Kompedium wiedzy o akumulatorach modelarskich

Autor: Michal Szymczyna W: Artykuły Data: Komentarze: 0 Wyświetleń: 770

Akumulatory stosowane w modelarstwie

1.Rodzaje akumulatorów

Obecnie najpopularniejszym typem pakietów stosowanych w modelarstwie są akumulatory Litowo-polimerowe (LiPo), które wypierają starsze ogniwa NiMH.

Pakiety LiPo charakteryzują się niewielką wagą, mogą przybrać różny kształt, jednak co najważniejsze, oferują dużą pojemność, wysoką wydajność prądową i stałą charakterystykę rozładowania.

Ogniwa NiMH mogą być ciągle z powodzeniem wykorzystywane w modelach, jednak obecnie najważniejsza jest wydajność, która niestety zostaje w tyle za LiPolami. Stosowano również akumulatory NiCd, których używa się obecnie rzadko z racji na szkodliwość i bardzo dający się we znaki „efekt pamięciowy”.

Porównanie akumulatorów:

LiPo

NiMH

Zalety

Wady

Zalety

Wady

Wysoka wydajność

Konieczność naładowania do 3,8V w celu przechowywania

Po rozładowaniu można je bezpiecznie przechowywać

Odstają od parametrów LiPo, szczególnie prądem rozładowania

Brak „efektu pamięciowego”

Niewłaściwe użytkowanie może być niebezpieczne

Bezpieczniejsze w użytkowaniu

W niewielkim stopniu występuje „efekt pamięciowy”

Niska waga

Krótsza żywotność

Cięższe niż pakiety LiPo

Dowolny kształt

Poszczególne cele mają zawsze cylindryczny kształt

Stała charakterystyka rozładowania

Razem z rozładowaniem tracą moc





2. Budowa pakietu LiPo

O pakiecie LiPo możemy mówić w przypadku akumulatora posiadającego 2 lub więcej cel. Każda cela ma napięcie znamionowe 3.7V i określoną pojemność. Ogniwo wykonane jest z litu oraz polimerów przewodzących. Może przybierać róźne kształty, w przypadku akumulatorów modelarskich są to bryły w kształcie prostopadłościanu. Twarde obudowy stosuje się rzadko, aby zmniejszyć wagę pakietu.

Z każdego pakietu LiPo powinny wychodzić 2 typy przewodów:

Zasilające – czerwony oraz czarny (+ i -). Przewody te zakończone są wtyczką, najczęściej XT60 lub T-Deans, w przypadku mniejszych pakietów może to być JST.

Przewody balansera – jest ich zawsze o 1 więcej niż cel w pakiecie, przewody zewnętrzne to czerwony i czarny (plus i wspólny minus), pomiędzy nimi znajdują się wyprowadzenia następnych cel. Wyjście to służy do balansowania napięcia na celach podczas ładowania. Dzięki niemu możemy również sprawdzić napięcie na poszczególnych celach i w razie czego zidentyfikować uszkodzone ogniwo.






3. Parametry i symbole które warto znać:

Układ cel (S,P) – informuje nas o ilości cel z których wykonany jest pakiet.

S oznacza cele połączone szeregowo, natomiast P – równolegle (obecnie rzadko stosowane). Połączenie szeregowe powoduje dodanie do siebie napięcia cel, natomiast równoległe zwiększa pojemność pakietu.

Pojemność (C) – pojemność pakietu wyrażona w mAh (miliamperogodzina). Oznacza prąd jakim pakiet zostanie rozładowany w czasie pełnej godziny. Przykładowo akumulator 2600mAh pozwoli nam na pobór 2.6A w ciągu godziny, 1.3A w ciągu dwóch godzin oraz 10.4A w ciągu 15 minut.

Z tym parametrem związane są również:

Prąd ciągły (Constant current) – oznaczany na etykiecie pakietu jako wielokrotność parametru C, jest to prąd jaki może być bezpiecznie pobierany z akumulatora. Pakiet 2600mAh 30C pozwoli nam na pobór 70A

Prąd chwilowy (Burst current) – jest z reguły 2x większy niż prąd ciągły, mierzy się go zazwyczaj w czasie 10 sekund. Określa maksymalny prąd jaki możemy chwilowo pobrać, jednak w wielu przypadkach nie jest możliwe wykorzystanie go – akumulator 2600mAh 30C o prądzie chwilowym 60C pozwoli nam na taki pobór tylko przez 1 minutę.

Z pojemnością ma również związek waga akumulatora – razem z parametrem C rośnie waga pakietu.

