第一(yī)章:锂电池的特点
锂电池,这里讲的主要是锂聚合(hé)物电池(chí),歪果(guǒ)仁喜欢叫它Lipo( 来自Lithium Polymer),其实这是错误的,它的全名叫锂(lǐ)离子聚合物电(diàn)池 (Lithium Ion Polymer)这是一(yī)种可(kě)多次充(chōng)电(diàn)的电池,他(tā)的发明在过去的十年间可(kě)谓是对航模界起了翻天覆地(dì)的(de)变(biàn)化,它基本上淘汰(tài)了锂离(lí)子电池(Li-Ion),磷酸铁锂电池(LiFe), 镍氢电池(Nimh),镍镉电池(Ni-CD),尽管现在这些(xiē)电池现(xiàn)在在航(háng)模(mó)界继(jì)续发(fā)挥着其他的方面的作用(yòng)(比(bǐ)如Nimh作为舵机电池有长期维持电压的特点(diǎn)),但是锂聚合物电(diàn)池(接下来我们(men)都简(jiǎn)称锂电池)基本上靠着(zhe)下面的三个个优(yōu)点完胜他们成为大部分模友的首选。
优点1:锂电池有(yǒu)着非常轻的重量,并且(qiě)可以做(zuò)成任何尺寸(cùn);
优点2:锂电池有(yǒu)着非常大的体(tǐ)积(jī),容(róng)量比极高;
优点3:锂电池(chí)的放点率非常高,这(zhè)点(diǎn)非常(cháng)适合短时间(jiān)需要(yào)大能量(liàng)的无刷电机。
这些(xiē)优点可(kě)能放在(zài)船(chuán)模(mó)车模里面还不会是特别(bié)明显,但是放在(zài)无人机里(lǐ)面(miàn),他的存在直接等(děng)于可以飞或者(zhě)不(bú)可(kě)以飞的区别。但是锂电池(chí)也有他的弱(ruò)点。比如:
弱点1:价格(gé)对于镍氢电池和镍镉电(diàn)池还是有(yǒu)些贵 不过随(suí)着生产厂商(shāng)的(de)增加和技术的进步,现在已经在开始降(jiàng)价啦
弱点2:寿命短。一块普通锂电池从出厂(chǎng)到(dào)报废最多有300次到500次(cì)的充(chōng)电次数,但是这个数字的上下限会因你充电和使用的方法而增加或者减少,我(wǒ)将在将来的章(zhāng)节讲到。
弱点3:使用不稳定。由(yóu)于锂(lǐ)电池的高体(tǐ)积:容量比,已经它所采用的电(diàn)解质非常不稳(wěn)定,一(yī)块锂电池(chí)可(kě)以在充电(diàn)和放电的(de)时(shí)候(hòu)起火甚至爆炸。
弱点4:高维护成(chéng)本。和其他电池相比,锂电(diàn)池如果要走完它(tā)人生(shēng)(电生??)完整过程,需要使(shǐ)用(yòng)者不仅使用时(shí)候处处留心,还必须(xū)严(yán)格按照说明来控制储存房间的温度。
要进(jìn)一步了解为什(shí)么锂电池有这(zhè)些特点,我们就不得不说说他的构造和工作原理。
我们知道一块(kuài)电池都有正极和(hé)负极(jí),而负责(zé)锂离子(zǐ)在正负(fù)两极之间的交换(huàn)工作的是(shì)电(diàn)解质。和使用液态电解质的锂离子电池不同,锂电池(chí)使用的是干电解质,正负两极由一张像(xiàng)是烤箱里面用的锡箔(bó)纸一(yī)样的聚合物纸隔开,这也是锂聚合物电池名字的缘来(lái)。和锂离(lí)子电池必须要在一(yī)个铁盒子里面不同,锂电池可以牺牲厚度来换取面积(jī),或者牺牲面积来(lái)换取厚度(dù),所(suǒ)以(yǐ)在应用方(fāng)面非常适(shì)合寸土寸金的航模(mó)飞机。
当时(shí)这个设计的问(wèn)题就是(shì)锂离子通过干电解质聚合物的交(jiāo)换其实是不够(gòu)快的,这也(yě)是为什么(me)锂电池在普通室温下不可以快充的原因。当然如果(guǒ)你要把它放一热水袋上面充电的话,理论上是可以根据温度快充的。
