При покупке радиоуправляемой модели мы не
задумываемся о том, какой аккумулятор внутри и чем вообще различаются эти
устройства. И только потом, столкнувшись на практике с потребительскими
качествами тех или иных аккумуляторов, начинаем анализировать и выбирать.
Электрический аккумулятор можно встретить на любой модели с
радиоуправлением. От него работает приёмник радиоуправления, сервомашинки, и
другая электроника. На моделях с электроприводом аккумулятор питает электродвигатель,
приводящий в движение модель.
Характеристики аккумуляторов:
Емкость.
Ёмкость аккумуляторов измеряется в миллиампер-часах (мА*ч). Бортовые батареи для сервоприводов и приёмника обычно имеют ёмкости от 200—300 до 2000 мА*ч. Ходовые аккумуляторы — до 5300 мА*ч и выше.
Ёмкость аккумуляторов измеряется в миллиампер-часах (мА*ч). Бортовые батареи для сервоприводов и приёмника обычно имеют ёмкости от 200—300 до 2000 мА*ч. Ходовые аккумуляторы — до 5300 мА*ч и выше.
Ампер-час (А·ч) — внесистемная единица измерения электрического заряда,
применяемая при обслуживании электрических аккумуляторов.
Ампер-час — это заряд, который проходит через поперечное сечение проводника в течение одного часа при наличии в нём тока силой в 1 Ампер.
Слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву.
Токоотдача.
Токоотдача характеризует способность аккумулятора отдавать ток определенной величины. Обозначается в численных значениях емкости. Например 10С для аккумулятора емкостью 600 мА*ч означает, что данный аккумулятор способен отдавать ток, равный 10*0.6 = 6 Ампер. Бытовые аккумуляторы способны отдавать ток до 3С; силовые, необходимые для питания ходового двигателя модели — от 10С и выше.
Ампер-час — это заряд, который проходит через поперечное сечение проводника в течение одного часа при наличии в нём тока силой в 1 Ампер.
Слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву.
Токоотдача.
Токоотдача характеризует способность аккумулятора отдавать ток определенной величины. Обозначается в численных значениях емкости. Например 10С для аккумулятора емкостью 600 мА*ч означает, что данный аккумулятор способен отдавать ток, равный 10*0.6 = 6 Ампер. Бытовые аккумуляторы способны отдавать ток до 3С; силовые, необходимые для питания ходового двигателя модели — от 10С и выше.
Типы аккумуляторов:
Никель-кадмиевые аккумуляторы.
Срок службы составляет от 100 до 3500 циклов заряд-разряд.
Кадмиевые аккумуляторы отличаются неприхотливостью в эксплуатации, высоким сроком службы (до 1000 циклов заряд-разряд) и относительно низкой удельной емкостью (емкостью на единицу массы батареи).
Параметры:
Теоретическая энергоёмкость: 237 Вт·ч/кг.
Удельная энергоёмкость: 45–65 Вт·ч/кг.
Удельная энергоплотность: 50–150 Вт·ч/дм³.
Удельная мощность: 150..500 Вт/кг.
ЭДС = 1,37 В.
Рабочее напряжение = 1,2 В.
Нормальный ток зарядки = 1/4 ёмкости, время зарядки = 6 часов.
Саморазряд: 10 % в месяц.
Рабочая температура: −15…+40 °С.
Кадмиевые аккумуляторы отличаются неприхотливостью в эксплуатации, высоким сроком службы (до 1000 циклов заряд-разряд) и относительно низкой удельной емкостью (емкостью на единицу массы батареи).
Параметры:
Теоретическая энергоёмкость: 237 Вт·ч/кг.
Удельная энергоёмкость: 45–65 Вт·ч/кг.
Удельная энергоплотность: 50–150 Вт·ч/дм³.
Удельная мощность: 150..500 Вт/кг.
ЭДС = 1,37 В.
Рабочее напряжение = 1,2 В.
Нормальный ток зарядки = 1/4 ёмкости, время зарядки = 6 часов.
Саморазряд: 10 % в месяц.
Рабочая температура: −15…+40 °С.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы.
Имеют те же типоразмеры, что и никель-кадмиевые, но обладают в полтора-два раза большей емкостью элементов при той же массе и во столько же раз уступают кадмиевым аккумулятором по сроку службы, то есть за время службы и Ni-MH и Ni-Cd отдают приблизительно одинаковый заряд. Как и Ni-Cd аккумуляторы, они постепенно уступают место более ёмким аккумуляторам на основе лития.
