Твой первый квадрокоптер: теория и практика - [22]
Суммарный пиковый ток, потребляемый моторами даже среднего мультикоптера, может достигать 70 А. Но при этом батарея должна быть как можно легче и иметь емкость, достаточную для полета как минимум 10 минут. Этим противоречивым требованиям лучше всего соответствуют литиевые аккумуляторы.
Существуют две основные модификации литиевых аккумуляторов: литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (LiPo, Li-Pol), отличающиеся типом электролита.
В литий-ионном аккумуляторе используется гелевый электролит, а в литий-полимерном— специальный полимер, насыщенный литийсодержащим раствором.
В моделизме используются именно литий-полимерные батареи, т. к. они способны отдавать больший рабочий ток, что в нашем случае критически важно. Другим весомым преимуществом литий-полимерных батарей является отсутствие жидкого электролита и возможность изготавливать более прочные плоские аккумуляторы произвольного размера. В мобильных телефонах, планшетах, фотоаппаратах и прочей бытовой электронике также используются литий-полимерные батареи, но они не рассчитаны на большой рабочий ток, поэтому от идеи использовать их в моделизме следует сразу отказаться. В остальном принципы работы, свойства и правила эксплуатации различных версий литиевых аккумуляторов не различаются.
Литий-полимерные батареи собирают из отдельных аккумуляторных ячеек, которые в обиходе традиционно называют "банками" (ри£. 2.23).
Рис. 2.23.Устройство литий-полимерной батареи
Ячейка представляет собой герметичный плоский пакет из очень прочного металлизированного пластика, внутрь которого помещена слоеная структура из электродов, и сепараторов, пропитанных гелевым полимерным электролитом. Благодаря такой конструкции утечка электролита исключена, а сама батарея может иметь произвольную форму.
Рабочее напряжение одной ячейки — 3,7 В. В зависимости от уровня заряда батареи напряжение может быть немного меньше или больше. Миниатюрные модели могут питаться от одной ячейки, наиболее распространенные батареи состоят из двух или трех последовательно соединенных ячеек. В особых случаях используют до восьми последовательных ячеек. Ячейки могут также соединяться параллельно для увеличения отдаваемого тока.
Обозначения параметров силовой литиевой батареи
• Емкость батареи (Capacity) выражается в миллиампер-часах (mAh) либо в ампер-часах (Ah), например "3300" или "3.3", и сокращенно обозначается буквой С.
• Предельный разрядный ток в амперах принято обозначать величиной, кратной емкости С. Например, маркировка 2 °C при емкости 3300 mAh означает, что разрядный ток не должен превышать 20·3,3 = 66 А. Также иногда применяется маркировка Hi Discharge, обозначающая батарею с повышенным разрядным током. При выборе батареи следует внимательно читать ее спецификацию. Производители и продавцы высокого класса в описании батареи зачастую указывают два параметра: предельный длительный ток (continuous discharge), отдаваемый несколько минут подряд, и предельный пиковый ток (peak discharge) продолжительностью не более 1–2 с. Значение предельного пикового тока может быть на 15–20 % больше, чем непрерывного. Разумеется, предельных пиковых нагрузок надо избегать, но несколько пиковых нагрузок за время эксплуатации не приведут к разрушению батареи или пожару. Однако китайские производители и продавцы иногда слегка лукавят и указывают на этикетке батареи предельный пиковый ток. Поэтому, если вы не уверены, какой параметр указан на батарее и нигде это дополнительно не расшифровано, следует считать, что предельный длительный ток примерно на 20 % меньше указанного на упаковке.
• Предельный зарядный ток в амперах обычно ограничивается значением 1С.
Например, батарею емкостью 3300 mAh можно заряжать током не более 3,3 А. Сейчас появились батареи с ускоренным зарядом (fast charge), которые можно заряжать током до 5С, что существенно сокращает время заряда, однако не следует злоупотреблять этим режимом. При использовании ускоренного заряда рекомендуется особенно внимательно следить за поддержанием баланса напряжения ячеек.
• Схема соединения ячеек обозначается буквой S (serial) при последовательном соединении и буквой Р (parallel) при параллельном соединении. Например, маркировка 3S обозначает три последовательно соединенные ячейки, что дает рабочее напряжение 3,7·3 = 11,1 В. Маркировка 3S2P означает, что ячейки соединены параллельно по две для увеличения емкости и рабочего тока, затем три таких пары соединены последовательно. С появлением мощных силовых батарей параллельное соединение стало применяться реже.
Литий-полимерные аккумуляторы имеют ограниченный срок службы. Причем даже новый, ни разу не заряжавшийся аккумулятор теряет емкость при хранении. За 2 года хранения нового аккумулятора теряется примерно 20 % емкости. После первого цикла заряда-разряда необратимые химические процессы старения резко ускоряются, и, как правило, за три календарных года аккумулятор теряет 40–60 % емкости, даже если редко эксплуатируется. Силовые батареи с повышенной токоотдачей подвержены старению особенно сильно. Поэтому нет никакого смысла "экономить" литий-полимерную батарею после покупки. Наоборот, надо стараться сполна исчерпать ее возможности, пока она еще новая. Также нежелательно покупать старые батареи. Кроме естественного старения, батарея теряет емкость и токоотдачу с каждым циклом заряда. Стандартный срок службы современного литий-полимерного аккумулятора составляет 600 циклов заряда-разряда. Но, как правило, у силовых батарей существенное снижение емкости и возрастание внутреннего сопротивления происходит значительно раньше, что делает дальнейшую эксплуатацию батареи нецелесообразной.
