبارة عن لوحة صغيرة متصلة بكل بنك تحتوي على مقاومات حمل ودائرة تحكم ومؤشر LED يشير إلى أن الجهد على ذلك البنك قد وصل إلى مستوى 4.17 - 4.19 فولت. عندما يتجاوز الجهد على عنصر فردي عتبة 4.17 فولت، يقوم الموازن بإغلاق جزء من التيار "لنفسه"، مما يمنع الجهد من تجاوز العتبة الحرجة. من خلال الإضاءة المتزامنة لمصابيح LED، يمكنك معرفة البنوك ذات السعة الأقل - سيضيء مؤشر LED الموجود على موازنها أولاً. لدى الموازنات مطلب إضافي مهم: يجب أن يكون التيار الذي تستهلكه من البطارية في وضع "الاستعداد" صغيرًا، عادة 5-10 ميكرو أمبير.

تجدر الإشارة إلى أن الموازن لا يمنع التفريغ الزائد لبعض الخلايا في بطارية غير متوازنة؛ فهو يعمل فقط على الحماية من تلف الخلايا أثناء الشحن وكوسيلة للإشارة إلى الخلايا "السيئة" في البطارية. ينطبق ما ورد أعلاه على البطاريات المكونة من 3 عناصر أو أكثر، وعادةً لا يتم استخدام الموازنات في البطاريات ذات العلبتين.

هناك رأي مفاده أنه لا يمكن استخدام بطاريات الليثيوم بوليمر في درجات حرارة تحت الصفر. في الواقع، تشير المواصفات الفنية للبطاريات إلى نطاق تشغيل يتراوح بين 0 و50 درجة مئوية (عند 0 درجة مئوية يتم الاحتفاظ بنسبة 80% من السعة). ولكن مع ذلك، يمكنك الطيران بها في درجات حرارة تتراوح بين -10...-15 درجة مئوية. النقطة المهمة هي أنك لست بحاجة إلى تجميد البطارية قبل الرحلة - ضعها في جيبك حيث يكون الجو دافئًا. وأثناء الطيران، تبين أن توليد الحرارة الداخلية في البطارية هو خاصية مفيدة في الوقت الحالي، حيث يمنع البطارية من التجمد. وبطبيعة الحال، سيكون أداء البطارية أقل قليلاً من درجات الحرارة العادية.

خاتمة

وبالنظر إلى وتيرة التقدم التقني في مجال الكيمياء الكهربائية، يمكن افتراض أن المستقبل ينتمي إلى بطاريات الليثيوم بوليمر - إذا لم تتمكن خلايا الوقود من اللحاق بها. ومع زيادة الطلب على البطاريات وزيادة حجم الإنتاج، سينخفض ​​السعر حتمًا، ومن ثم سيصبح الليثيوم أخيرًا شائعًا مثل NiMH. في الغرب، هذه المرة قد حان بالفعل لمدة ستة أشهر، على الأقل في أمريكا. تتزايد شعبية الطائرات الكهربائية المزودة ببطاريات الليثيوم بوليمر. أود أن آمل أن تصبح المحركات ووحدات التحكم بدون فرش أرخص أيضًا، ولكن في هذا المجال فإن تقدم تخفيضات الأسعار يتحرك بسرعة أقل. بعد كل شيء، قبل عامين فقط، تم طرح السؤال في المنتدى: "هل يطير أحد حقًا بدون فرش؟" ولم يكن هناك ذكر لبطاريات الليثيوم على الإطلاق حينها...

على العموم، لننتظر ونرى.

هل تتساءل: "ماذا تختار: بطارية Li-Ion أو Li-Po؟" وسنشرح بالتفصيل الاختلافات بين هذين النوعين من البطاريات.

كما نعلم جميعًا، تعتمد قوة الشاحن المحمول إلى حد كبير على جودة البطاريات الموجودة داخل الجهاز. هناك نوعان من البطاريات في السوق اليوم يتم استخدامهما لإنتاج أجهزة الشحن المحمولة: خلايا بطارية Li-Ion وLi-Po.

Li-Ion أو Li-Po: ما الفرق وماذا تختار

لمعلومات المستخدمين، أحد الأسئلة الشائعة بخصوص الشواحن المحمولة هو: ما هو الفرق بين بطاريات Li-Ion و Li-Po، وأيهما أفضل أيضًا. دعونا معرفة ذلك.

ما هي ليثيوم أيون ولي بو؟

Li-Ion هو اختصار لـ ليثيوم أيون، وLi-Po هو اختصار لـ ليثيوم بوليمر. النهايات "الأيونية" و"البوليمر" هي إشارة إلى الكاثود. تتكون بطارية الليثيوم بوليمر من كاثود بوليمر وإلكتروليت صلب، بينما تتكون بطارية الليثيوم أيون من الكربون وإلكتروليت سائل. كلتا البطاريتين قابلتان لإعادة الشحن، ومن ثم، بشكل أو بآخر، تؤدي كل منهما نفس الوظيفة. بشكل عام، تعد بطاريات الليثيوم أيون أقدم من بطاريات الليثيوم بوليمر، لكنها لا تزال تستخدم على نطاق واسع بسبب تكلفتها المنخفضة وقلة صيانتها. تعتبر بطاريات الليثيوم بوليمر أكثر تقدما، مع خصائص محسنة توفر مستوى أعلى من الأمان، وبالتالي فإن هذه البطاريات أكثر تكلفة من بطاريات الليثيوم أيون.

