第一章:锂电池的特点
锂电池(chí),这里讲的主(zhǔ)要是锂(lǐ)聚合(hé)物(wù)电池,歪果仁喜欢叫(jiào)它Lipo( 来自Lithium Polymer),其实(shí)这是错误的,它的全(quán)名叫锂离子聚合物电池 (Lithium Ion Polymer)这是一种可多次充电的(de)电池(chí),他的发(fā)明在过去(qù)的十年间可谓是对航模界起了翻天覆地的变化,它基本上淘汰了(le)锂离子电池(Li-Ion),磷酸铁锂电池(LiFe), 镍氢电池(Nimh),镍镉电池(Ni-CD),尽管现在(zài)这些电池现在(zài)在航模界继续(xù)发挥着其他(tā)的方(fāng)面的作用(比如Nimh作为舵(duò)机电池有长期(qī)维持电压的特点),但是锂聚合(hé)物电池(接下来我们都简称(chēng)锂电池)基本上靠着下面的(de)三个个(gè)优(yōu)点完胜他们成为(wéi)大部分(fèn)模友的首选。
优点1:锂(lǐ)电池有着非常轻(qīng)的重量,并且可(kě)以做成任何尺寸;
优点2:锂电(diàn)池有着(zhe)非常大的体积(jī),容量比极高;
优点(diǎn)3:锂电(diàn)池的放(fàng)点率非常高,这点(diǎn)非(fēi)常适合短时间需(xū)要大能量的无刷电机。
这些优点(diǎn)可能放(fàng)在船模车模(mó)里面还不(bú)会(huì)是特别明显,但是放在无人机里面,他的存在(zài)直(zhí)接等于可(kě)以飞(fēi)或者不可(kě)以(yǐ)飞的区别。但是锂电池也有他的弱点。比如:
弱(ruò)点1:价格对(duì)于镍氢电池和镍镉电池还是有些贵 不过随着生(shēng)产厂商的增加和(hé)技术的进步,现在已经在(zài)开始降价啦
弱点(diǎn)2:寿命短(duǎn)。一块(kuài)普通(tōng)锂电池从出(chū)厂到报废最多有300次到500次(cì)的充电次数,但是这(zhè)个(gè)数字的上下限(xiàn)会因你充(chōng)电和使用的方法而增加(jiā)或者减少(shǎo),我将(jiāng)在将来的章节讲到。
弱点(diǎn)3:使(shǐ)用不稳定。由于(yú)锂电池(chí)的高(gāo)体积:容量(liàng)比,已经它(tā)所采用的电(diàn)解质(zhì)非常不稳定,一块锂电池可以在充电和(hé)放电的时候(hòu)起火甚至爆(bào)炸(zhà)。
弱点4:高维护成(chéng)本。和其他电池相比,锂电池如果要走完它人(rén)生(电(diàn)生??)完整过程,需要使用者不(bú)仅使用时候处处留心,还必须严格按照说明(míng)来控制储(chǔ)存房(fáng)间(jiān)的温度。
要(yào)进一步(bù)了解为什(shí)么锂电池有这(zhè)些(xiē)特点,我们就不(bú)得不说说他的构造和工作原理。
我(wǒ)们知道一块电池都有正(zhèng)极和负极,而负责锂(lǐ)离子在正负两极(jí)之间的交换(huàn)工作的是(shì)电解质。和使用液态(tài)电(diàn)解质的锂(lǐ)离子电池不同,锂电池使用的是干(gàn)电解质(zhì),正负两极(jí)由一张像(xiàng)是(shì)烤箱里面用的(de)锡箔纸一(yī)样的聚合(hé)物纸隔开,这也是锂聚合物电池名(míng)字的缘来。和锂离子电池必须要在一个铁盒子里面不(bú)同,锂电池(chí)可以牺牲厚度来换(huàn)取面积,或者牺牲面积来换取(qǔ)厚度,所(suǒ)以在应用(yòng)方面非常适合寸(cùn)土寸金的航模(mó)飞(fēi)机。
当时这(zhè)个(gè)设计的问题就是(shì)锂离子通过干电解质聚合(hé)物(wù)的(de)交换(huàn)其实是不够(gòu)快的(de),这也是为什么锂电池(chí)在普通室(shì)温下不可以快充的原因。当然如(rú)果(guǒ)你(nǐ)要把它放一热水袋上面充电的话,理论上(shàng)是可(kě)以(yǐ)根据温度快充的。