Napięcie wyrażone w woltach (V) – napięcie celi LiPo mieści się w zakresie 3-4,2V, gdzie:

• 3V – pakiet jest całkowicie rozładowany, nigdy nie należy rozładowywać ogniwa poniżej tego napięcia, ponieważ na pewno uszkodzi to celę
• 3,7V – napięcie znamionowe
• 3,8V – bezpieczne napięcie do przechowywania pakietów

• 4,2V – napięcie maksymalne, jest to górna granica naładowania celi, przekroczenie jej grozi uszkodzeniem, a nawet może spowodować wybuch pakietu

Napięcie całego pakietu określa ilość cel połączonych szeregowo, w przypadku pakietu 4S są to 4 cele po 3,7V , co w sumie daje nam 14,8V.

4. Ładowanie pakietów LiPo

Chcąc korzystać z pakietów LiPo musimy również zaopatrzyć się w odpowiednią ładowarkę. Obecnie najpopularniejsze są ładowarki mikroprocesorowe, które łączą wygodę w obsłudze z bezpieczeństwem, a sam proces zachodzi praktycznie automatycznie. Należy korzystać wyłącznie z urządzeń dedykowanych akumulatorom LiPo. Sam proces ładowania zachodzi w 2 fazach – CC/CV (stały prąd / stałe napięcie), gdzie najpierw akumulator ładowany jest prądem, a pod sam koniec procesu podawane jest napięcie 4,2V. Równie ważnym procesem jest balansowanie, gdzie ładowarka wyrównuje napięcie na celach. Różnica w napięciach celi jest niebezpieczna, gdyż przez mniej naładowane cele przepływa większy prąd, co powoduje szybsze ich zużywanie oraz nagrzewanie. Przydatną funkcją jest tryb Storage, który ładuje napięcie do poziomu 3,8V , które jest odpowiednie do przechowywania pakietu.

Wskazówki:

Przyjęło się, że odpowiednim prądem do ładowania pakietu jest 1C (C=pojemność pakietu). Możliwe jest ładowanie większym prądem gdy zezwala na to producent.

•  Należy za każdym razem balansować cele

Użytkownik ładowarki powinien nadzorować proces, najlepiej jeśli akumulator będzie przechowywany w przeznaczonej do tego torbie, nie zaleca się kłaść pakietu na łatwopalnym podłożu jak panele, czy stół.

Po każdorazowym rozładowaniu powinno się doładowywać pakiet w trybie Storage (3,8V). Napięcie rozładowanego pakietu może samoczynnie spaść poniżej 3V, co na pewno negatywnie wpłynie na jego stan. Akumulatory najlepiej przechowywać w ognioodpornym pojemniku, jak na przykład wspomniana wcześniej torba, czy ceramiczna doniczka.

Nie należy doładowywać, ani rozładowywać napuchniętych akumulatorów

Szacowana żywotność pakietu LiPo to 200-400 użyć, zadbany pakiet na pewno osiągnie górną granicę, a nawet może ją przekroczyć.

5. Obliczenie czasu lotu

Najprostszą formułą potrzebną do obliczenia minimalnego czasu lotu na akumulatorze jest:

Czas = pojemność / pobór x 60

Aby nie rozładowywać akumulatora do końca, pojemność akumulatora określamy jako 80% tej wartości.

Przykład:

Budujemy quadrocopoter napędzany 4 silnikami Emax MT2206 II, o całkowitym poborze 30A. Zasilanie pobieramy z akumulatora 2600mAh 3S 25C.

Mając te dane możemy obliczyć czas lotu:

Czas = 2.6A x 80% / 30A x 60

Czas = 2.08A / 30A x 60

Czas = 0.04 x 60

Czas = 4.16 minuty

Oczywiście nie oznacza to że copter będzie latał tylko 4 minuty – w obliczeniach wzięliśmy pod uwagę maksymalne obroty silników. Podczas lotu poziomego, czy zwisu pobór prądu będzie odpowiednio mniejszy, co przełoży się na dłuższy lot.

6. Bezpieczeństwo

Nieodpowiednie traktowanie akumulatorów może okazać się niebezpiecznie. Zużywanie ogniw powoduje wzrost ich rezystancji, co prowadzi do ich nagrzewania i puchnięcia. Lit z którego wykonana jest elektroda reaguje z tlenem i pod wpływem temperatury może doprowadzić do wybuchu. Nie warto ryzykować korzystając z nabrzmiałych ogniw, LiPole mają określoną żywotność, którą da się wydłużyć, ale tylko jeśli będziemy je eksploatować zgodnie z kilkoma zasadami:

Nie dopuścić do tego, by napięcie celi spadło poniżej 3V. Najbardziej optymalnym napięciem do zakończenia lotu jest 3,3V, warto zaopatrzyć się w alarm który poinformuje nas o wyczerpaniu akumulatora. Poświęcamy tym sposobem chwilę lotu, ale jednocześnie bateria mniej się zużywa
Zaleca się ładować pakiety prądem 1C. Oczywiście większy prąd szybciej naładuje akumulator, jednak może też mu zaszkodzić.
Dbanie o to, by cele były zbalansowane jest bardzo ważne. Niezbalansowane ogniwa zużywają się znacznie szybciej.
Pakiety powinno się przechowywać w ognioodpornym miejscu, najlepiej doładowane do poziomu 3,8V
Napuchniętych pakietów nie należy ładować i rozładowywać dużym prądem, nie należy ich również przebijać. Najlepszym sposobem na bezpieczne pozbycie się takiego akumulatora jest powolne rozładowanie go, najlepiej przez podłączenie żarówki, a następnie oddanie go do utylizacji

6.1 Przewożenie akumulatorów LiPo w samolocie

Chcąc przewieźć swój model samolotem powinniśmy najpierw zapoznać się z ogólnymi zasadami przyjętymi przez IATA (Międzynarodowe Stowarzyszenie Przewoźników Powietrznych). Między poszczególnymi przewoźnikami mogą występować różnice, jednak ogólne zasady to:

Zgodnie z przepisami wprowadzonymi przez IATA w dniu 1 kwietnia 2016, pakiety LiPo można transportować wyłącznie w bagażu podręcznym.

Bardzo ważne: akumulator powinien być umieszczony w specjalnej ogniodpornej torbie, powinien być również zabezpieczony przed zwarciem i posiadać etykietę informującą o jego parametrach

Absolutnie nie wolno przewozić uszkodzonych akumulatorów

Można swobodnie przewozić pakiety o energii do 100W/h – jak obliczyć ten parametr?

Energia = Pojemność x Napięcie

(W/h) A/h V

Dla pakietu 3000 mAh 11.1V:

Energia = 3Ah x 11.1V

Energia = 33.3W/h - zgodnie ze wzorem W = A x V

Ten pakiet można bez problemu zabrać na pokład

Pakiety o mocy większej niż 100W/h, ale mniejszej niż 160W/h, w większości przypadków ograniczone są limitem do 2 sztuk na jednego pasażera – może być wymagane pozwolenie od przewoźnika

Przewożenie pakietów o mocy powyżej 160W/h jest zakazane

Warto wcześniej skontaktować się z przewoźnikiem, by dokładnie dowiedzieć się jakie obowiązują zasady transportu pakietów LiPo. Na pewno pomoże to uniknąć ewentualnych komplikacji.

Zasady przewożenia pakietów Litowo-polimerowych w róźnych liniach lotniczych:

Lufthansa:

Dla akumulatorów o mocy mniejszej niż 100W/h:

- można je przewozić w ilości do użytku własnego, tylko w bagażu podręcznym
pakiet powinien znajdować się w specjalnej torbie i być zabezpieczony przed zwarciem

Dla akumulatorów o mocy większej niż 100W/h, ale mniejszej niż 160W/h:

- jedna osoba może przewieźć maksymalnie 2 sztuki, tylko w bagażu podręcznym
- pakiet powinien znajdować się w specjalnej torbie i być zabezpieczony przed zwarciem
- wymagane jest pozwolenie przewoźnika

Przewożenie akumulatorów o mocy powyżej 160W/h jest zabronione.

British Airways:

Dla akumulatorów o mocy mniejszej niż 100W/h:

- jedna osoba może przewieźć maksymalnie 4 sztuki, tylko w bagażu podręcznym
- pakiet powinien znajdować się w specjalnej torbie i być zabezpieczony przed zwarciem i uszkodzeniem

Dla akumulatorów o mocy większej niż 100W/h, ale mniejszej niż 160W/h:

- jedna osoba może przewieźć maksymalnie 2 sztuki, tylko w bagażu podręcznym
- pakiet powinien znajdować się w specjalnej torbie i być zabezpieczony przed zwarciem i uszkodzeniem
- wymagane jest pozwolenie przewoźnika

Przewożenie akumulatorów o mocy powyżej 160W/h jest zabronione.

Air France:

Dla akumulatorów o mocy mniejszej niż 100W/h:

- można je przewozić w ilości do użytku własnego, tylko w bagażu podręcznym
- pakiet powinien znajdować się w specjalnej torbie i być zabezpieczony przed zwarciem

Dla akumulatorów o mocy większej niż 100W/h, ale mniejszej niż 160W/h:

- jedna osoba może przewieźć maksymalnie 2 sztuki, tylko w bagażu podręcznym
- pakiet powinien znajdować się w specjalnej torbie i być zabezpieczony przed zwarciem

Przewożenie akumulatorów o mocy powyżej 160W/h jest zabronione.

Komentarze

Zostaw komentarz