Главная Техническая информация Аккумуляторные батареи

Главное меню

Аккумуляторные батареи PDF Печать E-mail

На сегодняшний день моделисты используют 5 основных типов аккумуляторов:
- Pb (lead-acid или свинцово-кислотные);
- NiCd (никель-кадмиевые);
- NiMh (никель-металлгидридные);
- LiPo (литий-полимерные);
- LiFePO4 (литий-феррофосфатные, также известные как А123, LiFe, LiFo, литий-фосфаты).

    Для летающих моделей с электрическим приводом, к которым относится мультикоптер (mikrokopter),   наиболее целесообразно использовать  литий-полимерные (LiPo) аккумуляторные батареи. Они легкие, имеют очень высокую емкость по отношению к их весу и размеру, высокие отдаваемые токи, возможность быстрого заряда. Благодаря этому они стали, пожалуй, основным источником энергии для силовых установок летающих моделей.

Для этих аккумуляторов большое значение имеет значение плотности энергии, которая измеряется в Ватт/кг и рассчитывается по формуле:

Плотность энергии (Ватт/кг)=3,7хSхQ/g,

где:

3,7 – это напряжение в вольтах одной банки, входящей в батарею;

S – количество банок в батарее;

Q – емкость батареи в мАч

g – вес батареи в граммах.

Оптимальное значение плотности энергии аккумуляторной батареи для мультикоптера (mikrokopter) должно быть 140.

Например, батарея 3S1P емкостью 3200 мАч, весит 310 гр., таким образом, плотность энергии этой батареи будет равняться 3,7х3х3200/310=114 – т.е. можно сказать, что эта батарея обладает недостаточной плотностью энергии.

Показанная ниже батарея обладает плотностью энергии соответствующей и даже превышающей рекомндуемой значение 140: 

F5800-3-30

Вот ее характеристики:

Емкость: 5800mAh, вольтаж: 3S1P / 3 банки / 11.1В, разрядный ток: 30C постоянный / 40C пиковый

вес: 425г (с проводами), геометрические размеры: 143x51x28 мм

Купить эту аккумуляторную батарею можно здесь
  

Аккумуляторная  батарея, двигатели, пропеллеры и полетное время

    При выборе конфигурации аппарата, двигателей, пропеллеров и аккумуляторной батареи одна из главных задач, стоящих перед мультикоптеростроителем - обеспечить достаточное полетное время для аппарата.

    На сайте mikrokopter.de  имеются разъяснения на этот счет, на основе материалов которых мы и рассмотрим поставленный вопрос.

     В качестве примера взят гексакоптер (6 двигателей ROXXY2827-35) с пропеллерами 10х4,5 и двумя 4S LiPo.  Вес такого аппарата составляет 2150 гр. (сам мультикоптер с двигателями - 1000 гр. и две  5000 мАч батареи - 1150 гр.) Исходя из общего веса нагрузка на каждый двигатель составляет 2150/6=358 гр.

    По графику внизу определяем, что при вышеуказанной нагрузке двигатель потребляет ток около 2,5А, следовательно, все 6 двигателей - 6х2,5=15А.

 

Schubdiagramm_Roxxy2827-35

 

Емкость батарей на борту мультикоптера (mikrokopter) равна  2х5000мАч=10А/ч

Полетное время будет равно: 10А/ч :15А=0,666ч = 40 минут

  В реальности  вышеуказанный теоретический расчет полетного времени не будет являться корректным, так как редко бывает, что аккумулятор является 100% заряженным, на расход энергии будут влиять завихрения, создаваемые соседними двигателями, режим управления (например, удержание аппарата у земли при резком снижении влечет повышенную нагрузку на двигатели - следовательно повышенный расход энергии), повышенное сопротивление соединительных проводов, температура окружающего воздуха и многие другие факторы.

  В связи с вышеизложенным, реальное полетное время уменьшится до 80-90% от теоретически рассчитанного.

   В принципе, при наличии данных о токах двигателей под нагрузкой (как в вышеприведенном графике) можно рассчитать полетное время для любого мультикоптера.

   Для коаксиальных конфигураций (когда нижний пропеллер работает в воздушных потоках, создаваемых верхним пропеллером), вышеуказанный расчет будет неверным, так как производительность пары коаксиально расположенных двигателей по опыту ниже чем при обычном расположении, следовательно полетное время у такого аппарата будет составлять 60-70% от рассчетного.

 Практические примеры полетного времени для различных конфигураций мультикоптеров приведены вот здесь.