Имеют те же типоразмеры, что и никель-кадмиевые, но обладают в полтора-два раза большей емкостью элементов при той же массе и во столько же раз уступают кадмиевым аккумулятором по сроку службы, то есть за время службы и Ni-MH и Ni-Cd отдают приблизительно одинаковый заряд. Как и Ni-Cd аккумуляторы, они постепенно уступают место более ёмким аккумуляторам на основе лития.
Параметры:
Теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): 300 Вт·ч/кг.
Удельная энергоёмкость: около — 60-72 Вт·ч/кг.
Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около — 150 Вт·ч/дм³.
ЭДС: 1,3 В.
Рабочая температура: −60…+55 °С.
Срок службы: около 300—500 циклов заряда/разряда.
Теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): 300 Вт·ч/кг.
Удельная энергоёмкость: около — 60-72 Вт·ч/кг.
Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около — 150 Вт·ч/дм³.
ЭДС: 1,3 В.
Рабочая температура: −60…+55 °С.
Срок службы: около 300—500 циклов заряда/разряда.
Описание
Никель-металл-гидридные аккумуляторы держат напряжение «до последнего», а затем, когда энергия аккумулятора будет исчерпана, напряжение быстро снижается. Этот тип аккумуляторов разработан для замены никель-кадмиевых аккумуляторов. Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют примерно на 30% большую емкость при тех же габаритах, но меньший срок службы — от 300 до 500 циклов заряда/разряда. Саморазряд примерно в 1,5-2 раза выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов.
NiMH аккумуляторы практически избавлены от «эффекта памяти». Это означает, что заряжать не полностью разряженный аккумулятор можно, если он не хранился больше нескольких дней в таком состоянии. Если же аккумулятор был частично разряжен, а затем не использовался в течение длительного времени (более 3 дней), то перед зарядом его необходимо разрядить.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы держат напряжение «до последнего», а затем, когда энергия аккумулятора будет исчерпана, напряжение быстро снижается. Этот тип аккумуляторов разработан для замены никель-кадмиевых аккумуляторов. Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют примерно на 30% большую емкость при тех же габаритах, но меньший срок службы — от 300 до 500 циклов заряда/разряда. Саморазряд примерно в 1,5-2 раза выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов.
NiMH аккумуляторы практически избавлены от «эффекта памяти». Это означает, что заряжать не полностью разряженный аккумулятор можно, если он не хранился больше нескольких дней в таком состоянии. Если же аккумулятор был частично разряжен, а затем не использовался в течение длительного времени (более 3 дней), то перед зарядом его необходимо разрядить.
Наиболее благоприятный режим работы:
Разряд небольшим током, от 0,2 до 0,5 номинальной ёмкости, время заряда — обычно примерно 30 минут.
Хранение
Аккумуляторы нужно хранить полностью заряженными! При хранении надо регулярно (раз в 1-2 месяца) проверять напряжение. Оно не должно падать ниже 1 В. Если же напряжение упало, необходимо зарядить аккумуляторы заново. Единственный вид аккумуляторов, которые могут храниться разряженными, — это Ni-Cd аккумуляторы.
Литий-полимерные аккумуляторы.
Разряд небольшим током, от 0,2 до 0,5 номинальной ёмкости, время заряда — обычно примерно 30 минут.
Хранение
Аккумуляторы нужно хранить полностью заряженными! При хранении надо регулярно (раз в 1-2 месяца) проверять напряжение. Оно не должно падать ниже 1 В. Если же напряжение упало, необходимо зарядить аккумуляторы заново. Единственный вид аккумуляторов, которые могут храниться разряженными, — это Ni-Cd аккумуляторы.
Литий-полимерные аккумуляторы.
Параметры:
Энергетическая плотность: 110 … 200 Вт*ч/кг
Внутреннее сопротивление: 150 … 250 мОм (для батареи 7,2 В)
Число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 500—1000
Время быстрого заряда: 2-4 часа
Допустимый перезаряд: очень низкий
Саморазряд при комнатной температуре: 5-10% в месяц
Напряжение в элементе: 3,6 В
Ток нагрузки относительно ёмкости (С):
— пиковый: больше 2С
— наиболее приемлемый: до 1С
Диапазон рабочих температур: −20 — +60 °C
обслуживание: не регламентируется
Энергетическая плотность: 110 … 200 Вт*ч/кг
Внутреннее сопротивление: 150 … 250 мОм (для батареи 7,2 В)
Число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 500—1000
Время быстрого заряда: 2-4 часа
Допустимый перезаряд: очень низкий
Саморазряд при комнатной температуре: 5-10% в месяц
Напряжение в элементе: 3,6 В
Ток нагрузки относительно ёмкости (С):
— пиковый: больше 2С
— наиболее приемлемый: до 1С
Диапазон рабочих температур: −20 — +60 °C
обслуживание: не регламентируется
Обычные, бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой
ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные
отдавать ток в 10 и даже 45 раз превышающий численное значение ёмкости (10-45
Кл). Они широко применяются в портативном электроинструменте, в
радиоуправляемых моделях.
