第(dì)一章:锂电池的特点
锂电池,这里讲的主要是(shì)锂聚合物电池,歪果仁喜欢叫它Lipo( 来自Lithium Polymer),其实这是(shì)错误的,它的(de)全名叫锂离(lí)子(zǐ)聚合物电池 (Lithium Ion Polymer)这是一种可多次充电的电池,他的发明在过去的(de)十年间可谓是对航模界起(qǐ)了翻天覆地的(de)变化,它基本上淘汰了锂离子电池(Li-Ion),磷(lín)酸(suān)铁锂(lǐ)电池(chí)(LiFe), 镍氢电池(Nimh),镍镉电池(Ni-CD),尽(jìn)管现在这些电池现(xiàn)在在航模界继续(xù)发挥着其他的方(fāng)面的作用(yòng)(比如Nimh作为(wéi)舵(duò)机(jī)电池有长期维持电压的特点),但(dàn)是锂聚(jù)合物电池(接下来我们都简称锂(lǐ)电池)基本上靠着下面的三(sān)个个优点完胜他(tā)们成(chéng)为大部分模友的(de)首选(xuǎn)。
优(yōu)点1:锂电池有着非(fēi)常轻的重量,并且可以做成任何尺寸;
优点2:锂(lǐ)电(diàn)池有着非常(cháng)大的(de)体积,容量比极(jí)高;
优点3:锂电池的放点率(lǜ)非常高,这点非(fēi)常(cháng)适合短时间需(xū)要大能量的无刷电机。
这些优点可能放在船模车模里面还不会是(shì)特(tè)别明(míng)显,但是放在无人机(jī)里面,他的存(cún)在直接等于(yú)可以飞或者不可以飞的(de)区别。但是锂电(diàn)池也(yě)有他的弱点(diǎn)。比如:
弱点1:价(jià)格(gé)对于(yú)镍氢电池(chí)和镍镉电池(chí)还是有些贵 不过(guò)随着生产厂商的增加和(hé)技术(shù)的进(jìn)步,现在已(yǐ)经在开始降价啦
弱(ruò)点2:寿命(mìng)短(duǎn)。一(yī)块(kuài)普通锂电池从出厂(chǎng)到(dào)报废最多(duō)有300次到(dào)500次的(de)充电次(cì)数,但是这个数字的上下限会因你充电(diàn)和(hé)使(shǐ)用的方法而(ér)增(zēng)加(jiā)或者减少,我将(jiāng)在(zài)将来的章节(jiē)讲(jiǎng)到(dào)。
弱点(diǎn)3:使(shǐ)用不稳定(dìng)。由于锂电(diàn)池的高体积:容量比(bǐ),已经它所(suǒ)采(cǎi)用的电(diàn)解质非常不稳定,一块锂电(diàn)池(chí)可以在充电(diàn)和放电的时(shí)候(hòu)起火(huǒ)甚至爆炸(zhà)。
弱点4:高维护成本(běn)。和(hé)其他电池相比,锂(lǐ)电池如果要走完它人生(电生??)完(wán)整过程,需要使用者不仅使用(yòng)时候(hòu)处处留心,还必须严格按照说明来控制储存房间的温度(dù)。
要进一步了解为什么锂电(diàn)池有这些(xiē)特点,我们就不得不(bú)说说(shuō)他(tā)的构(gòu)造和工作原理。
我们知道一(yī)块电(diàn)池都(dōu)有正极和(hé)负(fù)极,而(ér)负(fù)责锂离子在正负两极之间(jiān)的交换工作(zuò)的是电解质。和(hé)使用(yòng)液态(tài)电解质的锂离子电池不同,锂电池使用的是(shì)干电解质(zhì),正负两极由一(yī)张像是烤箱里面用的(de)锡箔纸一(yī)样的聚合(hé)物纸隔开,这(zhè)也是(shì)锂聚合物电(diàn)池名字的(de)缘来。和锂离子电池(chí)必(bì)须要在一个铁(tiě)盒子里面(miàn)不同,锂电池可以牺牲厚度来换取面积(jī),或者牺牲面积来换取厚度,所以在应(yīng)用方面非常适合(hé)寸土寸金(jīn)的(de)航模飞机。
当(dāng)时这个(gè)设计(jì)的问题(tí)就(jiù)是锂离子通过干电解质聚合(hé)物的交换其实是不够快的,这也是为什么(me)锂电池在普通室(shì)温下不可以(yǐ)快充(chōng)的原因。当然(rán)如果你要把它放一(yī)热水袋上面(miàn)充电的话,理论上是可以根(gēn)据温度快充(chōng)的。