هناك العديد من تكوينات بطاريات Li-Ion. بطاريات الليثيوم أيون الأكثر شيوعًا لأجهزة الشحن المحمولة هي 18650 بطارية بقطر 18 ملم وطول 65 ملم، حيث يشير 0 إلى تكوين أسطواني. أكثر من 60% من أجهزة الشحن المحمولة مصنوعة من 18650 خلية بطارية، حجم ووزن هذه الخلايا يسمح بسهولة استخدامها في العديد من الأجهزة الإلكترونية. تقنيات التصنيع أيضا لا تقف مكتوفة الأيدي.

مع تزايد طلب المستهلكين على أجهزة شحن محمولة أخف وأصغر حجمًا، أصبحت القيود المفروضة على بطاريات الليثيوم أيون واضحة بشكل متزايد. لذلك يتجه المصنعون إلى بطاريات الليثيوم بوليمر الأخف وزنًا والمسطحة لشواحن محمولة جديدة. علاوة على ذلك، فإن بطاريات Li-Po أقل عرضة للانفجار، لذلك لم تعد أجهزة الشحن المحمولة بحاجة إلى أن تحتوي على طبقة واقية مدمجة، في حين أن معظم بطاريات Li-ion 18650 تحتاج فقط إلى أن تكون مزودة بطبقة واقية.

دعونا نلخص الاختلافات بين أيون الليثيوم وبوليمر الليثيوم في شكل جدول.

دلائل الميزات	ليثيوم أيون	لي بو
كثافة الطاقة	عالي	منخفض، مع دورات أقل مقارنة بـ Li-Ion
براعه	قليل	عالية، الشركات المصنعة ليست مرتبطة بتنسيق الخلية القياسي
وزن	أثقل قليلا	رئتين
سعة	أقل	نفس حجم بطارية Li-Po، تقريبًا ضعف سعة بطارية Li-Ion
دورة الحياة	كبير	كبير
خطر الانفجار	أعلى	يؤدي تحسين السلامة إلى تقليل خطر الشحن الزائد وكذلك تسرب الإلكتروليت
وقت الشحن	أطول قليلا	أقصر
قابلية الارتداء	يفقد أقل من 0.1% من فعاليته كل شهر	أبطأ من بطاريات Li-Ion
سعر	أرخص	أغلى

وبعد دراسة جميع المزايا والعيوب والخصائص لكلا النوعين من البطاريات، يمكنك التأكد من عدم وجود منافسة قوية بينهما. على الرغم من أن بطارية الليثيوم أيون أرق وأكثر أناقة، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون تتمتع بكثافة طاقة أعلى وإنتاجها أرخص بكثير.

لذلك، لا ينبغي عليك الاهتمام كثيرًا بنوع البطارية، ما عليك سوى اختيار شاحن محمول يحمل علامة تجارية يلبي متطلباتك. بعد كل شيء، هناك الكثير من المواد الكيميائية المضافة إلى هذه البطاريات، لذلك يبقى أن نرى أي منها سوف يستمر لفترة أطول.

كيفية شحن بطارية الليثيوم بوليمر وتشغيلها بشكل صحيح؟

تستخدم الأدوات الحديثة المزيد والمزيد من بطاريات الليثيوم بوليمر. ظهر هذا النوع من البطاريات منذ وقت ليس ببعيد. يتم تحسين تصميمها والمواد المستخدمة تدريجياً. يمكن العثور على بطاريات Li-Pol في الأجهزة اللوحية وبعض موديلات الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في الألعاب والنماذج التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو. نتلقى الكثير من الأسئلة حول كيفية شحن هذه البطاريات. وقد سبق ذكر هذا في بعض المقالات. وبما أن هذا الموضوع عليه طلب كبير، فقد قررنا إدراجه في تدوينة منفصلة.

كيفية شحن وتشغيل بطاريات Li─Pol بشكل صحيح؟

الآن مباشرة حول كيفية شحن بطاريات الليثيوم بوليمر وتشغيلها السليم. عليك أولاً أن تفهم أن بطارية الليثيوم بوليمر يجب أن يكون لها جهد ضمن حدود معينة طوال فترة الخدمة بأكملها. تتراوح هذه الحدود في معظم الحالات من 2.7 إلى 4.2 فولت. تتوافق هذه القيم مع الحد الأدنى والحد الأقصى للرسوم.

