Генерал Дрозд (general_drozd) wrote in engineering_ru,
Генерал Дрозд
general_drozd
engineering_ru

Про зарядное в чемоданчике и немного про Lithium-Po/Ion батареи; или наоборот. часть 1.

Как я уже говорил или писал, не помню, приходится работать с разными типами батарей. И не только в рамках хобби. От литиевых до свинцовых. Если последние худо-бедно неправильно аварийно можно зарядить и простым трансформатором с одной/двумя парами диодов, то с литиевыми такое не пройдёт никак. Под словом "литий" здесь и далее подразумеваются батареи, в которых в роли электролита выступает соединение этого вещества: Li-ion, Li-pol, и лишь отчасти LiFePO4.Причем, доведение клиента батареи до кондиции факела вполне может быть результатом предварительного периода ненадлежащего обслуживания и эксплуатации.
В сети довольно много ссылок и описаний на злобный характер литиевых батарей, ознакомиться можно каждому.

Поскольку получение факела не является целью эксплуатации батарей, то использовать надо специальное зарядное с алгоритмом для лития, а так же соблюдать довольно элементарные правила эксплуатации батарей.

Сначала поговорим о зарядном.
Как  правило, зарядные продают там же, где и батареи для радиомоделей. Ну, магазины, интернет и оффлайновые. Вот например хоббик, откуда много чего заказываю. Оттуда у меня, например, пятиамперная модель зарядного. Для большинства задач, в принципе, хватает.
Есть у этой модели два минуса.
Первое - не удобно хранить и использовать пучок проводов, к тому же оно двухмодульное: power supply unit, он же блок питания - отдельно.
Второе... ну, всё таки редко, но 5А не хватает.

Сперва компоновке и удобстве. Сначала зарядное хранил в чемоданчике.

Зарядное_2

Смею заверить, довольно уродская китайская картонная поделка "под люминь". Воткнул сюда по принципу "больше некуда деваться". Для приведения из транспортного в боевое положение требовалось чересчур много движений руками. Да и сам чемоданчик вызывал эстетические страдания.
И вот недавно макитка в нашем городке стала продаваться по каталогу. И заказал я вот такой артикул:

P6036006

Который даже привезли.
Минус у чемоданчика только один - моими средствами клеить его бесполезно. Возможно, ДХЭ какой нибудь, но цианакрилатные составы не берут даже с активатором, UHU HART тоже, надо бы ещё клей от Тамии для АВС попробовать, но лучше уж без него, любой шов (не в многократный нахлёст) в подобной конструкции практически слабое место.
А вот резать её можно легко и непринуждённо.

P6136077
Красными стрелками показаны места, где внутренняя перегородка уменьшена в высоту, а так же, где закреплен плохо видимый на фото "поводок", удерживающий крышку в промежуточном положении. Под ремни крепления так же прорезаны овальные отверстия. Ремни - Turnigy battery strap.

Черная коробочка приклеена на 3М-овской липучке крючок-петля, чтобы при необходимости снять и достать.

P6136073
Вот параметры питания, которые и вызывают аппаратное ограничение мощности 60ВА.

P6136079
Вот тут видно провод питания от розетки. Во внутренней стенке прорезано отверстие, на болтах прикручено гнездо, в него вставлен старый витой провод от дедушкиной электробритвы. Жила у него достаточная для питания, но очень мягкая (с тканевыми вкраплениями, паять сложно) и рассчитана на много-много перемещений. Пальцем показываю на проводок "нештатного питания", можно крокодилами с самого зарядного ухватиться за любое постоянное напряжение от 11В до 18В.
А ещё в чемоданчике лежат сразу все мои модельные батареи. И на планер ЛЛ-4, и на строящуюся ЛЛ-9, это которые две черные в пластиковом корпусе. А слева под проводом ещё и запасная 2S ещё с ЛЛ-1 и ЛЛ-2, сейчас используется под всякое.

И о непосредственно литиевых элементах.
Используются они почти во всех устройствах, которые сегодня имеют свой аккумулятор. Это телефоны, мобильные ПК, видеокамеры, фотоаппараты, видеорегистраторы, фонари. Да почти в любой предмет ткни.
В инструкциях зачастую пишут всё ниже произнесённое, но, увы, инструкции редко кто читает.

Далее два абзаца, применимых к "бытовым" батареям в разных устройствах.

