Kursy • Poradniki • Inspirujące DIY • Forum
Akumulatory (baterie) litowo-polimerowe (li-po, li-pol), to chyba najczęstszy wybór robotyków i modelarzy.
Jeżeli szukasz odpowiedniego źródła zasilania do swojej konstrukcji, a nie jesteś jeszcze zdecydowany, przeczytaj nasze kompendium. Znajdziesz tu informacje dotyczące konfiguracji, bezpieczeństwa oraz obsługi baterii li-po.
Akumulatory litowo-polimerowe, jak sama nazwa wskazuje, zbudowane są ze stopów litu oraz polimerów przewodzących. Poniższy obrazek przedstawia budowę pojedynczego ogniwa z wyprowadzoną: anodą (+) oraz katodą (-).
Źródło: http://www.fatclicks.listy.info.pl
Elektrolit w li-polach może mieć postać stałą lub żelu, co znacząco zmniejsza możliwość wycieku. Nie oznacza to jednak, że akumulatory litowo-polimerowe nie są podatne na uszkodzenia.
Istnieją dwa określenia, które należy znać:
W akumulatorach li-po przyjęto pewne oznaczenia, które ułatwiają identyfikację parametrów. Najważniejsze z nich, to:
Li-po 2S (7,4V), 800mAh, prąd rozładowywania 10C
W przypadku napięcia sprawa jest prosta. Pojedyncze ogniwo li-po ma znamionowe napięcie zasilania równe 3,7V - w okolicach tej wartości "pracuje" najdłużej. Maksymalna wartość napięcia na jednym ogniwie to 4,2V, a minimalna to 3V.
Jest to podstawowa zasada bezpiecznego korzystania z akumulatorów. Nieprzestrzeganie jej grozi uszkodzeniem ogniwa litowo-polimerowego, a często również pożarem. Do obliczania napięć znamionowych, minimalnych i maksymalnych wystarczy nam elementarna wiedza dotycząca połączeń szeregowych i równoległych.
Przy ogniwach połączonych szeregowo napięcie można obliczyć ze wzoru:
Gdzie Vp to napięcie pakietu, Vo to napięcie ogniwa, które jest stałe i podane zostało wcześniej, a n to ilość ogniw w pakiecie. W ten sposób obliczymy typowe, minimalne jak i maksymalne napięcie pakietu.
W przypadku ogniw połączonych równolegle napięcie ma wartość napięcia wszystkich ogniw połączonych szeregowo. Dla przykładu:
Ogniwa połączone równolegle są mniej popularne. Właściwie nie są one stosowane w robotyce amatorskiej. Przy napięciach i pojemnościach akumulatorów litowo-polimerowych używanych w robotach, łatwiejszym i tańszym sposobem jest kupienie pakietu o większej pojemności pojedynczej celi. Dlatego dalsza część artykułu będzie dotyczyła ogniw połączonych szeregowo.
W akumulatorkach litowo-polimeorwych napięcie na każdym ogniwie powinno być takie samo. Odstępstwa od tej reguły mogą wystąpić na skutek złego użytkowania lub błędów w produkcji. Mówimy wtedy o rozbalansowaniu ogniw, jest to niebezpieczne zjawisko, które może być przyczyną uszkodzenia akumulatora.
Akumulatory li-po słyną z dużej wydajności prądowej. Nie można jednak zakładać, że każdy akumulator sprawdzi się w naszych warunkach. Odpowiednio dobrana wydajność prądowa akumulatora może pozwolić na obniżenie kosztów oraz bezpieczną pracę zasilanego urządzenia. Wraz ze wzrostem wydajności prądowej wzrasta jednak także cena, jaką za akumulatory litowo-polimerowe musimy zapłaci. Z drugiej strony zbyt niska wydajność prądowa może skutkować uszkodzeniem akumulatora.
Wydajność prądową w najprostszy sposób obliczymy ze wzoru:
Gdzie Ip to maksymalna wydajność prądowa pakietu, Cp to pojemność pakietu, a x to liczba, która na pakiecie oznaczona jest literą C. Jeśli pod Cp podstawimy pojemność w mAh, wynik otrzymamy w mA, jeżeli podstawimy pojemność w Ah, wynik otrzymamy w A.
Posiadam pakiet 1200mAh, o maksymalnej wydajności prądowej określonej jako 20C. Jaki maksymalny prąd mogę z niego pobrać?
Mój robot będzie pobierał maksymalnie prąd 6A. Chcę użyć akumulatorka o pojemności 500mAh. Powinienem wybrać akumulator o jakiej wartości C?
UWAGA: Nigdy nie dobieraj akumulatora na styk. Zawsze zostaw zapas. Przykładowo, gdy wyliczysz, że parametr C wynosi 18-19, wybierz Li-po o wydajności prądowej minimum 25C.
