Batterien waren einst schwere und unangenehme Gegenstände, die für ihre Größe und ihr Gewicht lächerlich wenig Strom lieferten. Glücklicherweise hat sich die Technologie im Laufe der Zeit verbessert, und im Jahr 2020 verfügen wir über großartige Hochleistungs-Lithium-Polymer-Batterien, die so viel Strom liefern, wie Ihr mobiles Projekt benötigt. Es gibt jedoch einige Dinge zu beachten, wenn Sie sie verwenden. Ich empfehle Ihnen daher, eine Anleitung für Anfänger zu lesen, wie Sie LiPo in Ihrem Projekt richtig verwenden.
Es gibt so viele Arten!
Die ersten kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien kamen 1991 auf den Markt, und in den letzten 30 Jahren haben wir rasche Fortschritte erzielt. Infolgedessen verfügen wir über viele verschiedene Technologien und Batterietypen, die nach Art des Designs und den verwendeten Materialien unterteilt sind. Um mit Batterien richtig umgehen zu können, ist es wichtig zu wissen, welchen Typ Sie in die Hände bekommen haben, und es ist sehr wichtig, darauf zu achten.
Lithium-Ionen-18650-Zellen von einem Laptop. Kits wie dieses werden normalerweise mit Nickelstreifen punktgeschweißt.
Normalerweise werden Lithium-Ionen- oder Li-Ionen-Batterien als die gesamte Technologie wiederaufladbarer Lithium-Batterien bezeichnet. Dies ist jedoch häufig der Name für herkömmliche Zellen mit einem zylindrischen Metallgehäuse. Eine Option ist der hoch angesehene 18650, es gibt jedoch viele Optionen und Größen. Ihre robusten Rümpfe haben sie für den Einsatz in Fahrzeugen beliebt gemacht, da sie erheblichen körperlichen Belastungen ausgesetzt sind.
Lithium-Polymer oder Li-Po bezieht sich auf Lithium-Ionen-Batterien, die einen Polymerelektrolyten anstelle eines flüssigen verwenden. Dank dessen können sie in Form von Behältern verschiedener Formen hergestellt werden. Diese Flexibilität macht sie nützlich für Anwendungen wie Smartphones und Tablets, die eine große Akkukapazität und eine flache Form erfordern. Sie werden auch häufig in funkgesteuerten Modellen verwendet, da ihr geringes Gewicht fliegenden Fahrzeugen einen erheblichen Vorteil verschafft.
Lithium-Polymer-Batterien zur Verwendung in funkgesteuerten Modellen.
Lithium-HV- oder Hochspannungs-Lithiumbatterien sind Lithium-Polymer-Batterien, die am Pluspol ein spezielles Silizium-Graphen-Additiv verwenden, das verhindert, dass sie durch Hochspannung beschädigt werden. Wenn Sie die meisten Lithiumbatterien mit einer Spannung von mehr als 4,2 V aufladen, verlieren sie erheblich an Kapazität und ihre Lebensdauer wird spürbar verkürzt. Mit diesem Additiv können Zellen ohne solche negativen Auswirkungen bis zu 4,32 V geladen werden. Durch Erhöhen der Spannung wird die Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Polymer-Batterien um etwa 10% erhöht.
Lithiumeisenphosphatbatterien oder LiFePO 4Verwenden Sie leicht modifizierte Chemie, damit sie mehr Lade- / Entladezyklen auf Kosten einer etwas geringeren Energiekapazität aushalten können. Sie arbeiten am besten im Bereich von 3,0 V bis 3,65 V und nicht im Bereich von 3,0 bis 4,2, der für die Standardlithiumionenchemie typisch ist. Diese und die sehr flache Entladekurve machen sie in vielen Fällen ideal für den Austausch von 12-V-Blei-Säure-Batterien. Anstelle der ursprünglichen sechs Zellen werden vier verwendet. Sie sind normalerweise stabiler, weniger anfällig für Selbstentladung und Kapazitätsverlust im Laufe der Zeit.
Grenzen respektieren
Ein Fehler kann zu unangenehmen Ergebnissen führen.
Im Vergleich zu den meisten Batterietypen tolerieren Lithiumzellen keinen Missbrauch. Entladungen unterhalb der Untergrenze führen zur Bildung von Kupferdendriten, wodurch deren Kapazität abnimmt und ein Kurzschluss auftreten kann. Überladung kann die Anode durch Lithiumablagerungen beschädigen, die Lithiumdendriten bilden können, was häufig zu einem Kurzschluss oder einer sich selbst erhaltenden wärmeerzeugenden Reaktion führt - die Batterie beginnt zu rauchen und zu brennen. Außerdem muss jedes Element in der Gruppe auf dem gleichen Spannungsniveau wie alle seine Nachbarn gehalten werden, damit sich die Elemente nicht zu schnell verschlechtern.
Es ist wichtig, Lithiumzellen nicht zu schnell aufzuladen. Die Umgebungstemperatur wirkt sich auch stark auf die Batterieleistung aus. Lithiumbatterien mögen keine Gefriertemperaturen, besonders wenn sie voll aufgeladen sind. Sie können bei Gefriertemperaturen nicht aufgeladen werden. Denn Lithiummetall kann sich auf der negativen Elektrode ablagern, was die Zelle beschädigen oder einen Kurzschluss verursachen kann. Grundsätzlich können sie bis zu -5 ° C aufgeladen werden, dies muss jedoch sehr langsam erfolgen. Außerdem können Batterien beschädigt werden, wenn sie bei Temperaturen über 45 ° C geladen werden.
