バッテリーはかつて重くて不器用なオブジェクトであり、そのサイズと重量に対して途方もなく低い電力を生成していました。幸いなことに、テクノロジーは時間の経過とともに向上し、2020年には、モバイルプロジェクトに必要なだけの電力を供給する優れた高出力リチウムポリマーバッテリーがあります。ただし、それらを使用する際に留意すべき点がいくつかあります。そのため、プロジェクトでLiPoを適切に使用する方法に関する初心者向けガイドを読むことをお勧めします。
たくさんの種類！
最初の商用リチウムイオン電池は1991年に市場に参入し、過去30年間で急速な進歩を遂げてきました。その結果、私たちは多くの異なる技術と種類のバッテリーを、使用するデザインと材料の種類で分けています。バッテリーを適切に取り扱うためには、どのタイプを手にしたかを知ることが重要であり、これに注意を払うことが非常に重要です。
ラップトップからのリチウムイオン18650セル。このようなキットは通常、ニッケルストリップでスポット溶接されています。
通常、リチウムイオンまたはLiイオン電池は、全体として充電式リチウム電池の技術全体と呼ばれますが、これは多くの場合、円筒形の金属ボディを備えた従来のセルの名前です。 1つのオプションは非常に尊敬されている18650ですが、多くのオプションとサイズがあります。頑丈な船体は、大きな物理的ストレスを経験するため、車両での使用に人気があります。
リチウムポリマー、またはLi-Poは、液体ではなくポリマー電解質を使用するリチウムイオン電池を指します。このおかげで、さまざまな形の容器の形で作ることができます。この柔軟性により、大容量のバッテリーとフラットな形状を必要とするスマートフォンやタブレットなどのアプリケーションに役立ちます。また、軽量で飛行車両に大きな利点をもたらすため、無線制御モデルでもよく使用されます。
無線制御モデルで使用するためのリチウムポリマーパッケージバッテリー。
Lithium-HV（高電圧リチウム電池）は、プラス端子に特殊なシリコングラフェン添加剤を使用し、高電圧による損傷を防ぐリチウムポリマー電池です。ほとんどのリチウム電池を4.2Vを超える電圧まで充電すると、容量が大幅に失われ、寿命が著しく短くなります。この添加剤を使用すると、セルはそのような悪影響なしに最大4.32Vまで充電できます。電圧を上げると、従来のリチウムポリマー電池と比較して、エネルギー密度が約10％増加します。
リン酸鉄リチウム電池、またはLiFePO 4、わずかに変更された化学を使用して、わずかに低いエネルギー容量を犠牲にして、より多くの充電/放電サイクルに耐えることができます。これらは、標準的なリチウムイオン化学で一般的な3.0〜4.2の範囲ではなく、3.0V〜3.65Vの範囲で最高のパフォーマンスを発揮します。これと非常に平坦な放電曲線により、多くの場合、12Vリードバッテリーの交換に最適であり、元の6つのセルの代わりに4つが使用されます。それらは通常、より安定しており、時間の経過とともに自己放電や容量の損失の影響を受けにくくなります。
境界を尊重する
間違いは不快な結果につながる可能性があります
ほとんどのタイプのバッテリーと比較して、リチウムセルは乱用を許容しません。下限を下回る放電は銅デンドライトの形成につながり、そのため容量が減少し、短絡が発生する可能性があります。過充電は、リチウムデンドライトを形成する可能性のあるリチウム堆積物によってアノードを損傷する可能性があり、多くの場合、短絡または自立した発熱反応を引き起こします-バッテリーは煙を出し、燃焼し始めます。また、グループ内の各要素は、要素が急速に劣化しないように、すべての隣接要素と同じ電圧レベルに維持する必要があります。
リチウム電池を急速に充電しないことが重要です。周囲温度もバッテリーの性能に大きく影響します。リチウム電池は、特に完全に充電されている場合、凍結温度を好みません。氷点下では充電できません。リチウム金属が負極に堆積し、セルを損傷したり、短絡を引き起こしたりする可能性があるためです。原則として、-5°Cまで充電できますが、これは非常にゆっくりと行う必要があります。さらに、45°Cを超える温度で充電すると、バッテリーが損傷する可能性があります。