Маркировка LiPo аккумуляторных батарей

Рассмотрим маркировку LiPo аккумуляторных батарей на примере батареи, на которой имеются следующие надписи:

  • 3000 -  емкость в мАч (mAh)
  • 11,1 V - номинальный вольтаж
  • 3S2P - количество и порядок соединения банок (отдельных аккумуляторов, из которых собрана батарея) - обозначает, что батарея соединена последовательно из 3-х пар аккумуляторов, и каждая пара образована 2-мя параллельно соединенными аккумуляторами емкостью по 1500мАч., то есть емкость батареи будет 3000мАч (при соединении параллельно емкость возрастает), а напряжение будет 3,7х3 = 11,1В.
  • 20С - ток разряда (на аккумуляторе 3000 мАч означает, что максимальный непрерывный ток разряда равен 20*3000=60000 мА=60А)

Использование BTS555

       BTS555 - это ключ с малым сопротивлением, который может коммутировать ток более 165А, а управлять этим током  можно посредством слаботочного тумблера.

BTS-photo


      Дело в том, что при питании двигателей мультикоптера через коммутирующий питание от аккумуляторной батареи тумблер, через него проходят значительные токи, которые могут вызывать со временем подгорание его внутренних контактов и увеличение сопротивления, что в конце концов приводит к нагреву, потере энергии и уменьшению полетного времени. 

       Чтобы избежать этого, в качестве коммутатора питания между батареей и всеми потребителями мультикоптера (при применении платы-адаптера для контроллеров - между батареей и платой-адаптером) рекомендуем применять BTS555, соединив его с деталями по схеме, как показано на рисунке внизу на маленькой экспериментальной платке с лужеными отверстиями: 

 

BTS55

   При вышеуказанном подключении управление питанием осуществляется любым слаботочным тумблером (ползунком), который не несет практически никакой нагрузки, при этом происходит коммутация токов до 165 А. Указанные на схеме сопротивление и резистор могут не устанавливаться - они предназначены для индикации включенного питания.

Вот пример монтажа BTS555 на плату-адаптер от multicopter.ru:

BTS-9

 Вышеуказанное подключение BTS555 к плате-адаптеру для 6-ти контроллеров:

P1020563

Правила эксплуатации LiPo аккумуляторных батарей

(по материалам сайта www.os-propo.info)

    LiPo аккумуляторы очень чувствительны  к режимам эксплуатации. Так, в  случае разряда такой батареи ниже допустимого она необратимо выходит из строя. Превышение напряжения на батарее может привести к ее взрывному самовозгоранию. Тем не менее, достоинства их, как правило, перевешивают, а потому их все же используют, соблюдая определенные правила обращения:

LiPo аккумуляторы по праву заслужили такие отзывы как «самые привередливые, опасные, ненадежные и маложивущие», но несмотря на все эти недостатки, использование данных аккумуляторов в авиамодельном мире стремительно растет, так как они имеют непревзойденный показатель удельной (на массу) энергии, а также способны отдавать большие токи разряда. Так что в моделях с силовой электроустановкой этим аккумуляторам, практически, нет пока альтернативы.

Кратко перечислим основные правила эксплуатации LiPo аккумуляторов, дав ниже подробные объяснения причин для интересующихся:

Как указывалось выше, LiPo батареи очень чувствительны к режиму эксплуатации. При заряде их используется метод CC-CV. То есть, исходно батарея заряжается некоторым фиксированным током (constant current - CC), при этом напряжение на банках батареи растет. По достижении напряжения 4.20 вольт на каждой банке батарея уже заряжена примерно на 95%, и зарядное устройство переходит ко второй фазе алгоритма заряда CV (constant voltage, постоянное напряжение). При этом ток постепенно снижается так, чтобы напряжение на каждой банке не превысило 4.20 вольт. Эта величина определяется химией LiPo батареи. Превышение ее допустимо не более, чем до 4.25 вольт, а достижение значения 4.30 и выше чревато взрывным самовозгоранием.

При разряде в процессе эксплуатации недопустимо снижение напряжения на каждой из банок ниже 3-х вольт. Достаточно один раз посадить LiPo батарею до 2.5 вольт на банку, и ее, как правило, можно будет выбросить. После такого разряда батарея может «вздуться», она теряет более половины емкости и перестает отдавать номинальный ток разряда. В течение некоторого времени батарея теряет емкость, практически, полностью.

Отсюда проблема эксплуатации LiPo заключается в том, что при заряде необходимо контролировать напряжение на каждой из банок, чтобы не вывести ее из строя, а при последующем разряде все банки разряжались одинаково, но не ниже допустимого минимума. Обычное зарядное устройство может контролировать напряжение на батарее в целом, но при большом разбросе напряжений на банках вполне возможен вариант, когда на одной из них еще 4.05 вольт, а на второй уже 4.30. Зарядка видит только суммарные 8.35 и продолжает заряжать батарею до 8.40 (4.20*2). При этом напряжение на второй банке превышает 4.30, что с большой вероятностью приводит к возгоранию. При разряде несбалансированной батареи эта же проблема способна привести к переразряду отдельно взятой банки несмотря на то, что суммарное напряжение еще выше, чем 3 вольта х количество банок.

