リチウムポリマーエチケット:LiPoを操作するための包括的なガイド

このInstructableでは、リチウムポリマーバッテリーの適切な充電、放電、取り扱い、使用、保管、お手入れの基本について説明し、将来のプロジェクトで安全かつ効果的に使用できるようにします。 さて、これは決して情報のすべてではなく、特定の機器の説明書を参照することが常に重要ですが、このInstructableはこれらの素晴らしいバッテリーのテーマに関する知識の良い基礎を提供すると思います。

ステップ1:用語

リチウムポリマー/ LiPo / LiPolyバッテリーを初めて使用する場合は、始める前に知っておくべき用語がたくさんあります。 最初はすべてが少し困難に思えるかもしれませんが、いくつかの基本的な理解があれば、それはすべて非常に単純なので、飛び込みましょう。

LiPoのデータシートまたはケーシングを見ると、多くの仕様があることがわかります。

セルの配置 -xSyP(xとyは整数)の形式を使用して説明します。これにより、バッテリー内のセルの接続方法がわかります。 バッテリーはセルで構成されており、その電圧はセルの化学的性質によって決まり、その容量はセルのエネルギー密度と物理的サイズによって決まります。 Sは直列を表し、Pは並列を表します。 ご存知かもしれませんが、直列はセルの電圧を加算し、並列はセルの容量を加算するため、直列と並列のセルの組み合わせはバッテリーになります。 2番目の画像に示されているバッテリーは、3S1Pの配列を持っていることを示しています。つまり、3つのセルがあり、すべてが並列配線なしで直列になっています。 これは「1P」と表示されているため混乱するかもしれませんが、配置をグリッドと考えてください。 3と1を掛けると、バッテリー内のセルの総数(この場合は3)が得られます。3S2Pバッテリーの場合、3つの直列配線されたセルが2セット並行して、6セルの合計。 多くの場合、ほとんどのパックは1Pであるため、バッテリーについて説明する際に並列配置が省略されます(したがって、3S1Pパックを使用していると言う代わりに、3Sと言うこともできます)。

容量-通常はmAh(ミリアンペア時間)で測定され、これはセルの配置(並列)によって決定され、バッテリーが充電で持続する時間を示します(それほど単純ではありませんが)。 写真のバッテリーに表示されている2600mAhは2.6Ah(アンペア時)に相当します。これは、自動車のSLA(鉛酸鉛)のように、おそらく50Ah程度の大型バッテリーでよく知られている形式です。 2600mAhの容量は、バッテリーが「ジュース」を使い果たす前に、1時間2.6アンペア(したがって「アンペア時間」)、2時間1.3アンペアで放電できることを意味します。 示されているバッテリーは1P配列であるため、各セルの容量は2600mAhです。

電圧-バッテリーの電圧もセルの配置(直列)によって決まります。注目に値するいくつかの一般的な電圧測定値があります。
充電済み-完全に充電されたLiPoセルの電圧は4.20Vであり、これを超える充電はセルに損傷を与えます。
公称-これは、充電と放電の間の3.70Vであるため、一種の「半充電」電圧と見なすことができます。 公称電圧は、メーカーがバッテリーの電圧を説明するときに使用するものです。
放電-放電したLiPoセルの電圧は3.00Vであり、これより下に放電するとセルが確実に損傷します。
示されているバッテリーは3S配列であるため、11.1V(3.70V * 3セル)の公称電圧でマークされています。 完全に充電された3Sパックは12.60V、完全に放電された3Sパックは9.00Vです。

一定のC定格(放電)-一定のC定格(放電に関する)は、バッテリーから常に安全に引き出せるアンプの数を示します。 xC(xは整数)の格付けの「C」は、実際にはAhのバッテリー容量を表しています。 C定格の係数にAhのバッテリー容量を掛けることで、引き出せるアンペアの種類を決定できます。 このバッテリーの場合、容量が2600mAh(2.6Ah)で、C定格が55C(かなり高い、FYI)で、55 * 2.6を掛けて、バッテリーの最大一定出力である143Aを得ることができます。

