第一(yī)章:锂电(diàn)池的特(tè)点
锂电池,这里讲的主要是锂聚(jù)合物(wù)电(diàn)池,歪果仁喜欢叫它Lipo( 来自Lithium Polymer),其(qí)实这是错误的,它的全名叫锂(lǐ)离子聚合物电池 (Lithium Ion Polymer)这是一种可多次充电的(de)电池,他(tā)的发明(míng)在过去的十年间可(kě)谓(wèi)是(shì)对航模界起(qǐ)了翻天覆地(dì)的变化,它(tā)基本上淘汰了锂离子电池(Li-Ion),磷酸铁锂电池(LiFe), 镍氢(qīng)电池(chí)(Nimh),镍镉电池(Ni-CD),尽管现在这(zhè)些(xiē)电(diàn)池现在在航模界继续(xù)发挥着其他(tā)的方面(miàn)的(de)作(zuò)用(比如Nimh作(zuò)为舵机电池有(yǒu)长期维(wéi)持电压的(de)特点),但(dàn)是锂(lǐ)聚合物电池(接下来我们都简称锂电池)基本上靠着下面的三个个(gè)优点(diǎn)完胜他们成为大部分模友的首选。
优点1:锂电池有着非常轻的(de)重(chóng)量,并且可(kě)以做(zuò)成(chéng)任何尺(chǐ)寸;
优点(diǎn)2:锂电池有着非常大的体积,容(róng)量比极高;
优点3:锂电池的放点率(lǜ)非常高,这点非常适合短时间需要大能量的无刷电机。
这些优(yōu)点可能(néng)放在(zài)船模车模里面还不会是特别明显,但是放在无(wú)人(rén)机里面(miàn),他的存在直接(jiē)等于(yú)可(kě)以飞或(huò)者不可以飞的区别。但是锂电池(chí)也有他的(de)弱点(diǎn)。比如:
弱点1:价格对于镍氢电池和镍(niè)镉电池还是有些贵 不过随(suí)着(zhe)生产厂商的增加和技术的进步,现在已经(jīng)在开始降价啦
弱点(diǎn)2:寿命短。一块普通(tōng)锂(lǐ)电(diàn)池从出(chū)厂到(dào)报废(fèi)最多有300次到500次的充电次(cì)数(shù),但是(shì)这个数字的上(shàng)下限会因(yīn)你充(chōng)电和使用的方法而增(zēng)加或者减少,我将在(zài)将来的章节讲(jiǎng)到。
弱点3:使用不稳定(dìng)。由于锂电池的高体(tǐ)积:容量(liàng)比,已经它所采用的电解质(zhì)非常不稳定,一块锂电池可以在(zài)充电和(hé)放(fàng)电的(de)时候起火甚至爆炸。
弱点4:高维护成本。和其他电池(chí)相(xiàng)比,锂电池如果要(yào)走完它人生(shēng)(电(diàn)生??)完整过程,需要使用者不仅使(shǐ)用时候处(chù)处留心,还必须严格(gé)按照说明来控制储存(cún)房间(jiān)的温(wēn)度。
要进一步了解为什么锂(lǐ)电池有这些特点,我(wǒ)们就不得不说说(shuō)他的(de)构造和工作原理。
我们知(zhī)道一块电池都有正极(jí)和负极,而负责锂离子在正(zhèng)负两极之间的(de)交换工作的是电解质。和(hé)使用(yòng)液态电解质的锂离子电池不同,锂电池使(shǐ)用的是干(gàn)电解(jiě)质,正负两(liǎng)极由一张像是烤箱里(lǐ)面用的锡箔(bó)纸(zhǐ)一样的(de)聚(jù)合(hé)物纸隔开(kāi),这也是锂聚合物电池名字的缘(yuán)来。和锂离子电池必须要在一个铁盒子里面不同,锂电池可以(yǐ)牺(xī)牲(shēng)厚度来换取面(miàn)积,或者(zhě)牺牲面积来(lái)换取厚度(dù),所以在应用方面非常适合寸土寸金的航模飞机。
当时(shí)这个设计的问(wèn)题就是锂离子通(tōng)过干电解质聚合物的交换其实是不够快的,这也是为(wéi)什么锂(lǐ)电池(chí)在(zài)普(pǔ)通室温下不可以(yǐ)快充的原因。当然如果你要(yào)把它放一(yī)热水(shuǐ)袋上面充电(diàn)的(de)话,理论上是可以根据温度快(kuài)充的。