我们知道,一(yī)块电池在冬天的时(shí)候使用(yòng)会非常不(bú)给力,而在兜里暖和了以后会施放出更多的能量。同(tóng)理,假设外部温度不变(biàn),一块使用(yòng)锂电池的(de)飞机在(zài)飞了(le)一分钟以(yǐ)后会发现飞得更快,这正(zhèng)是因为电池内(nèi)部(bù)的锂离子在(zài)正负极交换一段时间(jiān)以后的效(xiào)率随(suí)着电池(chí)化学反应而增加了。当然,也不是(shì)说(shuō)越热越好(hǎo),一个检查动(dòng)力装(zhuāng)置效率的(de)最简单的办(bàn)法(fǎ)就是落地以(yǐ)后(hòu)检查电池温度(dù)。如(rú)果电(diàn)池是温热(rè)的,就没有问题(tí),如果电池烫手,那么就表示锂离子活动过(guò)快(kuài),很有可(kě)能是桨太大了,电机无法跟上。
第二章:锂电池参数详解(jiě)
1)电压
锂电池的基本组成是单位,也就是大(dà)家(jiā)常常听说的S,比如一般常用的电池3S,就是(shì)表明(míng)它是(shì)由(yóu)3个单位组(zǔ)成的。锂电池的一个单位标准电压是3.7伏,所以一个3S的电压就是(shì)11.1伏(fú)。3.7付(fù)一个单位的锂电池比起镍电(diàn)池的1.2伏,说明了它可(kě)以使用相对简单的内部构造来(lái)达到(dào)更高的电压(yā)。
平行电路(Parallel)和串流(series)电(diàn)路(lù)的区别?市(shì)面(miàn)上大部(bù)分超(chāo)过1S的电池都串联的,比如一块3S的就是(shì)三个1S串联组合而成的(de)。
偶尔有些比较贵的电池比如Gens Ace就是平行(háng)的, 例如上(shàng)面标有(yǒu)4S2P(P就是平行的缩写)的(de)一块(kuài)2400毫安的电池(chí),就是由(yóu)两(liǎng)块(kuài)4S的(de)1200毫(háo)安电池平行连(lián)接起来,而达到更高的容量的(de)。
一般1-1.5米的泡(pào)沫模型飞机需要配套3S(11.1伏)-4S(14.8)的电机(jī),2米(mǐ)以上的轻木需要配(pèi)套6S(22.2伏)-8S(29.6伏)的电机才能带动。再往上走还有37伏的10S和(hé)44.4伏的12S.当然,由于锂电(diàn)池的可搭(dā)建性很强,你自己也可以在上面这些数字(zì)上面串联搭建20S,24S的电池,或(huò)者平行连接来加(jiā)倍已有电池容量。不过超过了12S以后的航模电机就非常难买到了。
2)容量
电池上面(miàn)标示的容量(liàng),指的是xxx毫安/时,有的时候也(yě)是安/时,1安=1000毫(háo)安。 很多(duō)同学会对这个小时感到困(kùn)惑,理解为这块电池的使用时间,其实毫安/时指的是这块电池在一小时内可以被充放(fàng)的最大容量。举个例子来说,一块2500毫安/时的电池可以(yǐ)被某个耗电2.5安的(de)器材(cái)在一个小时内(nèi)使用殆尽,被(bèi)一个耗电1.25安(ān)的器材在2小时内使用殆尽,或者被(bèi)一(yī)个耗电0.5安的器材在5小时内耗尽能量。
我(wǒ)们平时(shí)使用的电机往往有着非常高的耗电(diàn)量,比(bǐ)如(rú)说我们现(xiàn)在手里有一块28-26 1000KV / 235W 的电机,查看他的数据表(biǎo),发现最大耗(hào)电量15安,那么就(jiù)是说上(shàng)面一块2500毫安/时(shí)的电池,在最大(dà)油门的时(shí)候,只能支(zhī)撑这块电机2.5/15 =0.166, 也就是60*0.166=9.96分钟。实际飞行的时间当然不可能就是这(zhè)个,因为(wéi)你(nǐ)不可(kě)能一直(zhí)满油并(bìng)且(qiě)锂(lǐ)电池也(yě)不能完全用(yòng)到0%。总之(zhī),知道这个方(fāng)法(fǎ)可以方便你在给模型配套电池的时候(hòu)做出载重和飞行时(shí)间最大比的决定(dìng)。
3)放电(diàn)率
锂电(diàn)池的放电率称为 C rating。这个参数是锂电池参数里面最难理解的,所以我放在最后讲。