バーストC定格(放電)-一定のC定格に加えて、より高いバーストC定格もあります。 ほとんどの場合、「バースト」の定格は10秒です。 写真ではバッテリー自体にはマークされていませんが、ドキュメントでは、このバッテリーの10秒のバースト定格は80Cであると書かれています。 したがって、80 * 2.6は208Aバーストです。 それは沢山! そこから多くのアンプが引き出されると、LiPoが長持ちしないことに注意してください。 208Aでは、2600mAhのリポが約45秒続きます。

C定格(充電)-放電のC定格と同じ方法で決定され、 充電のC定格は、バッテリーを安全に充電できるアンペア数を示します。 この情報は通常、すべての安全情報とともにバッテリーの背面に記載されています。 示されているバッテリーの場合、たまたま5Cであるため、13A(2.6 * 5)で充電できます。 充電率については後で詳しく説明します...

ステップ2:バッテリー

バッテリーの理論が裏にあるので、いくつかのLiPoバッテリーを見てみましょう。

すべてのLiPoバッテリーには、放電リードとバランスリード (バランスタップと呼ばれることもあります)から2組のワイヤが出ているはずです。 放電導線は太い線で、プラス(赤、+、アノード)とマイナス(黒、-、カソード)があり、その名前が示すようにLiPoを放電するために使用されます。 バランスリードは、バッテリーを充電するときに使用され、バッテリー内のすべてのセルが等しく充電されるようにします。 通常、バランスコネクタの片側には共通のアース接続があり、バッテリーの各セルへのプラス接続もあります。 そのため、バッテリーのセル数に応じて、ピンの数が異なるバランスコネクタが使用されます。

ステップ3:充電器

LiPoバッテリーを充電するには、LiPo互換充電器を使用する必要があります。 非LiPo充電器でLiPoを充電しようとすると、何かが発火します。 これは購入ガイドではないので、特定の充電器モデルや推奨事項には触れませんが、そこにあるLiPo充電器の90%はまったく同じUIを使用し、同じ基本的な内部構造を持っています。 2つの充電器を比較して、仕様と違いについて話しましょう。

充電器#1:Dynam Supermate DC6
充電器#2:Thunder AC6

電源入力-効率が悪いため、出力よりも多くの電力を充電器に供給する必要があります。 Thunder AC6にはACアダプターが組み込まれているため、壁に直接接続できますが、Supermate DC6では外部PSUが必要です(Thunder AC6は外部PSUからも電力を得ることができますが、家庭での使用にはあまり意味がありません)。 これらの充電器は両方とも最大出力が50Wであるため、50W以上の入力が必要になります。少なくとも60Wを入力します。

出力-先ほど言ったように、ThunderとSupermateの両方の出力は最大50Wです。 ワット数は電圧と電流の積であるため、バッテリーの充電に使用する最大電流はバッテリーの電圧に依存し、逆も同様です。 ただし、充電器には、ワット数の制限に加えて、最大/最小電圧および最大/最小電流出力もあります。 どちらの充電器も、LiPoの電流出力範囲は0.1〜5.0A、電圧範囲は1〜6S(4.2〜25.2V充電)です。 つまり、5A (8.4V * 5A = 42W)で2Sバッテリーを充電できますが、同じ電流を使用して3Sバッテリー(12.6V * 5A = 63W)を充電することはできません。 3Sバッテリーの場合、50W充電器の最大充電電流は3.9A (50W / 12.6V = 3.968A)です。

バランス調整-セルのバランス調整は、LiPoバッテリーの充電で最も重要な部分です。 LiPoバッテリーが使用されると、セルの放電が不均一になり、「不均衡」になる場合があります。 これに対処するには、これらのようなバランス充電器をLiPoバッテリーのバランスリードと放電リードに差し込み、LiPoバッテリー内のセルを個別に充電し、すべてのセルが同じ電圧(4.20 V、覚えていますか?)充電終了までに。 一部のLiPo充電器にはバランス調整機能がないため、その場合は、別のバランサーを購入して使用する必要があります。 スタンドアロンのバランサーの使用経験はあまりないので、それらについては詳しく説明しません。

