Напряжение аккумулятора квадрокоптера. До какого значения можно разряжать? Эксперимент — Все о квадрокоптерах
В этой статье будет рассказано о том, до какого значения можно разрядить аккумулятор квадрокоптера и какие могут быть последствия, если сильно разрядить аккумулятор дрона. Обычный способ поддержания нужного заряда во время полета — это использовать какую-нибудь сигнализацию, например, пищалку на квадрокоптере или сигнализацию через пульт управления. В этой статье я объясню до какого значения лучше всего настроить сигнализацию низкого заряда батареи и расскажу о последствиях разряда аккумуляторов до низкого значения, проведя личный эксперимент.
Если вы уже используете сигнализацию о низком заряде на своём квадрокоптере, да и знаете до какого уровня ее настроить, то всё равно рекомендую прочитать эту статью, так как я провел интересный эксперимент.
Содержание
- Эксперимент
- Анализ данных эксперимента
- Аккумулятор после эксперимента с разрядом
- Продолжение эксперимента
- Неудача?
- Итоги эксперимента
- Выводы
Эксперимент
Суть эксперимента — снизить напряжение аккумулятора до критических пределов.
Как правило все этого стараются избежать, чтобы продлить жизнь и здоровье батареи. Я решил узнать о контрольных критических точках минимального напряжения батареи и что будет, если их превысить.
Эксперимент я проводил таким образом: взял 3 одинаковых аккумулятора Lipo 4s, на одном отлетал до 3,5v на одну банку, на втором до 3,4v на банку и на третьем аккумуляторе до 3,2v на банку. Во время полета измерял напряжение через контроллер полета посредством передачи данных по телеметрии в мой taranis. Также запрограммировал таранис так, чтобы он сигнализировал в момент достижения этих значений.
Записал время полета, общее напряжение, температуру батареи после каждого полета.
Рекомендуется разряжать аккумулятор в полёте до 3,5 вольт на банку для того, чтобы был запас для приземления. Если у вас аккумулятор lipo 4s, то общее напряжение аккумулятора будет равно 14v.
Начну сразу с разряда до 3,2 вольта, так как разряд до 3,5 и 3,4 это обычное дело, там ничего интересного нет.
И так, разряд аккумулятора до 3,2v на банку в полёте вызывает повышенную нагрузку на батарею и приближает её к непоправимым изменениям. Ну по крайней мере так везде написано. Но это значение не совсем точное, так как батарея со временем стареет и деградирует, у неё увеличивается внутреннее сопротивление, всё это приводит к тому, что через год-два использования, батарея может выйти из строя уже на 3,3 вольта на банку.
Анализ данных эксперимента
Первый полёт в этом эксперименте был с установленной сигнализаций на 3,2v на банку. В момент когда сработала пищалка в таранисе, я только хотел начать снижение, но понял, что ничего не выйдет. В результате просто не хватило энергии, чтобы вернуть квадрокоптер на место взлета для мягкой посадки, он упал прямо там где и был. По телеметрии я видел, что напряжение батареи продолжает падать — 3v, 2,9v, 2,7v. Это очень плохо. Камера и радиооборудование не отключились, а продолжали потреблять последние остатки энергии аккумулятора.
Напряжение продолжало падать: 2,5v, 2,2v на банку.
В этот момент я очень торопился скорее найти квадрокоптер и отключить батарею, так как это были совсем уж низкие показания. Как только я его нашел, сразу отключил от дрона, положил в кейс и вообще относился к нему с особой осторожностью. Последние напряжение, которое я видел по телеметрии — 1,8v на банку, всего 7,2v на весь 4S аккумулятор, учитывая всю информацию, что когда-либо я читал, было совершенно понятно, что этот аккумулятор сдох и больше не заработает. Через совсем небольшое время после отсоединения, напряжение у аккумулятора немного подскочило вверх и стало 10,8v — это 2,70v на банку, тогда как общепринято, что 3 вольта это точка невозврата для аккумулятора.
