סוללות ליתיום

[ליתיום] (ביוונית lithos, משמעות “אבן”) נתגלה ע”י Johann Arfvedson ב1817 ככל הנראה, שם זה ניתן משום שהתגלה לראשונה במינרל, לעומת מתכות אלקאליות אחרות שהתגלו לראשונה בצמחים. שמו העברי – “אַבְנַן”, ניתן מאותה סיבה.
ליתיום הוא יסוד כימי ממשפחת המתכות האלקליות המסומל כ־Li ומספרו האטומי הוא 3. ליתיום טהור הוא מתכת רכה וכסופה המגיבה (מחלידה) במהירות במגע עם אוויר או מים. הליתיום הוא היסוד המוצק הקל ביותר. בין שאר השימושים שלו, הוא משמש בתעשית סוללות חשמליות, לשימושי אלקטרוניקה.

הקדמה:

לאור השימוש ההולך וגובר בסוללות ליתיום, מצאתי לנכון לכתוב מספר מילים על הטרנד החדש והמסעיר הזה בטיסנאות החשמלית..
בזמן שכתבתי מאמר זה, נזכרתי בקורס צלילה שעשיתי לפני הרבה שנים.
בשיעורים הראשונים, למדנו בעיקר, מה לא לעשות, וזה, איך לא, הפחיד.
אבל כשם שההנאה שבצלילה מאפילה על המיגבלות, כך הדבר נכון גם לגבי סוללות ליתיום, במידה ונשמור על מספר כללי ברזל, ההנאה לא תאחר לבוא.

הפראדוקס:

תאי ליתיום, בהשוואה ל-Nicad ו- NiMH, מהווים פריצת דרך, בכל מה שקשור
לאנרגיה אלקטרוכימית ביחס למשקל, וכפי שנראה, לא רחוק היום שתאים אלו יחליפו
אלה האחרונים…אך, כפי שהקדמתי לומר, אליה וקוץ בה !
זה אולי ישמע מוזר, אך כשם שתאים אלו מסוגלים לאגור אנרגיה למכביר, כך הם עדינים לשימוש, בניגוד למצופה.
התאים מגיעים במארזים מאוד עדינים, ורכים, שמאוד קל לפגוע בם פיסית.
פראדוקס, הלא כן ?
אז לידיעתכם, שימוש לא נכון בתאי ליתיום, מסוכן !
בתנאים לא נאותים, תא ליתיום עלול להדלק, לשחרר גזים רעילים, ובמקרים קיצוניים,
גם להתפוצץ!.

קצת על תכונות תא ליתיום:

בעוד שהפוטנציאל, המתח של תא Nicad או NIMH עומד על- V1.2 נומינאלי, מתח תא
ליתיום הוא V3.7…זאת ועוד:
בעוד שהאנרגיה בתא NICAD עומד על כ-50 וואט לשעה / לקילו, האנרגיה
של תא ליתיום עומדת על כ- 170 וואט לשעה / לקילו.
כמו כן, תא NICAD של 2400mA שוקל כ-60 גרם, בעוד שתא ליתיום באותה קיבולת
שוקל כ-42 גרם, וזאת לתא של V3.7 – מתח גבוה פי שלושה !
במילים אחרות, PACK 12 תאים NICAD של 2400mA שוקל כ-750 גרם בעוד ש-
PACK S4P1 , שמפיק הספק דומה שוקל רק 180 גרם !
PACK ליתיום S4P2, שמפיק הספק כפול, ישקול כ-360 גרם !,
וזה אומר ש-PACK ליתיום ישקול חצי, ויפיק פי שתיים אנרגיה מפאק NICAD !
(המספרים נכונים לגבי תאי ליתיום חזקים במיוחד, שמסוגלים לתת 20c בפריקה)
אפרופו פריקות, קיבולת תא ליתיום יורדת, בכל טעינה או פריקה.
גם טמפרטורות גבוהות יגבילו את יכולתו של התא לאגור אנרגיה.
קיבולת תא, בשימוש אינטנסיבי, יירד לכ- 50-80% מקיבולת תא חדש, וזאת לאחר
לא יותר מכ-50 פריקות / טעינות בלבד.
בתחום הטיסנאות החשמלית, תאים אלו עוברים התעללות של ממש.
לא רק שזרמי הפריקה גבוהים מאוד, יחסית לנפח התא, אלא גם האופן בו אנו צורכים זרם,
עם כל פתיחה וסגירה של המצערת, והטעינות התכופות, יקצר את חייו של התא.
PACK טוב אמור לשרוד כחמש מאות פריקות / טעינות אבל זמנים יגידו, כיוון שאנו רק בתחילת הדרך.