追加機能-一部の充電器には、温度検出やUSB接続などの追加機能があります。 これらの充電器は両方とも温度センサー入力を備えており、温度が所定の値を超えた場合にバッテリーの充電を停止したい場合に便利です(これについては後で説明します)。 Thunder AC6には、データロギング用のWindowsアプリケーションで動作するUSB​​が搭載されています。 一種のクールですが、ほとんどの場合特に必要ではありません。

ステップ4:その他のギア

バッテリーと充電器に加えて、LiPoの世話をするために必要なものがいくつかあります。

デジタルマルチメーター-充電器の電圧測定値が完全に正確ではない場合があるため、信頼できるマルチメーターに頼って検証できるようにしておくとよいでしょう。 新しいLiPoバッテリーを使用しているときは、充電器から取り出して正しく充電されていることを確認した後、常にマルチメーターで各セルの電圧をチェックします。

低電圧アラーム/カットオフ-これらは、放電中にLiPoバッテリーと組み合わせて使用​​されます。 低電圧アラームまたはカットオフ、またはより一般的に知られているLVCは、バッテリーのバランスコネクタに差し込まれ、各セルの電圧を監視します。 安全な電圧を下回るセル(このしきい値はLVCに依存しますが、通常3.3Vから3.0Vの間)の場合、LVCまたはLVAはライトやブザーで警告するか、さらなる放電を防ぐために電力を遮断します。 通常、LiPoバッテリーで動作する電子機器にはこの機能が組み込まれていますが、LiPoを設計されていないものと一緒に使用する場合は、これらのいずれかまたは同等のものを使用する必要があります。

充電ケース/バッグ -LiPosは、安全上の理由から絶対にオープンスペースで充電しないでください。 LiPo内で何かがうまくいかないと、文字通り炎が飛び出し、何でも簡単に燃え上がります。 ほとんどの人はLiPoをLiPoバッグに入れます。LiPoバッグは、煙を発散させながら炎を閉じ込めることができるパッド入りの耐火スリーブです。しかし、私は弾薬箱方式を好みます。 このInstructableの説明のために、私は屋外でLiPosを充電していますが、充電中はLiPosを安全に保つことがおそらく最も重要なことなので、そうしません。

ステップ5:バランス充電設定

LiPoバッテリーの充電、特にバランス充電は非常に正確なプロセスです。 あなたがそれを間違えた場合、何か悪いことが起こりますが、幸運なことにLiPo充電器は火を起こさないために最善を尽くします。

充電器をセットアップして充電LiPoバッテリーのバランスを取ると、電流と電圧の2つの主要なパラメーターが表示されます。

充電電流 -LiPoバッテリーを充電する電流は、バッテリーの容量と充電C定格によって異なります。 ただし、充電C定格に関係なく、ほとんどの人はLiPosを1Cで充電します。これは、火災の危険とバッテリー寿命の両方の観点から最も安全な速度です。 LiPoを高いレートで充電すると、充電が速くなりますが、高いレートで充電すると、長期的にバッテリーの寿命が短くなります。

充電電圧-これは、充電するバッテリーの公称電圧です。 多くの場合、充電器は、簡単に認識できるように、公称電圧の隣にセル配置(「3S」など)を表示します。 私の充電器は、バランスプラグを介してセルをカウントすることでバッテリーをチェックし、選択した電圧とバッテリーの電圧が一致しない場合は充電しません。これは非常に優れた安全機能です。

以下に、実際のLiPoバランス充電シナリオをいくつか示します。

1Cで充電された2600mAh 3S LiPo
1C * 2.6Ah = 2.6A充電電流
3S * 3.7V = 11.1V充電電圧
2.6A * 12.6V(完全充電電圧)= 32.76Wの消費電力

1Cで充電された1800mAh 2S LiPo
1C * 1.8Ah = 1.8A充電電流
2S * 3.7V = 7.4V充電電圧
1.8A * 8.4V(完全に充電された電圧)= 15.12Wの消費電力