Аккумулятор после эксперимента с разрядом
Аккумулятор после такого эксперимента я отнёс домой и положил его немного стабилизироваться и «отдохнуть» в течение нескольких часов. После того, как прошло 3 часа, я еще раз проверил напряжение. Удивительно, но он восстановился до 12,8v — это 3,2v на банку, обычно батарея восстанавливает несколько десятых вольт в покое, но это было довольно значительным увеличением напряжения.
Я поставил аккумулятор на зарядку. После того как он полностью зарядился, я еще раз проверил его напряжение, всё было точно также, как и в самом начале. Неужели он действительно остался целым и невредимым?
Продолжение эксперимента
Эксперимент продолжается и я пробую все же добить этот аккумулятор. Снова разряжаю аккумулятор до 3,2v на банку. Каждый раз, когда я достигал эту отметку, мой дрон падал на землю, но в этот раз я уже летал над самой землей, чтобы посадка была как можно мягче. Таким образом я разрядил аккумулятор еще 5 раз и все 5 раз мой дрон падал на землю во имя науки!
После разряда аккумулятора, я оставлял его в покое на несколько часов, чтобы он немного стабилизировался и восстановился, после чего ставил на зарядку. Как бы это удивительно не звучало, но с аккумулятором ничего не случилось! Никаких признаков деградации или износа не было. Между тем, другая батарея, где порог сигнализации был на 3,5v на банку, после полетов переводилась в режим хранения. Вот здесь интересный момент, в режиме хранения у аккумулятора менялось напряжение около 0,4v, то есть это напряжение становилось на 0,4 вольта выше, чем было после заряда.
Потребовалось более 2 часов, чтобы снова сбалансировать напряжение. С первого дня, как эта батарея у меня появилась, она всегда хорошо заряжалась и почти никогда я ее не разряжал ниже 3,4v даже под нагрузкой, но она первая стала себя плохо проявлять и начала показывать признаки износа.
Неудача?
На этом этапе стало понятно, что я не получу точных данных из этого эксперимента. После 5 разряда я не стал продолжать этот эксперимент, так как это еще и опасно, аккумулятор при такой неадекватной эксплуатации может загореться, да и просто не хотелось добить его, раз он такой живучий.
На самом деле аккумуляторы каждого производителя ведут себя по-своему и каждый аккумулятор работает по-разному, несмотря на то, что на этикетках одинаковые характеристики. Даже аккумуляторы одного и того же производителя могут работать совершенно по-разному. Аккумулятор из моего эксперимента который не сдох и продолжает работать, может стать хорошей рекламой для этого бренда, но это тот же самый бренд как и у другой батареи, которая при казалось бы правильной эксплуатации начала деградировать и портиться.
Итоги эксперимента
Итогом стало то, что никогда не будет простого и точного ответа на вопрос — до какого значения можно разряжать аккумулятор. Как было видно из эксперимента выше, аккумулятор с правильной эксплуатацией начал выходить из строя быстрее, чем аккумулятор после жесткой разрядки менее 3 вольт на банку.
Очень сложно придерживаться границы низкого разряда аккумулятора, например, на 3,4 вольта, так как в режиме гонки или просто в акро режиме, часто бывают резкие перепады скорости и нагрузки. Напряжение постоянно прыгает вверх-вниз в зависимости от того, сколько газа вы даёте на пульте. В таких ситуациях бывает сложно определить, относится ли сигнал низкого разряда к сигналу, что пора приземляться, либо это просто просадки напряжения из-за резкой нагрузки. В итоге очень сложно посадить квадрокоптер с точным значением, например, 3,3 вольта. Взгляните на график записи с blackbox, могли бы вы точно решить, что пора приземляться, основываясь на конкретных результатах этого графика?
Из-за больших перепадов напряжения во время полёта часто срабатывают пищалки на пульте и дроне, что батарея разряжена, на самом деле это не так.
