RCSTV.RU

Аккумуляторные батареи, используемые в мультикоптерах (mikrokopter)

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:



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

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.



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 здесь: http://www.mikrokopter.de/ucwiki/FlugZeit [mikrokopter.de]

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.



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:



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:



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



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.

Взято отсюда: http://multicopter.ru/technical/akku#akku%20for%20MK [multicopter.ru]

Отредактировано CAMELION (Июль 11, 2012 21:35:37)