Для решения этой проблемы используется специальное устройство, называемое балансиром. В процессе заряда оно следит за напряжением на каждой из банок и выравнивает их между собой. При этом зарядное устройство отключит заряд вовремя, не выводя аккумулятор из строя. При разряде сбалансированной батареи на модели все банки также разряжаются более-менее равномерно, и при снижении суммарного напряжения до 3 вольт на банку должна сработать отсечка регулятора, что предотвратит выход батареи из строя. Многие современные зарядные устройства уже имеют встроенный балансир, которым обязательно следует пользоваться, подключая отдельный балансировочный разъем батареи наряду с силовым и выбирая соответствующий режим заряда. Для устройств, не имеющих встроенного балансира, следует купить отдельное внешнее устройство.

Ток заряда LiPo не должен превышать емкости аккумулятора, т.е. максимальный ток заряда равен 1С. Например, для заряда аккумулятора емкостью 2200 мАч ток заряда не должен превышать 2.2 А. В то же время не следует ставить ток заряда меньше, чем 0.5С. В некоторых зарядных устройствах (Duratrax ICE) стоит неотключаемый таймер на заряд LiPo аккумуляторов на 3 часа. Поставив маленький ток, зарядное устройство может не зарядить аккумулятор полностью, а отключиться по таймеру. Есть зарядные устройства, у которых этот таймер настраивается, но большого смысла в его применении для заряда LiPo нет.

Принудительно разряжать или циклировать литиевый аккумулятор нет никакого смысла, так как эти батареи не имеют эффекта памяти и должны храниться в заряженном состоянии (наиболее оптимальный режим хранения - 60% заряда). Ток разряда аккумулятора может быть любым, но не более его номинала, указанного на этикетке также в единицах величины емкости C. Например 20С на аккумуляторе 1000 мАч означает, что максимальный непрерывный ток разряда равен 20*1000=20000 мА=20 А. Следует заметить, что если не использовать аккумулятор на пределе его возможностей, то он проживет гораздо большее количество циклов. Скажем, для одного из фирменных дорогих LiPo с номинальным током 30С приводятся такие типовые данные: при заряде и разряде токами в 1С производитель гарантирует 500 циклов без существенной потери емкости. При заряде током 1С, но разряде максимальным допустимым током в 30С количество циклов составит всего 50 (упадет в 10 раз). Это дает хороший пример того, почему желательно иметь запас по току батареи при подборе силовой установки.

В процессе заряда или разряда не допускайте нагрева аккумулятора более 60 градусов. Место, в которое установлен аккумулятор на модели, должно быть хорошо вентилируемым и даже продуваемым. Не оборачивайте аккумулятор теплоизоляционными материалами (поролон, пенопласт). Если так уж случилось, что аккумулятор нагрелся, дайте ему остыть перед использованием (зарядом или разрядом).

Практические советы по основным типам батарей

NiMh, NiCd

Ток заряда: от 0.3С до 0.5С, где С - емкость аккумулятора в ампер-часах. При условии хорошего охлаждения и контроля температуры -  до 1С.

Ток разряда: от 0.3С до 0.1А (чем меньше – тем лучше, но дольше).

Минимальное напряжение при разряде определяется как U=1.25*(N-1) или в расчете на каждую банку U=1.25*(N-1)/N.

Пример для батареи NiMh 1500 мАч 8 банок (передатчик Spektrum DX7):
- ток заряда 0.5-0.8 А;
- ток разряда при циклировании 0.1-0.4А (меньше - лучше);
- минимальное напряжение на батарее 8.8 вольт или 1.1 вольт/банку.

LiPo

Ток заряда: 0.5-1С (меньше - лучше).

Ток разряда: циклирование не требуется, но в целом не выше номинального, выраженного в единицах емкости C.

Минимальное напряжение: 3 вольта на банку.

Пример для батареи LiPo 2200 20C 11.1в:
- ток заряда 1.1-2.2 А;
- ток разряда: до 44А;
- минимальное напряжение на батарее: 9 вольт (но не менее 3 вольта на каждой из банок). 