指定された制限を超えた場合、せいぜいバッテリーを殺すだけで、最悪の場合、バッテリーが発火して爆発します。さらに、これらの要素は膨潤やガスの発生の影響を受けやすく、一般的に操作にはあまり便利ではないようです。それらに対処するのは難しすぎるように思えるかもしれません。幸いなことに、現代の電子機器はそれらの問題に対処することを学びました。適切な機器と予防措置により、リチウム電池を安全かつ効率的に使用できるようになります。ただし、一緒に作業するすべての人は、潜在的な危険性を理解する必要があります。Bob Baddeleyは、昨年11月にこのトピックに関する優れた記事を公開しました。
バッテリーの操作
個々のセルまたはそのグループを使用する場合、たとえば、無線制御モデルでLiPoバッテリーを使用する場合は、リチウムバッテリー用の特別な充電器を使用するだけで十分です。充電するときは、ワイヤーを接続してバランスをチェックする必要があります[各要素の電圧を個別に測定できます/約。 transl。]、特にバッテリーが完全に放電している場合。スマート充電器を使用すると（特にLiFePO 4と高電圧セルの場合）、最高のバッテリー効率を実現できます。警告灯、ビープ音、または単に自動シャットダウンなど、電圧が低くなりすぎた場合にバッテリーの消耗を防ぐ方法があることを確認してください。
このようなモジュールは、リチウム電池をプロトタイプに統合するのに最適です。
デバイスに統合電池が必要な場合は、専用の保護ボードと充電ボードが適しています。リチウムイオン電池の動作を簡単に監視できる既製のモジュールと集積回路があります。原則として、電圧が低下したときに単に回路を遮断するものから、充電と保護のための複雑なソリューションまで、それらの多くがあります。 Adafruitのような企業は、ボードを自分で設計することなく、便利なバッテリー充電および監視ソリューションを統合しようとしている初心者の電子機器愛好家に最適なモジュールを販売しています。ただし、将来的には自分のボードに簡単に統合できるオープンソースソリューションがあります。
(BMS) 12 , 60 .
自己組織化バッテリーを使用する大規模なプロジェクトには、バッテリー管理システム（BMS）が最適です。 BMSは、セキュリティチップとそれほど違いはなく、より大きなタスク用に設計されています。 BMSは、1ダース以上のセルを備えたバッテリーに一般的に使用され、e-バイクやその他の車両などのプロジェクトでよく使用されます。 BMSはバッテリーに直接はんだ付けされており、各セルに個別に接続されています[並列に接続されたセルのグループに/約。翻訳。]。そのタスクは、要素のバランスを取り、安全のために放電電流を制限し、充電プロセスを制御することです。経験豊富なバッテリーアセンブラーは、BMSをバッテリー自体の本体またはケーシングに統合し、コネクターのみを外側に残すことがよくあります。これにより、ユーザーは完成したバッテリーをプロジェクトに追加するだけで済みます。保護を気にすることなく。
プロジェクトに特別な耐環境性が必要な場合は、バッテリーの温度も監視する必要があります。特に充電中は、セルの温度を追跡することは、バッテリーを損傷から保護するための優れた方法です。最高のチップとBMSには温度追跡機能があります。このレベルの組み立てでは、組み立て中に適切な場所に熱電対を挿入して、すでに自分でバッテリーを作成していることになります。大電流を発生する電池の場合、必ず温度を監視する必要があります。ほとんどすべてのe-バイクと電気自動車には、バッテリーと制御システムの温度を監視するための機器があります。
結果
リチウムイオン電池は危険な場合がありますが、正しく使用すれば、ほとんどのプロジェクトで十分に安全です。重要なのは、適切な機器を使用して、電圧と温度の範囲内にとどまるようにすることです。そうしないと、災害が発生する可能性があります。このガイドが、プロジェクトにリチウム電池を含めることに関する情報の検索に役立つことを願っています。
参照：