第一章:锂电(diàn)池的特点(diǎn)
锂(lǐ)电(diàn)池,这里讲(jiǎng)的主要是(shì)锂聚合(hé)物电池,歪果仁(rén)喜(xǐ)欢(huān)叫它Lipo( 来自Lithium Polymer),其实这是(shì)错(cuò)误的,它(tā)的全名叫锂离子聚合(hé)物电(diàn)池(chí) (Lithium Ion Polymer)这(zhè)是(shì)一种可(kě)多次充电的电池,他的(de)发明(míng)在(zài)过去的(de)十年间可谓是对航模界起了翻天覆地的变化(huà),它基本上淘汰了锂(lǐ)离子电池(Li-Ion),磷酸铁锂电池(chí)(LiFe), 镍氢(qīng)电池(Nimh),镍镉(gé)电池(chí)(Ni-CD),尽管现在这些电池(chí)现在在航(háng)模界继续发(fā)挥着其他的方面(miàn)的作(zuò)用(比如Nimh作为(wéi)舵机电池有长期维持电压的特点),但是锂聚合物电池(接下来我们(men)都简(jiǎn)称锂电池)基(jī)本(běn)上靠着下面的三个个(gè)优点完胜他们成为大(dà)部分模友的首选。
优点1:锂电池有着非常轻的重量,并(bìng)且可以做(zuò)成任(rèn)何尺寸;
优点2:锂电(diàn)池有着(zhe)非常(cháng)大(dà)的体(tǐ)积,容量比极高;
优点3:锂电池的(de)放点(diǎn)率非(fēi)常高,这点非常适(shì)合(hé)短时间需要大能(néng)量的无刷(shuā)电机(jī)。
这些优点可能放在船模车模里面还不会是特别明显,但是放在无人(rén)机里面,他的存在直接等于可以飞或者不(bú)可以飞的区别。但是锂(lǐ)电池也(yě)有(yǒu)他的弱点。比如:
弱点1:价格对于镍氢电池(chí)和镍镉电池还是有(yǒu)些贵 不过(guò)随(suí)着(zhe)生产厂商的增(zēng)加和技(jì)术的进步,现在已(yǐ)经在开始降价啦
弱点2:寿命短。一块(kuài)普(pǔ)通(tōng)锂电池从(cóng)出厂到报废最多有300次到(dào)500次的(de)充电次(cì)数,但是这(zhè)个数字的上(shàng)下限会因你充(chōng)电和使用(yòng)的方法而增加或者减(jiǎn)少,我将在(zài)将来的章节讲到。
弱点(diǎn)3:使用不稳定(dìng)。由于锂电池的高体(tǐ)积:容量比,已经它所采用的电解质非常不稳定,一(yī)块锂电池可以(yǐ)在充电和放电的时候(hòu)起(qǐ)火甚至爆(bào)炸。
弱点(diǎn)4:高维(wéi)护成(chéng)本。和其他电(diàn)池相比,锂电池(chí)如果要走(zǒu)完它人生(电(diàn)生??)完整过(guò)程,需要使用者不(bú)仅使用时候处处(chù)留心,还必须严(yán)格(gé)按(àn)照说明来控制储存房间的温度(dù)。
要进(jìn)一步了解为什么(me)锂电池有这些特点(diǎn),我们就不得不说说他的构(gòu)造(zào)和工作(zuò)原理。
我们知道一(yī)块电池(chí)都有(yǒu)正极和负极,而负责锂离(lí)子在正(zhèng)负(fù)两(liǎng)极之间的交(jiāo)换工作(zuò)的是电解质(zhì)。和使用(yòng)液态电解质的锂离子电池(chí)不同,锂电池使用的是(shì)干电解(jiě)质,正负(fù)两极由一(yī)张(zhāng)像(xiàng)是(shì)烤箱里面用(yòng)的锡箔纸一样(yàng)的(de)聚合物纸隔开,这也(yě)是锂聚合物电池名字的缘来。和锂离子(zǐ)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(miàn)积,或(huò)者牺(xī)牲(shēng)面积来换取厚度,所以在应用方面(miàn)非常(cháng)适合寸土寸金的航(háng)模飞机(jī)。
当时这个(gè)设计(jì)的问题就是锂离(lí)子通过干电解质聚合物的交换其实是不够(gòu)快的,这也是为什么锂电池在普通室(shì)温(wēn)下(xià)不可(kě)以快充的原因。当(dāng)然如果你(nǐ)要把它(tā)放一热水袋上面充电的话(huà),理论上是可以根据温度快充的。