我们知道(dào),一块(kuài)电池在冬天的时候使用会非常不给力,而在(zài)兜里暖和了以后(hòu)会施放出更多的能量。同理,假设(shè)外部温度(dù)不变,一块使用锂电池的飞机在飞了一分钟以后(hòu)会发现飞得更快,这正是(shì)因(yīn)为电池内部的锂离子在正负极交换一段时间以后的效率随着电池化学反应而增(zēng)加(jiā)了。当然,也不是说越(yuè)热越(yuè)好,一个检查动力装置效率的最简单的(de)办法就是(shì)落地以后检(jiǎn)查(chá)电池(chí)温度。如(rú)果电池是温热的(de),就(jiù)没有问题,如果电池烫手,那么就表示锂离(lí)子活(huó)动过快(kuài),很有可能是桨太大了,电(diàn)机(jī)无法跟上。
第二章:锂电池参数详解
1)电压
锂(lǐ)电池的(de)基本组(zǔ)成是单位(wèi),也就是大家常常听说的S,比如一般常用的电池3S,就是表(biǎo)明它是由(yóu)3个单位组成的(de)。锂(lǐ)电池的一个单位(wèi)标准(zhǔn)电压(yā)是3.7伏,所以一个3S的电压就是11.1伏。3.7付一个单(dān)位的锂(lǐ)电池(chí)比起镍电(diàn)池的1.2伏,说明了它可以使用相对(duì)简单的内部构(gòu)造来达到更高的电压。
平行电路(Parallel)和串流(liú)(series)电路(lù)的区别(bié)?市(shì)面上大部分(fèn)超过1S的电池都串(chuàn)联的,比(bǐ)如一块3S的就是三(sān)个(gè)1S串联组合而成(chéng)的。
偶尔(ěr)有些比较贵的电(diàn)池比如Gens Ace就是平行(háng)的, 例如(rú)上面标(biāo)有4S2P(P就(jiù)是平行的缩写)的一块2400毫(háo)安的电池(chí),就是(shì)由两块4S的1200毫安电(diàn)池平行连接(jiē)起来,而达到更高的容量的。
一般(bān)1-1.5米的泡沫模型(xíng)飞机需(xū)要配套3S(11.1伏)-4S(14.8)的(de)电机,2米(mǐ)以上的轻木(mù)需要配套6S(22.2伏)-8S(29.6伏)的电机才能带动(dòng)。再往(wǎng)上(shàng)走还有37伏的(de)10S和(hé)44.4伏的12S.当然,由于锂电池的可搭建性很强,你自己也可以(yǐ)在上(shàng)面这(zhè)些数字上面串联搭建(jiàn)20S,24S的电池,或者平行连接(jiē)来加倍已(yǐ)有电池(chí)容量。不过超(chāo)过了12S以后(hòu)的航模电机就非(fēi)常难买到了。
2)容量(liàng)
电池上(shàng)面(miàn)标示的(de)容量,指的是xxx毫(háo)安/时,有(yǒu)的(de)时候也是安/时(shí),1安=1000毫(háo)安。 很多同学会对这个小时感到困惑(huò),理解(jiě)为这块电池的(de)使用时间(jiān),其实毫(háo)安/时指(zhǐ)的是这(zhè)块电池在一小时内可以被充放的(de)最大容量。举个(gè)例(lì)子来说,一块2500毫安(ān)/时的电池可以(yǐ)被某个(gè)耗电2.5安的器材(cái)在一个小时内使用殆尽,被一(yī)个耗电1.25安的器(qì)材在2小(xiǎo)时内(nèi)使用殆尽,或者被一个耗电0.5安的器材在5小时(shí)内耗(hào)尽(jìn)能量(liàng)。
我(wǒ)们平时使用的电机往往有着非(fēi)常高的耗电(diàn)量(liàng),比如说我们现(xiàn)在手(shǒu)里有一块28-26 1000KV / 235W 的电机,查看他的数据表,发现最大耗电量15安,那么就是说(shuō)上面一块2500毫(háo)安(ān)/时的电(diàn)池,在最大油门的时候,只能(néng)支撑这块电机(jī)2.5/15 =0.166, 也(yě)就是60*0.166=9.96分钟。实际(jì)飞行的(de)时(shí)间当然(rán)不可能就是这个,因为你不可能(néng)一直满油并且锂电池也(yě)不(bú)能(néng)完全用到0%。总之,知道这个方(fāng)法(fǎ)可以(yǐ)方便你(nǐ)在给模型配套电池的时(shí)候做出载重和飞行时间最大比的(de)决定。
3)放(fàng)电率
锂(lǐ)电池的放(fàng)电(diàn)率称为 C rating。这个参数(shù)是(shì)锂(lǐ)电池参数里面最难理解的,所以我放(fàng)在最(zuì)后讲。