Obliczanie maksymalnego prądu ładowania przebiega niemalże identycznie, jak obliczanie wydajności prądowej. Z tą różnicą, że musimy podać inny parametr C. Tu pojawiają się pewne schody - liczba ta nie jest wypisana na pakiecie. Aby ją znaleźć, trzeba się zagłębić w dokumentację akumulatora i znaleźć jego dokładny opis. Czytając opisy ze sklepów internetowych należy wziąć poprawkę na ewentualne błędy - sprzedawca może zawyżyć ten parametr, jednak za uszkodzony akumulator nikt nie zwróci nam pieniędzy.
Dla przykładu weźmy pakiet: Rhino 610mAh 2S. Zerknijmy w tabelkę z parametrami. Interesuje nas parametr "Max Charge Rate". Dla tego akumulatora wynosi on 2C.
Pierwszą rzeczą którą należy wiedzieć, jest to, że większy prąd ładowania skraca żywotność pakietu! Ładując prostymi, tanimi ładowarkami zazwyczaj nie mamy możliwości regulacji prądu, więc obliczanie maksymalnego prądu ładowania mija się z celem. Jeśli natomiast możemy ustawić prąd ładowania, to należy wybrać kompromis, pomiędzy najmniejszym prądem, a najkrótszym czasem ładowania.
Skorzystamy z tego samego wzoru, który określa maksymalną wydajność prądową:
Gdzie Ip, to maksymalny prąd ładowania, Cp to pojemność, a x, to parametr maksymalnego prądu ładowania w C.
Jeśli zależy nam na czasie, bo np. ładujemy akumulator na zawodach, to możemy ładować go maksymalnym dopuszczalnym dla niego prądem. Jeśli natomiast skończyliśmy testy w domu, chcemy mieć naładowane akumulatory na następny dzień, a jest godzina 17, to wybieramy małe prądy ładowania, rzędu 0,5C.
Posiadam akumulator 800mAh. Nie znalazłem jego maksymalnego prądu ładowania. Jakim prądem mogę go ładować?
Ponieważ nie znamy parametru C, przyjmujemy że C = 1.
Temat tego fragmentu jest chyba na tyle oczywisty, że nie trzeba go szerzej opisywać. Aby obliczyć czas pracy akumulatora, musimy znać wartość prądu, jaki robot zużywa podczas pracy. Raczej nie zdarza się, aby robot przez cały czas pobierał taki sam prąd - może pobierać od kilkunastu mA do kilku A, a czasem nawet kilkunastu A. Musimy zatem wyliczyć średnią wartość zużywanego prądu przez robota.
Czas pracy akumulatora określimy ze wzoru:
Gdzie t to czas pracy, Cp to pojemność pakietu, a Is, to średni pobierany prąd. Należy pamiętać, aby użyć tego samego przedrostka przed pojemnością akumulatora i średnim prądem. Gdy podamy pojemność w mAh, to średni prąd musimy również podać w mA. Wynik otrzymamy w godzinach.
Zakładamy, że robot ma działać przez 45min. W tym czasie trwają testy, robot jest programowany, następnie poddawany normalnej pracy. Podczas pracy zużywa prąd o wartości 2A, a podczas programowania 100mA. Programowanie robota zajmuje 15min, testy 30min. Jaką pojemność powinien mieć akumulator?
Wyliczamy, że:
15/45 = 1/3 - czas programowania (zużywanie prądu 0,1A)
30/45 = 2/3 - czas pracy (zużywanie prądu 2A)
Liczymy średnią:
Zatem nasz robot przez 45min będzie pobierał około 1,37A. Znając te wartości, możemy liczyć dalej:
Wynik: Nasz akumulator powinien mieć pojemność większą od 1030mAh.
Wyniki takich obliczeń nigdy nie będą dokładne. Będą obarczone błędem, ponieważ nie jesteśmy w stanie sprawdzić, jakie jest rzeczywiste średnie zużycie prądu robota. Zależy ono od wielu dodatkowych czynników. Dlatego zamiast wyliczać średnią, możemy znacząco uprościć obliczenia, przyjmując typową wartość prądu, jaką pobiera robot podczas pracy.
Line Follower podczas jazdy z pełną prędkością po prostej pobiera 1,5A. Chcemy, żeby mógł jeździć po torze przez pół godziny. Jaką pojemność powinien mieć akumulator?
Należy jednak pamiętać, że wraz ze spadkiem pojemności akumulatora, spada również jego napięcie, co może odbić się na pracy robota.
W pierwszej części kompendium opisane zostały podstawowe parametry oraz uwagi związane z akumulatorami litowo-polimerowymi. W kolejnych częściach można znaleźć informacje dotyczące ładowania, przechowywania oraz charakterystyki pakietów.
Przeczytaj powiązane artykuły oraz aktualnie popularne wpisy lub losuj inny artykuł »
akumulator, balancer, Li-po, Li-pol, ogniwo, pakiet, zasilanie
Dołącz do 20 tysięcy osób, które otrzymują powiadomienia o nowych artykułach! Zapisz się, a otrzymasz PDF-y ze ściągami (m.in. na temat mocy, tranzystorów, diod i schematów) oraz listę inspirujących DIY z Arduino i RPi.
Trwa ładowanie komentarzy...