Устройство АКБ. Выбор аккумулятора для автомобиля

Автомобильный аккумулятор — источник не только энергии, но и множества мифов. Причём часть из них породили сами производители АКБ в рекламных целях — в итоге автовладельцам сложно разобраться в обилии противоречивой информации. Попробуем разложить по полочкам, чем отличаются аккумуляторы и на что обращать внимание при их выборе.

Устройство аккумулятора. WET (SLI), EFB, AGM, GEL

Пусть все аккумуляторные батареи и выглядят схоже, внутри них скрываются совершенно разные технологии. И перед выбором АКБ нужно разобраться, какая из них подходит вашей машине лучше.

Тип аккумулятора обозначается тремя буквами: WET (или SLI), EFB, AGM и GEL. Их можно встретить не только на корпусе батареи, но и на зарядных устройствах, ведь для каждого типа требуется свой способ зарядки.

Типы автомобильных аккумуляторов
С жидким электролитом		Герметичные (VRLA)
WET (SLI)	Классический аккумулятор с жидким электролитом	AGM	Аккумулятор с абсорбированным электролитом
EFB	Усиленный аккумулятор с жидким электролитом	GEL	Аккумулятор с электролитом в виде геля

По внутреннему устройству автомобильные АКБ можно разделить на две большие группы: аккумуляторы с жидким электролитом (WET/SLI и усиленные EFB) и так называемые герметичные аккумуляторы VRLA (к ним относятся батареи AGM и GEL).

Теперь разберёмся, что скрывается за всеми этими аббревиатурами.

WET (SLI): классические АКБ с жидким электролитом

WET («влажный/жидкий») или SLI (Starting, Lighting, Ignition, «стартер, освещение, зажигание») — это традиционный тип свинцово-кислотного аккумулятора с жидким электролитом, который принципиально не меняется уже десятки лет. Большинство автомобилей с завода до сих пор комплектуется именно такими батареями: они недорогие и вполне подходят для обычной эксплуатации.

На крышке классической АКБ могут быть сервисные пробки для контроля уровня и плотности электролита с помощью ареометра и долива дистиллированной воды — такие аккумуляторы называют обслуживаемыми. Но их активно вытесняют малообслуживаемые аккумуляторы MF (Maintenance-Free), необслуживаемые CMF (Complete Maintenance-Free) и герметичные необслуживаемые SMF (Sealed Maintenance-Free). Благодаря легированию пластин кальцием потеря электролита в таких АКБ минимальна, поэтому долив воды не требуется и даже не предусмотрен конструктивно. Это раздражает некоторых бывалых автомобилистов (аккумулятор невозможно обслужить, продлив его ресурс), но именно это нужно большинству современных автолюбителей: установить АКБ под капот, ничего с ней не делать, а через несколько лет просто купить новую

Однако в тяжёлых условиях эксплуатации любая жидкостная «классика» быстро сдаётся. Мощная аудиосистема, дополнительный свет, предпусковой подогреватель или лебёдка значительно сокращают ресурс традиционной АКБ. Что уж говорить о гибридах и автомобилях с системой Start-Stop, где применение обычных WET-батарей вообще невозможно — пластины разрушаются за несколько месяцев. Для этих целей есть более продвинутые аккумуляторы EFB и AGM.

АКБ с сервисными пробками встречаются всё реже

Аккумулятор для автомобиля с системой «Старт-Стоп»: подбираем с умом

EFB: усиленные АКБ с жидким электролитом

Enhanced Flooded Battery (EFB) — это усиленная батарея с жидким электролитом. По сравнению с обычным WET-аккумулятором у EFB толще пластины, и каждая из них запечатана в конверт из специального волокна. Это защищает батарею от сульфатации и осыпания активного вещества при частых циклах разряда-заряда.

Аккумуляторы EFB созданы для эксплуатации в тяжелых условиях — прежде всего, на автомобилях с системой «Старт-стоп», где двигатель глушится при каждой остановке, а вся бортовая электрика продолжает работать от АКБ. С питанием мощных бортовых потребителей батарея EFB также справится лучше «классики», минимизируя просадки напряжения. А главное — такой аккумулятор проработает дольше, ведь глубокие разряды для него не столь губительны.

EFB: аккумулятор «на максималках»

AGM: аккумуляторы с абсорбированным электролитом

Если EFB-аккумулятор является улучшенным «старичком» WET, то технология AGM (Absorbent Glass Mat, «абсорбирующий мат из стекловолокна») — совсем другая история. Электролит здесь не жидкий, а абсорбированный, впитанный стекловолокном, проложенным между пластин. Такой аккумулятор можно устанавливать в любом положении, подвергать воздействию сильной вибрации, регулярно и глубоко разряжать — а он будет стабильно работать.

AGM-аккумуляторы относятся к классу VRLA: Valve-Regulated Lead-Acid Battery, «свинцово-кислотная батарея с регулирующим клапаном». Их отличает герметичность корпуса (никаких испарений, все газы остаются внутри) и наличие аварийного клапана сброса давления при сильном перезаряде.

Благодаря плотной упаковке пластин аккумулятор AGM выдаёт на 30% больший пусковой ток, чем жидкостная батарея того же типоразмера. А показатели надёжности и стойкости к глубоким разрядам здесь даже лучше, чем у EFB. Это идеальное решение для гибридов и машин с системой Start-Stop, а также для автомобилей с мощными потребителями в бортовой сети. Правда и стоит AGM-батарея в два раза дороже обычной.