 

Зарядное устройство:

DSC00199

 

 

Балансир:

DSC00200

 

Преобразователь 220В в 12В:

 

DSC00198

 

  • При заряде LiPo заряжайте их только специальным зарядным устройством для LiPo и только под присмотром. В случае какого-то внутреннего повреждения во время заряда может произойти самовозгорание и пожар.
  • Никогда не заряжайте аккумулятор без балансира - устройства, контролирующего и выравнивающего напряжения на каждой «банке» в последовательно соединенной батарее. Для устройств типа iMax B6, G.T.Power A6 и им подобных, имеющих встроенный балансир и выбор методов заряда, всегда выбирайте режим Balance Charge вместо просто LiPo Charge. Последний не балансирует и не контролирует каждую из банок.
  • Для заряда используйте ток величиной не более 1С, если вы на поле, и около 0.5-0.7С в домашних условиях. По некоторым данным, более медленный заряд продлит срок службы аккумулятора.
  • При настройке регулятора хода (ESC) всегда настраивайте его режим отсечки LiPo. При выборе режима NiMh он не отключит питание двигателя вовремя, и батарея будет необратимо выведена из строя.
  • По возможности не доводите батарею до полного разряда - лучше оставить в ней 10-20% емкости и зарядить ее повторно, чем убить ее за один полет.
  • Если есть возможность - старайтесь использовать батареи с некоторым запасом по номинальному току. Это продлит срок их службы.
  • Зарядные устройства и балансиры для зарядки LiPo аккумуляторных батарей

  • Для выполнения вышеуказанных правил эксплуатации LiPo аккумуляторных батарей необходимо подобрать зарядное устройство.
  • При подборе зарядного устройства следует руководствоваться характеристиками батарей, которые предстоит заряжать. Рекомендации по выбору зарядного устройства:
    • желательно выбирать зарядное устройство, в котором имеется встроенный балансир;
    • максимальный зарядный ток, обеспечиваемый зарядным устройством, должен превышать максимальный зарядный ток батарей, чтобы устройство не работало с перегрузкой;
    •  возможности устройства должны соответствовать количеству банок батареи, которую предстоит заряжать (лучше приобрести с запасом)
    •  желательно приобретать зарядные устройства, приспособленные заряжать не только LiPo батареи, но и NiMn, NiCd батареи, тогда Вы получаете возможность одним устройством заряжать не только основную батарею модели, но и батарею предатчика и других переферийных устройств (напр.передатчика видео сигнала);
    • при приобретении зарядного устройства позаботьтесь о преобразователе напряжения 220В в 12В - при его помощи Вы сможете заряжать батареи от сети.

Рекомендации по использованию LiPo аккумуляторных батарей на мультироторных аппаратах

  • при подготовке разъемов батареи к использованию всегда делайте оба разъема батереи закрытыми - не важно, какие разъемы Вы используете - DIN или "бананы" - сбережете и батареи и другое оборудование, а может и дом от пожара в результате короткого замыкания, т.е. разъемы батареи - всегда "мама";
  • желательно всегда иметь несколько батарей - они прослужат дольше и Вы получите больше удовольствия от полетов - продлите время нахождения в поле, просто заменяя батареи;
  • в связи с особенностями конструкции мультироторных аппаратов лучше использовать Flat - корпуса батарей, их удобнее размещать в конструкции рамы;
  • при размещении батереи  под центральными пластинами рамы необходимо обеспечить ее защиту от жесткого приземления путем изготовления посадочных опор, которые являются важным элементом конструкции;
  • крепеж батареи необходимо осуществлять к продольному элементу рамы через мягкую прокладку (материал типа коврика компьютерной мыши) лентами "липучками", но в любом случае, крепеж должен быть надежным, но не повреждать корпус батареи;
  • подключение батареи к бортовой сети аппарата нужно производить только после проверки полярности;
  • при расположении батареи в раме аппарата необходимо следить, чтобы ее корпус не упирался в концы винтов, болтов, острые края рамы и т.п., чтобы такие элементы не находились рядом с батареей - в противном случае, при резком столкновении батарея будет бесповоротно повреждена от удара об острые выступающие части;
  • необходимо учитывать, что  в связи с использованием в мультироторных летательных аппаратах нескольких двигателей, разряд батареи происходит довольно быстро (зависит от многих факторов, но значительно быстрее, чем в одномоторных аппаратах) - не допускайте полного разряда батареи; 
  • используйте батареи повышенной емкости - не менее 3500 мАч, хотя многие коптеростроители используют более легкие батареи емкостью 2000-2200 мАч и вполне удовлетворены полетным временем - это параметр необходимо установить экспериментально в зависимости от веса аппарата, характеристик применяемых двигателей и пропеллеров;
  • соблюдайте вышеописанные правила эксплуатации батарей.

Приобрести аккумуляторные батареи можно вот в этом интернет-магазине. Он отличается большим выбором и приемлемыми ценами. Продаваемые в росийских розничных хобби-магазинах батареи, как правило, имеют цену на 30-40% больше.

 

 

 
2009-2012 © www.multicopter.ru
Почта: multicopter@mail.ru
Дизайн: www.siteberry.ru

Яндекс.Метрика

SEO | Раскрутка сайтов | Москва