我们(men)知道,一块(kuài)电池在冬(dōng)天的时候使用会非常不给力(lì),而在(zài)兜里暖和了以后(hòu)会施放出更多(duō)的能(néng)量(liàng)。同理,假设外部温度不变,一块使用锂(lǐ)电池的飞机在飞了一分钟(zhōng)以(yǐ)后会(huì)发(fā)现飞得更快,这正(zhèng)是因(yīn)为电池内部的锂(lǐ)离子在正负极(jí)交换一段时间以后的(de)效率随着电池化学(xué)反应而增(zēng)加(jiā)了。当然,也不是(shì)说(shuō)越热越好(hǎo),一个检查动力装置(zhì)效率(lǜ)的最简(jiǎn)单的办(bàn)法(fǎ)就是落地以后检查电池温度(dù)。如果电池是温热的,就没有问题(tí),如果电池(chí)烫手,那么就表(biǎo)示锂离(lí)子活动过快,很有可能是桨太大了,电机无法跟上(shàng)。
第二章:锂电池(chí)参数详(xiáng)解
1)电(diàn)压
锂电池的基本(běn)组(zǔ)成是单(dān)位,也就是(shì)大家常常听说(shuō)的S,比如一般常(cháng)用的电池3S,就是表明它是由3个单位组(zǔ)成(chéng)的。锂电池的一个单(dān)位标准电压是3.7伏,所以(yǐ)一个(gè)3S的电压(yā)就(jiù)是11.1伏。3.7付一个单位的锂(lǐ)电池(chí)比(bǐ)起镍电池的1.2伏,说明了(le)它(tā)可以(yǐ)使用相对简单的内部(bù)构造来达到(dào)更高的电压。
平行电路(Parallel)和(hé)串流(series)电路(lù)的区别(bié)?市面上大部分超过1S的(de)电池都(dōu)串联的,比如一块(kuài)3S的就是三个1S串联(lián)组合而成的。
偶尔(ěr)有些比较(jiào)贵的电池比如Gens Ace就是(shì)平行(háng)的(de), 例如上面标有4S2P(P就是平(píng)行的缩(suō)写(xiě))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(jiē)起来,而(ér)达到更高(gāo)的容量的。
一般1-1.5米的泡沫模(mó)型飞机(jī)需要配套(tào)3S(11.1伏)-4S(14.8)的电机,2米以(yǐ)上的(de)轻木(mù)需要配套6S(22.2伏)-8S(29.6伏(fú))的电机才能带动。再往上(shàng)走还有37伏的10S和44.4伏的12S.当(dāng)然(rán),由于锂电池的可搭建性很强,你自(zì)己也可以在上面这些数字(zì)上面串联搭建(jiàn)20S,24S的电(diàn)池,或者平行连接(jiē)来加倍已有电(diàn)池容量(liàng)。不过超过了12S以后(hòu)的(de)航模电机就非常难买到了(le)。
2)容量
电池上面标示(shì)的容量,指(zhǐ)的是xxx毫安/时,有(yǒu)的时候也是安/时(shí),1安=1000毫安。 很多同(tóng)学会对这个小时感到困惑,理解为这块电(diàn)池的使用时(shí)间,其实毫安/时指的是这块电池在一小时内(nèi)可以被充(chōng)放的(de)最大(dà)容量。举个例(lì)子来说(shuō),一块2500毫安/时的电(diàn)池可以被某个耗电2.5安的器(qì)材在一个小时(shí)内使用殆(dài)尽,被一个(gè)耗电1.25安的器材(cái)在2小(xiǎo)时(shí)内使用殆尽,或者(zhě)被一个耗电0.5安的器材在5小时内耗尽(jìn)能量。
我们平时使用的电机(jī)往往(wǎng)有着非常高的耗电量,比如说我们现在手里有(yǒu)一块28-26 1000KV / 235W 的电机,查看他的数据表(biǎo),发现最大耗电量15安,那么就(jiù)是(shì)说上面(miàn)一块2500毫安/时的电池,在最大油门的时候,只能支撑这块电(diàn)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(rán)不可能就是这个,因(yīn)为你不可(kě)能一直满油并且(qiě)锂电池也不能完全用到(dào)0%。总之,知道这个方法可以方(fāng)便你在给模型配(pèi)套电(diàn)池的时候做出载重和飞行时间最大比(bǐ)的决定。
3)放电(diàn)率