В аккумуляторе AGM нет жидкого электролита

GEL: гелевые аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы (Gel Cell или просто GEL) — тоже представители герметичного класса VRLA, как и батареи AGM. В них используется твёрдый электролит, застывшая смесь кислоты и силикагеля.

На технологии GEL нет смысла останавливаться подробно, поскольку стартерные гелевые автомобильные АКБ почти не встречаются. Такие аккумуляторы применяются как тяговые в промышленности и на различной спецтехнике, а в качестве стартерных — только на мотоциклах и скутерах.

Аккумуляторы, которые автомобилисты привыкли называть гелевыми, на самом деле являются батареями AGM, в том числе спирального типа — с характерными круглыми банками. Особой разницы между АКБ с «плоскими» и «спиральными» пластинами нет, это просто разные форм-факторы.

Особенности аккумуляторов AGM

Аккумуляторная химия: сурьма и кальций

Аккумуляторы отличаются не только конструкцией, но и типом легирующих элементов. Легирование — это добавление в состав основного материала (в аккумуляторе это свинец) примесей, улучшающих его физические и химические свойства. Можно назвать эти примеси присадками: в общей массе АКБ их немного, но они существенно влияют на химические процессы при заряде и разряде аккумулятора.

В маркировке аккумулятора отражают легирующие элементы положительных и отрицательных пластин, указывая их через дробь: например, Ca/Ca.

Чаще всего легирующими элементами автомобильных аккумуляторов являются сурьма (Sb) и кальций (Ca). Но возможны вариации: одновременное применение сурьмы и кальция в так называемых аккумуляторах-гибридах, а также добавление дополнительных элементов (например, серебра). Рассмотрим особенности каждого из решений.

Сурьмянистые и малосурьмянистые аккумуляторы (Sb/Sb)

Сурьма — классический легирующий элемент в автомобильных аккумуляторах, используемый с давних времён для защиты свинцовых пластин. Недостатки у сурьмянистых батарей серьёзные: они подвержены сильному саморазряду (до 2% в день) и выкипанию электролита. Именно поэтому аккумуляторы Sb/Sb всегда обслуживаемые, с пробками: уровень электролита нужно регулярно контролировать и доливать дистиллированную воду. В современных сурьмянистых АКБ содержание сурьмы снижено — такие батареи называют малосурьмянистыми. Обслуживать их нужно реже, но всё равно нужно.

У «дедовской» сурьмянистой технологии есть несколько плюсов: устойчивость к глубоким разрядам, низкая цена и длительный срок службы при правильном обслуживании. АКБ с сурьмой хорошо подходит для редкой эксплуатации машины: даже после годового простоя достаточно зарядить батарею, и она будет нормально работать. Также сурьмянистые аккумуляторы используются на старых автомобилях с низким зарядным напряжением в бортовой сети.

Кальциевые аккумуляторы (Ca/Ca)

Легирование кальцием — полная противоположность сурьме с точки зрения потребительских качеств. Кальций резко снижает потерю электролита, что позволяет сделать аккумулятор необслуживаемым: подзаряжать и доливать воду не нужно. Саморазряд АКБ также низкий, а ещё кальций хорошо защищает пластины при перезаряде. Мечта автомобилиста!

Однако расплата поджидает при глубоком разряде: активное вещество может осыпаться, что фактически выведет кальциевый аккумулятор из строя. Поэтому на машине нужно регулярно ездить, поддерживать систему зарядки в исправном состоянии и не оставлять включенными фары или салонный свет. А также не высаживать аккумулятор «в ноль» музыкой на отдыхе или многочисленными безуспешными попытками зимнего запуска.

Кальциевый аккумулятор с жидким электролитом — оптимальное решение для современных автомобилей без системы Start-Stop. Он обладает достойными показателями и ресурсом, а также не требует от автовладельца особого внимания к себе. Главное — не разряжать его глубоко.

Кстати, в усиленных аккумуляторах EFB и AGM свинцовые пластины также легируют кальцием — но не слишком афишируют это, делая акцент на основной технологии, чтобы автолюбители не путали столь продвинутые аккумуляторы с «обычными» кальциевыми.

Кальциевые аккумуляторы с серебром (Ca/Ca + Silver)

Добавлением серебра производители пытаются немного улучшить показатели кальциевого аккумулятора. Легко догадаться, что серебро — добавка недешёвая, поэтому встречается только в премиальных линейках АКБ от известных брендов. И ещё сильнее увеличивает их цену.

Что даёт серебро в аккумуляторе? Производители заявляют о повышении стойкости к глубоким разрядам, небольшом улучшении коррозионной устойчивости пластин (а значит и срока службы АКБ), а также о снижении внутреннего сопротивления, что увеличивает скорость заряда и отдачу тока.

Но нужно понимать, что это не отдельный тип аккумуляторов, а лишь небольшое улучшение привычного кальциевого. Стоит ли переплачивать за серебро в аккумуляторе — решать вам.

Гибридные аккумуляторы (Sb/Ca или Ca+)

АКБ с кальцием в минусовых пластинах и сурьмой в плюсовых называют гибридными. Это попытка найти золотую середину между кальциевыми и сурьмянистыми аккумуляторами: «гибриды» пытаются объединить достоинства двух технологий и нивелировать недостатки.