ومن الجدير أيضًا أن نفهم أن سعة البطارية تمثل كمية الطاقة المخزنة التي تطلقها عند تفريغها بالكامل من شحنها بنسبة 100%. غالبًا ما يكون لهذه البطاريات عتبة جهد أعلى تقتصر على 4.1 فولت. يؤدي هذا إلى تقليل السعة قليلاً، ولكنه يزيد من عمر البطارية.بعد كل شيء، فإن الحالات الحدودية (الشحن الكامل والتفريغ) ضارة ببطاريات Li─Pol. ويفسر ذلك حقيقة أنه في هذه الحالة، يتم تضمين أيونات الليثيوم إلى أقصى حد في الشبكة البلورية للكاثود أو الأنود. إن التواجد في مثل هذه الحالات الحدودية حتى لفترة قصيرة يؤثر سلبًا على مدة خدمتها.

لذلك، يمكنك تحقيق أقصى عمر خدمة لبطارية الليثيوم بوليمر من خلال الحفاظ على مستوى شحنها عند 40-60 بالمائة. غالبًا ما تحتوي البطاريات القابلة لإعادة الشحن المعروضة للبيع على هذا المستوى من الشحن تقريبًا. ويمكن للمستخدم التحكم في هذه الحدود بنفسه، كما يتم التحكم في الحد الأدنى والحد الأقصى لشحن البطارية من خلال لوحة خاصة. يطلق عليه جهاز التحكم في الشحن والتفريغ.

يمكن نصح المستخدمين بشحن البطارية دون الانتظار حتى يتم تفريغها بالكامل. أيضًا، لا يجب عليك شحنه إلى أقصى طاقته. عند شحن 80%، من الممكن تمامًا فصله عن المحول. يبقى فقط أن نضيف أنه في الأجهزة الإلكترونية (الأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية) غالبًا ما يتم استكمال تشغيل لوحة التحكم بدائرة طاقة في الجهاز نفسه.

ما الذي يجب أن يتذكره المستخدمون عند شحن البطارية؟

هناك عدد من القواعد البسيطة للمستخدم عند استخدام بطاريات Li─Pol:

• لا تدع البطارية تنخفض إلى الحد الأدنى. لا يُنصح على وجه الخصوص بالانتظار حتى يتم إيقاف تشغيل الهاتف أو الجهاز اللوحي أو ما إلى ذلك. إذا حدث ذلك، قم بشحن البطارية على الفور؛
• لا تخف من إعادة الشحن بشكل متكرر. أي استخدم المنفذ في أي وقت مناسب. إذا لم تكن بطارية الليثيوم مشحونة بالكامل، فلن يضرها الشحن المتكرر. يمكنك، على سبيل المثال، استخدام الكمبيوتر المحمول لشحن هاتفك. للقيام بذلك، ما عليك سوى توصيله بمنفذ USB. يمكنك أيضًا تجديد شحن البطارية قليلاً من ولاعة السجائر في السيارة، إذا كان لديك المحول المناسب. ولا بأس إذا لم تقم بشحن البطارية بالكامل. على العكس من ذلك، هذا هو الوضع الأفضل لبطاريات Li─Pol؛
• قد يحدث شحن زائد للبطارية حتى أثناء التشغيل العادي لوحدة التحكم. قد يكون السبب في ذلك زيادة في درجة الحرارة. على سبيل المثال، تكون البطارية مشحونة بالكامل وتقوم وحدة التحكم بفصل العلبة عن الشحن. إذا واصلت شحن الجهاز، فقد يصبح دافئًا قليلاً. وفقا لذلك، سوف تسخن البطارية أيضا. جنبا إلى جنب مع درجة الحرارة، يزيد شحن البطارية أيضا. وهذا لا يساعد على زيادة العمر التشغيلي لبطارية الليثيوم بوليمر؛
• من الناحية المثالية، ينبغي أن يكون شحن بطارية Li-Pol بنسبة 50 بالمائة. في الظروف الحقيقية هذا أمر صعب. لكن الحفاظ على الشحن في حدود 30-80 بالمائة أمر ممكن تمامًا.

تعد بطارية الليثيوم بوليمر نسخة محسنة من بطارية الليثيوم أيون التقليدية. يتمثل الاختلاف الرئيسي بينها في استخدام مادة بوليمر خاصة، حيث يتم استخدام شوائب موصلة بالليثيوم تشبه الهلام كملء. يُستخدم هذا النوع من البطاريات في العديد من موديلات الأجهزة المحمولة والهواتف والأجهزة الرقمية والسيارات التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو وما إلى ذلك.

لا يمكن لبطارية الليثيوم بوليمر التقليدية المخصصة للاستخدام المنزلي توفير الكثير من التيار. ومع ذلك، توجد اليوم أنواع خاصة من الطاقة لهذه الأجهزة يمكنها توصيل تيار أكبر بعدة مرات من سعته بالأمبير-ساعة.