简单来说,C rating值是对(duì)应一(yī)个电池能够在(zài)多快的(de)时(shí)间(jiān)内被(bèi)完全耗尽(jìn)。这(zhè)个数值越(yuè)高,它的放电(diàn)率也就越高。常见的电池C值(zhí)有20C,25C,40C,75C等。
又来举例(lì)说明,一个上面标有10C的1000毫安锂电池,它的最快放电(diàn)速(sù)度就(jiù)是10倍它的容(róng)量/时,也就是说,假定(dìng)它的容量是1000毫安/时,那么它的最(zuì)大能(néng)耐就是(shì)以每分(fèn)钟耗电10安/60分钟,也就是166毫安(ān)的速度给一个最大耗电率为10A的器材配电6分钟(zhōng),如果(guǒ)是20C,这个器材则最大耗电可能是20A,可以以20A/60=333毫(háo)安/分钟为它供电3分钟。
一般固定翼(yì)无人机除了在起飞时刻特别需要高放电率以外(wài),平(píng)时如(rú)果(guǒ)不做特技的话(huà),不(bú)大需要(yào)高C值的电池(chí)。20C-40C的电(diàn)池足(zú)以应付。但是如(rú)果你玩多旋翼特(tè)别是穿越机的话,油门起伏非(fēi)常大(dà)的时间需要高C值,不然你(nǐ)会发现你明明飞的很(hěn)好,电(diàn)量还有一半多(duō),但是(shì)一个翻滚(gǔn)以后就无(wú)法提升高度,甚至炸机了。
基本上(shàng)所有(yǒu)的锂电池的C rating后面还有(yǒu)一个burst rate,就(jiù)翻译为爆发值吧,一般是2倍(bèi)。比如(rú)一个20C的电(diàn)池的(de)爆发C rating就是40C。这是电池在高需求情况下能在几秒内提供的做大电源(yuán)。
C值越大的电池价格也就越贵,建议购买的时候无论如何都要在自己钱包允许(xǔ)的前提买最大的,而(ér)选(xuǎn)了10-20C的包你后悔。你有可能会炸机,也有可能(néng)会(huì)发现突然有一天(tiān)你充电时候(hòu)或(huò)者飞完下地电(diàn)池就鼓包(bāo)了,那就不好(hǎo)玩了。
第三章:锂电池(chí)安全
有人称锂电池(chí)为航(háng)模炸弹,这个说(shuō)法(fǎ)一点都不(bú)为过,在我的航(háng)模生涯已经见证过无数次锂电池使用不当而照成的起火甚(shèn)至爆炸(zhà)了空中解体。国外甚至还有人(rén)因(yīn)为(wéi)锂(lǐ)电池充电把整个家都烧得精光。
1)锂电池温度
锂(lǐ)电(diàn)其实是一个非常(cháng)娇气(qì)的元件,对温度(dù)有(yǒu)很多要(yào)求(qiú),尤其(qí)是(shì)热的时候,无论(lùn)充电或者储存(cún),都注意要尽(jìn)量避免阳光直射(shè)。换句话(huà)说,在热带地区的锂电池从一出(chū)生就注(zhù)定寿命不会长过(guò)其他温带地(dì)区(qū)的电池。
不仅如(rú)此(cǐ),随着电池(chí)的寿命慢慢耗尽,电池(chí)内的电(diàn)阻会慢慢变(biàn)得更大,不仅使得充电(diàn)放电时间加长,也使得电池变得越来越热。一般一块电池(chí)使用完(wán)毕以后温度不会变化太大,如果(guǒ)你(nǐ)使(shǐ)劲(jìn)儿满油门飞,它(tā)也最多不会超过35-40度,这(zhè)是一个(gè)安(ān)全(quán)点。如果飞下来发现电池有以下这些情况,建(jiàn)议你不要再用了。
1. 电池烫手,温度超过了(le)50度;
2. 飞行的时候明显发(fā)现(xiàn)还(hái)有20%以(yǐ)上(shàng)的电量,但是(shì)电压明(míng)显下降;
3. 仔细看电池包装发现有泡泡在缝隙中出现(xiàn)。
这时候也请不要把报废的锂电池扔(rēng)到垃圾桶,正确且简易(yì)的处理步骤如下:
找一(yī)个盆子注满水,里面按照大概40-50:1的比例加盐,然(rán)后(hòu)把电池(chí)泡进去几天(tiān),然后再提(tí)出来扔(rēng)掉,这样就不会引发火灾了。这个做法(fǎ)的(de)原(yuán)理是盐有导电的性质,电池在(zài)盐水里面会(huì)慢慢放(fàng)电,直到所有锂电池单元(yuán)都降为(wéi)0伏。
2)80% 定(dìng)律
一块锂电池(chí)的储存安全(quán)电压应该是(shì)在3.85伏,建议你(nǐ)一(yī)定只有(yǒu)在使用前才充(chōng)满到4.2伏。无论怎么(me)使用,请一定不(bú)要让它的电压(yā)降到3.5伏,因(yīn)为(wéi)到哪个时(shí)候你的电池(chí)会非常烫手而且寿命(mìng)已经急(jí)剧减短。
一个安全的使用办法就是,永远(yuǎn)不要使用超过80%的电量,也就是说,使用完(wán)了下(xià)来你(nǐ)也应该(gāi)还有20%的电量,这个时候的单个单位电(diàn)压应该是3.75左右,比(bǐ)如一块2500毫(háo)安(ān)的(de)3S电池,它被使用了80%的毫安以后(hòu),应该还有(yǒu)500毫安,整块电池的(de)电压(yā)应该是11.25伏。
【小贴(tiē)士:如果你要知(zhī)道你电池精确(què)的电量和(hé)电(diàn)压(yā)值的(de)话,一定要(yào)在航模下来立即就测量,如果(guǒ)你多等几分钟,电池在无压的(de)情况下,电压会(huì)慢慢(màn)回升。这也是为什么(me)永远不要飞(fēi)一块(kuài)用过的(de)电池的原因,因为你无法读取(qǔ)它(tā)真实的数据(jù)】
锂电三(sān)秘籍:
— 唯有在出(chū)发之前才充(chōng)电
— 使用时候千万别超过80%的电量
— 电(diàn)池如果(guǒ)超过3天不用的(de)要充(或者放电)到3.85伏一个单元(很多充电器都(dōu)有这(zhè)个功能)
3)内(nèi)部电阻
锂电池(chí)不像食物(wù),上面标有(yǒu)过期日,如果别人卖你一块电池告诉(sù)你是新(xīn)的,你怎么知道是真是假?查查电阻就明白了(le)。
大(dà)部分35C以(yǐ)上的正版电池(chí)出厂的时(shí)候各个单(dān)位有(yǒu)1-5毫欧(ōu)(mOhm)的电阻,如果是一块3S电池,就是大概3-15毫欧(ōu)。
【说明:由于生产(chǎn)工(gōng)艺的限制,很多100-200毫安(ān)的微小锂电池在出厂的时候内部电阻就是100或者200毫欧,但是绝大多数的2000毫安以上的新电池内部电阻应该在10-30】
随着(zhe)电池的使用(yòng)次数增(zēng)加(jiā)或者储存时间的(de)增长,锂电池(chí)的(de)内部电阻也会(huì)慢慢变大,而且(qiě)这个变(biàn)化是不成比例的,比如一块电池在头一年只有35欧姆的(de)电阻(zǔ),但是(shì)到了第二年是50欧姆,可再(zài)等一个(gè)月就变成了(le)100欧姆,再过一个月就300欧姆了。
那(nà)么这(zhè)些数字到底有什么实际意(yì)义呢?我们分四(sì)组情况
a) 每单位(wèi)内部电阻1-5欧姆的锂(lǐ)电池是块少(shǎo)女电池
b) 每单位内部电阻5-10毫欧的锂(lǐ)电池应该(gāi)是被使(shǐ)用过大概十几二十次,性能不(bú)受电阻影(yǐng)响
c) 每(měi)单位内部电阻10-20毫欧的锂电池已经是在熟女和黄(huáng)脸婆之间了
d) 每单位(wèi)内部电阻20-25毫欧的电(diàn)池快(kuài)断气了,续弦吧
【提醒:还记得第二(èr)章的平行电路(lù)和串联电(diàn)路吧,在计算一块电池电阻的时(shí)候不要忘了(le)先检查(chá)一下是哪种,大部分电(diàn)池都是串联的,这情况大家把每个单位的内部电(diàn)阻加起来就是整(zhěng)块(kuài)电(diàn)池的内部(bù)电阻了。如果是碰到平行(háng)的(平行电(diàn)路(lù)的(de)电(diàn)池会(huì)标(biāo)示 xSxP),读取的单独(dú)单位内(nèi)部电阻(zǔ)就选最大的一个】

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