Некоторые полетные контролеры подают сигнал сразу по достижению конкретного значения напряжения, а некоторые ждут, чтобы это напряжение было какое-то время на одной точке и только тогда начнет пищать. Второй вариант придуман для того, чтобы сигнал разряда аккумулятора был более надежным и без ложных срабатываний.
Выводы
На основе эксперимента могу сказать одно — каждый должен самостоятельно решить, какое значение выставлять для сигнала низкого заряда. Это также зависит от того как вы летаете, как относитесь к риску, как относитесь к производительности и долговечности аккумуляторов, всё это влияет на то, какое значение вы поставите. Можно летать до самого последнего момента, пищалка только запищит — и все уже садитесь, а если опыта мало, то вам потребуется еще некоторое время, чтобы аккуратно приземлить дрон. Никто не сможет дать вам точный совет, какое напряжение выставить, потому что всё зависит от вашего стиля полётов. Сигнализация низкого напряжения на гоночных квадрокоптеров это всё равно не очень надежно так как из-за больших перепадов нагрузки пищалка может ложно срабатывать, просто следите за средними показаниями, а также рекомендую установить телеметрию, это такая маленькая плата OSD, которая будет выводить напряжение в шлем или очки.
Статьи :: Справочная :: Рекомендации по зарядке/разрядке Ni-Cd аккумуляторной батареи
|
Для вычисления времени зарядки необходимо использовать следующую формулу: Для нормальной работы Ni-Cd батареи необходимо соблюдать следующие правила:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица для «медленного» (trickle) заряда типовых элементов
Данные в таблице актуальны для полностью разряженных аккумуляторов |
8 В
Батареи, собранные из высококачественных элементов японских производителей, достигают показателей после 4-6 циклов. Другие батареи могут потребовать 50-100 циклов для достижения приемлемых уровней емкости. Процесс тренировки требуется только для новых батарей.
Следует избегать большого колличества циклирования из-за эффекта износа.
0 А
0 А
5 АКонтакты
| Опт, склад, интернет- магазин |
10.00-19.00 Пн-Пт |
Расширенный поиск
Корзина
Мой кабинет
- Вход / Регистрация
- Мои заказы
А знаете ли вы что..
Счетчики
А знаете ли вы что..
объяснение разряда батареи солнечных батарей
Доля
Доля
Доля
Доля
Откройте для себя пять причин, по которым происходит разрядка батареи , и научитесь понимать кривую разрядки батареи и различные стадии заряда солнечной батареи.
Батарея представляет собой электрический компонент, предназначенный для накопления в нем электрического заряда (или, другими словами, электрического тока). Всякий раз, когда нагрузка подключается к батарее, она потребляет ток от батареи, что приводит к разрядке батареи. Под разрядом батареи можно понимать явление, при котором батарея разряжается до 9 раз.0015 израсходовал своего заряда. Чем больше ток, потребляемый нагрузкой, тем быстрее разряжается батарея.
Разрядка аккумулятора также происходит при простое аккумулятора. Говорят, что батарея простаивает, когда она все еще подключена к нагрузке, но от нее не поступает ток. Напряжение свинцово-кислотного аккумулятора в режиме ожидания (без подачи тока или зарядки) зависит от того, насколько полностью заряжен аккумулятор. На приведенном ниже графике представлены характеристики разряда (напряжение в зависимости от заряженного процента) типичной свинцово-кислотной батареи на 24 В, которая не заряжалась или от нее не брался ток в течение нескольких часов.
Рисунок 1: Типичная кривая разряда (напряжение в зависимости от % заряда) для 24-вольтовой свинцово-кислотной батареи.
Для примера свинцово-кислотной батареи 24 В, показанной на рис. 1, батарея, заряженная на 100 %, будет иметь выходное напряжение около 25,6 В. При 50% заряде выходное напряжение батареи составляет около 24 В. Как только аккумулятор разряжается на 30%, скорость разряда аккумулятора резко возрастает до полная разрядка . Кривая разряда солнечной батареи для свинцово-кислотной батареи 24 В На приведенном выше графике можно наблюдать следующее: напряжение быстро падает. Аккумулятор может быть заряжен до 100%, если нагрузка требует повышения напряжения в течение короткого промежутка времени.