简单来(lái)说,C rating值是对应一个电池能(néng)够在多(duō)快(kuài)的时间内被完全耗(hào)尽。这(zhè)个数值越(yuè)高,它(tā)的放电率也就越高。常见的电池C值有(yǒu)20C,25C,40C,75C等。
又(yòu)来举例说(shuō)明,一个上(shàng)面标有10C的1000毫(háo)安(ān)锂(lǐ)电池,它的最快放(fàng)电(diàn)速度就是10倍它的容量/时,也就(jiù)是说,假定它的容量是1000毫安(ān)/时,那么(me)它的最大能耐就是以每分(fèn)钟耗(hào)电10安/60分钟,也就是166毫(háo)安的速度(dù)给一个最大耗电率为10A的器材配电6分钟,如果是20C,这个器材则最(zuì)大耗(hào)电可能是20A,可以以(yǐ)20A/60=333毫安/分钟为(wéi)它供电(diàn)3分钟。
一般固(gù)定翼无人机除了在(zài)起飞时刻特别需要(yào)高放电(diàn)率以外,平时如果不做特技的话,不大需(xū)要高C值(zhí)的电池(chí)。20C-40C的(de)电池足(zú)以应付。但(dàn)是如果你玩多旋翼特别是穿越机的(de)话,油门起伏非常大的时间需要高(gāo)C值,不然你会发现(xiàn)你明明飞的很好,电量还(hái)有(yǒu)一半多,但是(shì)一个翻滚以(yǐ)后就(jiù)无法提升高度,甚至炸机了。
基本(běn)上(shàng)所有(yǒu)的锂电池的C rating后面(miàn)还有一个burst rate,就翻译为爆发(fā)值吧,一般是(shì)2倍(bèi)。比如一个20C的(de)电池的爆发C rating就是40C。这是电(diàn)池在高需求情况下能在几(jǐ)秒内提供(gòng)的做(zuò)大电源。
C值越大的电池价格也就越贵,建议购买的(de)时候无(wú)论如何(hé)都要(yào)在自己钱(qián)包允许的(de)前提买最大的,而选了10-20C的包你后悔。你有可能会(huì)炸机(jī),也(yě)有可能会发现突然有一天你充电时(shí)候或(huò)者飞(fēi)完下地电池就鼓包了(le),那(nà)就(jiù)不(bú)好玩了。
第三章:锂(lǐ)电池安全
有人称锂电池为航模(mó)炸弹,这(zhè)个说法一点(diǎn)都不为过,在我(wǒ)的航(háng)模生(shēng)涯已经见证(zhèng)过(guò)无数次锂电池使用不(bú)当而照成的起火(huǒ)甚至(zhì)爆炸了空中解体。国(guó)外甚至还有人因为锂电池充电把整个家都烧得(dé)精光。
1)锂电池温度
锂电其实是一个非常娇气(qì)的元(yuán)件,对温度有很多要(yào)求,尤其是热的(de)时(shí)候,无论充电(diàn)或者储存(cún),都注意(yì)要尽量避免阳光直射。换句话说,在热带地区(qū)的(de)锂电池从一出生就注定寿命(mìng)不会长过其他(tā)温带地区的电池。
不仅如此,随(suí)着电池的寿命慢慢耗尽,电池(chí)内的电(diàn)阻会慢慢变得(dé)更大,不仅使得充电放电时(shí)间加长,也使得电池变得越来越热。一般一块电池使用完毕以后温(wēn)度(dù)不会(huì)变化太大,如果(guǒ)你(nǐ)使(shǐ)劲儿(ér)满油(yóu)门飞,它(tā)也最多不会(huì)超过35-40度,这是一个安全点。如果(guǒ)飞下来发(fā)现电池有以下这些情况,建议你不要再用了。
1. 电池烫手(shǒu),温度超过了50度;
2. 飞行的(de)时候明显发现还有20%以上的电量,但是电压明显(xiǎn)下降;
3. 仔细看电池包装发现有泡泡在(zài)缝隙中(zhōng)出现(xiàn)。
这(zhè)时候也请不要把(bǎ)报废(fèi)的锂(lǐ)电池扔到垃圾桶,正(zhèng)确且简易的处理步骤如下:
找一个(gè)盆子注满(mǎn)水,里面按照大概(gài)40-50:1的比例加盐,然后把电池泡(pào)进去(qù)几天,然后再提出来扔(rēng)掉,这(zhè)样就不会引发火(huǒ)灾了。这个做法的原理是(shì)盐有(yǒu)导电的性质,电(diàn)池在盐(yán)水里面会慢慢(màn)放电,直到所有锂电池单元都降为0伏。