На деле качество гибридных аккумуляторов сильно зависит от производителя. Дешёвые «гибриды» скорее напоминают обычные малосурьмянистые АКБ, с теми же характерными проблемами. Дорогие и технологичные гибридные батареи почти не уступают кальциевым, при этом они менее чувствительны к глубоким разрядам. Хотя сделать их полностью необслуживаемыми невозможно: расход воды у «гибридов» всё равно есть.

Гибридные АКБ обычно используют на отечественных автомобилях в качестве замены малосурьмянистых. А для иномарок по-прежнему предпочтительнее кальциевые аккумуляторы.

Показатели АКБ: ампер-часы и пусковой ток

Помимо особенностей конструкции у аккумуляторов есть и количественные показатели — прежде всего, это ёмкость и пусковой ток. Нередко автовладельцы ставят именно их во главу угла при сравнении и выборе АКБ.

Ёмкость аккумулятора (ампер-часы)

Учебник физики не даст соврать: электрическая ёмкость измеряется в фарадах, а ампер-час — единица электрического заряда (количества электричества). Но применительно к автомобильным аккумуляторам этот показатель называют ёмкостью даже в ГОСТах и научной литературе. Не будем ломать устоявшуюся практику.

Номинальная ёмкость аккумулятора отражает, каким током он может равномерно разряжаться в течение 20 часов. Говоря проще, это количество электричества, которое аккумулятор способен запасать и отдавать.

Ёмкость АКБ выбирают исходя из объёма и типа двигателя автомобиля, поскольку его запуск — основная нагрузка на аккумулятор. Под капотами бензиновых малолитражек обычно установлены компактные аккумуляторы на 35–55 А·ч. Объёмным бензиновым двигателям и дизелям нужны АКБ с большей ёмкостью: 60 А·ч и выше. Рекомендованную для вашего автомобиля ёмкость можно узнать в документации производителя или с помощью онлайн-подбора аккумулятора.

Также у аккумуляторов иногда встречается характеристика «резервная ёмкость». Она показывает, сколько времени сможет проехать автомобиль зимней ночью (то есть с включенным отопителем и освещением) при отказе генератора.

Пусковой ток (ток холодной прокрутки)

Пусковой ток или CCA (Cold Cranking Amps, «ток холодной прокрутки») — это максимальный ток, который может отдавать аккумулятор без просадки напряжения ниже 9 вольт при температуре −18 °C в течение полуминуты. Именно этот показатель аккумулятора отражает, насколько бодро будет крутить стартер холодным зимним утром.

Пусковой ток у двух аккумуляторов с одинаковой ёмкостью может быть разным — на него влияют устройство батареи и технология производства. Например, батарея на 70 А·ч одного производителя может выдавать ток 585 ампер, а другого — 630. Аккумулятор AGM (тоже «семидесятка») вообще выдаст 760 ампер благодаря своей конструкции. Все они, обладая ёмкостью 70 А·ч, смогут крутить стартер примерно одинаковое время, но батарея с большим пусковым током будет делать это заметно активнее. Поэтому на показатель CCA стоит обращать внимание при выборе АКБ в холодном климате.

Конструкция АКБ: полярность, клеммы и типоразмер

Помимо характеристик и устройства аккумулятора нужно принимать во внимание его конструкцию — ведь в разных автомобилях используются АКБ с разными размерами, типом клемм и полярностью.

Полярность аккумулятора — это расположение его токовыводов, к которым подключаются клеммы автомобиля. Можно сравнить полярность АКБ с левым и правым рулём у машины: техника идентична, но рассчитана под определённую сторону движения. Аккумуляторы с разной полярностью по-разному располагаются под капотом, что нужно учитывать при выборе.

Вид сверху

Полярность АКБ бывает прямой и обратной. Определить её просто: поверните аккумулятор токовыводами к себе (или сделайте это мысленно) и посмотрите, с какой стороны «минус». Минусовой токовывод справа — полярность прямая; слева — обратная. Лучше ориентироваться именно на «минус», чтобы его расположение совпадало с маркировкой полярности в японском стандарте JIS: R — прямая, L — обратная.

На некоторых грузовых аккумуляторах токовыводы расположены на одном торце батареи, а не по разные стороны. В этом случае полярность определяется наоборот.

Тип клемм — это физический размер токовыводов аккумулятора, а значит и совместимых с ними клемм автомобиля. Автомобильные АКБ оснащаются токовыводами двух основных стандартов: T1 (под тонкие клеммы, диаметр плюсовой — 14,7 мм) и Т2 (под толстые клеммы, диаметр плюсовой — 19,5 мм).

Типоразмер аккумулятора отражает полярность, тип клемм, а также тип крепления и физические размеры корпуса, которые тоже нужно учитывать при выборе. Стандартов множество: JIS, DIN, EN, SBA, ETN, SAE, российский ГОСТ. Зная искомую маркировку (например, из инструкции к автомобилю, или с этикетки оригинальной АКБ), вы сможете быстро подобрать по ней аналогичный аккумулятор.

Например, в азиатских автомобилях используется японский стандарт JIS. Если в вашей «Тойоте» на аккумуляторе написано 65B24R, вы можете выбрать в соответствующем фильтре (JIS) тип корпуса B24, а также прямую полярность (R) — и все предложенные по таким параметрам аккумуляторы гарантированно подойдут к вашему автомобилю.

Или просто используйте подборщик аккумулятора по модели автомобиля от Гиперавто, что ещё проще.