تصميم بطارية ليثيوم بوليمر

الفرق بين تخزين طاقة الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون هو نوع المنحل بالكهرباء المستخدم. تستخدم بطاريات البوليمر بوليمرًا خاصًا بمحلول يحتوي على الليثيوم، بينما تستخدم بطاريات الأيونات إلكتروليتًا هلاميًا عاديًا. تستخدم أنظمة الطاقة في معظم الموديلات الحديثة بطارية ليثيوم بوليمر. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه يوفر تيارات تفريغ أكثر قوة. ومع ذلك، لا يوجد تقسيم صارم للغاية بين هذه الأنواع من البطاريات، لأنها تختلف فقط في طبيعة المنحل بالكهرباء. وينطبق هذا على ميزات الشحن والتفريغ وقواعد التشغيل واحتياطات السلامة.

الخصائص الرئيسية

تعتبر بطارية الليثيوم بوليمر الحديثة التي لها نفس الكتلة أكثر استهلاكًا للطاقة بشكل ملحوظ من بطاريات النيكل والكادميوم (NiCd) وبطاريات هيدريد معدن النيكل (NiMH). لديهم عدد من دورات التشغيل حوالي 500-600. دعونا نتذكر أنه بالنسبة لـ NiCd يبلغ 1000 دورة، وبالنسبة لـ NiMH فهو حوالي 500. مثل أيون الليثيوم، فإن حاملات البوليمر أيضًا تتقادم بمرور الوقت. لذلك، بعد عامين، ستفقد هذه البطارية ما يصل إلى 20٪ من سعتها.

أنواع بطاريات الليثيوم بوليمر الطاقة

يوجد اليوم نوعان رئيسيان من هذه البطاريات - القياسية وسريعة التفريغ. وهي تختلف في مستوى الحد الأقصى لتيار التفريغ. يُشار إلى هذا المؤشر إما بوحدات سعة البطارية أو بالأمبير. في معظم الحالات، لا يتجاوز الحد الأقصى لمستوى التفريغ الحالي 3C. ومع ذلك، يمكن لبعض النماذج إنتاج تيار قدره 5C. في أجهزة التفريغ السريع، يسمح بتيار تفريغ يصل إلى 8-10C. ومع ذلك، لا يتم استخدام نماذج التفريغ السريع للأجهزة المنزلية.

ميزات التطبيق

يمكن أن يؤدي استخدام بطارية ليثيوم بوليمر إلى زيادة وقت تشغيل المحرك الكهربائي بشكل كبير مع تقليل وزن البطارية نفسها. لذلك، إذا قمت باستبدال بطارية NiMH عادية بسعة 650 مللي أمبير في الساعة ببطاريتين عاديتين من الليثيوم بوليمر، فيمكنك الحصول على طاقة أكبر بثلاث مرات من الطاقة. علاوة على ذلك، ستكون هذه البطارية أخف وزنا بأكثر من 10 جرام. إذا كنت تأخذ بطاريات سريعة التفريغ، فيمكنك تحقيق أداء أعلى. سيكون هذا النظام خيارا ممتازا ليس فقط للنماذج الصغيرة من الطائرات أو المروحيات، ولكن أيضا للأجهزة الرائعة التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو.

بطاريات الليثيوم بوليمر، على عكس بطاريات الليثيوم أيون، كان أداؤها جيدًا في طائرات الهليكوبتر الصغيرة مثل Hummingbird وPiccolo. يمكن لنماذج مماثلة ذات محركات عاكسة تقليدية أن تطير على بطاريتين بوليمر لمدة نصف ساعة. عند استخدام محرك بدون فرش، تزيد هذه المرة إلى 50 دقيقة. ويعتبر هذا النوع من البطاريات خيارًا مثاليًا للطائرات الداخلية خفيفة الوزن. يتم تحديد كفاءتها في هذه الحالة من خلال وزنها الخفيف مقارنةً ببطاريات NiCd.

المنطقة الوحيدة التي تكون فيها بطارية الليثيوم بوليمر أدنى من بطارية NiCd هي استخدامها في الأجهزة ذات تيارات التفريغ العالية جدًا التي تصل إلى 50 درجة مئوية. ومع ذلك، فمن الممكن تمامًا ظهور بطاريات أكثر قوة من هذا النوع في غضون سنوات قليلة. . وفي الوقت نفسه، فإن أسعار بطاريات الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون وبطاريات NiCd هي نفسها تقريبًا لنفس كتلة الأجهزة.

ميزات العملية

قواعد التشغيل لبطاريات الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون متشابهة إلى حد كبير. عند استخدام بطارية بوليمر، يجب عليك تجنب بعض المواقف الخطيرة التي يمكن أن تسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه لها:

• شحن الجهاز بجهد 4.2 فولت لكل جرة؛
• التفريغ بتيارات ذات سعة تحميل تتجاوز السعة المناسبة؛
• التفريغ بجهد أقل من 3 فولت لكل خلية؛
• خفض ضغط البطارية
• تسخين الجهاز فوق 60 درجة.
• تخزين طويل الأمد في حالة تفريغها بالكامل.