我们知道,一块电池在冬(dōng)天的时候使用会非常不给(gěi)力,而在兜里暖和了以后会施放出更多的能量。同理,假设外(wài)部温(wēn)度不变,一块使用锂电池的飞(fēi)机在飞了(le)一分钟以后会发现飞得更快(kuài),这(zhè)正是(shì)因为电池内部的锂离(lí)子(zǐ)在正负极交换一段(duàn)时间以(yǐ)后的效率随(suí)着电池化学反应而(ér)增加了。当然,也(yě)不是说(shuō)越热越好,一个检查(chá)动力装置效率的最简单的办(bàn)法就(jiù)是落地以后检(jiǎn)查电池温度。如果电池是温热(rè)的,就(jiù)没有(yǒu)问题,如果电池烫手(shǒu),那(nà)么就表示锂离子活动过快,很(hěn)有可能是桨太大了,电机(jī)无法跟上。
第二章:锂电(diàn)池参数详解
1)电压(yā)
锂电池的基本组成是单位,也(yě)就是大家常(cháng)常听说的S,比如一般(bān)常用的(de)电池(chí)3S,就是表明它是由3个单位组成的。锂电池的一个(gè)单位标准(zhǔn)电压是3.7伏,所(suǒ)以一个3S的电压就是11.1伏。3.7付一(yī)个单位的锂(lǐ)电池比(bǐ)起镍电池的(de)1.2伏,说明了它(tā)可以使(shǐ)用相对简单的内部构造来达到更高(gāo)的电压。
平(píng)行电路(Parallel)和串流(series)电(diàn)路(lù)的区别?市(shì)面上大部(bù)分(fèn)超过(guò)1S的电池都串联的(de),比如(rú)一(yī)块3S的(de)就是三个1S串联组合(hé)而(ér)成的。
偶尔有些比较贵的电(diàn)池(chí)比如Gens Ace就是平行的, 例如上面标有4S2P(P就是平(píng)行的缩写)的(de)一块2400毫安的电(diàn)池,就是(shì)由两块4S的1200毫(háo)安电池平行连接起来,而达到更高的容量的。
一般1-1.5米(mǐ)的(de)泡沫模型(xíng)飞机需(xū)要配(pèi)套3S(11.1伏)-4S(14.8)的电机,2米以上的轻木需要配套6S(22.2伏)-8S(29.6伏(fú))的电机才能带动(dòng)。再往上走还有37伏的(de)10S和44.4伏的12S.当然,由于锂电池的可搭(dā)建性很强,你自己也可以在(zài)上面(miàn)这些数字上面串联搭建20S,24S的电(diàn)池,或者平行连接来(lái)加倍(bèi)已有电池容量。不过超(chāo)过(guò)了12S以(yǐ)后的(de)航模电(diàn)机就非常难买(mǎi)到了。
2)容量
电池上(shàng)面(miàn)标示的容量(liàng),指的是xxx毫(háo)安/时,有的时候(hòu)也是安/时,1安=1000毫安。 很多(duō)同学会对这个小时感到困惑(huò),理解为这块电(diàn)池的使用时间,其实毫安/时指(zhǐ)的是这块电池(chí)在一小时内可以被(bèi)充放的最大容量。举个(gè)例子来说,一块2500毫安/时的电池可以被某个(gè)耗电2.5安的器(qì)材在一个小时内使用殆(dài)尽(jìn),被(bèi)一个耗电(diàn)1.25安的器材在2小时内使用(yòng)殆尽,或者被一个耗电(diàn)0.5安的器材在5小时(shí)内耗尽能量(liàng)。
我们(men)平时(shí)使用的电机往往有(yǒu)着非常高(gāo)的耗电量,比如说我们现在手里有一块(kuài)28-26 1000KV / 235W 的电机(jī),查看他的(de)数(shù)据表(biǎo),发现最大耗电(diàn)量(liàng)15安,那么就是说(shuō)上面一块2500毫安/时的电池,在最大油门的时候,只能(néng)支撑这块电机2.5/15 =0.166, 也就(jiù)是60*0.166=9.96分钟。实际飞行的时间当然不可(kě)能就是这(zhè)个,因为(wéi)你不可能一直(zhí)满油并且锂电池也不能完全用(yòng)到0%。总之,知道这个(gè)方法可以(yǐ)方便你在给模型(xíng)配套电池的时候做出(chū)载(zǎi)重和飞行时间最(zuì)大比的决(jué)定。
3)放电率