Выбор аккумуляторной батареи для ИБП

Для поддержки работоспособности электрооборудования промышленного и частного назначения требуется большой запас энергии. Ее накопление и непрерывную подачу обеспечивают, в том числе, аккумуляторы для ИБП. Выбрать подходящую модель, значит, обеспечить себе беспроблемную эксплуатацию техники.

Что такое ИБП

Uninterruptible Power Supply обеспечивает стабильную работу оборудования, если нет постоянного электроснабжения. По сути, это не что иное, как способ резервирования электричества. Ведь не всегда есть возможность пользоваться сетевым напряжением.

ИБП предназначены для обеспечения работоспособности приборов и устройств, работающих от сети 220 Вольт, в случае ее отключения.

Работоспособность бесперебойника обеспечивает аккумуляторная батарея.

Виды аккумуляторов:

• щелочные;
• литий-ионные;
• литий-полимерные;
• гелиевые;
• свинцово-кислотные;
• никель-металл-гибридные.

Сегодня обрели популярность литий-ионные АКБ. Их главные параметры — мощность и время работы. Выбор аккумулятора должен быть ориентирован именно на них.

В электронном каталоге интернет-магазина «Виртус Технолоджи» есть практичные и надежные батареи для ИБП.

Эргономичные модели могут иметь удобный ремень для переноски. Некоторые модели изготавливаются в форме компактного чемоданчика с прочной ручкой. Они мобильны и удобны для частного хозяйства. Если же надо заменить устаревшие свинцовые аккумуляторы, рекомендуется LiFePO4 для 19- и 23-дюймовых шкафов или стоек.

При выборе аккумулятора для ИБП необходимо обращать внимание не только на технические параметры (о них — ниже), но и на корпус изделия. Большинство продуктов от «Виртус Технолоджи» выполнено из прочного ABS-пластика. Такой материал практически нельзя повредить. Он обладает большой механической прочностью.

Когда необходим ИБП

В настоящее время источники бесперебойного питания чрезвычайно востребованы. Тенденция их распространения связана с наполнением рынка энергоемким оборудованием и электротехникой.

Особенно важны бесперебойники в регионах с систематическими отключениями электроэнергии. Если где-то ремонтируется подстанция или сама линия находится в аварийном состоянии, то альтернативный источник энергии крайне необходим.

Один из ориентиров при подборе подходящего ИБП — статистика плановых отключений. Они могут производиться в связи с профилактическими или ремонтными работами. Данные можно узнать на официальном сайте Россетей, а также на порталах дочерних компаний. Статистические выкладки помогут определить, в течение какого периода вам предстоит находиться без света или без тепла.

Бесперебойник позволит продержаться до восстановления энергоподачи. А его работоспособность, в свою очередь, обеспечит качественная АКБ.

Критерии выбора

Как же выбрать аккумулятора для ИБП? Он всегда сориентирован на конкретные условия.

Выбор будет правильным, если вы учтете следующие особенности:

• возможность быстрой передачи определенного количества сохраненной энергии;
• устойчивость к вибрации;
• герметичность и прочность корпуса;
• способность выдерживать глубокий разряд в разных обстоятельствах: при перепаде температур, смене программ и т. д.

Наконец, ценится простота обслуживания. В этом отношении очень удобны образцы с герметичным корпусом.

Свяжитесь с менеджерами нашей компании для консультации. Они помогут подобрать хорошую батарею для ИБП, отвечающую именно вашим условиям.

Какую модель выбрать?

Долгое время самыми популярными считались свинцово-кислотные батареи. Они стоили совсем недорого, не имели «эффекта памяти» и, главное, были неприхотливы в обслуживании. Однако их корпус не был герметичным, а во время работы выделялись газы. Срок службы не превышал двух лет

Гелевые аналоги также выделяют газ, но он блокируется внутри геля. Обволакивая свинцовые пластины, он исключает риск их осыпания. А благодаря рекомбинации осевших внутри пузырьков появилась возможность сделать корпус герметичным. Но есть и минус — высокая чувствительность к превышению напряжения. При превышении допустимого значения электролит становится текучим. Срок службы — до 10 лет.

В AGM аккумуляторах электролитом пропитан специальный сепаратор из стекловолокна. Доливать электролит не надо, поэтому модели данного типа называются необслуживаемыми. Срок службы их составляет не менее 5 лет. Недостаток — чувствительность к перегрузкам и большой вес. Кроме того, для AGM нужно специальное зарядное устройство. Срок службы — примерно 5 лет.

Безусловные лидеры сегодня — Li-ion аккумуляторы. Они объединяют в себе лучшие показатели AGM и GEL батарей и характеризуются оптимальными значениями цикличности. Высокая стоимость их окупается длительным сроком годности.

Преимущества Li-ion АКБ для ИБП

Литий-ионные батареи стремительно становятся популярными. Они характеризуются стабильным напряжением при разряде и имеют встроенную балансировку внутренних элементов. Безусловный плюс предложения — высокая плотность энергии. Она в 3 раза выше, чем у свинцово-кислотной АКБ.

Выбирать АКБ для ИБП стоит также с учетом удобства ежедневного использования. В этом отношении литий-ионные модели можно назвать идеальными. Компактность и малая масса делают их удобными.