1Cで充電された5000mAh 2S LiPo
1C * 5.0Ah = 5.0A充電電流
2S * 3.7V = 7.4V充電電圧
5.0A * 8.4V(完全充電電圧)= 42.00Wの消費電力

それぞれのバッテリーのこれらの充電はすべて非常に安全で、充電器の能力の範囲内です。 さらに、これらの各充電は、1Cの充電レートで実行されるため、理論上、各電池を「デッド」セルあたり3.00Vから「フル」セルあたり4.20Vまで充電するのに1時間かかります。 実際には、充電時間はバッテリーの放電の程度(ほとんどの場合、3.00V /セルに達する前にバッテリーの使用を停止します)およびセル間の不均衡の程度(不均衡が大きいほど)によって異なります、充電器がそれらのバランスを取るのに時間がかかる)。

さらに説明するために、同じバッテリーを見てみましょうが、今回は2Cで充電します。

2Cで充電された2600mAh 3S LiPo
2C * 2.6Ah = 5.2A充電電流
3S * 3.7V = 11.1V充電電圧
5.2A * 12.6V(完全充電電圧)= 65.52Wの消費電力

2Cで充電された1800mAh 2S LiPo
2C * 1.8Ah = 3.6A充電電流
2S * 3.7V = 7.4V充電電圧
3.6A * 8.4V(完全に充電された電圧)= 30.24Wの消費電力

2Cで充電された5000mAh 2S LiPo
2C * 5.0Ah = 10.0A充電電流
2S * 3.7V = 7.4V充電電圧
10.0A * 8.4V(完全に充電された電圧)= 84.00Wの消費電力

私が所有している充電器は、2Cで2600mAh 3Sバッテリーと5000mAh 2Sバッテリーを充電できないことがわかりますが、他にも多くの充電器があります。 2Cで充電すると、理論的には各充電にわずか30分しかかかりません。 バッテリーを意図したよりも高いレートで充電しないでください。 それでも、1Cを超えるバッテリーを充電することはお勧めしません。定格を超えているかどうかは関係ありません。 バッテリーの能力があり、時間の制約がある場合に実行できますが、高いCレートでの充電を繰り返すと、低いCレートでの充電よりもバッテリーが早く消耗します。

ステップ6:バランス充電

充電するLiPoの充電器を設定したら、次はバッテリー側のすべてのケーブルを接続します。 バランスアダプターを充電器に差し込み、バッテリーのバランスリードをバランスアダプターの適切なスロットに差し込みます(セルカウント用に作られたスロットにのみ収まります)。 次に、充電器の充電リードをバッテリーの放電リードに差し込みます。 充電器とそのアクセサリによっては、さまざまな方法でバッテリーに接続できます。 私の場合、充電器にはさまざまなバナナプラグリードが付属していました。 バッテリーのプラグに接続するリード(Deans Ultraプラグと呼ばれる)を間違って置き忘れたため、充電器のリードに別のプラグを使用し、それとバッテリーの間にアダプターを接続する必要がありました...

すべてが接続されたら、LiPoのバランス充電を開始します。 先ほど言ったように、充電器に起動を指示すると、バッテリーのセルをチェックし、充電を開始する前に設定を確認するように求めます。

LiPo充電器は、最初に「定電流」技術を、次に「定電圧」技術を使用する2つの部分からなるプロセスに従います。 プロセスの「定電流」部分では、充電器は指定されたアンペア数の出力まで上昇し、セル電圧が上昇してもアンペア数を一定に保ちます。 セルが特定のしきい値に達すると、充電器は「定電圧」に切り替わります。 この部分の間、充電器は電流出力を変化させて、バッテリーのすべてのセルを同じ電圧に保ちます。 バランスは、充電プロセスのこの部分で発生します。 充電器が完全に近くなると、電池がセルあたり4.20Vで完全に充電されるまで電流が大幅に低下し、その時点で充電器は停止します。