Батарея не должна идеально работать в этом диапазоне. Эксплуатация батареи в этом диапазоне может повредить батарею и значительно сократить срок ее службы. Обычно инвертор программируется таким образом, что батарея отключается, когда выходное напряжение составляет около 22 вольт.Различные типы батарей (а иногда даже одного и того же типа) показывают разные характеристики разряда . В целом, параметры, определяющие цикл разрядки батарей, следующие:
- Рабочая температура
- Номинальная подключенная нагрузка
- Материалы, используемые при производстве батарей
- Техническое обслуживание 5 Зарядка батарей / цикл разрядки
Как подготовиться к тестированию разряда аккумуляторных элементов до низкого напряжения
Пользователи могут скачать эту статью в формате PDF.
Что вы узнаете:
- Какое оборудование лучше всего использовать для низковольтных испытаний аккумуляторных элементов?
- Что такое электронная нагрузка и как она работает?
- Как преодолеть основное ограничение с помощью теста на низковольтный разряд.
При разрядке аккумуляторных элементов иногда желательно разрядить элементы до низкого напряжения. При нормальной работе необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить разряда элемента ниже безопасного рабочего напряжения элемента. Однако при тестировании ячеек целью теста может быть характеристика поведения ячейки при снижении рабочего напряжения ниже нормального.
В этой статье я буду сосредотачиваться на литий-ионных элементах всякий раз, когда буду использовать примеры порогов напряжения, но проблемы и решения для низковольтных испытаний одинаковы — независимо от химического состава элемента.
В моем примере с литий-ионным элементом минимальное напряжение разряда достигается, когда напряжение холостого хода (OCV) элемента достигает напряжения, связанного с состоянием 0% заряда (SoC). Хотя минимальное значение OCV для каждого литий-ионного химического состава, такого как фосфат железа или никель-марганец-кобальт, отличается, это значение обычно находится в диапазоне 2,5 В.
Некоторые химические вещества могут опускаться до 2 В или даже ниже.
В зависимости от характера теста вы можете захотеть сохранить безопасное рабочее напряжение или снизить напряжение на ячейке. Например, если вы выполняете тест жизненного цикла ячейки, цель состоит в том, чтобы правильно циклировать ячейку между заряженным и разряженным состояниями. Это определяет, как долго ячейка выживет, прежде чем потеряет способность адекватно удерживать заряд.
Для этого теста необходимо поддерживать ячейку в пределах нормального рабочего диапазона OCV, чтобы предотвратить повреждение ячейки из-за чрезмерной разрядки или перезарядки. В отличие от этого, для проверки безопасности вы можете намеренно разрядить ячейку выше ее минимального OCV, чтобы охарактеризовать ее поведение и определить, когда ячейка становится поврежденной или даже опасной.
Ускорьте процесс проектирования от концепции до реализации с помощью DKRed, специального сервиса печатных плат от Digi-Key.
{}»>Подробнее
Выбор оборудования для испытаний на низковольтный разряд
Для проведения этих испытаний вам потребуется испытательное оборудование, способное разряжать элементы до низкого напряжения. В лаборатории определения характеристик элементов, например, в OEM-производстве электромобилей, вы будете тестировать множество элементов и должны выполнить множество тестов, поэтому мы гарантируем наличие специализированного оборудования для испытаний элементов под ключ.
Для некоторых пользователей, таких как группа разработчиков небольшого устройства IoT, тестирование ячеек может быть лишь небольшой частью их общей задачи проектирования. Для этой лаборатории специальный тестер ячеек «под ключ» может оказаться нецелесообразным. Вместо этого для периодического тестирования элементов можно использовать стандартные настольные источники питания и электронные нагрузки. В таблице 1 описаны различные типы испытательного оборудования, которое можно использовать.
