FPV Фристайл. Аккумулятор и зарядник
В этом выпуске мы органично закрываем вопрос выбора компонентов летающих и переходим к наземным
Ранее в этой серии
1. Начало.
2. Аппаратура.
3. Дрон.
4. Рама.
5. Моторы.
6. Регуляторы.
8. Камера.
9. Видеопередатчик.
Аккумулятор или батарея питает всю электронику на борту. По весу аккум сравним с остальным дроном, поэтому от него зависят лётные характеристики квада. А от ёмкости зависит время полёта, но чем больше ёмкость, тем тяжелее, поэтому для квада определённого размера и динамики подходит достаточно небольшой диапазон ёмкостей аккумулятора. В нашем случае это 1300 - 1600 мАч. Меньше будет летать мало, больше - медленно. При этом 5 минут динамичных полётов - это норма, или 10 минут "блинчиком". Сразу становится ясно, что одним аккумулятором не обойтись, для оправдания выхода на улицу со всем барахлом нужно хотя бы минут 20 полётов, то есть 4 аккума. Бренды Tattu, GNB, Ovonic, CNHL делают хорошие аккумы.
Дешёвые от дорогих будут отличаться соотношение ёмкости на вес, внутренним сопротивлением и ресурсом, поэтому я не рекомендую экспериментировать. Напомню, у нас литий-полимерные (LiPo) четырёх-ячеечные батареи (4S).
Крепится аккумулятор к раме лямкой. Лучше прошитая, с прорезиненной поверхностью и металлической пряжкой. Дешёвые Eachine рвутся при первом краше. Обесточенный квад искать в поле гораздо веселее, чем тот который пищит и вещает картинку, так что качество лямки иногда может быть решающим фактором.
И ещё важная информация: запасённой энергии в одной батарее достаточно, чтобы устроить пожар; литий очень тяжело тушить - ему для горения не нужен кислород. Следите за состоянием батарей, храните в пожаробезопасном месте, избавляйтесь (желательно экологично) от всех сомнительных экземпляров не раздумывая.
Далее будет лекция об особенностях литий-полимерных батарей, это важно для пожаробезопасности, тут сокращений для новичков не будет:
Дело в том, что для LiPo вредно:
1. Разряжаться током выше номинального.
2. Заряжаться током выше номинального.
3. Заряжаться до напряжения выше максимального (не только вредно, но и опасно).
4. Разряжаться ниже 3.3В на ячейку.
5. Лежать полностью заряженным.
6. Лежать полностью разряженным.
7. Плюс, если ячейки заряжены неодинаково, то в процессе использования мы можем просадить одну ячейку ниже 3.3В.
Внутри батареи нет умной электроники, чтобы за этим следить, потому что нам важен вес и обычно нам важнее вернуть весь квад, чем сохранить батарею (в случае переразряда).
LiPo ячейка имеет максимальное напряжение и номинальное. Допустим мы зарядили батарею правильно до конца - это до напряжения 4.2В (сейчас для простоты возьмём одну ячейку, а не 4 как в нашей батареи). Если разряжать её неизменным током, то напряжение быстро упадёт до 3.7В, большую часть работы напряжение будет 3.7В, а под конец резко начнёт падать до нуля, где 3.3В наш критический уровень, ниже него батарея деградирует. Так вот 4.2В - это максимальное напряжение, а 3.7В - номинальное.
Есть ячейки другого типа - High Voltage (HV), там значение номинального напряжения 3.8В, а максимального 4.35В.
Типичная батарея выглядит так:
Указана ёмкость (1550мАч), ток разряда (120C о нём ниже) и мелко количество ячеек (4 cells), номинально напряжение всей батареи (4*3.7=14.8В) и ёмкость в Вт*ч, как и положено нормальной батарее (22.94 Вт*ч), нам пока это не важно.
Выходят два разъёма, силовой, и балансирный (видно плохо, белый с маленьким красным проводом).
Стандарт разъёма - XT60, батареи с другим разъёмом могут тоже подойти по параметрам, но, видимо, созданы для других задач и их лучше не брать (перепаивать разъём у батареи занятие не самое расслабляющее).
Максимальный ток разряда и заряда принято обозначать в единицах 'C' - это capacity, ёмкость. То есть ток в "1С" для батареи ёмкостью 1550мАч будет равен 1550мА. Максимальный ток разряда батареи на картинке 120C, то есть 120С*1550мАч=186А. Если разделить 186А на 4 регулятора, получится 46,5A. То есть при полной нагрузке на все моторы, независимо от моторов и пропов, на каждый регулятор придётся по 46,5А - это к пройденному вопросу о мощности регуляторов. Хорошая батарея может спалить плохие регуляторы.
Теперь с этими знаниями по вышеупомянутым пунктам подробно:
1. Перебор по току разряда вызывает нагрев и деградацию батареи - это опасно, ток разряда в 70C я бы взял за минимум, но тут больше не на цифры нужно смотреть, а на бренд.