我们知道,一块电池在(zài)冬(dōng)天的时候使(shǐ)用会非常不给力,而在兜里暖和(hé)了以后会施放出更多的能(néng)量。同理,假设外部(bù)温(wēn)度(dù)不变(biàn),一(yī)块使用锂电(diàn)池(chí)的飞(fēi)机在飞了一分钟以后会发现(xiàn)飞得更快,这正是(shì)因(yīn)为电池内部的锂离(lí)子在(zài)正负极交换一段时间以后(hòu)的效率随(suí)着电池(chí)化学反(fǎn)应(yīng)而(ér)增加了(le)。当然,也(yě)不(bú)是说越热越好,一(yī)个检查动力装置效率的最简(jiǎn)单的办(bàn)法就是落地以(yǐ)后检查电(diàn)池(chí)温度(dù)。如果电池(chí)是温热的(de),就没有问题,如(rú)果电池烫手,那(nà)么就表示锂离子活动过快,很有可(kě)能是桨太大了,电机(jī)无法跟上。
第二章:锂电池(chí)参数详解
1)电压
锂电池的基本组成是单位,也(yě)就(jiù)是大家常常听说的(de)S,比(bǐ)如(rú)一般常(cháng)用的电(diàn)池3S,就是表明它是由(yóu)3个单位(wèi)组成的。锂电池的(de)一个单(dān)位标准电压是3.7伏,所以一(yī)个3S的电压就是11.1伏。3.7付一个单位的锂电池比起镍电池的1.2伏,说明了(le)它(tā)可(kě)以使用相对简(jiǎn)单的内部构造来(lái)达到更高的电压。
平行(háng)电(diàn)路(Parallel)和(hé)串(chuàn)流(series)电(diàn)路的区(qū)别?市面上大(dà)部分超过1S的电池都串联的,比如一(yī)块(kuài)3S的就是三个1S串联(lián)组合而成(chéng)的。
偶尔有些比较贵的(de)电池比如Gens Ace就(jiù)是平(píng)行的(de), 例如上面标有4S2P(P就是平行的缩写)的一块2400毫安的电池,就是由两块4S的1200毫安电池平行连接起(qǐ)来(lái),而达(dá)到更高的容量的。
一(yī)般(bān)1-1.5米的(de)泡沫(mò)模(mó)型飞机需要配套3S(11.1伏)-4S(14.8)的电机,2米(mǐ)以上的轻木需(xū)要配套6S(22.2伏)-8S(29.6伏)的电机才能带动。再(zài)往上走还有37伏(fú)的10S和44.4伏(fú)的12S.当然,由(yóu)于锂(lǐ)电(diàn)池的可搭(dā)建性很(hěn)强(qiáng),你(nǐ)自己也可以在(zài)上面这些数(shù)字上面串联搭建(jiàn)20S,24S的电池,或者平(píng)行(háng)连接来加倍已有电池容量。不(bú)过(guò)超过了12S以后(hòu)的(de)航模电机(jī)就非常难买到了。
2)容量
电池上面标示的容量,指的是xxx毫安/时,有(yǒu)的(de)时候(hòu)也是安/时,1安=1000毫(háo)安。 很多(duō)同学会(huì)对这(zhè)个小时感到困(kùn)惑,理解为(wéi)这块电池的使用时间,其实(shí)毫安/时指的是这块电(diàn)池在(zài)一小时内可以被充(chōng)放的最大容量。举个例(lì)子来说,一块(kuài)2500毫安/时的电池可以被(bèi)某个耗电2.5安的器材在(zài)一个小时内使用(yòng)殆尽(jìn),被一个耗(hào)电1.25安的器材在2小时(shí)内使用殆尽,或者(zhě)被一个耗电0.5安(ān)的器材在5小时内耗尽能量。
我们平时使用的电机(jī)往往有着非常高的耗电量,比(bǐ)如说我们现在手(shǒu)里(lǐ)有一块28-26 1000KV / 235W 的电机,查看他的数据表,发现(xiàn)最大耗电量15安(ān),那么就是(shì)说上(shàng)面一(yī)块(kuài)2500毫安(ān)/时(shí)的电池(chí),在最大油门的时候,只能支撑这块电机(jī)2.5/15 =0.166, 也就是60*0.166=9.96分钟(zhōng)。实际飞行(háng)的(de)时间当然不可能就是这个,因为你不可(kě)能一直满油并(bìng)且锂电池也不能(néng)完全用到(dào)0%。总之,知道(dào)这个方法(fǎ)可以方便你在(zài)给模型(xíng)配套电池的时候做出载重和(hé)飞(fēi)行时(shí)间(jiān)最(zuì)大比的决定。
3)放电率
锂电(diàn)池(chí)的放电率称(chēng)为 C rating。这(zhè)个参数是锂电池(chí)参数里面最难(nán)理解的,所以我放在最后讲。
