В. Яценко - Твой первый квадрокоптер: теория и практика

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 токв 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 токв 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 ячеекобозначается 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.

Визуальным признаком деградации батареи является вздутие ячеек. Попытка выпустить газ через прокол оболочки, с последующей герметизацией липкой лентой, пользу не принесет, поскольку газ — это лишь следствие необратимых процессов химической деградации. Разгерметизация пакета приводит к ускорению окислительных процессов внутри ячейки. Объективными признаками износа батареи являются:

• резкое падение емкости, батарея быстро заряжается и разряжается;

• возрастание внутреннего сопротивления, из-за чего батарея сильнее нагревается и отдает меньший ток в нагрузку.

Характерной особенностью литиевых батарей является разброс характеристик отдельных ячеек, из которых она составлена. Производители качественных батарей осуществляют при сборке стендовый подбор и отбраковку ячеек, тогда как китайские фирмы могут собрать батарею не только из ячеек из разных фабричных партий, но даже с разных фабрик. Часто бывает так, что лишь одна из последовательно включенных ячеек существенно состарилась, тогда как остальные могут послужить еще сезон. Поэтому полезно приобретать как минимум две одинаковые батареи, чтобы впоследствии иметь возможность собрать из двух батарей одну. Иметь запас полезно и на случай аварии, когда одна из ячеек может быть пробита. Чтобы выявить потенциально дефектную ячейку, достаточно регулярно измерять напряжение каждой ячейки на балансирном разъеме после полетов. Сниженное относительно других ячеек напряжение укажет на "слабое звено".

Зарядка литиевых батарей

У литиевых батарей отсутствует так называемый "эффект памяти", поэтому их можно подзаряжать после частичной разрядки, и сколь угодно часто. Для них это будет даже полезно, тогда как хранение в разряженном состоянии, напротив, вредно для батареи. Однако категорически запрещено повторно ставить на зарядку уже заряженную батарею . Это может привести к избыточному заряду с быстрым выходом батареи из строя или даже к пожару.

Литий-полимерные батареи можно заряжать только при помощи специального зарядного устройства . Такое устройство может быть как специализированным, например, в комплекте с покупной моделью, так и универсальным, способным работать с разными типами батарей. Наиболее простую конструкцию имеет зарядное устройство для миниатюрных батареек, состоящих из одной ячейки. Такие батарейки используются в микрокоптерах наладонного размера и могут заряжаться от разъема USB. Универсальные зарядные устройства построены на основе микроконтроллера (рис. 2.24 и 2.25) и позволяют настроить параметры заряда (напряжение и максимальный зарядный ток) под конкретную батарею, а также видеть на дисплее зарядного устройства количество энергии, "закачанной" в батарею, и продолжительность заряда. Более продвинутые устройства также позволяют использовать термосенсор для контроля температуры батареи. Зарядные устройства, управляемые микроконтроллером, иногда называют интеллектуальными ( Intelligent Charger ).