Każdy fascynat świata modeli rc zdaje sobie sprawę, że bez rozwoju nowoczesnych układów elektronicznych, wydajniejszych silników rc i wielu innych elementów nie mielibyśmy szansy, aby zobaczyć świat z innej perspektywy. Jaka jest budowa modelarskich akumulatorów LiPo?
Jak każde urządzenie, również modele zdalnie sterowane do pracy potrzebują energii. Ta dostarczana jest przez akumulator rc, i to o nich traktuje poniższy artykuł.
W modelarstwie zdalnie sterowanym i Istnieje wiele typów akumulatorów. Dziś przyjrzymy się najpopularniejszemu – akumulatorom typu Li-po (litowo-polimerowe).
Jak sama nazwa wskazuje, pakiety typu Li-po są zbudowane ze stopów litu i polimerów o właściwościach przewodzących, zazwyczaj w postaci stałej bądź żelu. Jak w każdym innym akumulatorze, możemy wyróżnić dwa wyprowadzenia prądowe: anodę (+) oraz katodę (+).
W praktyce musimy zaprzyjaźnić się z dwoma ważnymi nazwami, które wbrew pozorom nie są wymienne. Mowa tutaj o ogniwach rc, a więc o pojedynczych celach z dwoma wyprowadzeniami prądowymi, jak również konstrukcie składające się z ogniw, a więc pakiety które to mogą występować w postaci 2S, 3S, 4S i tak dalej..
Co to jest 2S, 3S? Czyli nomenklatura akumulatorów LiPo
Weźmy więc na warsztat pakiet 1300mAh 4S1P 75C marki GPX Extreme, której dystrybutorem jest hurtownia modelarska GIMMIK.
Zacznijmy od oznaczenia z literą S oraz literą P. Chodzi tutaj o ilość ogniw. Litera S dla połączenia szeregowego oraz litera P dla połącznia równoległego. A więc zgodnie z przykładem: nasz pakiet posiada 4 cele połączone szeregowo (4S) i nie posiada dodatkowego połączenia równoległego cel. Analogicznie, jeżeli mielibyśmy pakiet 4S2P, to taki pakiet posiadałby 4 cele połączone szeregowo oraz po dwie cele w połączeniu równoległym.
Biorąc pod uwagę że nominalne napięcie dla każdej celi to 3.7V, łatwo możemy obliczyć, że pakiet z naszego przykładu będzie miał nominalne napięcie 14.8V.
Kolejnym parametrem jest wydajność prądowa a więc nasz parametr C. Określa maksymalną wartość prądu jaką możemy pobierać z akumulatora. Nie podaje się go w amperach. W łatwy sposób, mając podany parametr C, możemy wymnożyć, ile prądu możemy w bezpieczny sposób pobierać z pakietu a więc w naszym przypadku będzie to aż 97,5A. Istnieją również oznaczenia inne, np. 30C-40C gdzie pierwsza cyfra to wydajność prądowa ciągła natomiast druga to chwilowa wydajność prądowa mówiąca nam, do jakiej wartości na chwilę może podskoczyć prąd bez stałego uszkodzenia pakietu.
Analogicznie, do rozładowywania potrzebujemy informacji na temat prądu ładowania pakietu. W tym przypadku również pomocna jest litera C, ale jej wartość to zazwyczaj 1C-2C. Z doświadczenia wiemy, iż najlepiej dla pakietu jest go ładować prądem 1C. Krótko mówiąc pakiet z przykładu ładujemy prądem 1,3A.
Został nam już ostatni parametr, jakim jest pojemność podawana w mAh (miliamperogodzinach). Mówi ona nam przez jaki czas możemy pobierać prąd o danym natężeniu. W większych pakietach możemy spotkać oznaczenie Ah (amperogodziny).
Trochę matematyki
Kwestia napięcia pakietu jest bardzo prosta – każde pojedyncze ogniowo ma napięcie znamionowe 3.7V. Napięcia graniczne, których nie wolno przekraczać to 4.2V i 3V (radzimy jednak aby napięcie nie spadało poniżej 3.3 – 3.4V na celę)
Przy połączeniu szeregowym ogniw napięcie możemy obliczyć ze wzoru:
Vp=Vc*n
Gdzie Vp to napięcie pakietu, Vc to napięcie pojedynczej celi, natomiast n oznacza ilość ogniw w pakiecie
Łatwo policzyć że napięcie naszego pakietu 4S wynosi:
Vp= 3.7V * 4
Vp= 14.8V
Dla połączenia równoległego sprawa jest jeszcze prostsza, ponieważ napięcie pakietu będzie zależeć od połączenia szeregowego np. pakiet 2S2P posiada napięcie znamionowe 7.4V i pakiet 2S1P również posiada 7.4V.
Kolejnym bardzo ważnym zagadnieniem jest wydajność prądowa. Jest to bardzo ważny parametr. Zawsze należy pamiętać, że pakiet o zbyt małym parametrze C może doprowadzić do szybkiego uszkodzenia naszego pakietu, natomiast zbyt duża wydajność prądowa zapewni nam zapas mocy ale wiąże się z większą wagą pakietu, dlatego najlepszym rozwiązaniem jest znalezienie złotego środka.
Wydajność prądową w najprostszy sposób obliczymy w następujący sposób:
Ip=Pp * C
Gdzie Ip to nasza wydajność prądowa podawana w apmperach, Pp to pojemność pakietu, natomiast C to liczba podawana przy parametrze C na pakiecie.