בניית PACK מתאים בודדים:

PACK, הוא אוסף תאים המחוברים בטור, או במקביל, או גם וגם.
אך, כיוון שלכל תא יש תכונות מעט שונות, כמו התנגדות פנימית שונה/ טמפרטורה שונה,
ישנה חשיבות מכרעת בבחירה נכונה של התאים.
ב-PACK תקין, מתח כל תא, חייב להיות זהה למתח שאר התאים, וזאת
באחוז סטייה קטן ביותר.
הפרש המתחים בין תא אחד למשנהו חייב להיות לא יותר מ- (+-) V0.05 !
במידה ובבדיקה גילינו שההפרש גדול מזה, יש לאזן את ה-P؀
|mdVmdmHmHm
ACK, וזאת ע”י פריקה וטעינה של כל תא בנפרד.
ולכן, בבנית PACK ליתיום, יש לדאוג לכך שתהייה גישה ל (+) ו (-) של כל תא ותא.
דרך אגב, הדבר נכון גם לגביNicad ו- NiMH , רק שכאן, אם ישנה סטייה כלשהיא
במתחים של כל תא ותא, הPACK- לא ייתן את כל מה שיש לו להציע, אבל לפחות לא יינזק או יזיק בקלות כמו PACK ליתיום.
שרטוט פשוט שהכנתי של PACK S4P1 (ארבע תאים בטור ללא תאים מקבילים)

טעינה:

מתח טעינה מקסימאלי של תא ליתיום הוא – V4.2, ואין לחרוג ממתח זה בשום צורה.
אם בטעינה, המטען לא הפסיק טעינה ב-V4.2 , והמתח הגיע ל- V4.25, לא טוב !
במקרה כזה, תא יכול להנזק לצמיתות.
זרם מקסימאלי לטעינה הוא לא יותר מ- 1.05 כפול קיבולת תא כפי שמוצהר ע”י היצרן.
דוגמא : תא, שמוצהר שהוא 1500mA , יש לטעון בזרם של לא יותר מ- 1575mA .

פריקה:

תא, שמתחו ירד מתחת ל-2.5V , יהרס לצמיתות !
לכן, יש חשיבות רבה בשימוש במטענים סוג א-א, ובבקרים שמיועדים לסוללות ליתיום.
בקר שלא מיועד לליתיום, לא יפסיק את הזרם למנוע בזמן, והPACK יהרס.
קצר ??,,, על תחשבו על זה בכלל !… אתם לא רוצים קצר

איחסון:

אין לאחסן תא / PACK ליתיום, עם פחות מ- 20-50% קיבולת.
איחסון תא פרוק (פחות מ-V2.55 ), והתא ייפגע בצורה שתהפוך אותו ללא שמיש.

כללי זהירות:

אין לטעון סוללה ללא השגחה
יש להקפיד על קוטביות.. טעיתם ? הלך עליכם !
יש להקפיד לטעון בטמפרטורת סביבה של 0-50 מעלות.
יש לטעון PACK מחוץ לטיסן, ועל משטח לא דליק, ולא מוליך חשמלית.
אין להלחים תאים ללא ידע מוקדם בהלחמות..
הטאבים של התאים מאוד רגישים, ועשויים כסף טהור, ולכן רצוי, אם אפשר, לחברם באמצעים אחרים, כמו רצועות זהב דביקות ומוליכות, או בריקוע.
אין לזרוק תאים לאש.
אין להרטיב תא ליתיום… בכל נוזל שהוא !.. אף פעם !
יש להרחיק מילדים
אין לנקב תא.. למה ?.. ככה !
אין להשתמש בתא / PACK שנחבל .

העתיד:

חשוב לי לציין, שרוב הבעיות שציינתי במאמר, לרבות חוסר איזון PACK,
נכון בעיקר לתאים שפורקים זרמים גבוהים מאוד.
לא ניתקלתי עד עתה, בבעיות אקוטיות בתאים קטנים שלא “טוחנים” אותם…
נהפוך הוא.. לטיסנים קטנים, ובינוניים, הרווח הוא עצום !
אין לי ספק שהמטענים הנוכחיים , גם המשוכללים שביניהם,
לא מתאימים לדור החדש של סוללות הליתיום.. אבל זה מה שהשוק מציע כיום.
כמו שאני רואה את הבעיות שבהווה, בעתיד (אני מקווה הקרוב..) נראה
יותר ויותר מטענים חכמים, כאלה שיידעו לגשת לכל תא ותא בתוך ה-PACK,
ויבצעו איזון בזמן הטעינה או הפריקה.
לכל PACK, יהייה פלאג עם מספר רב של מגעים.
טעינה לכל תא ותא במקביל, ( לPACK- S4P1 יהיו 5 מגעים לטעינה/פריקה..
..ראו איור פה למעלה) , וכמו כן, בקרי טמפרטורה על כל תא ותא, לניטור
מדוייק של מצב כל תא…כמובן, כך אני רואה את הדברים, נראה מה השוק יכתיב.

לסיום..

זה היה ממש בקצרה על תאי ליתיום.
אולי זה נשמע מפחיד, אבל יש לזכור שאלה כללי זהירות.
ייתכן מאוד שהסיכוי לתאונת דרכים (חס וחלילה, טפו טפו טפו..) בדרך לשטח ההטסה
גבוה יותר, מ-PACK ש”סרח” (תרתי משמע..), אז קחו את הדברים בפרופורציה.
אני בטוח, שבשימוש נכון, ההנאה מהטסה עם ליפו – מרובה !