Представляют собой пластины прямоугольной формы, номинальное напряжение
одного элемента (пластины) 3,6в; полностью заряженного 4,2в. Обладают примерно
втрое большей емкостью на единицу массы, чем Ni-MH аккумуляторы. Требуют
аккуратного и осторожного обращения при эксплуатации: неправильная зарядка,
перегрев или механическое повреждение литий-полимерных батарей может привести к
их возгоранию! Для зарядки используются только специальные зарядные устройства
для литий-полимерных аккумуляторов; в процессе заряда не допускается оставлять
процесс без присмотра — чтобы исключить риск возникновения пожара.
Сборка батареи.
Для получения батарей с высокой токоотдачей или большой емкости используют
параллельное соединение аккумуляторов. Если вы покупаете готовую батарею, то по
маркировке можно узнать, сколько в ней банок и как они соединены. Буква P
(parallel) после числа обозначает количество соединенных параллельно банок, а S
(serial) –последовательно. Например, "3S2P" обозначает батарею,
соединенную последовательно из 3-х пар аккумуляторов, и каждая пара образована
2-мя параллельно соединенными аккумуляторами емкостью по 1500мА*ч., то есть
емкость батареи будет 3000мА*ч (при соединении параллельно ёмкость возрастает),
а напряжение – 3,7*3 = 11,1В.
Если вы покупаете аккумуляторы отдельно, то перед соединением их в батарею нужно уравнять их потенциалы. Особенно это касается варианта параллельного включения, так как при этом одна банка начнет заряжать другую, и зарядный ток может превысить значение 1С. Желательно все купленные банки перед соединением разрядить до 3-х вольт током 0.1С – 0.2С. Напряжение надо контролировать цифровым вольтметром с точностью не ниже 0.5%. Это обеспечит надежное функционирование батареи в будущем.
Выравнивание потенциалов (балансировку) также желательно проводить даже уже на собранных фирменных батареях перед их первым зарядом, так как многие фирмы, собирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.
Из-за падения емкости в результате эксплуатации ни в коем случае нельзя добавлять новые банки последовательно старым - батарея будет при этом разбалансирована.
Конечно, также нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей – например 1800 и 2000 мА*ч, а также использовать в одной батарее аккумуляторы разных производителей, так как различное внутреннее сопротивление приведет к разбалансировке батареи. При пайке следует соблюдать аккуратность, нельзя допускать перегрева выводов, - это может нарушить герметизацию и навсегда убить еще не успевший полетать аккумулятор.
Если вы покупаете аккумуляторы отдельно, то перед соединением их в батарею нужно уравнять их потенциалы. Особенно это касается варианта параллельного включения, так как при этом одна банка начнет заряжать другую, и зарядный ток может превысить значение 1С. Желательно все купленные банки перед соединением разрядить до 3-х вольт током 0.1С – 0.2С. Напряжение надо контролировать цифровым вольтметром с точностью не ниже 0.5%. Это обеспечит надежное функционирование батареи в будущем.
Выравнивание потенциалов (балансировку) также желательно проводить даже уже на собранных фирменных батареях перед их первым зарядом, так как многие фирмы, собирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.
Из-за падения емкости в результате эксплуатации ни в коем случае нельзя добавлять новые банки последовательно старым - батарея будет при этом разбалансирована.
Конечно, также нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей – например 1800 и 2000 мА*ч, а также использовать в одной батарее аккумуляторы разных производителей, так как различное внутреннее сопротивление приведет к разбалансировке батареи. При пайке следует соблюдать аккуратность, нельзя допускать перегрева выводов, - это может нарушить герметизацию и навсегда убить еще не успевший полетать аккумулятор.
Нюансы применения:
Используйте нормальный зарядник.
Применяйте разъемы, исключающие возможность замыкания батареи.
Не превышайте допустимые токи разряда.
Следите за температурой аккумулятора при отсутствии охлаждения.
Не разряжайте аккумулятор ниже напряжения 3 V/банку.