Dla naszego pakietu wydajność prądowa będzie równa:
Ip= 1300mAh * 75C
Ip= 97,5A
A więc z naszego pakietu możemy pobierać aż 97,5A
Jeszcze więcej matematyki
To daje nam do zrozumienia, że mając model rc który maksymalnie pobiera około 90A, to możemy spokojnie zastosować pakiet którego wydajność prądowa mieści się w granicach od 100-120A (mając na uwadze żywotność pakietu warto mieć więcej niż 90A wydolności prądowej).
Maksymalny prąd ładowania obliczamy niemalże w ten sam sposób, z tą różnicą, że szukamy innego parametru C. Niestety nie zawsze jest on podawany na akumulatorach, dlatego warto sprawdzić na stronie producenta bądź w nocie katalogowej.
Biorąc pod uwagę pakiet z przykładu, możemy zobaczyć, że rekomendowany przez producenta prąd ładowania wynosi 1-3C. W przypadku kiedy nie ma podanego tego parametru, zalecamy ładować pakiet prądem 1C.
Ważną rzeczą o której należy pamiętać jest to, że większy prąd ładowania skraca żywotność pakietu! Dlatego warto znaleźć kompromis pomiędzy szybkością ładowania a żywotnością pakietu. Zalecamy ładowanie pakietów prądem 1C.
Skorzystamy z tego samego wzoru, który określa maksymalną wydajność prądową:
Ip=Pp * C
Gdzie Ip to maksymalny prąd ładowania, Pp pojemność pakietu natomiast C to nasz prąd ładowania.
A więc nasz pakiet możemy ładować prądem 1.3A dla 1C.
Czas pracy akumulatora
Aby obliczyć czas pracy akumulatora, musimy znać wartość prądu. Wiadomo jednak, że nasz model nie zużywa w każdym momencie takiej samej ilości energii. Z tego względu musimy do naszych obliczeń wziąć uśrednioną wartość prądu. Potrzebna nam będzie oczywiście pojemność pakietu i prosty wzór:
t= Cp/Ir
Gdzie t to czas pracy, Cp to pojemność pakietu natomiast Ir to nasz uśredniony prąd rozładowania.
A więc jeżeli przykładowo nasz model pobiera 10A (prąd uśredniony) a posiadamy pakiet o pojemności 1000mAh, to łatwo wyliczyć:
t= 1000mAh/ 10A
t= 0,1h
Czas pracy naszego pakietu będzie wynosić 6 minut.
Ładowanie pakietów
Akumulatory li-po są ładowane metodą CC/CV. Metoda ta polega na tym, że w początkowej fazie ładowania napięcie zwiększa się do maksymalnej wartości przy stałym prądzie ładowania, natomiast wraz ze wzrostem ilości wtłoczonej energii i osiągnięciu 4.2V na cele napięcie stabilizuje się a prąd spada do momentu, aż pakiet nie będzie już w stanie przyjąć więcej energii i wszystkie cele będą miały takie samo napięcie, a więc 4.2V
Istnieje wiele ładowarek do pakietów Lipo, zarówno najprostsze kompaktowe jak również zaawansowane ładowarki mikroprocesorowe takie jak Greenbox marki GPX Extreme.
Najważniejsze dla pakietów Lipo to odpowiedne zblanasowanie ogniw. Zbalansowanie, czyli równomierne naładowanie (do takiego samego poziomu napięcia) każdej z poszczególnych cel względem pozostałych.
Ładowarka mikroprocesorowa zapewnia nam możliwość podglądu niemal wszystkich parametrów łądowania, a więc to co dla nas najważniejsze: ilość prądu który już przyjął pakiet oraz napięcie na poszczególnych celach.
Dodatkowe zabezpieczenia, takie jak automatyczne zakończenie ładowania po danym czasie, czy domyślne maksymalne napięcie 4.2V pozwala na bezpieczne ładowanie pakietu.
Ładowarka kompaktowa czy procesorowa?
Bardzo duża przewagą nad zwykłymi ładowarkami kompaktowymi jest możliwość ustawienia odpowiedniego prądu ładowania. Przy wyborze ładowarki powinniśmy się kierować jej mocą, tak aby sprostała naszym potrzebom jak również ilości obsługiwanym celom pakietu. Często w zestawie są już odpowiednie konektory, które posłużą nam do podłączenia naszego pakietu.
Jeżeli dysponujemy dużą ilością pakietów, warto sprawdzić ofertę ładowarek 2- lub nawet 4- kanałowych, dzięki czemu odpowiednio przyspieszymy proces ładowania naszych źródeł energii.
Ważną kwestią jest również przechpowywanie naszych pakietów. Jeżeli będą one przez jakiś czas nie używane, warto wprowadzić je do poziomu Storage (ładowarki mikroprocesorowe posiadają program który automatycznie wprowadzi pakiety w taki stan). Tryb ten spowoduje naładowanie lub rozładowanie pakietu do poziomu 3.7V na celę – jest to najlepsze napięcie biorąc pod uwagę wydajność pakietu Lipo, jak również jego żywotność.
Pakiety Lipo nie posiadają efektu pamięci,a wiec nie musimy ich formować jak starszych typów akumulatorów.
Bez pakietów Lipo modelarstwo i inne dziedziny związane z elektroniką nie mogły by się tak szybko rozwijać. Mają one swoje zalety do których należą: wydajność, wysokie prądy rozładowania, rozmiary, brak efektu pamięci, ale również wady: podatność na uszkodzenia – już małe obicie, przeładowanie może doprowadzić do zniszczenia pakietu.
Pakiety litowo polimerowe to w tym momencie najlepsze akumulatory dostępne na rynku i nic nie zapowiada, jakoby w najbliższym czasie miała je zastąpić jakakolwiek inna technologia!
