Dronų baterijos ir jų priežiūra

Dronų baterijos
LiPo (ličio polimerų) baterijos – tai pakraunamų baterijų rūšis, kuri plačiai naudojama įvairiuose elektros įrenginiuose, tame tarpe ir dronuose. Net jei neturite drono greičiausiai vistiek buityje turite prietaisą ar daiktą, kuris savyje turi LiPo energijos šaltinį – tai gali būti jūsų mobilus telefonas, planšetė ar nešiojamas kompiuteris. Ar žinote, kodėl šio tipo baterijos taip išpopuliarėjo ir kaip galima padidinti LiPo baterijų tarnavimo trukmę?

Lyginant su senesnio tipo NiCad (nikelio-kadmio) ar NiMH (nikelio-metalo hibrido) baterrijomis LiPO baterijos yra lengvesnės ir pasižymi didesne energijos talpa. Geras LiPo baterijos talpos bei svorio santykis ir buvo pagrindinė priežastis dėl ko radijo bangomis valdom modeliai, tolie kaip RC sraigtasparniai ar mini dronai, tapo tokie lengvi, kad sugebėtų pakilti ir orą. Kitas privalumas yra tas, kad ličio polimerų akumuliatoriai gali būti gaminami įvarios formos ir dydžio, todėl „ankštuose“ modeliuose tai taip pat naudinga savybė.

LiPo baterijų sandara

Kiekviena LiPO baterija sudaryta iš vienos dar daugiau celių. Celė sudaryta iš metalo ir cheminių junginių, kurie cheminės reakcijos metų sukelia elektronų judėjimą, kitaip tariant –  generuoja elektros energiją. Vienos celės įtampos nominalas yra 3,7 V. Įvairiu būdu jungiant keletą celių gaunamos skirtingų parametrų baterijos. Pavyzdžiui, sujungus nuosekliai dvi LiPo celes gausime 7.2 V, sujungus tris  – 11.1 V ir taip toliau. Tuo tarpu jei celes sujungsime lygiagrečiai, įtampos nepkeisime, o padidinsime LiPo akumuliatoriaus talpą.

Šis celių jungimo būdas dažnai būba pažymėtas ant dronų ir kitų baterijų. Čia galite pamatyti tokius užrašus 3S2P. Skačius prieš raidę S parodo kiek celių yra sujunta nuosekliai (in series). Šiuo atveju tai yra 3 celės. Skaičius prieš raidč P, parodo kiek yra celių eilių sujungtų lygiagrečiai (in parralel). Mūsu atveju tai yra 2P kas reiškia, jo yra dvi eilės, po tris celes (3S). Taigi, iš viso 3S2P bateriją sudaro 6 celės.

LiPo baterijų parametrai

Bet kurio tipo įkraunamas bateriją apibūdina trys pagrindiniai parametrai – tai votažas (V), talpa (mAh) bei iškrovimo sparta (C).

Įtampa
Jau minėjome, kad pilnai įkrauta viena LiPo celė turi nominalią 3.6 V įtampą. Baterijos naudojimo metu ši įtampa gali kristi arba būti didesnė, jei bateriją įkraunam. Tiek iškrovimo, tiek įkrovimo metu būtina užtikrinti, kad celės įtampa neperžengtų tam tikrų ribų – nenukristų žemiau 3.0 voltų ir neviršytų 4.2 voltų. Jei celės įtampa šias ribas peržengs, celės viduje vykstanti cheminė reakcija gali tapti nebestabili, kas gali negrįžtamai jį pažeisti, arba dar blogiau – cheminė reakcija sukelti didelį karštį, dėl kurio elementas gali užsidegti (!).
Kai kurie prietaisai, kad apsaugotų akumuliatorių nuo tokių pažeidimų, turi automatines apsaugos fukcijas, kurios sustabdo enegrijos eikvojimą, pavyzdžiui – mobilus telefonas išsijungia, nors energijos jo baterijoje dar yra. Atitinkamai ir kai kurie paprasti dronai, turi tokią funckiją, kuri automatiškai išjungia variklius, kai įtampa krenta žemiau leistinų ribų. Žinoma, tokia sutacija priveda prie to, kad dronas tiesiog nukrenta ant žemės. Dėl to dauguma kokybiškesnių dronų neturi automatinės variklių gesinimo funkcijos, tačiau iš anksto informuoja operatorių, kai akumuliatorių energija artėja prie kritinės.