2. Стандартным током заряда считается 1С, то есть нашу батарею безопасно заряжать током 1.55А, времени это займёт ровно час. Получается любую LiPo батарею заряжать безопасным током в 1С ровно час. В спецификациях часто пишут, что ток заряда может быть больше, например 2-3С, таким образом мы сокращаем время заряда до 30-15 минут. Отмечу, что это требует от зарядника соответствующего тока. Я все свои аккумы заряжаю током 1С, дальше для этого будут причины. Перебор по току заряду - нагрев и все вытекающие последствия.
3. Тут всё просто, зарядник должен правильно выполнять цикл заряда и прекращать при правильном напряжении.
4. Отследить напряжение разряда - задача пилота, поэтому у нас в очках должно быть напряжение батареи и настроенные оповещения, дальние миссии должны планироваться уже со знанием дела. Если квад упал из-за разряда батареи, всё - батарее хана. Она не будет больше выдавать максимум своих возможностей, будет греться и сильнее проседать под нагрузкой.
5 и 6. Лежать полностью заряженной батарее вредно, она теряет ёмкость, лежать полностью разряженной вредно из-за того, что напряжение может упасть ниже 3.3В и батарея деградирует. Безопасное состояние хранения - заряженной на 80%, или при напряжении 3.8В. Такой режим заряда\разряда есть у хорошего зарядника. Полетали и знаем, что в следующий раз выберемся через месяц? Батареи в режим хранения.
7. Выравнивание напряжений ячеек происходит тоже программой зарядника и для этого используется балансирный разъём.
Теперь совсем не сложно понять, почему нам нужен специализированный зарядник для LiPo батарей.
Посчитаем сколько ватт нам нужно от зарядника, чтобы зарядить наши 4 батареи безопасно. Если мы их будем заряжать друг за другом, то справимся за 4 часа и нужно нам будет 1.55А*4.2В*4 (ток заряда * напряжение ячейки * количество ячеек ) = 26Вт. Но можно использовать плату параллельной зарядки и увеличив ток (и мощность) в 4 раза уменьшить время заряда во столько же. Теперь мы заряжаем час но требуется нам уже 104Вт. Если мы хотим летать не 20, а 40 минут, то нам нужно 8 батарей и без платы параллельной зарядки и мощного зарядного устройства нам придётся стоять на вахте у зарядника 8 часов. Либо повышать ток заряда до 2С и более, что может сказываться на ресурсе батарей.
Самое смешное, что на зарядных устройствах хоть и указывается максимальная мощность, большинство из них работает не от розетки, а от источника постоянного тока (блока питания) и его покупать нужно отдельно.
Итак мы пришли к выводу, что нам нужно три вещи, зарядное устройство, блок питания к нему и плата параллельной зарядки.
Начнём с простого, платы параллельной зарядки:
Она из себя ничего сложнее чем разъёмы соединённые проводниками не представляет, там нет никакой электроники. Есть дорогие версии со светодиодами и восстанавливающимися предохранителями, но сути это не меняет. Хотя я бы прозвонил дешёвый экземпляр для верности. И Т-разъём (красный на картинке) либо выпаять, либо заглушить крышкой нужно сразу. Если подключены в параллель шесть заряженных батарей, при его случайном замыкании ток будет 186А*6=1116А. Хотел сравнить с током сварки, но выяснилось, что там 100А - это максимум.
Параллельно заряжать можно батареи одного номинального напряжения и разной ёмкости. При этом фактическое напряжение батарей должно быть одинаково, плюс-минус 0.1В. Иначе повредим батарею. Как обычно за подробностями о параллельной зарядке пишите в телегу ch347 (CHEAT:), тема очень тонкая и подходить нужно с головой.Зарядное устройство. Очень популярна была модель Imax B6, одна из первых универсальных и недорогих зарядок. У неё слишком маленькая мощность и очень небольшой ток балансировки (значение, которое почти никто не указывает) из-за этого заканчивает заряд она гораздо позже часа. Компания ISDT делает широкий ассортимент зарядок под наши нужды и есть модели с блоком питания. Как мы выяснили для 20 минут полёта нам нужно 100Вт зарядки, поэтому я бы рассматривал зарядки от 500Вт, этого точно хватит надолго.
Только нужно внимательно читать спецификации, например у ISDT 608AC в комплекте блок питания на 60Вт (несерьёзно) но сама зарядка тянет 200Вт. Смысл блока питания только в портативности, брать с собой проще маломощный блок.
Также входное напряжение зарядки может быть в широком диапазоне например у ISDT Air8 на вход можно подать от 10 до 34 вольт и блок питания лучше брать с напряжением ближе к верхнему пределу на 24В или 30В.
Многоканальная зарядка нам не нужна, когда в ней возникнет необходимость, вы уже будете знать всё лучше меня.
Блок питания может быть вообще любой. Если знаете, как заставить выдавать напряжение компьютерный блок питания без материнской платы, то можно использовать и его. Главное это три вещи: напряжение в пределах допустимого входного для зарядки, максимальный ток (и мощность) слегка перекрывающая заявленную мощность зарядки и разъём XT60 на выходе (или паяем сами). Продают даже б\у блоки питания от серверов HP, сразу с перемычкой для простого запуска и припаянным разъёмом XT60.
Следующая серия - очки.