تتعرض بطاريات الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون لخطر الحريق عند ارتفاع درجة حرارتها أو تفريغها بشكل زائد. ولمكافحة هذه الظاهرة، تم تجهيز جميع البطاريات الحديثة بنظام إلكتروني مدمج يمنع التفريغ الزائد أو ارتفاع درجة الحرارة. ولهذا السبب تتطلب بطارية الليثيوم بوليمر خوارزميات شحن خاصة.

شاحن

لا تختلف عملية شحن بطاريات الليثيوم بوليمر عمليا عن شحن بطاريات الليثيوم أيون. يتم شحن معظم بطاريات الليثيوم بوليمر بتيار شحن يبدأ من 1C خلال 3 ساعات تقريبًا. لتحقيق الشحن الكامل، من الضروري أن يكون جهد البطارية مطابقًا للحد العلوي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الشرط الضروري هو تقليل تيار الشحن إلى 3٪ من القيمة الاسمية. علاوة على ذلك، أثناء هذا الشحن، تظل هذه البطارية دائما باردة. إذا كنت تريد إبقاء البطارية مشحونة باستمرار، فمن المستحسن إعادة شحنها مرة واحدة تقريبًا كل 500 ساعة، أي ما يعادل 20 يومًا. كقاعدة عامة، يتم الشحن عادة عندما ينخفض ​​الجهد عند أطراف البطارية إلى 4.05 فولت. يتوقف الشحن بعد أن يصل الجهد عند المحطات إلى 4.2 فولت.

درجة حرارة الشحن

يمكن شحن معظم بطاريات الليثيوم بوليمر عند درجة حرارة تتراوح من 5 إلى 45 درجة وبتيار يبلغ 1 درجة مئوية. إذا كانت درجة الحرارة في حدود 0 إلى 5 درجات، فمن المستحسن التبديل إلى تيار 0.1 درجة مئوية. الشحن في درجات حرارة أقل من الصفر محظور تمامًا في هذه الحالة. تقليديا، يعتقد أن الظروف الأكثر ملاءمة للشحن هي 15-25 درجة. نظرًا لأن جميع عمليات الشحن في بطاريات الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون متطابقة تقريبًا، فيمكن استخدام نفس أجهزة الشحن لها.

شروط التفريغ

تقليديًا، يتم تفريغ هذا النوع من البطاريات بجهد 3.0 فولت لكل بطارية. ومع ذلك، يجب تفريغ بعض أنواع الأجهزة عند حد أدنى يبلغ 2.5 فولت. توفر الشركات المصنعة للأجهزة المحمولة عتبة إيقاف تبلغ 3.0 فولت، والتي ستكون مناسبة لأي نوع من البطاريات. أي أنه مع تفريغ البطارية أثناء تشغيل الجهاز المحمول، ينخفض ​​الجهد الكهربائي تدريجيًا، وعندما يصل إلى 3.0 فولت، يحذرك الجهاز تلقائيًا وينطفئ. ومع ذلك، لا يزال الجهاز مستمرًا في استهلاك بعض الطاقة من البطارية. يعد هذا مطلوبًا لاكتشاف وقت الضغط على زر الطاقة أو لوظائف أخرى مماثلة. كما يمكن استخدام الطاقة هنا لدائرة الحماية والتحكم الخاصة بها. علاوة على ذلك، لا يزال المستوى المنخفض من التفريغ الذاتي من سمات حاملات الليثيوم بوليمر. لذلك، إذا تركت هذه البطاريات لفترة طويلة، فقد ينخفض ​​​​الجهد فيها إلى أقل من 2.5 فولت، وهو أمر ضار للغاية. قد يتم تعطيل جميع أنظمة الحماية والتحكم الداخلية. ونتيجة لذلك، لم يعد من الممكن شحن هذه البطاريات بأجهزة الشحن التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، فإن التفريغ الكامل ضار جدًا بالبنية الداخلية للبطارية. لذلك، يجب شحن البطارية الفارغة تمامًا في المرحلة الأولى بتيار لا يقل عن 0.1 درجة مئوية.

درجة الحرارة أثناء التفريغ

تعمل بطارية الليثيوم بوليمر بشكل أفضل في درجة حرارة الغرفة. إذا كنت تستخدم جهازك في بيئات أكثر حرارة، فقد ينخفض ​​عمر البطارية بشكل كبير. أما بالنسبة لبطارية الليثيوم أيون فإن هذه البطارية تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المرتفعة. في البداية، يمنع زيادة المقاومة الداخلية للبطارية، وهو ما يعتبر نتيجة لتقدم السن. ومع ذلك، بعد ذلك ينخفض ​​إنتاج الطاقة وتؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تسريع عملية الشيخوخة بسبب زيادة المقاومة الداخلية.

تتميز بطارية الليثيوم بوليمر بظروف تشغيل مختلفة قليلاً، لأنها تحتوي على إلكتروليت جاف وصلب. درجة الحرارة المثالية لتشغيلها هي 60-100 درجة. لذلك، أصبح حامل الطاقة هذا خيارًا مثاليًا لمصادر الطاقة الاحتياطية في المناطق ذات المناخ الحار. يتم وضعها خصيصًا في مبيت عازل للحرارة مزود بعناصر تسخين مدمجة تعمل بالطاقة من شبكة خارجية.