Во-первых. Устройства с литиевыми батареями нельзя перегревать. Это приводит к ряду неприятных последствий, минимальное из которых - выход из строя устройства. При перегреве/перезаряде первое, что делает ячейка - увеличивается в объёме. Лично препарировал айфон, который стал в два раза толще. Начинка пострадала сильно. Это не только сотовых телефонов касается, препарировал и другие устройства, у которых батарея разорвала корпус и покорёжила печатную плату.
Проще, когда у устройства есть батарейный отсек, тогда только крышку выдавит. Если "батарейка" из плоской стала выпуклой, и крышка её отсека неплотно прилегает, то наберите стакан воды, положите три ложки соли... так, потом от этом. Так вот, такую батарейку эксплуатировать нельзя, можно и возгорания добиться. Напомню, критической считается температура электролита в 75-80 градусов, после чего процесс становится автокаталитическим. Особенно этот пункт касается различных устройств, висящих на торпедо автомобиля, где много солнца и при стоянках нет вентиляции. Навигаторы, регистраторы. Ведь у большинства батарея ещё и встроенная. Итогом, если повезёт, может стать это:
пожар 1
А если не повезёт:
пожар 3


Во-вторых, не стоит переохлаждать элемент и устройство. Тут всё проще. Батарея тихо умрёт, если её заморозить. Потеряет ёмкость.
Но если попытаться её зарядить в обход защит - смотри пункт первый. Бух!

Чем отличаются "бытовые"  аккумуляторные батареи, о которых эти два правила? Тем, что они имеют встроенную защиту.
Возьмём для примера распространённый типоразмер аккумулятора BL-5C. Используется в телефонах, видеорегистраторах, небольших радиоприёмниках и проигрывателях, видел в фонариках и игрушках. Представляет собой односекционную (1S) батарею. Вот он:
Battery_BL_5C_bl5c_for_font_b
Стрелками показаны контактные площадки плюса и минуса. Если же батарею слегка раскурочить то видна там платка маленькая.
Вот такая:
207
Стрелкам показаны те же контактные площадки.

Что же это такое? А это встроенный контроллер заряда-разряда.
Он как раз и предохраняет ячейку батареи от перезаряда и перезаряда. Да, для лития переразряд так же опасен. Нет, бума не будет. Батарея просто тихо умрёт. Нижний порог напряжения на ячейку для лития принят 3В, но очень малым током и без резких его изменений можно опуститься на 2,5В. 3В принято как раз потому, что при резких изменениях тока напряжение может скакнуть ниже 3В, даже будучи до броска гораздо выше.

Однако, на некоторых особо маломощных ячейках с осбственной защитой аппаратный порог отключения 2,5В встречается.

Такие платы от аккумуляторов на одну ячейку я использовал, как основной контроллер на 288х изделиях:
11-й агрегат, много света и чей то хвост
На вход подавались и 5 нокиевских вольт, и 6 вольт с какого-то другого телефонного зарядного. А я контролировал расход, данный контроллер для маломощных ячеек вполне справляется с регулировкой разряда-заряда от стороннего источника.

* Оговорка. Комплектный контроллер есть только в соответствующих стандарту батареях. Встречались и такие, где плата есть, а на ней ничего нет. Просто контактная плата, которая ничего не даёт и не отчего не защищает. На такое порой идут неизвестные производители с понятной целью.
Пример на фото:

mail.google.com
Замполит.

А теперь внимание.
По правилам проектирования техники, использующей литиевые батареи для своего функционирования, требуется дублированная защита/система контроллеров. Какой основной, какой вторичный - не скажу, но в самом аппарате (телефон, ноутбук, регистратор), если он изготовлен вот без таких вот фальшивых плат - есть две ступени защиты. Они могут быть не одинаковы, например, АКБ контролирует как заряд, так и разряд, а в носителе/базе есть только зарядная часть, которая независимо от контроллера аккумулятора выдаёт зарядное напряжение и ток на АКБ.
Но иногда есть две полностью дублированные ступени. Чаще всего при использовании таких вот, "подешевле", батарей и происходит нехорошее в разном объёме. В половине случаев, правда, базовая часть способна компенсировать наличие муляжа аккумуляторной части. Но не во всех.

А теперь ругань. Я уже вижу радостно вытягивающиеся е... рожи, вроде некоторых, встречавшихся на форумах: "Хотелось бы заряжать аккумулятор с минимальными потерями", "Много проблем решается с зарядкой", "Ну а чо, она ж лишняя." Только правила удерживают меня от комментария матом.
Дорогие мои тупые недоношенные бандерлоги. Вы - идиоты. И бати ваши - так же, потому что вас не научили. Я научить не смогу тем более. Но если кто рот откроет по излишки резервирования - грохну. Персонально же вам желаю встречный КАМАЗ небольшой факел в самый ответственный момент.


