В. Яценко - Твой первый квадрокоптер: теория и практика

Рис. 2.24. Зарядное устройство для миниатюрных аккумуляторов на основе интегрального контроллера заряда

Рис. 2.25. Универсальное зарядное устройство на основе микроконтроллера

Как мы уже говорили, ячейкам, из которых состоит батарея, присущ разброс параметров. Обычно после разрядки напряжение на ячейках слегка различается. Но в процессе зарядки напряжение на ячейках необходимо уровнять с точностью не менее 0,01 В. Если при каждом цикле заряда просто подавать зарядное напряжение на батарею, она, конечно же, зарядится до нужного напряжения, но при этом какие-то ячейки останутся слегка недозаряженными, а какие-то будут регулярно испытывать перезаряд — возникнет так называемая разбалансировка батареи, приводящая к ускоренному выходу некоторых ячеек из строя. Для выравнивания напряжения на ячейках батареи оснащают отдельным балансирным разъемом , на который выведены провода от контактов всех ячеек. Этот разъем подключают к специальному электронному устройству — балансиру (рис. 2.26), который в процессе заряда перераспределяет зарядный ток между ячейками, выравнивая их заряд. Большинство современных зарядных устройств оснащено встроенным балансиром.

Рис. 2.26. Специальный балансир/разрядник/тестер для литиевых батарей

Нет острой нужды использовать балансир при каждой зарядке, особенно если батарея качественная. Но контроль напряжения ячеек необходимо вести постоянно.

Категорически запрещается ставить на зарядку батарею, у которой напряжение между ячейками различается более, чем на 20 %! Это чревато перезарядом тех ячеек, у которых напряжение выше, перегревом с разгерметизацией и пожаром. Если вы хотите попытаться реанимировать батарею с большим разбросом напряжений на ячейках, необходимо сначала через балансирный разъем отдельно подзарядить самую разряженную ячейку (ячейки).

Зарядка силовых литий-полимерных батарей производится фиксированным напряжением из расчета 4,20 В на ячейку и заданным для данной батареи током. В процессе заряда батареи напряжение на ее клеммах постепенно повышается, а зарядное устройство не позволяет зарядному току превысить заданное значение. Этот режим называется режимом стабилизации тока. Через некоторое время напряжение на батарее достигает значения 4,20 В на ячейку и далее не нарастает. Этот режим называется режимом стабилизации напряжения. К моменту перехода в режим стабилизации напряжения батарея набирает примерно 70–80 % емкости и потребляемый батареей зарядный ток начинает снижаться. При снижении зарядного тока до 0,1–0,2С процесс заряда завершается. Длительный заряд малыми токами не применяется и, в отличие от никель-кадмиевых аккумуляторов, для литиевых аккумуляторов вреден и грозит избыточным зарядом.

Примечание

При отрицательных температурах литиевые аккумуляторы вообще не заряжаются, а положительная температура не должна превышать 5 °C

Особенности эксплуатации и хранения

Литиевые аккумуляторы чрезвычайно капризны и требуют очень аккуратного обращения. Глубокий разряд ячейки до напряжения 2,7–2,9 В приводит к быстрому снижению ресурса. При разряде до 2,5 В или ниже ячейка полностью выходит из строя в течение 20–30 минут. Если испорченная батарея состоит из нескольких ячеек, следует проверить напряжение на каждой ячейке в отдельности. Зачастую выходит из строя только одна ячейка и оставшиеся можно будет использовать в качестве запасных или собрать из них батарею на меньшее напряжение.

Примечание

Избыточный заряд до напряжения выше 4,20 В приводит не только к выходу ячейки из строя. Возможно вздутие ячеек, перегрев, разгерметизация и пожар.

При температуре ниже -5 °C батарея стремительно теряет накопленный заряд даже без нагрузки. Как показывает практика, при температуре батареи -5…-10 °C время полета сокращается вдвое. Вспомните, кстати, как быстро разряжаются на морозе смартфоны и прочие гаджеты, питаемые от литий-ионных батареек. Для защиты литиевых батарей от холода применяются специальные подогреваемые чехлы с термостатом (рис. 2.27). Важно сохранить батарею в тепле до начала полета, а под нагрузкой она будет частично подогревать сама себя.

Рис. 2.27. Подогреваемый чехол с термостатом для предполетной транспортировки литиевых батарей

Нагрев до температуры около 60 °C приводит к быстрой деградации батареи. При нагреве до 70 °C вследствие перегрузки или короткого замыкания начинается цепная реакция саморазогрева за счет накопленной энергии и последующий пожар. Разряженный аккумулятор при замыкании не загорится, а тихо выйдет из строя.

Подготовка батарей к хранению

По поводу хранения данные несколько противоречивы. С одной стороны, в регламенте обслуживания и хранения литиевых аккумуляторов предписано хранение с зарядом 75 % от номинала. С другой стороны, экспериментальные данные показывают, что силовые батареи лучше всего сохраняют свои параметры при хранении с зарядом 45–50 % от номинального заряда и температуре около +10 °C. Вероятно, истина в том, что с фабрики новые батареи поступают заряженными на 75 %, а после начала эксплуатации их лучше хранить при заряде 50 %. В любом случае, хранение полностью заряженных аккумуляторов приводит к быстрой потере емкости. Например, по опыту автора, хранение полностью заряженных батарей при комнатной температуре с ноября по март привело к сокращению полетного времени на 35 %. При этом емкость батарей, измеряемая зарядным устройством, уменьшилась лишь на 15 %. Но резко возросло внутреннее сопротивление батарей, и существенная часть энергии стала расходоваться на их нагрев.

Под длительным хранением мы подразумеваем перерыв в использовании батарей на срок более трех месяцев. Поэтому, если перерыв в полетах составит две-три недели, специально готовить батарею к хранению не надо. Но при подготовке к длительному хранению все же лучше воспользоваться специальным балансиром-разрядником или интеллектуальным зарядным устройством, тщательно отбалансировать ячейки и разрядить батарею приблизительно до 50 % емкости.

Если вы используете несколько одинаковых батарей, то рекомендуется наклеить на них липкие этикетки или кусочки малярного скотча и условными значками отмечать каждый цикл "разряд/заряд", а также подозрительные ячейки. Это позволит распределить нагрузку между батареями и более качественно их обслуживать.