• تتمتع بطارية الليثيوم بوليمر بقدرة ومتانة فائقة مقارنة ببطارية الليثيوم أيون.
• سهولة الاستخدام في الظروف الميدانية عندما لا تكون هناك طريقة للتحكم في درجة الحرارة.
• كثافة طاقة عالية لكل وحدة وزن وحجم.
• انخفاض التفريغ الذاتي.
• عناصر رقيقة لا تزيد عن 1 مم.
• مرونة الشكل.
• لا يوجد تأثير الذاكرة.
• تتراوح درجة حرارة التشغيل الواسعة من -20 إلى +40 درجة مئوية.
• انخفاض ملحوظ في الجهد أثناء التفريغ.

عيوب بطاريات الليثيوم بوليمر:

• كفاءة منخفضة عند درجات حرارة -20 درجة وأقل.
• غالي السعر.

مميزات بطاريات الليثيوم بوليمر وقواعد تشغيلها

بطارية ليثيوم بوليمر هي نسخة معدلة من بطاريات الليثيوم أيون. والفرق الرئيسي هو استخدام مادة البوليمر التي تعمل بمثابة المنحل بالكهرباء. تتم إضافة شوائب موصلة مع مركبات الليثيوم إلى هذا البوليمر. وقد تم تطوير هذه البطاريات بنشاط في السنوات الأخيرة وتستخدم في الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والنماذج التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو وغيرها من المعدات. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم غير قادرة على توصيل تيارات تفريغ عالية، إلا أن بعض الأنواع الخاصة من بطاريات البوليمر يمكنها توصيل تيارات تتجاوز قدرتها بشكل كبير. نظرًا لأن بطاريات الليثيوم بوليمر تنتشر بسرعة في السوق، فأنت بحاجة إلى فهم تصميمها وقواعد التشغيل واحتياطات السلامة عند التعامل معها. سيتم مناقشة هذا في مادتنا اليوم.

تتمثل ميزة استبدال المنحل بالكهرباء العضوي السائل بالبوليمر في زيادة أمان تشغيل البطارية. هذا مهم جدًا لبطاريات الليثيوم. لقد كان الاستخدام الآمن للأغراض التجارية هو الذي أعاق تطويرها منذ البداية. بالإضافة إلى ذلك، يمنح المنحل بالكهرباء البوليمر المزيد من الحرية عند اختيار شكل البطارية.

يعتمد تصميم بطاريات Li─Pol على عملية انتقال عدد من البوليمرات إلى حالة شبه موصلة عند إدخال أيونات الإلكتروليت فيها. في هذه الحالة، تزيد الموصلية عدة مرات. كان الباحثون مشغولين بشكل رئيسي باختيار إلكتروليت بوليمر للبطاريات ذات نماذج الليثيوم المعدني وأيون Li─Ion. من الناحية النظرية، يمكن زيادة كثافة الطاقة لبطاريات البوليمر عدة مرات مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون. اليوم، يمكن تمييز عدة مجموعات من بطاريات Li─Pol، والتي تختلف في تكوين المنحل بالكهرباء:

• مع إلكتروليت متجانس يشبه الهلام. يتم الحصول عليه نتيجة لإدخال أملاح الليثيوم في بنية البوليمر.
• مع المنحل بالكهرباء البوليمر الجاف. ويصنع هذا النوع من أكسيد البولي إيثيلين مع أملاح الليثيوم المختلفة؛
• إلكتروليت على شكل مصفوفة بوليمرية صغيرة المسام يتم فيها امتصاص المحاليل غير المائية لأملاح الليثيوم.

إذا قارنا البوليمر والإلكتروليتات السائلة، تجدر الإشارة إلى انخفاض الموصلية الأيونية للأول. وينخفض ​​بشكل ملحوظ عند درجات الحرارة تحت الصفر. لذا، كانت إحدى المشكلات هي اختيار تركيبة لمحلول إلكتروليت ذي موصلية عالية. وكانت المهمة الثانية المهمة هي توسيع نطاق درجة حرارة تشغيل بطاريات البوليمر. نماذج بطاريات الليثيوم بوليمر المستخدمة في التكنولوجيا الحديثة ليست أقل شأنا في خصائصها من Li-Ion.

نظرًا لعدم وجود إلكتروليت سائل في بطارية البوليمر، فإن سلامتها التشغيلية أعلى بكثير. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيعها بأي شكل وتكوين تقريبًا.

حاويات بعض النماذج، التي تحتوي على الجرة نفسها، مصنوعة من البوليمر المعدني. بسبب تبلور المنحل بالكهرباء البوليمر، يتم تقليل معلمات هذه البطاريات بشكل كبير في درجات حرارة منخفضة.