Из таблицы 1 видно, что есть два корпуса для испытательного оборудования (Таблица 2) .
В случае 2, в чем причина этого ограничения работы при низком напряжении? Почему более дорогое оборудование для случая 1 может работать до 0 В, но не для случая 2? Ответ связан с тем, как силовая электроника создает отрицательный ток для разрядных элементов.
Как работает электронная нагрузка?
По существу, электронная нагрузка или цепь разряда элемента в системе тестирования аккумуляторов должны представлять нагрузку на элемент, чтобы вытягивать ток из элемента. В простейшей форме эта нагрузка представляет собой резистор. По закону Ома ток через нагрузочный резистор будет зависеть от напряжения на резисторе. Таким образом, когда элемент разряжается, напряжение элемента падает, а ток через резистор падает, что приводит к непостоянному току нагрузки.
Таким образом, на практике ни одна компания, производящая оборудование для тестирования элементов питания, не предложила бы использовать резисторы, поскольку они не программируются и не могут создавать постоянную токовую нагрузку на элемент.
Вместо этого, в самой простой форме, тестовое оборудование использует транзистор, обычно полевой транзистор (FET), для разряда элемента (рис. 1) . Полевой транзистор выглядит как резистор, который можно изменять управляющим напряжением. Ток через полевой транзистор измеряется с помощью токоизмерительного резистора (то есть токового шунта). Измеренный ток подается в качестве сигнала обратной связи в схему управления разрядом, так что ток можно регулировать до фиксированного значения постоянного тока.
Схема управления разрядкой регулирует сопротивление полевого транзистора для поддержания требуемого постоянного тока, выходящего из элемента независимо от напряжения элемента, создавая переменный резистор, который управляется для отвода регулируемого постоянного тока из элемента во время испытания. Мощность, потребляемая от элемента, представляет собой произведение напряжения элемента на ток, потребляемый элементом.
В некоторых тестовых системах, которые либо менее потребительны, либо менее сложны, мощность, потребляемая от элемента, рассеивается в виде тепла.
В более сложных системах мощность улавливается и регенерируется обратно в сеть переменного тока.
Ограничения и решения для испытаний на низковольтный разряд
Хотя этот метод нагрузки на полевых транзисторах хорошо работал в течение многих лет, он имеет одно ограничение. Поскольку схема управления разрядом хочет потреблять больше тока, она программирует полевой транзистор на все более низкое сопротивление. В конце концов, сопротивление полевого транзистора уже нельзя «понизить» — оно достигло своего минимального сопротивления, известного как полное сопротивление полевого транзистора.
Как только полевой транзистор достигает этого минимального сопротивления, он просто работает как фиксированное, очень низкое сопротивление. По мере того, как напряжение элемента приближается к 0 В, максимальный ток, который может быть получен, падает линейно из-за закона Ома:
Max_Available_Load_Current = Cell_Voltage / FET_Full-on_Resistance
Такое поведение видно на разрядной характеристике канала циклера или электронной нагрузки (рис.
2) .
Если вам нужно снизить напряжение ниже 2 В с помощью базового амплификатора или электронной нагрузки, решение есть. Последовательно с выходом ячейки (рис. 3) можно поставить дополнительный источник питания. Этот повышающий источник добавляет необходимое напряжение, чтобы поддерживать входное напряжение циклера или электронной нагрузки выше этого минимального рабочего напряжения, так что схеме управления разрядкой никогда не приходится переводить полевой транзистор в состояние полного сопротивления.
Дополнительный источник питания может быть сложным в настройке и увеличивает стоимость тестовой установки. Но если вам нужно проводить испытания при низком напряжении и вы ограничены имеющимся оборудованием, это может быть приемлемым выбором. В следующей статье я расскажу, как настроить дополнительный источник питания для обеспечения работы при низком напряжении.
Для случая 1, когда испытательное оборудование может достигать 0 В или даже отрицательного напряжения, дополнительный источник питания эффективно встроен в архитектуру тестера.