简单来说,C rating值是对应一个电池能够(gòu)在多(duō)快的(de)时间内被完全耗尽。这(zhè)个数值越高,它的放电率(lǜ)也就越(yuè)高。常(cháng)见的电池(chí)C值有20C,25C,40C,75C等。
又来举(jǔ)例说明,一个上面标有10C的(de)1000毫安锂电池(chí),它的最快放电速度就是10倍它的容(róng)量(liàng)/时,也就是说,假定它的容量是1000毫(háo)安/时(shí),那么它的最大能耐(nài)就是以(yǐ)每分(fèn)钟耗电10安/60分(fèn)钟,也就是(shì)166毫(háo)安的速(sù)度给一(yī)个最大耗电率为10A的器材配电6分钟,如果是20C,这(zhè)个器(qì)材则最大耗电可能是20A,可以(yǐ)以20A/60=333毫安/分钟为它供电3分钟(zhōng)。
一般固定翼无人(rén)机除了在起(qǐ)飞时刻特别需要高放电(diàn)率(lǜ)以外,平时如果(guǒ)不做特技(jì)的(de)话,不大需要高C值的(de)电池。20C-40C的电池(chí)足以(yǐ)应付(fù)。但是如(rú)果你(nǐ)玩多旋翼(yì)特(tè)别是穿越机的话,油(yóu)门起伏非常大的时间(jiān)需要高C值,不然你会发现你明明(míng)飞的很(hěn)好,电量(liàng)还有一半(bàn)多,但是一个翻滚以后就无法提升高(gāo)度,甚至炸机了。
基本上所有(yǒu)的锂电池的C rating后面还有一(yī)个(gè)burst rate,就翻译为爆发值吧,一般是2倍(bèi)。比如(rú)一个20C的电(diàn)池的爆发(fā)C rating就是40C。这是电(diàn)池在高需求(qiú)情况下能在几秒内(nèi)提供的做大电源。
C值越大的电(diàn)池价格也就越贵,建(jiàn)议购买(mǎi)的时(shí)候无论如何都要在自己钱包(bāo)允许的前提买最(zuì)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(huì)发(fā)现突然有一天你充(chōng)电(diàn)时候或者飞完下地电池就(jiù)鼓包了,那(nà)就不好玩了。
第三(sān)章:锂(lǐ)电池安全
有人称锂电池为航模炸弹,这个说法一点都不为(wéi)过,在我的航(háng)模生涯已经见证过(guò)无数次锂电池使用(yòng)不当而照成(chéng)的起火甚至爆炸了空中(zhōng)解体。国外甚至还(hái)有(yǒu)人因(yīn)为(wéi)锂(lǐ)电池(chí)充电把整个家都烧得精光。
1)锂电池温度
锂电其(qí)实是一个非(fēi)常娇气的元(yuán)件,对温度有很多要求,尤其是热的时候,无论充电或者(zhě)储(chǔ)存,都注意要尽(jìn)量避免(miǎn)阳(yáng)光直射(shè)。换句话说,在热(rè)带地区的锂电(diàn)池从一出生就注(zhù)定寿命不(bú)会长过其他温(wēn)带地区的电池。
不仅如此(cǐ),随着电(diàn)池的(de)寿命慢(màn)慢耗尽,电池内的电阻会慢慢变得更大,不仅使得充电放电时间(jiān)加长,也使得(dé)电池(chí)变得(dé)越来越热。一般一块电池使用完(wán)毕以后温度不(bú)会变化太大,如果你(nǐ)使劲儿满(mǎn)油门(mén)飞,它(tā)也最多不会超过35-40度,这是一个安全点。如果(guǒ)飞下(xià)来发现(xiàn)电池有以下这些情(qíng)况(kuàng),建(jiàn)议(yì)你不要再用了。
1. 电池(chí)烫手,温度超(chāo)过(guò)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(xià)降;
3. 仔细看电池包装发现有(yǒu)泡泡(pào)在缝(féng)隙(xì)中出现。
这时候也请不要(yào)把报废的锂电池扔到垃圾桶,正(zhèng)确且(qiě)简易的处(chù)理步(bù)骤如(rú)下:
找一(yī)个(gè)盆(pén)子注满水,里(lǐ)面按照大概40-50:1的(de)比例(lì)加盐,然后把电池泡进去几天,然后再提出来扔掉,这样(yàng)就不会引发(fā)火(huǒ)灾了(le)。这个做法的原理是盐有(yǒu)导电(diàn)的性质,电池(chí)在盐(yán)水里面(miàn)会慢慢(màn)放(fàng)电(diàn),直(zhí)到所有锂电(diàn)池单元都降为0伏。