Технические характеристики Li-ion батарей

Емкость	Емкость — базовый параметр. От него зависит период, в котором АКБ поддерживает работоспособность потребителя. Емкость в Li-ion моделях может составлять от 10 до 400 Ач.
Напряжение	От 12 до 90 В
Возможность эксплуатации при низких температурах	+
КПД	До 95 % (для LiFePO4)
Циклы заряд разряд	Ресурс батареи — свыше 2000 циклов
Диапазон температур	От -20°С до + 60°С
Процент саморазряда	не более 1 % за 1 месяц не более 3% за год
Срок службы	10 — 12 лет
Контроль состояния каждой ячейки	Защитная плата BMS позволяет контролировать общую работоспособность, исключая простои

 

Вывод

Итак, чтобы выбор аккумулятора был удачным, а эксплуатация ИБП — беспроблемной, следует придерживаться следующих правил:

• Вычислить время автономной работы. Для этого надо изучить потребности оборудования, а также ознакомиться со статистикой региональных отключений энергии.
• Выбирать необслуживаемые модели.
  При покупке обратить внимание — герметизирован ли корпус или нет.
• Заранее узнать полный срок службы АКБ. Желательно покупать образцы с большим периодом эксплуатации (не менее 10 лет).

Специалисты ВиртусТех советуют придерживаться температурного режима, рекомендуемого производителем. Помните, при снижении температуры теряется емкость!

До начала использования тщательно изучите инструкцию! Знание технических нюансов и скрупулезное следование им избавит от преждевременного расхода ресурса.

Шаг 6: Выбор аккумулятора | The UAV Chronicles

Аккумуляторная батарея является одним из наиболее важных и потенциально летучих компонентов БПЛА. При выборе батареи необходимо учитывать три важные характеристики: напряжение, максимальный ток разряда и емкость. Каждый параметр сильно зависит от химического состава батареи.

Часть 1: Конструкция батареи

На самом базовом уровне батарея состоит из двух отдельных материалов с разным количеством валентных электронов, которые действуют как электроды в дополнение к электролитическому буферу между двумя электродами. Батареи описываются комбинацией используемых элементов. Например, свинцово-кислотные аккумуляторы есть практически в каждом автомобиле. Никель-металлогидридные аккумуляторы — это обычные перезаряжаемые батареи, используемые в большинстве домашних хозяйств. Литий-ионные аккумуляторы используются в большинстве ноутбуков и телефонов. Наиболее распространенным типом аккумуляторов для БПЛА являются литий-полимерные (LiPo). Электроды изготовлены из графита и лития, а электролитом служит полимер. Пары электродов определяют диапазоны напряжения, которые может обеспечить батарея. Для элементов LiPo это примерно от 4,5 В до 3 В. Однако эти напряжения обычно недостаточны.

Для работы электроники БПЛА требуется постоянное напряжение, которое может превышать 4,5 В. Что еще более важно, двигатели нуждаются в более высоком напряжении (как описано ранее). Чтобы достичь этих напряжений, элементы необходимо соединить последовательно, чтобы отрицательные электроды соединились с положительными, оставив пустую пару электродов. Батареи LiPo можно купить как с одной ячейкой, так и с 10 ячейками. Например, батарея, продаваемая с 3 ячейками в серии, будет батареей 3S, а 4 ячейки в серии будут батареями 4S.

Полная энергоемкость батареи не менее важна, чем общее напряжение, которое она может обеспечить. Это выражается в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч). По сути, батарея емкостью 1 Ач может обеспечить 1 ампер электроэнергии в течение 1 часа. Батареи с большими размерами ячеек могут хранить больше энергии. Однако при последовательном соединении все ячейки должны иметь одинаковую емкость. Когда у любого из них заканчивается энергия, батарея перестает функционировать. Ячейки, соединенные параллельно (где подключены одинаковые электроды), увеличивают емкость, но не напряжение. Однако такое расположение батарей для БПЛА встречается редко.

Значение тока, которое может обеспечить батарея, имеет большое значение. Большие двигатели и БПЛА требуют большего тока. На это влияет конструкция клетки. Аккумуляторы имеют рейтинг c, который указывает, сколько тока батарея может обеспечить по отношению к емкости батареи. Аккумулятор емкостью 5 Ач с номиналом 10С может обеспечить силу тока 50 ампер.

При выборе батареи количество элементов должно обеспечивать достаточное напряжение для оптимальной работы БПЛА. C-рейтинг должен быть достаточно высоким, чтобы соответствовать требованиям двигателей. Емкость должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить достаточное время полета, но это должно быть сбалансировано с весом, который батарея большей емкости добавляет к БПЛА.

Аккумуляторы LiPo обычно используются, поскольку они могут обеспечить большую мощность по сравнению с их размером. У них есть один существенный недостаток: нестабильность. Они могут быть чувствительны к ударам, переразряду или чрезмерному заряду. При возникновении таких условий батареи могут воспламениться. Из-за этих недостатков все более популярным становится другой химический состав аккумуляторов, литий-железо-фосфат (LiFe). Он более долговечен, но имеет меньший диапазон напряжений. При хранении или зарядке аккумуляторов LiPo рекомендуется хранить их в огнеупорном контейнере. Ведутся споры о том, при каком напряжении хранить батареи. Общий совет состоит в том, что их следует хранить при номинальном (50%) напряжении, но этот совет оспаривается. Более продвинутые зарядные устройства будут иметь функции для зарядки или разрядки аккумулятора до этого номинального напряжения. Аккумуляторы также необходимо циклировать определенное количество раз, прежде чем они достигнут оптимальной эффективности, и некоторые зарядные устройства будут иметь возможность автоматически перезаряжать аккумулятор.