Wenn Sie die angegebenen Grenzwerte überschreiten, töten Sie im besten Fall einfach die Batterie, im schlimmsten Fall entzündet sie sich und explodiert. Darüber hinaus sind diese Elemente anfällig für Quellung und Gasentwicklung und scheinen im Allgemeinen nicht sehr praktisch zu sein. Es scheint, als sei es zu schwierig, mit ihnen umzugehen. Glücklicherweise hat die moderne Elektronik gelernt, mit ihren Problemen umzugehen. Die richtige Ausrüstung und Vorsichtsmaßnahmen stellen sicher, dass Lithiumbatterien sicher und effizient verwendet werden können. Jeder, der mit ihnen arbeitet, muss jedoch die möglichen Gefahren verstehen. Bob Baddeley hat letzten November einen ausgezeichneten Artikel zu diesem Thema veröffentlicht .
Arbeiten mit Batterien
Bei der Verwendung einzelner Zellen oder ihrer Gruppen, beispielsweise bei Verwendung von LiPo-Batterien in funkgesteuerten Modellen, reicht es aus, nur ein spezielles Ladegerät für Lithiumbatterien zu verwenden. Während des Ladevorgangs müssen Sie die Drähte anschließen, um den Ausgleich zu überprüfen [Sie können die Spannung an jedem der Elemente separat messen / ca. transl.], insbesondere wenn der Akku vollständig entladen ist. Die beste Akkuleistung kann mit intelligenten Ladegeräten erzielt werden (insbesondere mit LiFePO 4 und Hochspannungszellen). Stellen Sie sicher, dass Sie die Batterie nicht entladen können, wenn die Spannung zu niedrig ist - sei es eine Warnleuchte, ein Piepton oder nur eine automatische Abschaltung.
Module wie diese eignen sich hervorragend zur Integration von Lithiumbatterien in einen Prototyp.
Wenn für Ihr Gerät eine integrierte Batterie erforderlich ist, sind spezielle Schutz- und Ladetafeln für Sie geeignet . Es gibt vorgefertigte Module und integrierte Schaltkreise, mit denen Sie den Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien einfach überwachen können. Im Prinzip gibt es viele davon - von solchen, die bei Spannungsabfall einfach den Stromkreis unterbrechen, bis hin zu komplexen Lösungen zum Laden und Schützen. Unternehmen wie Adafruit verkaufen Module, die sich hervorragend für Anfänger im Bereich Elektronik eignen, die eine praktische Lösung zum Laden und Überwachen von Batterien integrieren möchten, ohne selbst Boards entwerfen zu müssen. Es gibt jedoch Open Source-Lösungen, die sich in Zukunft leicht in Ihr eigenes Board integrieren lassen.
(BMS) 12 , 60 .
Für größere Projekte mit selbstmontierten Batterien sind Batteriemanagementsysteme (BMS) gut geeignet. Das BMS unterscheidet sich nicht wesentlich vom Sicherheitschip, sondern ist lediglich für größere Aufgaben konzipiert. BMS wird üblicherweise für Batterien mit einem Dutzend oder mehr Zellen verwendet und wird häufig in Projekten wie E-Bikes und anderen Fahrzeugen verwendet. BMS ist direkt mit den Batterien verlötet und wird mit jeder Zelle separat verbunden [mit einer Gruppe von Zellen, die parallel / ca. übersetzt.]. Seine Aufgabe ist es, die Elemente auszugleichen, den Entladestrom aus Sicherheitsgründen zu begrenzen und den Ladevorgang zu steuern. Erfahrene Batteriemontagehersteller integrieren das BMS häufig in den Körper oder das Gehäuse der Batterie selbst, wobei nur der Stecker außen bleibt. Auf diese Weise kann der Benutzer die fertige Batterie einfach zu seinem Projekt hinzufügen.ohne sich um den Schutz zu sorgen.
Wenn Ihr Projekt eine besondere Umweltbeständigkeit erfordert, müssen Sie auch die Batterietemperatur überwachen. Das Verfolgen der Temperatur der Zellen, insbesondere während des Ladevorgangs, ist eine hervorragende Möglichkeit, Ihren Akku vor Beschädigungen zu schützen. Die besten Chips und BMS haben eine Temperaturverfolgungsfunktion. Bei dieser Montageebene stellen Sie die Batterie bereits selbst her und setzen die Thermoelemente während der Montage an den richtigen Stellen ein. Bei Batterien, die hohe Ströme erzeugen, müssen die Temperaturen unbedingt überwacht werden. Fast alle E-Bikes und Elektrofahrzeuge verfügen über Geräte zur Überwachung der Temperatur von Batterien und Steuerungssystemen.
Ergebnis
Lithium-Ionen-Batterien können gefährlich sein, aber bei korrekter Verwendung sind sie für die meisten Projekte sicher genug. Der Schlüssel besteht darin, die richtigen Geräte zu verwenden, um sicherzustellen, dass Sie innerhalb der Spannungs- und Temperaturbereiche bleiben. Andernfalls kann eine Katastrophe eintreten. Ich hoffe, dieser Leitfaden hilft Ihnen bei der Suche nach Informationen zum Einbeziehen von Lithiumbatterien in Ihr Projekt.
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