Budowa i zasada działania ogniwa LiPo
Ogniwo litowo-polimerowe (LiPo) składa się z anody (grafit), katody (tlenek litu) i elektrolitu polimerowego. Nominalne napięcie jednego ogniwa wynosi 3.7 V, napięcie pełnego naładowania to 4.2 V, a minimalne bezpieczne napięcie rozładowania to 3.0 V (choć w praktyce nie należy schodzić poniżej 3.3 do 3.5 V pod obciążeniem).
Pakiety LiPo łączą ogniwa szeregowo, co oznaczamy symbolem S. Pakiet 3S to trzy ogniwa szeregowo dające 11.1 V nominalnie (12.6 V naładowane). Pakiet 4S to 14.8 V nominalnie (16.8 V naładowane). Równoległy układ cel (oznaczany P) zwiększa pojemność, np. 3S2P to sześć cel, trzy szeregowo i dwie równolegle.
C-rate i prąd rozładowania
C-rate (współczynnik C) określa maksymalny prąd rozładowania w odniesieniu do pojemności pakietu. Jeśli pakiet ma pojemność 2200 mAh i znamionowy C-rate 25C, maksymalny ciągły prąd rozładowania wynosi 2.2 A x 25 = 55 A.
Producenci podają zwykle dwa parametry: ciągły C-rate i chwilowy (burst) C-rate. Ciągły to prąd, który pakiet może oddawać przez dłuższy czas bez przegrzania. Chwilowy (np. 50C) to prąd dopuszczalny przez krótkie impulsy (kilka sekund). Do doboru napędu używaj wartości ciągłej.
Realne C-rate pakietów bywa zawyżane przez producentów. Praktyczna zasada to zakładać, że rzeczywisty ciągły C-rate jest o 30% do 50% niższy niż deklarowany. Pakiet oznaczony jako 30C może w rzeczywistości bezpiecznie oddawać prąd odpowiadający 15C do 20C. Objawem przeciążenia jest gwałtowny spadek napięcia pod obciążeniem i silne nagrzewanie pakietu.
Ładowanie balansujące
Ładowanie balansujące (balance charging) to jedyna bezpieczna metoda ładowania pakietów wieloogniwowych. Ładowarka monitoruje napięcie każdego ogniwa niezależnie i wyrównuje je, tak aby po zakończeniu ładowania wszystkie ogniwa miały napięcie 4.2 V.
Bez balansowania ogniwa mogą się rozjechać napięciowo. Jedno ogniwo może osiągnąć 4.3 V (niebezpieczne przeładowanie) podczas gdy inne jest dopiero na 4.1 V. Przeładowanie ogniwa LiPo powyżej 4.25 V grozi pęcznieniem, wyciekiem elektrolitu i pożarem.
Standardowy prąd ładowania wynosi 1C (dla pakietu 2200 mAh to 2.2 A). Szybkie ładowanie prądem 2C jest dopuszczalne dla pakietów z odpowiednim oznaczeniem producenta, ale skraca żywotność ogniw. Nigdy nie przekraczaj maksymalnego prądu ładowania podanego przez producenta.
Napięcie przechowywania
Pakiety LiPo nie powinny być przechowywane ani w pełni naładowane (4.2 V/ogniwo), ani rozładowane (3.0 V/ogniwo). Optymalne napięcie przechowywania to 3.80 do 3.85 V na ogniwo, co odpowiada około 40% do 50% pojemności.
Większość nowoczesnych ładowarek ma tryb storage (przechowywanie), który automatycznie doładowuje lub rozładowuje pakiet do napięcia przechowywania. Przechowywanie w pełni naładowanego pakietu przez dłuższy czas (tygodnie) przyspiesza degradację ogniw i zwiększa ryzyko pęcznienia.
Przechowuj pakiety w suchym, chłodnym miejscu (15 do 25 stopni Celsjusza). Unikaj temperatury powyżej 40 stopni (np. w samochodzie latem). Wysokie temperatury przyspieszają starzenie chemiczne ogniw.
Bezpieczeństwo pożarowe
Ogniwa LiPo zawierają łatwopalny elektrolit. Uszkodzenie mechaniczne (przebicie, zgniecenie), przeładowanie, głębokie rozładowanie lub zwarcie mogą doprowadzić do tzw. thermal runaway, czyli niekontrolowanej reakcji termicznej kończącej się pożarem.
Zawsze ładuj pakiety w ognioodpornej torbie LiPo (LiPo Safe bag) lub na niepalnej powierzchni (ceramika, metal). Nigdy nie ładuj pakietów bez nadzoru. Nigdy nie ładuj na dywanie, drewnianym stole ani w pobliżu materiałów łatwopalnych.
Miej pod ręką gaśnicę proszkową lub piaskową. Woda nie jest skuteczna przy pożarach LiPo (może nawet pogorszyć sytuację). Płonący pakiet LiPo wydziela toksyczne dymy, więc w przypadku pożaru przewietrz pomieszczenie lub wynieś palący się pakiet na zewnątrz za pomocą metalowych szczypiec.
Objawy uszkodzenia pakietu
Spęczniały (napuchnięty) pakiet to znak, że wewnątrz ogniwa dochodzi do wytwarzania gazów z rozkładu elektrolitu. Spęczniałego pakietu nie wolno dalej używać ani ładować. Nawet lekkie pęcznienie jest sygnałem ostrzegawczym.
Inne objawy uszkodzenia to: gwałtowny spadek napięcia pod obciążeniem (wewnętrzny wzrost rezystancji), nierównomierne napięcia cel po ładowaniu (różnica powyżej 0.05 V mimo balansowania), fizyczne uszkodzenia obudowy (wgniecenia, przecięcia) oraz ciepło wydzielane podczas przechowywania.
Ładowanie równoległe
Ładowanie równoległe polega na jednoczesnym ładowaniu kilku pakietów podłączonych do jednej ładowarki przez płytkę równoległą (parallel charging board). Pozwala zaoszczędzić czas, ale wiąże się z istotnymi ryzykami.
Przed podłączeniem pakietów do ładowania równoległego sprawdź, czy wszystkie pakiety mają tę samą liczbę cel (np. wszystkie 3S), zbliżoną pojemność i zbliżone napięcie (różnica napięć między pakietami nie powinna przekraczać 0.1 V na ogniwo). Podłączenie pakietu o znacząco innym napięciu powoduje gwałtowny przepływ prądu wyrównawczego między pakietami, co grozi przegrzaniem i pożarem.
Ładowanie równoległe nie zastępuje balansowania. Płytka równoległa powinna mieć bezpieczniki na każdym gnieździe. Jeśli nie masz doświadczenia z ładowaniem LiPo, ładuj pakiety pojedynczo. Jest to wolniejsze, ale znacznie bezpieczniejsze.
Utylizacja zużytych pakietów
Zużytych pakietów LiPo nie wolno wyrzucać do zwykłych śmieci. Zawierają metale ciężkie i łatwopalny elektrolit. Przed utylizacją rozładuj pakiet do bezpiecznego napięcia (poniżej 3.0 V na ogniwo) używając rozładowarki wbudowanej w ładowarkę lub żarówki samochodowej 12 V.
Rozładowane pakiety oddaj do punktu zbiórki zużytych baterii i akumulatorów. W Polsce takie punkty są dostępne w sklepach elektronicznych, marketach budowlanych i gminnych punktach selektywnej zbiórki odpadów (PSZOK). Nigdy nie wyrzucaj pakietów LiPo do ognia, ponieważ grozi to eksplozją.