Не подвергайте батарею ударам.
Используйте нормальный зарядник.
Применяйте разъемы, исключающие возможность замыкания батареи.
Не превышайте допустимые токи разряда.
Следите за температурой аккумулятора при отсутствии охлаждения.
Не разряжайте аккумулятор ниже напряжения 3 V/банку.
Не подвергайте батарею ударам.
Приведем несколько полезных примеров.
При больших зарядных токах (2 А и более) использование тонких проводов от
зарядника до батареи, а также подключение «крокодилами» а не штатными разъемами
батареи к заряднику приводят к паразитному падению напряжения в контактах и
проводах, зарядник раньше переходит в режим стабилизации напряжения, что
увеличивает время заряда.
При использовании коллекторных моторов нужно не допускать ситуаций, когда мотор застопорен (например, модель лежит на земле), а на передатчике дан полный газ. Ток при этом слишком велик, и Вы рискуете взорвать батарею (если раньше не сгорит мотор или регулятор). Большинство регуляторов для коллекторных моторов выключают мотор при потере сигнала от передатчика, и, если ваш регулятор умеет это делать, советуем выключать передатчик, если модель упала, например, в траву далеко от Вас, - меньше риск при поиске модели задеть ручку газа болтающегося на ремне передатчика и не заметить этого.
В течении долгой эксплуатации батареи ее элементы из-за изначального небольшого разброса ёмкостей становятся несбалансированными - какие-то банки «стареют» раньше других и теряют свою ёмкость быстрее. При большем числе банок в батарее процесс идет быстрее.
Отсюда вытекает следующее правило - иногда необходимо контролировать ёмкость каждого элемента батареи в отдельности. Для этого можно измерить его напряжение в конце заряда. Как часто? Точно это пока установить сложно - слишком мало опыта эксплуатации накоплено. Как правило, рекомендуют примерно через 40-50 циклов после начала эксплуатации раз в 10-20 циклов производить проверку напряжения элементов батареи при заряде для выявления «плохих банок».
Не рекомендуется «высаживать в ноль» батарею, гоняя мотор до тех пор, пока он не перестанет вообще вращаться. Новой батарее такое обращение не повредит, а для немного разбалансированной - это лишний риск разрядить самую «плохую банку» ниже 3-х вольт, из-за чего она еще больше потеряет емкость.
Когда емкости различаются более, чем на 20% - такую батарею без специальных мер заряжать всю целиком нельзя!
Для автоматической балансировки элементов батареи при заряде используют так называемые балансеры (balancer). Это небольшая плата, подключаемая к каждой банке, содержащая нагрузочные резисторы, схему управления и светодиод, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4.17 - 4.19 вольт. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4.17 вольт балансер замыкает часть тока «на себя», не позволяя напряжению превысить критический порог. По одновременности зажигания светодиодов видно, какие банки имеют меньшую емкость - на их балансере светодиод зажжется первым. К балансерам предъявляется одно важное дополнительное требование- ток, потребляемый ими от батареи в «ждущем» режиме должен быть мал, обычно он составляет 5-10 мкА.
При использовании коллекторных моторов нужно не допускать ситуаций, когда мотор застопорен (например, модель лежит на земле), а на передатчике дан полный газ. Ток при этом слишком велик, и Вы рискуете взорвать батарею (если раньше не сгорит мотор или регулятор). Большинство регуляторов для коллекторных моторов выключают мотор при потере сигнала от передатчика, и, если ваш регулятор умеет это делать, советуем выключать передатчик, если модель упала, например, в траву далеко от Вас, - меньше риск при поиске модели задеть ручку газа болтающегося на ремне передатчика и не заметить этого.
В течении долгой эксплуатации батареи ее элементы из-за изначального небольшого разброса ёмкостей становятся несбалансированными - какие-то банки «стареют» раньше других и теряют свою ёмкость быстрее. При большем числе банок в батарее процесс идет быстрее.
Отсюда вытекает следующее правило - иногда необходимо контролировать ёмкость каждого элемента батареи в отдельности. Для этого можно измерить его напряжение в конце заряда. Как часто? Точно это пока установить сложно - слишком мало опыта эксплуатации накоплено. Как правило, рекомендуют примерно через 40-50 циклов после начала эксплуатации раз в 10-20 циклов производить проверку напряжения элементов батареи при заряде для выявления «плохих банок».
Не рекомендуется «высаживать в ноль» батарею, гоняя мотор до тех пор, пока он не перестанет вообще вращаться. Новой батарее такое обращение не повредит, а для немного разбалансированной - это лишний риск разрядить самую «плохую банку» ниже 3-х вольт, из-за чего она еще больше потеряет емкость.