Talpa
Akumuliatoriaus talpa nusako kiek maksimaliai energijos baterija gali atiduoti per laiko periodą, kurio pabaigoje, baterija bus pilnai iškrauta. Laiko periodu dažniausiai pasirenkama viena valanda, o atiduotai energijai iškreikšti naudojami amperai. Taigi, gauname baterijos talpos matavimo dydi ampervalandą (Ah), kuris reiškia energijos kiekį, kurį akumuliatorius atiduos per vieną valandą. Pavyzdžiui, jei 1 Ah LiPo bateriją apkrautume 1 A apkrova, ji pilnai išsikrautų per vieną valandą. Tuo tarpu bateriją apkrausime mažesne 0,5 A apkrova, ją pilnai iškrausime per dvi valandas.

Mobilių telefonų ir dronų baterijų atveju dažnai talpa nurodoma miliampervalndomis (mAh). Tai labiau marketinginis triukas, dėl to, kad talpą būtų galimą išreikšti didesniais skaičiais 1 Ah = 1000 mAh.

Didesnis miliampervalndų  skaičiaus, reiškia didesnę akumuliatoriaus talpą ir ilgesnį drono skryžio laiką vienu įkorvimu. Kalbant paprastai, akumuliatoriaus talpa tai tarsi kuro bako dydis jūsų automobilyje – kuo jis didesnis duo daugiau kuro telpa ir tuo ilgiau jūs važiuosite. Žinoma, didesnė baterijos talpa susijusi su didesiu jos dydžiu ir svoriu.

Iškrovos greitis
Trečiasis svarbus LiPo elemento parametras – iškrovos greitis. Iškrovos greitis žymimas raide ‘C’ ir nusako, kaip greitai galima iškrauti (arba pakrauti) bateriją, jos nepažeidžiant. Baterija, pažymėta 20C gali būti iškrauta 20 kartų grečiau negu yra jos talpa (C).

Kaip paskaičiuoti, kad LiPo baterijos iškrovimo greitis būtų suderintas su dronu? Tam padės nesudėtingi matematiniai skaičiavimai. Žinodami baterijos talpą ir iškrovimo greitį, galime suskaičiuoti kiek srovės baterija galės atiduoti, pvz.

  • Talpa = 2000 mAh = 2 Ah
  • Iškrovos greitis = 20 C
  • Srovė, kurią atiduos = Talpa x Iškrovos greitis = 2 x 20 = 40 A

Taigi, 2000 mAh, 20C baterija maksimaliai gali atiduoti 40 amperų energijos. Tačiau tokiu tempu energija bus atiduodama tik iki tol, kol ši išsikraus. Per kiek laiko ji išsikraus, energiją atiduodama 20C tempu t.y. po 40A

  • Laikas = Talpa / Srovė = 2/40 = 0,05 h arba 0,05 h x 60 = 3 min.

3 minutės, tai laikas per kurį baterija pilnai atiduos sukauptą energiją, jeigu ją iškrausime 20C tempu t.y. 40A.

Naudodami tokius skaičiavimus galime sužinoti, kokios baterijos reikia jūsų dronui, jei tarkime, norite juo skraidyti 10 minučių.

Ant kai kurių baterijų gali būti papildomai nurodomas momentinis iškrovos greitis (burst rate), kuris reiškia, kad baterija gali būti trumpais intervalais (iki 20 sekundžių) iškraunama šiuo, didesniu greičiu. Pavyzdžiu jei burst rate pažymeta 30C, ir turime tą pačia 2000 mAh bateriją, trumpais intervalais galime ją apkrauti 60000 mAh, jos nepažeidžiant.

Dronu akumuliatoriai jungtys
LiPo baterijų jungčių įvairovė

Komentarai

2 Comments on "Dronų baterijos ir jų priežiūra"


Rikiuoti:   Naujausi | Seniausi | Geriausi
Svečias
Vytautas Valaitis
Prieš 3 metus 5 mėnesius

Ne voltažas, tiesiog įtampa:). Nors angliškai voltage yra priimtinas, o va amperage jau rodo apie neišmanymą (reiktų sakyti current).

wpDiscuz