هناك تطورات في بطاريات البوليمر ذات الأنود المعدني. تمكن العلماء من تحقيق كثافة تيار عالية وتوسيع كبير في نطاق درجة حرارة التشغيل. يمكن أيضًا استخدام هذه الأنواع من البطاريات في العديد من الأجهزة الإلكترونية المحمولة والأجهزة المنزلية. العديد من الشركات الرائدة تنتج بالفعل مثل هذه البطاريات.

علاوة على ذلك، قد يكون لدى الشركات المصنعة المختلفة مواد قطب كهربائي مختلفة، وتكوين المنحل بالكهرباء، وتكنولوجيا التجميع نفسها. لهذا السبب، فإن معلمات هذه البطاريات مختلفة جدًا. ومع ذلك، تتفق جميع الشركات المصنعة على أن استقرار عملية Li─Pol يتأثر بشدة بتجانس إلكتروليت البوليمر. ويعتمد ذلك على درجة حرارة البلمرة ونسبة المكونات.

الآن تم إجراء العديد من التجارب التي تثبت ارتفاع مستوى أمان بطاريات البوليمر مقارنة بالبطاريات الأيونية. ينطبق هذا على الشحن الزائد والتفريغ المتسارع والاهتزاز والضغط وقصر الدائرة وثقب بطاريات الليثيوم بوليمر. لذا فإن هذا النوع من البطاريات يتمتع بأفضل فرص التطوير. فيما يلي نتائج اختبارات التشغيل الآمن لبطاريات Li─Pol.

نوع الاختبار
نوع الاختبار	بطارية مع إلكتروليت جل بوليمر	بطارية بالكهرباء السائلة
ثقب بإبرة	لم تكن هناك تغييرات	انفجار، دخان، تسرب الإلكتروليت، ارتفاع درجة الحرارة حتى 250 درجة مئوية
تسخين حتى 200 درجة مئوية	لم تكن هناك تغييرات	انفجار، تسرب المنحل بالكهرباء
تيار الدائرة القصيرة	لم تكن هناك تغييرات	تسرب المنحل بالكهرباء، وزيادة درجة الحرارة بمقدار 100 درجة مئوية
إعادة الشحن (600%)	الانتفاخ	انفجار، تسرب المنحل بالكهرباء، وارتفاع درجة الحرارة بمقدار 100 درجة مئوية

هناك أمثلة على بطاريات الليثيوم بوليمر التي يبلغ سمكها 1 ملم. تسمح هذه النماذج لمصممي الأجهزة المحمولة بإنشاء معدات مدمجة للغاية. وهذا يفتح إمكانيات جديدة لتقليل حجم الأجهزة الإلكترونية. لتقليل المقاومة الداخلية لبطاريات Li-Pol، تتم إضافة إلكتروليت هلامي. تستخدم البطاريات المستخدمة في الهواتف المحمولة هذا النوع من الإلكتروليت. فهي تجمع بين ميزات بطاريات البوليمر والأيون.

ما الفرق بين بطاريات Li─Ion وLi─Pol؟ أنها ترتبط وقريبة في خصائصها الكهربائية. لكن نماذج البوليمر تستخدم المنحل بالكهرباء الصلب. تتم إضافة مكون الهلام إلى المنحل بالكهرباء لتقليل المقاومة الداخلية للبطارية وتحفيز عمليات التبادل الأيوني.

من حيث كثافة الطاقة، تتمتع بطاريات الليثيوم بوليمر بكثافة طاقة محددة أعلى بـ 4-5 مرات وأعلى بـ 3-4 مرات. كلا النوعين ينتميان إلى . يتم إجراء المقارنة معهم، حيث أن بطاريات الليثيوم قد حلت محل البطاريات القلوية إلى حد كبير في الأجهزة الإلكترونية المحمولة.

تحتوي بطاريات Li-Pol على مورد يتراوح من 500 إلى 600 دورة تفريغ شحن (عند تيار تفريغ يبلغ 2 درجة مئوية). وفقا لهذا المؤشر، فهي أدنى من الكادميوم (1 ألف دورة) وتتوافق تقريبا مع هيدريد المعدن. يتم تحسين تكنولوجيا الإنتاج والتصميم باستمرار، وفي المستقبل، ربما تتحسن الخصائص. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه خلال عام أو عامين تفقد بطارية البوليمر حوالي 20٪ من سعتها. في هذه المعلمة تتوافق مع البطاريات الأيونية.

تجدر الإشارة إلى أنه من بين بطاريات البوليمر للاستخدام التجاري هناك فئتان كبيرتان. هذه هي التفريغ المنتظم والسريع. غالبًا ما يطلق على هذا الأخير اسم "مرحبًا بالتفريغ". الفرق بين هذه المجموعات هو الحد الأقصى المسموح به لتيار التفريغ. ويمكن الإشارة إليها بالقيمة المطلقة أو كمضاعف للسعة الاسمية.