2)80% 定律
一块(kuài)锂电池的储存安全电(diàn)压应该是在3.85伏,建(jiàn)议你(nǐ)一定(dìng)只有在(zài)使(shǐ)用前才充满到(dào)4.2伏(fú)。无(wú)论怎么(me)使用,请一(yī)定不要让它的电压降到3.5伏,因为到哪个时候你的电(diàn)池会非常烫手而(ér)且寿命已经急剧减短。
一个安全的使用办(bàn)法就是,永(yǒng)远不要使用超过80%的电量(liàng),也就是说(shuō),使用完了下来(lái)你也(yě)应该还有20%的电量,这个时候(hòu)的(de)单个单位电(diàn)压应该是(shì)3.75左右,比如(rú)一块2500毫安的3S电池,它被使(shǐ)用了80%的毫安(ān)以后,应该还有500毫安,整块电池的电(diàn)压(yā)应该是11.25伏(fú)。
【小贴士:如果(guǒ)你要知道你(nǐ)电(diàn)池精确的电(diàn)量和电压值的(de)话,一(yī)定要(yào)在航模下来(lái)立即就测量,如果你多等(děng)几分钟,电池(chí)在无压的情况下,电压会(huì)慢慢回升。这也是为什(shí)么永远不要飞一块用过的电池的原因,因为你无法读取它真实的数据】
锂电三秘籍:
— 唯有在出发(fā)之前才充电(diàn)
— 使用时(shí)候千(qiān)万别超过(guò)80%的电量
— 电池如果(guǒ)超过3天不用的要充(或者放电)到3.85伏一个单元(很多充电器都有这(zhè)个功能)
3)内部电(diàn)阻
锂(lǐ)电池不像食(shí)物(wù),上(shàng)面标有过期日,如果别人卖你一块电池告诉你是新的,你怎么知道是真是假(jiǎ)?查查电阻就明白(bái)了。
大部分35C以上的正(zhèng)版电池出(chū)厂的时候各个单位有1-5毫欧(mOhm)的电(diàn)阻,如(rú)果是一块3S电(diàn)池,就(jiù)是大概3-15毫欧。
【说明:由于生产(chǎn)工艺的限制,很多100-200毫安的微(wēi)小锂电池(chí)在(zài)出厂的时候(hòu)内(nèi)部电阻(zǔ)就(jiù)是100或者200毫欧(ōu),但(dàn)是绝大多数的(de)2000毫安(ān)以上的新(xīn)电池(chí)内部电(diàn)阻应该在10-30】
随着(zhe)电池的使用次数增加或者(zhě)储存时间的增长,锂电池的内部电阻也(yě)会慢慢变大,而且这(zhè)个变(biàn)化是(shì)不成比(bǐ)例的,比如(rú)一块电池在头一(yī)年只有(yǒu)35欧(ōu)姆(mǔ)的(de)电阻,但是(shì)到(dào)了第二年是50欧(ōu)姆(mǔ),可再等一个月就变成了100欧姆,再过(guò)一个月就300欧姆了。
那么这些数(shù)字(zì)到(dào)底有什么实际意义呢?我们分四组情况
a) 每单位(wèi)内部电阻1-5欧姆的锂电池是块少女电池(chí)
b) 每单位(wèi)内部电(diàn)阻5-10毫欧的(de)锂电池(chí)应(yīng)该是(shì)被使(shǐ)用过大概十几二十次,性能(néng)不受电(diàn)阻(zǔ)影响
c) 每单(dān)位内部(bù)电阻10-20毫欧的锂(lǐ)电池已(yǐ)经是(shì)在熟女和黄脸婆之间(jiān)了
d) 每(měi)单(dān)位内(nèi)部电阻(zǔ)20-25毫(háo)欧的电池快断气了,续弦吧
【提醒:还记得(dé)第二章的平(píng)行电(diàn)路和串联电路吧(ba),在计算一块(kuài)电池(chí)电阻的时候不要忘了(le)先检查(chá)一下是哪种,大(dà)部分电池(chí)都是(shì)串联的,这情(qíng)况大家把每个单位(wèi)的内部(bù)电阻加(jiā)起来就是(shì)整块电池的内部电阻了。如果(guǒ)是碰到平行的(平行电路的(de)电池会(huì)标示 xSxP),读取的单(dān)独单位内部(bù)电阻就(jiù)选最大的一个】

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