LiPoの充電中は、温度に注意してください(私はそれに戻ってくると言ったのです!) 適切に機能するLiPoは、充電中に90〜100度Fを超えてはなりません。 それよりも熱くなっていると思われる場合(手で感じる、充電器の温度センサーで読む、または赤外線温度計を使用する)、すぐに充電を停止してください。 充電器内で、温度しきい値でバッテリーへの電力を切るように充電器を設定できます。

ステップ7:ストレージ

LiPoを長期間(数週間から1か月以上)使用する予定がない場合は、適切に保管することをお勧めします。 LiPoストレージの最初のステップは、適切なストレージ電圧まで充電/放電することです。 LiPosは、他のすべての電池化学と同様に、自己放電を行いますが、非常に低いレートです。 放電したままにすると、LiPoは安全な電圧範囲よりもさらに放電する可能性があり、次回充電するときに役に立たず危険です。 完全に充電したままにすると、LiPoのセルのバランスがすぐに崩れます。 LiPoの適切なストレージ電圧は、セルあたり3.85Vです。 ほとんどのLiPo充電器には、セルあたり3.85Vに達するまでバッテリーを充電または放電するストレージ機能があります。

充電器の放電範囲は0.1〜1.0Aであるため、最大ストレージ充電レートは1.0Aなので、できる限り1Cに近く設定し(通常は1.0A全体)、バッテリーに応じて電圧を設定します。保管したい。

LiPoが保管のためにセルごとに適切な3.85Vになったら、LiPoが適切な場所にあることを確認できます。 LiPosは比較的低温(40-45度F)で保存するのが最適であるため、冷蔵庫はそれらに最適な場所です。 火災が発生した場合でも、保管されているバッテリーを保護することをお勧めします。LiPoをLiPoバッグに入れ、LiPoバッグを冷蔵庫に入れることをお勧めします。 ただし、LiPosの場所は冷蔵庫だけではありません。 低湿度で適度な温度の場所ならどこでも十分です。

ステップ8:放電

場合によっては、LiPoを完全に放電する必要があります。 最も可能性の高い理由は、容量を測定することです。容量を正確に判断する唯一の方法は、セルあたり3.0Vからセルあたり4.2Vへの充電(またはセルあたり4.2Vからセルあたり3.0Vへの放電)であるためです。 最後のステップで述べたように、私の充電器の最大放電電流は1.0Aであるため、ほとんどのLiPoを放電するときに使用します(実際に小さくない限り、LiPoを使用するRCカーは常に25-75Aを消費します) 、したがって、1Aは私のバッテリーにとって問題ではありません)。 バッテリーの放電を一定のC定格に戻し、可能な限り最大の一定放電電流に近づけます。

最後のステップで述べた理由により、LiPosを長時間完全に放電したままにしないでください。LiPosを再度充電できなくなる危険があります。

ステップ9:使用法

LiPoバッテリーの世話をするなら、それはあなたの世話をします。 または、少なくともあなたの家を地面に焼かないでください。 LiPosを安全に使用するために従うべきガイドラインを次に示します。

-突いたり、穴を開けたりしないでください。 火事が起こります

-落とさないでください。 火事が起こります

-短くしないでください。 火事が起こります

-過充電しないでください。 火事が起こります

-過熱させないでください。 火事が起こります

-火の中に投げ込まないでください。 より多くの火災が発生します

冗談はともかく、機器に付属の指示に​​従ってください。元気になりますが、常に警戒してください。 LiPoでの作業中は充電器から離れないでください。何か問題が発生した場合は、正しく動作させるために周囲にいるのが良いか、少なくとも少なくするためです。

これらのバッテリーを使用するための最も重要なガイドラインの1つは、次の手順を実行して、LiPoの電気的機能の範囲内で常に機能することです。

-LVCまたは同様のものを使用して、手動またはより良い方法で各セルの電圧を常に監視します

-プロジェクト内のコンポーネントを一致させて、LiPoから過大な電流が流れないようにします。


今後、このInstructableを更新して、情報を追加し、人々の質問に回答する予定です。 それまでの間、このInstructableについて評価とコメントをお願いします。 リチウムポリマーの領域に関する有益な洞察が得られることを願っています!

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