على سبيل المثال، 3C. بالنسبة للبطاريات التقليدية، لا يزيد الحد الأقصى لتيار التفريغ عن 3-5 درجات مئوية. تتمتع نماذج التفريغ السريع بتيار تفريغ أقصى يبلغ 8─10 درجة مئوية. يبلغ وزن البطاريات سريعة التفريغ حوالي 20 بالمائة أعلى من وزن الطرازات القياسية. تحتوي علامات هذه البطاريات على الرمزين HC أو HD.

تشير KKM2500 إلى طراز عادي بسعة 2500 مللي أمبير في الساعة، وتشير علامة KKM2000HD إلى بطارية سريعة التفريغ بسعة 2000 مللي أمبير في الساعة. لا يتم استخدام نماذج التفريغ السريع في الأجهزة المنزلية والإلكترونيات الاستهلاكية. لا تستطيع بطاريات الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية تحمل تيارات التفريغ العالية، وبالتالي فهي مجهزة بالحماية ضد أوضاع التشغيل هذه.

تنشأ مجالات تطبيق بطاريات الليثيوم بوليمر من المهام التي تم تحديدها أثناء تطويرها. وهذا يزيد من وقت تشغيل الجهاز ويقلل من وزنه. تعمل نماذج Li─Pol القياسية في العديد من الأجهزة الإلكترونية ذات الاستهلاك الحالي المنخفض. هذه هي أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية وأجهزة القراءة الإلكترونية والأجهزة اللوحية.

تسمى النماذج التي توفر التفريغ السريع أيضًا "الطاقة". يتم استخدامها في الأجهزة التي تتطلب استهلاكًا عاليًا للتيار. المجال الأكثر شهرة لتطبيق بطاريات "الطاقة" هو النماذج التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو. هذا السوق هو الأكثر جاذبية لمصنعي بطاريات البوليمر. في مجال تشغيل الأجهزة ذات تيارات التفريغ العالية جدًا (حتى 50 درجة مئوية)، تكون بطاريات الليثيوم بوليمر أدنى من البطاريات القلوية. ربما ستتغلب نماذج الليثيوم في المستقبل على هذا القيد. من حيث السعر، فهي تقريبًا نفس هيدريد معدن النيكل.

تشغيل بطاريات الليثيوم بوليمر

أمان

تتطلب بطاريات الليثيوم بشكل عام، وبطاريات البوليمر بشكل خاص، معالجة دقيقة إلى حد ما أثناء التشغيل. ما تحتاج إلى تذكره عند استخدام بطاريات Li─Pol:

• يعد شحن البطارية الزائد ضارًا (أكثر من 4.2 فولت لكل خلية بطارية)؛
• لا ينبغي السماح بدوائر كهربائية قصيرة؛
• من غير المقبول تفريغ البطارية بتيارات تؤدي إلى تسخين البطارية لأكثر من 60 درجة مئوية؛
• لا يمكن خفض ضغط البطارية؛
• لا تقم بتفريغ البطارية أقل من 3 فولت؛
• التدفئة فوق 60 درجة غير مقبولة.
• لا يسمح بالتخزين المفرغ.

يمكن أن يؤدي عدم اتباع هذه القواعد إلى نشوب حريق في أسوأ الأحوال، وفقدان كبير للسعة في أحسن الأحوال.

وفي هذا الصدد يمكننا تقديم عدة توصيات للاستخدام الآمن لبطاريات الليثيوم بوليمر. أولاً، يجب عليك شراء شاحن عالي الجودة وضبط الإعدادات الصحيحة عليه. بالإضافة إلى ذلك، يوصى باستخدام موصلات لا تسمح بوجود دوائر قصيرة. تأكد من مراقبة التيار الذي يستهلكه الجهاز.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أنك بحاجة إلى مراقبة نظام درجة الحرارة ومنع ارتفاع درجة حرارة بطارية البوليمر. هذه هي نقطة الضعف في جميع بطاريات الليثيوم. إذا ارتفعت حرارة البطارية إلى 70 درجة، يبدأ فيها رد فعل تلقائي يحول الطاقة إلى حرارة. والنتيجة هي الاشتعال وأحيانا الانفجار. إذا كان من الممكن التحكم في جهد البطارية، فيجب مراقبته عن كثب بشكل خاص في نهاية التفريغ.

سبب آخر لفشل بطاريات الليثيوم هو انخفاض الضغط. لا ينبغي بأي حال من الأحوال أن يخترق الهواء داخل علبة بطارية البوليمر. في البداية، تكون العلبة محكمة الغلق ولا يجب أن تتعرض للصدمات أو السقوط. إذا كنت تقوم بلحام الخيوط، فأنت بحاجة إلى القيام بذلك بحذر شديد.

قبل تخزين بطارية البوليمر، يوصى بشحنها جزئيًا. يجب تخزين البطارية في مكان بارد بعيدا عن أشعة الشمس المباشرة. مثل جميع البطاريات، تتميز بطاريات الليثيوم بوليمر بالتفريغ الذاتي، ولكنها أقل من بطاريات الرصاص أو القلوية.