2)80% 定律(lǜ)
一块锂(lǐ)电池(chí)的储存(cún)安全电(diàn)压(yā)应(yīng)该是在(zài)3.85伏,建(jiàn)议你(nǐ)一定只有(yǒu)在使用前才充满到(dào)4.2伏。无论怎么使用(yòng),请一定不要(yào)让它的电压降(jiàng)到3.5伏,因为(wéi)到哪(nǎ)个时候你的电(diàn)池(chí)会非常烫(tàng)手而且(qiě)寿命已经急剧(jù)减短。
一个安全的使(shǐ)用办法就是,永远不要使用超过80%的电(diàn)量(liàng),也就是说,使用(yòng)完了下来(lái)你也应(yīng)该还有20%的电(diàn)量,这个时候的单个单位电(diàn)压应该是3.75左右,比如一块(kuài)2500毫安(ān)的(de)3S电池,它被使用了80%的毫(háo)安以后,应该还有500毫安,整(zhěng)块电池(chí)的电压(yā)应该是11.25伏。
【小贴士:如果你要知道你电池精确的电量(liàng)和电压值的话,一定要在(zài)航模下来(lái)立即就(jiù)测量,如果你多(duō)等几分钟,电池在无压的情(qíng)况(kuàng)下,电压会慢慢回升。这也(yě)是为什么永远不要飞一块用过的电池(chí)的(de)原因(yīn),因为你无法读取它真实的数据】
锂电三秘籍:
— 唯有在出(chū)发之前(qián)才充电(diàn)
— 使用时候千万别超过80%的电量
— 电池如果超过(guò)3天(tiān)不(bú)用的要充(chōng)(或者放(fàng)电)到3.85伏一(yī)个(gè)单元(很多充电器都有这个(gè)功能(néng))
3)内部(bù)电阻
锂电池不像食物,上面标有过期(qī)日,如果别(bié)人卖你一块电池告诉你是新的,你怎么知(zhī)道是(shì)真是假?查查电阻(zǔ)就明白了。
大(dà)部分35C以上(shàng)的正版(bǎn)电池出厂的(de)时候(hòu)各(gè)个单位有1-5毫欧(mOhm)的(de)电阻,如果是一块3S电池,就是(shì)大概3-15毫欧(ōu)。
【说明:由(yóu)于(yú)生产工艺的限制,很多100-200毫安的微小锂电池在出(chū)厂的(de)时候内部电阻就是100或者200毫(háo)欧(ōu),但是绝大(dà)多数的2000毫安以(yǐ)上(shàng)的新电池内部电阻应(yīng)该在10-30】
随(suí)着(zhe)电池的(de)使(shǐ)用次数增加或者储存时间的增(zēng)长,锂电池的内部(bù)电阻也(yě)会慢慢(màn)变(biàn)大,而(ér)且这个变化(huà)是不成比(bǐ)例的,比如一块电池在头(tóu)一年(nián)只有35欧姆的(de)电阻(zǔ),但是到了第二年是50欧(ōu)姆,可再(zài)等一个月就变成了100欧姆,再过一个月就(jiù)300欧姆了。
那么这些数(shù)字(zì)到底有什么实际意义呢(ne)?我们分四(sì)组情(qíng)况(kuàng)
a) 每单位内(nèi)部电(diàn)阻1-5欧(ōu)姆的锂电池是块少女电池
b) 每单位内部电(diàn)阻5-10毫欧的锂电(diàn)池应该是被(bèi)使(shǐ)用过大概十(shí)几二十次(cì),性能(néng)不受(shòu)电阻影(yǐng)响
c) 每(měi)单位内部电阻10-20毫欧的锂电(diàn)池已经是在熟女和黄脸婆之间了
d) 每单(dān)位内(nèi)部电阻20-25毫欧的电池快断气了,续弦吧
【提醒:还记得第二章的(de)平行电路和串联电路吧,在(zài)计算一(yī)块电池电阻的时候不(bú)要忘了先(xiān)检查(chá)一下是(shì)哪种,大部分电池都(dōu)是串联的(de),这(zhè)情况大家把每个单位(wèi)的内部电阻加起来就是整(zhěng)块电池的内(nèi)部电阻(zǔ)了。如果是碰到平行的(平行电路的电池会标(biāo)示 xSxP),读取的(de)单(dān)独单位内部电阻就选最大的一个(gè)】

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