Часть 2: Анализ батареи

Теперь, когда мы изложили некоторые руководящие (и очень важные!) принципы для батарей, мы изложим наши соображения при выборе батареи.

При рассмотрении нескольких параметров мы начнем с параметров, связанных только с оптимизацией, и закончим параметрами, которые необходимо проверить для обеспечения безопасности. Другими словами, мы объясним, как найти аккумулятор, который нам нужен, а затем расскажем, как убедиться, что этот аккумулятор можно безопасно использовать с нашим квадрокоптером.

Напряжение: Одна из первых вещей, которую нужно учитывать, это то, какое напряжение батареи нам нужно. Честно говоря, из того, что мы можем сказать, напряжение, которое вы выбираете для своей батареи, несколько произвольно. Но вот некоторые вещи, чтобы рассмотреть. Если вы хотите построить гоночный дрон, желательна батарея с более высоким напряжением, потому что она увеличивает максимальную скорость вашего дрона.

2. Если вы хотите максимизировать время полета, но не заботитесь о производительности, МОЖЕТ быть желательным более высокое напряжение, если вы можете соотнести некоторый уровень преимущества с вашей плотностью энергии или эффективностью. (3/2)

   Теперь, если энергия и вес увеличиваются линейно, мы могли бы получить такую ​​ситуацию.

   Вы можете видеть, что справа от перекрестка вы действительно можете ТЕРЯТЬ полетное время. Однако из того, что мы видели, вы на самом деле получаете ПЛОТНОСТЬ энергии по мере увеличения емкости. Поэтому мы не ожидаем, что ситуация будет такой простой, как та, что представлена ​​выше благодаря Google.

   Давайте копнем глубже. Вот график сравнения некоторых параметров для аккумуляторов 3S разной емкости. В этих расчетах предполагается, что вес квадрокоптера составляет 700 грамм, не включая батарею, что примерно соответствует тому, что мы разработали для нашего квадрокоптера.

   Теперь мы скажем, рассматривая случай зависания, Мощность равна некоторой константе пропорциональности, c (мы примем 1 для масштабируемости), умноженной на Тягу, возведенную в 3 раза пополам. И, конечно же, это предполагает, что все остальные параметры, начиная от плотности воздуха и заканчивая эффективностью двигателя, равны.

   Но при прочих равных это то, что видите.

   Провал на кривой массы батареи объясняется тем, что мы на самом деле нашли батарею с большей емкостью и меньшей массой — выброс в этих данных, который мы, тем не менее, хотели включить. Ключевым параметром, который мы хотели бы отметить на этом графике, является время полета. Обратите внимание, что когда мы учитываем все необходимые переменные (насколько нам известно), время полета увеличивается с увеличением емкости батареи. Тем не менее, кажется, что он также увеличивается с меньшей скоростью по мере увеличения размера батареи. Это снижение скорости изменения предполагает, что время полета может достичь пика при некоторой мощности, а затем фактически начать снижаться. Аккумуляторы 3S lipo обычно не превышают примерно 6000 мАч, поэтому мы не ожидаем значительного падения. Для справки позже, вот некоторые точки данных.

   Теперь давайте посмотрим на график для 4S lipo аккумуляторов. 4S — это пол для более или менее «высокой емкости», поэтому в конце мы добавим батарею большой емкости, чтобы посмотреть, что произойдет.

   Здесь мы видим более выраженное снижение скорости увеличения времени полета. Давайте посмотрим, что произойдет, если мы изменим вес на 300 г. Для больших батарей это будет просто крошечный квадроцикл, поднимающий ОГРОМНУЮ батарею по сравнению с этим, что довольно абсурдно, но давайте все равно посмотрим.

   Здесь время полета действительно уменьшилось с батареи 4S 16000mAh до батареи 4S 20000mAh.

   Теперь пойдем другим путем. Давайте посмотрим на 1500 г без учета батареи.

   Здесь мы видим, что производительность немного улучшается от батареи к батарее. Но общее время полета страдает, потому что общий вес дрона, конечно, значительно тяжелее.

   Суть в том, что, основываясь на результатах увеличения размера батареи по отношению к времени полета по мере увеличения размера батареи для заданного веса, вы можете в значительной степени выбрать самую большую батарею, которая разумно поместится на вашем квадрокоптер в чтобы максимально увеличить время полета. Небо – это предел, как это было, и вам, скорее всего, придется иметь дело с физическими ограничениями, прежде чем вам придется иметь дело с ограничениями по весу.

   Совместимость двигателей: Последняя тема, которую мы хотели бы затронуть при выборе аккумулятора, — это его совместимость с выбранным вами двигателем. Сначала убедитесь, что двигатель рассчитан на работу с любым напряжением батареи, которое вы выберете. И, наконец, учитывайте эффективность двигателя при работе с этой батареей. Мы не будем делать вид, что полностью понимаем, насколько КПД двигателя может варьироваться в зависимости от напряжения батареи, кроме предположения, что напряжение батареи (в ее разряженном состоянии) как можно ближе соответствует напряжению, необходимому для создания удвоенной тяги при зависании (при условии, что вы выстрелили для максимальное отношение тяги к весу 2/1) является наиболее эффективным, поскольку для него потребуется наименьшая ШИМ. И в целом это будет зависеть не только от рассматриваемого двигателя, но и от того, какой винт он вращает. Более короткие пропеллеры, требующие более высоких скоростей вращения, будут стремиться к более высокому напряжению (и, следовательно, батареям с более высоким напряжением по этой логике), а более длинные пропеллеры будут иметь тенденцию к более низкому напряжению (и, следовательно, к батареям с более низким напряжением по этой логике). Это наш удар в этом. Суть здесь в том, что батарея должна обеспечивать напряжение, необходимое для максимальной тяги, независимо от желаемого отношения максимальной тяги к весу.