Когда емкости различаются более, чем на 20% - такую батарею без специальных мер заряжать всю целиком нельзя!
Для автоматической балансировки элементов батареи при заряде используют так называемые балансеры (balancer). Это небольшая плата, подключаемая к каждой банке, содержащая нагрузочные резисторы, схему управления и светодиод, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4.17 - 4.19 вольт. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4.17 вольт балансер замыкает часть тока «на себя», не позволяя напряжению превысить критический порог. По одновременности зажигания светодиодов видно, какие банки имеют меньшую емкость - на их балансере светодиод зажжется первым. К балансерам предъявляется одно важное дополнительное требование- ток, потребляемый ими от батареи в «ждущем» режиме должен быть мал, обычно он составляет 5-10 мкА.
Следует добавить, что от переразряда некоторых банок в разбалансированной
батарее балансер не спасает, он служит только для защиты от повреждения
элементов при заряде и средством индикации «плохих» элементов в батарее.
Вышесказанное относится к батареям, составленным из 3-х и более элементов, для
2-х баночных батарей балансеры, как правило, не применяют.
Существует мнение, что литий-полимерные аккумуляторы нельзя эксплуатировать при отрицательных температурах. Действительно, в технических характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50 °С(при 0 °С сохраняется 80% емкости). Но тем не менее, летать на них при температурах около –10...-15 °С можно. Дело в том, что не надо перед полетом морозить батарею - положите ее в карман, где тепло. А в полете внутреннее выделение тепла в аккумуляторе оказывается в данный момент полезным свойством, не позволяя батарее замерзнуть. Конечно, отдача аккумулятора будет несколько ниже, чем при нормальной температуре.
Существует мнение, что литий-полимерные аккумуляторы нельзя эксплуатировать при отрицательных температурах. Действительно, в технических характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50 °С(при 0 °С сохраняется 80% емкости). Но тем не менее, летать на них при температурах около –10...-15 °С можно. Дело в том, что не надо перед полетом морозить батарею - положите ее в карман, где тепло. А в полете внутреннее выделение тепла в аккумуляторе оказывается в данный момент полезным свойством, не позволяя батарее замерзнуть. Конечно, отдача аккумулятора будет несколько ниже, чем при нормальной температуре.
Преимущества:
Низкая цена за единицу ёмкости;
Большая плотность энергии на единицу объёма и массы;
Низкий саморазряд;
Толщина элементов от 1 мм;
Возможность получать очень гибкие формы;
Экологическая безопасность;
Незначительный перепад напряжения по мере разряда.
Литий железо-фосфатные аккумуляторы.Низкая цена за единицу ёмкости;
Большая плотность энергии на единицу объёма и массы;
Низкий саморазряд;
Толщина элементов от 1 мм;
Возможность получать очень гибкие формы;
Экологическая безопасность;
Незначительный перепад напряжения по мере разряда.
На данный момент выпускается два вида батарей в герметичном цилиндрическом
корпусе: емкостью 2300 мА*ч и 1100 мА*ч. Номинальное напряжение одного
элемента 3,3в. Массового распространения еще не получили, но уже успешно
применяются отдельными энтузиастами на самых различных типах моделей!
Первыми в розничную продажу поступили банки с такими характеристиками:
Габариты одной банки: диаметр - 25,85 мм, высота 65,15 мм
Вес банки: 70 гр
Номинальная емкость: 2300 мА/час
Номинальное напряжение: 3,3 В
Рекомендуемы метод зарядки: 3А, 3,6В (45 мин)
Быстрый способ зарядки: 10А, 3,6В (15 мин)
Максимальный продолжительный ток разряда: 70А
Кратковременный ток разряда (10 сек): 120А
Срок службы (при разряде током 10С): более 1000 циклов
Рабочая температура: -30 до +60 градусов по Цельсию
Габариты одной банки: диаметр - 25,85 мм, высота 65,15 мм
Вес банки: 70 гр
Номинальная емкость: 2300 мА/час
Номинальное напряжение: 3,3 В
Рекомендуемы метод зарядки: 3А, 3,6В (45 мин)
Быстрый способ зарядки: 10А, 3,6В (15 мин)
Максимальный продолжительный ток разряда: 70А
Кратковременный ток разряда (10 сек): 120А
Срок службы (при разряде током 10С): более 1000 циклов
Рабочая температура: -30 до +60 градусов по Цельсию