锂电池(chí)的放电率称为 C rating。这个参数是锂电池参数里面最(zuì)难理解的(de),所以我放在最后讲。
简单来说(shuō),C rating值是对(duì)应一(yī)个电池(chí)能够在多快的时间(jiān)内被完全耗尽(jìn)。这个数值越高,它的放电率也就越(yuè)高。常见的电池C值有20C,25C,40C,75C等。
又来举例说明,一个(gè)上面标有10C的1000毫安锂电池(chí),它(tā)的最快放(fàng)电速(sù)度就是10倍它的容量/时,也就是说,假(jiǎ)定它的(de)容量是1000毫(háo)安/时,那么它(tā)的(de)最大能耐就是以(yǐ)每分钟耗电10安/60分钟,也就是166毫安(ān)的(de)速(sù)度给一(yī)个(gè)最大耗电率为10A的(de)器材配电6分(fèn)钟,如果是(shì)20C,这个器材则最大耗电可能是20A,可以以20A/60=333毫安/分钟为它(tā)供电(diàn)3分(fèn)钟。
一般固定翼无人机除了在起(qǐ)飞时刻特别需(xū)要高放(fàng)电率以外,平(píng)时如果不(bú)做特技的话,不大需要(yào)高(gāo)C值的电池。20C-40C的(de)电池(chí)足以应付。但是如果你玩多旋翼(yì)特别是穿越机的话,油门起伏非常大的时间需要高C值,不然你会发现你明明(míng)飞的很好,电量还有一半多,但是一个翻滚以后就无法提升高度,甚至炸机了。
基本上所有(yǒu)的锂电池的C rating后面(miàn)还有(yǒu)一个burst rate,就翻译为爆发值吧,一般是(shì)2倍。比如一个20C的电(diàn)池的(de)爆发(fā)C rating就是40C。这是电池在高(gāo)需求情(qíng)况下(xià)能(néng)在几秒内提供的做大电(diàn)源。
C值越大的电池(chí)价格也就越贵,建议购买(mǎi)的时候无论如何都要(yào)在自己钱包允(yǔn)许的前提买最(zuì)大的,而(ér)选了10-20C的(de)包你后(hòu)悔。你有(yǒu)可能会(huì)炸机,也有可能会发现(xiàn)突然有一(yī)天你充电时候或者飞完下地(dì)电池就鼓包了,那就不好玩了。
第三章:锂电池安全
有人称锂电池为航模炸弹,这个说(shuō)法一点都不为过,在我的(de)航模生涯已(yǐ)经(jīng)见证过无数次锂电(diàn)池使(shǐ)用不当而(ér)照(zhào)成的起(qǐ)火甚至爆炸了(le)空中解体。国外(wài)甚至(zhì)还有人因为(wéi)锂电池充电把(bǎ)整个家都烧得精光。
1)锂电池温度
锂电其(qí)实(shí)是(shì)一个(gè)非常娇气的元件,对温度有(yǒu)很(hěn)多要求,尤其(qí)是热的时候,无论充(chōng)电或(huò)者储存(cún),都注(zhù)意要尽量避(bì)免阳(yáng)光直射(shè)。换句话说(shuō),在热带地区的锂电池从一出生就注定寿命不会(huì)长过其(qí)他温带地区(qū)的(de)电池。
不仅(jǐn)如(rú)此,随着电池的寿(shòu)命(mìng)慢慢耗尽,电池内的电阻会慢慢变得更大,不仅使得充电放(fàng)电时间加(jiā)长(zhǎng),也使(shǐ)得电池(chí)变(biàn)得越来越(yuè)热(rè)。一般一块(kuài)电(diàn)池使用完毕以后(hòu)温度不会变(biàn)化太大,如果你使劲儿(ér)满油门飞(fēi),它也最多(duō)不会(huì)超过35-40度,这是一个(gè)安全点。如果飞(fēi)下来发(fā)现电池有以下(xià)这些情况,建(jiàn)议你不要再(zài)用了(le)。
1. 电池烫手,温度超(chāo)过了(le)50度;
2. 飞行的时候(hòu)明(míng)显发现还有20%以上(shàng)的电量(liàng),但是电(diàn)压明显下降;
3. 仔(zǎi)细看电池(chí)包(bāo)装发现有泡泡在缝隙中(zhōng)出现。
这时候也请不要把报(bào)废的锂电池扔(rēng)到(dào)垃圾(jī)桶,正(zhèng)确且(qiě)简易的(de)处理步骤如下:
找(zhǎo)一个盆子(zǐ)注满水,里面按照大(dà)概40-50:1的比例加盐,然后把电池泡进去几天,然后再提出来扔掉,这样(yàng)就(jiù)不会引发火灾了(le)。这(zhè)个做法的原(yuán)理是盐有导电的性质,电池在盐水里面会慢慢放(fàng)电(diàn),直到所(suǒ)有锂电池(chí)单元都降为0伏。
2)80% 定律
一块锂电池的储存安全电压应该是在3.85伏,建(jiàn)议(yì)你一定只有(yǒu)在使用前才(cái)充满到4.2伏。无论怎么使(shǐ)用,请(qǐng)一定(dìng)不(bú)要让它的电压(yā)降到3.5伏,因为到哪个时(shí)候你的电池会非(fēi)常烫手而且寿命(mìng)已经急(jí)剧减短。
一个安全的使用(yòng)办法就是,永远不要使用超过80%的(de)电量,也就是说,使用完(wán)了下来你(nǐ)也应该还有20%的(de)电量,这个时候的单个(gè)单位电(diàn)压应该是(shì)3.75左右,比如一块2500毫安(ān)的3S电(diàn)池(chí),它被(bèi)使用了80%的毫安以后,应该还有500毫安,整块电池的(de)电压应该是11.25伏。
【小贴士:如果你(nǐ)要知道你电池(chí)精确的电(diàn)量和电压值的(de)话(huà),一定要在(zài)航模下来(lái)立即就(jiù)测量,如果你多等(děng)几分钟,电(diàn)池(chí)在无(wú)压的情(qíng)况下,电压会慢慢回升。这也是为什(shí)么永远不要飞一块(kuài)用过的(de)电池的原因,因为你无法读取它真实的数据(jù)】
锂电三秘籍:
— 唯有在出(chū)发之前才充电
— 使(shǐ)用时候千(qiān)万别超过80%的电量
— 电池如(rú)果(guǒ)超过3天不(bú)用的要充(chōng)(或者放电)到3.85伏一个单元(很多充电器都(dōu)有这个(gè)功能)
3)内部电(diàn)阻
锂电池不像(xiàng)食物,上面(miàn)标有过期日,如果别人(rén)卖你一块电池告诉(sù)你是(shì)新的,你怎么知道是真是假?查查电阻就(jiù)明(míng)白了。
大部分(fèn)35C以上的正版电(diàn)池出厂(chǎng)的时候各个单(dān)位有1-5毫欧(mOhm)的电(diàn)阻,如果(guǒ)是(shì)一块3S电池,就(jiù)是大概3-15毫欧。
【说明:由(yóu)于生(shēng)产工艺(yì)的限制,很多100-200毫安的微小锂电池在出厂的时候内部电阻就是(shì)100或者(zhě)200毫欧,但是绝大多(duō)数的2000毫(háo)安以上(shàng)的(de)新电池内部电阻(zǔ)应该在10-30】
随(suí)着电池的使用次数增加或者储存时间的增长,锂电池(chí)的内部电阻也会慢慢变大,而且(qiě)这个变(biàn)化是不成(chéng)比(bǐ)例的,比如一块电(diàn)池在头(tóu)一年只(zhī)有35欧姆的电(diàn)阻,但(dàn)是到(dào)了第二年(nián)是50欧(ōu)姆,可再等一个月就变成了100欧姆,再过一个(gè)月就(jiù)300欧(ōu)姆了。
那(nà)么这些数字到底有什么实(shí)际意义呢?我们分四组情况
a) 每单位内部电阻1-5欧姆的锂(lǐ)电池是块少(shǎo)女电(diàn)池
b) 每单(dān)位内(nèi)部电阻5-10毫欧的锂电池应该是被使用过大概十几二(èr)十次,性(xìng)能不受电阻影响
c) 每单位内(nèi)部电阻10-20毫欧的锂电池(chí)已经是在熟女和(hé)黄脸婆(pó)之间(jiān)了
d) 每单位内部电阻(zǔ)20-25毫欧(ōu)的电池快断气了,续弦吧(ba)
【提(tí)醒:还记得第(dì)二章(zhāng)的(de)平(píng)行电路和串联电(diàn)路吧,在计算一块电池电阻(zǔ)的(de)时候(hòu)不要忘了先(xiān)检查一下(xià)是哪种,大部(bù)分电池(chí)都是串(chuàn)联的,这情况大家把每个单位的内部电阻加起来就是整块电池(chí)的内部电阻了。如果是(shì)碰到平行的(平行电路的电池会标示 xSxP),读取的(de)单独(dú)单(dān)位内部电阻就选最大的一个】

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