   Цена: Все вышеперечисленное может легко зависеть от цены. Мы просто проиллюстрируем, сказав, что вы, вероятно, не захотите увеличивать стоимость дрона, скажем, с 200 до 400 долларов, чтобы увеличить время полета с 13 до 15 минут.

   Первоначальная проверка при выписке и план окончательной проверки: Последняя тема, которую мы хотели бы затронуть, — это проверка того, что ожидаемый максимальный ток разряда батареи не превышает номинальный допустимый ток разряда. Помните, что максимальный номинальный ток для разряда в устойчивом состоянии равен числу C, умноженному на ток-время емкости. Например, батарея 10C емкостью 5200 мАч может непрерывно разряжаться до 52 А. Это важное соображение, когда вы строите более крупные дроны. Вам нужна либо батарея большей емкости, либо более высокий рейтинг C, так как дрон становится тяжелее, потому что для вращения пропеллеров потребуется больше тока для батареи данного напряжения. Помните из анализа двигателя, что ток необходим для создания крутящего момента. Большие пропеллеры потребуют большего крутящего момента и, следовательно, тока. Не забудьте рассмотреть вашу электронику. Скорее всего, они вообще не будут потреблять очень много тока, но все хорошие конструкции покрывают их основы. Было бы настоящим позором повредить аккумулятор, потому что электроника потребляла ток, который ломал спину верблюда. Наконец, если вы еще не прикрепили свою электронику к этому моменту (мы рассмотрим электронику в следующем разделе), просто запланируйте оставить буфер. Если вы планируете построить квадрокоптер только с самым необходимым для полета (без fpv или оборудования для видеосъемки), то вы, вероятно, не будете потреблять больше 10 Вт (около 1 ампера для батареи 3S) по консервативной оценке. По нашим оценкам, наша текущая фаза 1 (только управление полетом) потребляет порядка половины ампера для всей электроники вместе взятых.

   Каковы критерии выбора батареи для конструкции с низким энергопотреблением?

   Батарея представляет собой электрохимическое устройство, которое может накапливать энергию в виде химической энергии. Он преобразуется в электрическую энергию, когда батарея подключена к цепи из-за потока электронов из-за определенного размещения химических веществ. Для получения дополнительной информации о том, как работают батареи, вы можете прочитать статью, которую мы уже рассмотрели: Знакомство с батареями и их типами.

   Батарея не является идеальным конечным источником питания. Энергия, хранящаяся в полностью заряженной батарее, не может быть передана в цифровую схему в полном объеме, потому что количество энергии, которую может обеспечить батарея, зависит от тока, потребляемого самой батареей. Другими словами, чем выше ток разряда, тем выше расход энергии батареи.

   Например, щелочные батареи обычно имеют срок службы от семи до 10 лет. Литиевые батареи BR и CR могут работать от 10 до 15 лет, а литий-тионилхлоридные батареи могут работать более 20 лет.  

   Общие термины
   Прежде чем двигаться дальше, мы должны знать следующие термины.

   • Номинальное напряжение: Напряжение полностью заряженного элемента между положительной и отрицательной клеммами аккумулятора.
   • Энергия/Емкость батареи: Энергия, запасенная в батарее, называется емкостью батареи.
   • Плотность энергии: Плотность энергии — это мера того, сколько энергии содержит батарея по отношению к ее весу. Чем выше плотность энергии батареи, тем дороже технология батареи.
   • Скорость саморазряда: Батареи не вечны. Даже если они остаются неиспользованными, электрохимические реакции все равно происходят, медленно естественным образом разряжая батарею. Этот процесс называется скоростью саморазряда.
   • Срок годности: Срок годности батареи — это время, в течение которого батарея может храниться без потери своей емкости.
   • Срок службы батареи: Время работы от полностью заряженной батареи в мАч.

   Расчет срока службы батареи
   Срок службы батареи можно рассчитать, используя номинальный входной ток батареи и ток нагрузки цепи. Срок службы батареи обратно пропорционален току нагрузки, что означает, что он будет высоким, когда ток нагрузки низкий, и будет низким, если ток нагрузки высокий.

   Емкость батареи можно измерить по следующей формуле:
   Срок службы батареи = емкость батареи (мАч)/ ток нагрузки (мА) * 0,9 внешние факторы, которые могут повлиять на срок службы батареи.

   Например, аккумулятор емкостью 2500 мАч (2,5 Ач) с устройством, потребляющим 500 мА (0,5 А), у вас есть:
   2,5 Ач/0,5 А * 0,9 = 4,5 часа

   Классификация аккумуляторов
   Существует две классификации аккумуляторов:

   Основная батарея. Первичные батареи широко известны как сухие элементы. Первичная батарея — удобный источник питания для портативной электроники и устройств. Они относятся к типу, который «выбрасывается сразу после разрядки». Эти батареи в основном являются источником питания постоянного тока. Ключевыми особенностями первичных батарей являются недорогие, легкие, удобные в использовании и не требующие обслуживания.