Ещё раз, не во всех случаях встроенная защита способна компенсировать дурака. И почти никогда не способна компенсировать дурака с инициативой, что, как, считается, сказал А. Н. Туполев - самое страшное из возможного. Поэтому далее читающих считаю разумными и осторожными, договорились?

Вернёмся к батареям. Небольшой подытог.

Литиевые АКБ состоят из секций/ячеек/банок, каждая имеет номинал 3,7В, максимальное 4,2В, нижнее , минимальное аварийное 2,5В.
Напряжение АКБ обозначается обозначается как номинальное, умноженное на количество ячеек. Ячейки маркируются символом S. 1S, 2S, 3S. 3,7В, 7,4, 11,1В соответственно. Нестандартные номиналы напряжения так же встречаются, но крайне редко.
Каждая секция представляет собой герметичный объём. При разгерметизации возможно разное, как потеря ёмкости и смерть, так и возгорание, зависит от условий. При попадании внутрь воды гарантирована экзотермическая реакция, далее смори пункт про температуру. В случае сильного физического воздействия с деформацией этого герметичного объёма возможно внутренне замыкание, резкий разогрев+разряд и, как следствие... правильно, факел. Иногда с взрывным разрывам гермообъёма.

Температурный режим батарей от 0С до 65С, выход за эти пределы опасен или для батареи, или для пользователя. При достижении критической температуры процесс автокаталитичен, остановить практически невозможно.

Батареи кратко классифицируются на бытовые и небытовые, первые характеризуются наличием защиты, зачастую дублированной, более прочным корпусом. Тот же BL-5S под наклейкой имеет металлический корпус самой ячейки.

Встроенные батареи устройств как правило лишены прочного корпуса. Вот пример, батарея от айфона, 1S:

P9022300
Представляет собой плоский герметичный пакет из металлизированной плёнки. В читалках PocketBook такая же, только тоньше. В обоих есть свой контролер. Но оболочка мягкая. Представьте, что будет если в чреве устройства батарея внезапно потолстеет вдвое?

Иногда бытовые батареи похожи на секции, например, типоразмера 18650. Но они, например вот, имеют свой встроенный контроллер разряда-заряда.

Если сказать о батареях для ноутбуков, то они собраны из стандартных элементов, хоть бы  тех же 18650х.
Вот, например, часть начинки АКБ ASUS eeePC:
P7092144
Часть элементов, вышедших из строя, на фото отсутствует.

Батареи для промышленной техники сделаны по аналогичному принципу. Только надёжнее. Вот повреждённая батарея от прибора УЗИ GE LOGIQ Book:

Батарея литиевая_02Батарея литиевая_04
Каждая S-группа, две параллельно соединённых секции стандартного типоразмера, контролируется и заряжается своим силовым ключом. За этот прибор могу утверждать, что в модуле распределения питания самого прибора имеется полное дублирование функций, реализуемых установленным в аккумуляторе.  Я ту часть модуля даже и не открывал, показать не смогу.

Здесь, на этом фото, по непонятным причинам произошло короткое замыкание в аккумуляторе. FET1 и FET2  пришлось менять, все секции тоже. Прибор не пострадал, и что удивительно, большая часть аккумуляторного контроллера заряда - тоже, хотя произошло даже отслоение дорожек.

На основе этого со всей уверенностью можно сделать вывод: при должном исполнении литиевые батареи, основанные на стандартных решениях, при верной эксплуатации большой опасности не представляют. Заложенные в них решения способны погасить отказ, даже тяжелый.

Под должным исполнением имеет смысл считать:
1. металлический корпус ячейки,
2. встроенный контроллер,
3. датчики температуры/малая мощность,
4. дублирование контроллеров на базе,
5. изготовление в соответствии с технологией,
5а. использование негорючих или не поддерживающих горение материалов.

Естественно, ближе всего к идеалу подбирается военное исполнение.
100_0891
Но есть сомнения в его удобстве.


О мощных небезопасных батареях - отдельно.
Tags: безопасность, электричество
Subscribe
promo engineering_ru апрель 30, 2014 15:00 70
Buy for 200 tokens
Originally posted by zilm at Как будут ремонтировать автомобили с углепластиковым кузовом? Когда инженеры BMW создавали свои подзаряжаемые автомобили, они столкнулись с необходимостью снижения веса. Аккумуляторы делают электромобиль или плагин-гибрид тяжелее аналога с ДВС, а…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 26 comments