锂(lǐ)电池的放电率称(chēng)为 C rating。这个参数是锂(lǐ)电池参(cān)数(shù)里面最难理解的,所以我放在最后讲(jiǎng)。
简(jiǎn)单来说,C rating值是对应一个电池能够(gòu)在(zài)多快的时间(jiān)内被完全耗尽。这个数值越高,它(tā)的放电(diàn)率也(yě)就越高(gāo)。常见的电池(chí)C值有20C,25C,40C,75C等。
又来举例说明,一个上面标有10C的1000毫安锂电池,它的(de)最快放电速度就是(shì)10倍它的容(róng)量(liàng)/时,也就(jiù)是说,假定它的(de)容量(liàng)是1000毫安/时,那么(me)它的最大能耐就是以每分(fèn)钟耗电10安(ān)/60分钟,也(yě)就是166毫安的速度给一个最大耗电率为(wéi)10A的器材配电6分钟,如果是20C,这(zhè)个器材则最大(dà)耗电可能是20A,可以(yǐ)以(yǐ)20A/60=333毫安/分钟为它供电3分钟。
一般(bān)固定翼无人机除(chú)了(le)在起飞时刻(kè)特别需要(yào)高放电(diàn)率以外,平(píng)时如果(guǒ)不做特技的话,不(bú)大(dà)需要(yào)高C值(zhí)的(de)电池。20C-40C的(de)电池足(zú)以(yǐ)应付。但是(shì)如果你玩(wán)多旋翼特别是穿越机的话(huà),油门起伏非(fēi)常大的时(shí)间需要(yào)高C值,不然你会发现(xiàn)你明明飞(fēi)的很好(hǎo),电量(liàng)还有一半多,但是一个(gè)翻滚以后(hòu)就无法提升(shēng)高度,甚至(zhì)炸(zhà)机(jī)了。
基(jī)本上所有(yǒu)的锂电池的C rating后面还有一(yī)个burst rate,就翻译为爆(bào)发值吧,一(yī)般是2倍(bèi)。比如一个20C的(de)电池(chí)的爆(bào)发C rating就是40C。这是(shì)电池在(zài)高(gāo)需求情况下能在几秒内提供的(de)做(zuò)大电源。
C值越大的电(diàn)池价格也就越(yuè)贵,建(jiàn)议购买的(de)时候(hòu)无论(lùn)如(rú)何都要在自(zì)己钱包允许的前提买最(zuì)大的,而选了10-20C的(de)包你后悔。你(nǐ)有可能会炸机,也(yě)有可能(néng)会发现突然有一天你充电时候或(huò)者飞完下地电池就鼓(gǔ)包了(le),那就不(bú)好(hǎo)玩了。
第三章:锂电池安全
有(yǒu)人称锂电池为(wéi)航模炸弹,这个(gè)说法一点(diǎn)都不(bú)为过,在我的航模生(shēng)涯(yá)已经见证过无数次锂(lǐ)电池使用不当而照成的起(qǐ)火甚至爆炸了空中解体。国外甚至还(hái)有人因为锂电池充电把整(zhěng)个家都烧得精光(guāng)。
1)锂电池(chí)温度
锂电(diàn)其实是一个非常娇气(qì)的元件(jiàn),对温(wēn)度有很(hěn)多要求,尤其是热的时候(hòu),无论充电或者储存,都注意要尽量避免(miǎn)阳光直射(shè)。换句话说,在热带地区的锂电(diàn)池从一出生就注(zhù)定寿命(mìng)不会长过其他温带地区的电池。
不仅如此,随(suí)着电池的寿(shòu)命慢慢(màn)耗尽(jìn),电池内的电阻会慢慢变得(dé)更大,不仅使得充(chōng)电放电时间加长(zhǎng),也使得电池(chí)变得越来(lái)越(yuè)热(rè)。一般一块电池使用(yòng)完毕以后(hòu)温度不会变化太大,如果你使劲儿满油(yóu)门飞(fēi),它也(yě)最多(duō)不会超过35-40度(dù),这是(shì)一个(gè)安全点。如果飞下(xià)来发现电池有以下这些情况,建议(yì)你不要再用了。
1. 电池烫手,温度(dù)超过(guò)了50度;
2. 飞行的时候明(míng)显(xiǎn)发(fā)现(xiàn)还有20%以上的电量(liàng),但是电压明显下降;
3. 仔细看电池(chí)包装发现有泡泡在缝隙中出现。
这时候也请不要把报废的锂电池扔到垃圾桶,正确且简易的处理步骤如下:
找一个盆子注(zhù)满水,里面(miàn)按照大概40-50:1的比例加盐,然后把(bǎ)电(diàn)池泡进去(qù)几天(tiān),然后再提出来扔掉,这样就(jiù)不(bú)会引发火(huǒ)灾了。这个做法的原理是盐(yán)有导电(diàn)的性质,电池在(zài)盐水里面会慢慢放电,直到所有锂电(diàn)池(chí)单元(yuán)都降(jiàng)为0伏。
2)80% 定律
一块锂电池的储存(cún)安(ān)全电(diàn)压(yā)应该是在3.85伏,建议(yì)你一定只有在使用前才充满到4.2伏。无论怎么使用(yòng),请一定不要(yào)让(ràng)它的电压(yā)降到3.5伏,因为到哪个时候你的电(diàn)池会非常烫手(shǒu)而且寿命已经急剧减短。
一个(gè)安全的使用办法就是,永远不要使用超(chāo)过80%的电量,也(yě)就是说,使用完了下来(lái)你也应该还有20%的电(diàn)量,这(zhè)个时候的单个(gè)单位电压应该是3.75左右,比如(rú)一块2500毫安的3S电池,它被使用了80%的(de)毫安以后,应(yīng)该还有500毫安,整块电池的电压应该(gāi)是11.25伏。
【小贴士:如果你要知道你电(diàn)池精确的电量和电压值(zhí)的(de)话(huà),一定(dìng)要在航模下来立(lì)即就测量,如果你多等几分(fèn)钟,电(diàn)池在无压的情况下,电压会慢慢回(huí)升。这也是为(wéi)什么永(yǒng)远不要飞一块(kuài)用过的(de)电(diàn)池的原因,因为你(nǐ)无法读取它真实的数据】
锂电三秘籍:
— 唯有在出发之前才充(chōng)电
— 使用时候(hòu)千(qiān)万别超(chāo)过80%的电(diàn)量
— 电池如果超过3天不用的要充(或者放电)到3.85伏一个单元(很(hěn)多充电器(qì)都有这个功能)
3)内部电阻
锂电池不像食(shí)物,上面标有(yǒu)过期日,如果(guǒ)别人卖你一块电池告诉你(nǐ)是新的,你怎么知道是真是假?查(chá)查电阻就明白了。
大部分35C以上的正(zhèng)版电池(chí)出厂的时候各个单位有1-5毫欧(mOhm)的电阻,如果是一块3S电池,就是(shì)大概(gài)3-15毫欧。
【说明:由(yóu)于生产工(gōng)艺的限制,很多100-200毫(háo)安的微小锂电(diàn)池在出厂的时(shí)候内部电(diàn)阻就是100或者200毫欧,但是绝大(dà)多(duō)数的2000毫安以上的新(xīn)电池内部电(diàn)阻应该在10-30】
随着(zhe)电(diàn)池的使用次数增(zēng)加或者储存时间的增(zēng)长,锂电(diàn)池的内部电阻也会(huì)慢慢变大,而(ér)且这个变化是不成(chéng)比例的,比如一块电池在头(tóu)一年只有(yǒu)35欧姆的电阻,但是到了第二年是50欧(ōu)姆,可再等一个月就变成了100欧姆,再(zài)过一个月(yuè)就300欧姆了。
那么(me)这些数字到(dào)底有什么实际意义呢?我们分(fèn)四组情(qíng)况
a) 每(měi)单位内部(bù)电阻1-5欧姆的锂(lǐ)电池(chí)是块少女(nǚ)电池(chí)
b) 每单位内部电阻5-10毫欧的(de)锂电池应该是被使用过大概十几二十次,性能(néng)不(bú)受电阻影响(xiǎng)
c) 每单位内(nèi)部电(diàn)阻10-20毫欧的锂电池已经是(shì)在熟(shú)女和黄脸婆之(zhī)间了
d) 每单(dān)位内部电阻20-25毫欧(ōu)的电池快(kuài)断气了(le),续弦(xián)吧
【提醒:还记得第二章的平行电路和(hé)串联电路吧,在(zài)计(jì)算一块电(diàn)池电(diàn)阻的时候(hòu)不要忘了先检(jiǎn)查一下是哪种,大部分电(diàn)池都是串联的,这情况大家把每个单位(wèi)的内部(bù)电阻加(jiā)起来就是整块电池的内(nèi)部电阻了。如果是碰到平行的(平(píng)行电路的电池会标示(shì) xSxP),读取的单独单位内部电阻就选最大的一个】

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