   Примерами являются угольно-цинковые элементы, батареи с деполяризацией металл-воздух и щелочные элементы на основе цинка-диоксида марганца. Наиболее распространенными первичными батареями являются щелочные батареи 1,5 В (AA, AAA, AAAA, C, D, 9).В).

   По химическому составу первичные батареи бывают следующих типов:

   По номенклатуре первичные батареи бывают следующих типов.

   Батарейки AA
   Батарейка AA представляет собой одноэлементную цилиндрическую сухую батарею стандартного размера . Это чрезвычайно распространенная батарея, которая производится многими брендами, такими как Toshiba, Duracell и т. д. Она имеет размеры 50,5 мм в длину и 14,5 мм в диаметре.

   Рис. 1 Батарейка АА

    

    

   Батарейки ААА
   Батарейки ААА меньше по размеру по сравнению с АА, но их емкость намного выше, чем у ААА. Он имеет размеры 44,5 мм в длину и 10,5 мм в диаметре.

   Рис. 2 Батарея AAA

    

    

   Батарейки AAAA
   Батарея AAAA весит на 43 % меньше, на 402 % тоньше и тоньше, чем батарея AAAA. Батарея AAAA имеет длину 42,5 мм и диаметр 8,3 мм. Эти батареи также классифицируются как LR8D425 по IEC и 25A по ANSI/NEDA.

   Рис. 3 Батарея AAAA

    

   Батарейки C
   Батареи C — это широко используемый тип сухих батарей, который обеспечивает надежную и длительную зарядку устройств со средним и высоким энергопотреблением. . Его размеры 500 мм x 26,3 мм.

   Батареи D
   Батареи D представляют собой большие цилиндрические одноразовые элементы, которые используются для приложений, потребляющих время от времени энергию. Они больше, чем сухие ячейки C. Стандартный размер батареи D имеет приблизительную длину от 58,0 до 61,50 мм.

   Рис. 5 D Батарея

   Батарея 9 В
   Эта батарея имеет прямоугольную форму и имеет защелкивающиеся разъемы в верхней части батареи. Самая распространенная батарея на 9 В в этой линейке обозначается как батарея PP3.

   Рис. 6 Батарея 9 В

   Батарейки CR123A
   Это батарея с цилиндрическими ячейками, которая широко используется для самых разных целей, от медицинских устройств до военной техники. Их обычно называют батареями 123. Высота 34 мм, диаметр 17 мм.

   Рис. 7 Батарея CR123A

   Батарейки 23A
   Батарея A23 имеет цилиндрическую форму и примерно две трети длины батареи AAA. Его размеры составляют 28,2 мм в длину и 10,0 мм в диаметре. Батарея A23 представляет собой 8-элементное устройство с номинальным напряжением 12 В.

   Рис. использует литиевую химию. Известно, что по сравнению с обычными батареями AA и AAA литиевые батареи CR2032 обеспечивают более эффективную и стабильную мощность.

   Рис. 9 Батарея CR2032

   Дополнительная батарея
   Дополнительная батарея перезаряжается от электричества. Наиболее распространенной вторичной батареей является свинцово-кислотная батарея, используемая в автомобилях. Примерами являются никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литиевые батареи .

   Свинцово-кислотный
   Этот аккумулятор состоит из диоксида свинца на аноде и матрицы или губки свинца на катоде. Электролит может быть жидким (серная кислота и дистиллированная вода) или пастообразным или гелевым с клапаном, регулирующим давление.

   Рис. 10 Свинцово-кислотная батарея

   Никель-кадмиевая батарея
   Никель-кадмиевая батарея состоит из кадмиевого анода и катода из гидроксида никеля. Электролит состоит из гидроксида калия. Техника зарядки для этой батареи – постоянным током, так как нет прямой зависимости между напряжением и уровнем заряда.

   Рис. 11 Никель-кадмиевая батарея

   Никель-металлогидридная
   Это батарея, состоящая из анода из гидроксида никеля и катода из гидрида металла. Является модификацией или усовершенствованием никель-кадмиевой батареи. Основные характеристики можно увидеть в таблице ниже.

   Рис. 12 Никель-металлогидридная батарея

    

   Сульфид натрия
   Этот тип батареи с новой технологией имеет серный анод и натриевый катод. Электролит представляет собой керамическое соединение оксида алюминия, используемое в качестве сепаратора и электролита.

   Рис. 13 Натриево-сульфидная батарея

    

   Литий-ионная
   Литий-ионные батареи основаны на соединениях с литием в обоих электродах, обычно с графитом в катоде и литием в аноде. Процесс заряда-разряда основан на внедрении-извлечении ионов лития, что приводит к преобразованию химической энергии в электрическую.

   Рис. 14 Литий-ионный аккумулятор

    

   Литий-полимерный
   Литий-полимерный аккумулятор является усовершенствованием или модификацией литий-ионного аккумулятора, но его основная характеристика заключается в том, что электролит представляет собой твердый полимер, позволяя создавать крошечные батареи, потому что твердый электролит занимает меньше места, чем жидкий электролит.

   Рис. 15 Литий-полимерный аккумулятор

   Аккумулятор
   Рассмотрим пример. У нас есть три случая:

   1-й случай: Выберите батарею для пульта телевизора, которая должна работать в течение 1 года и потреблять очень мало энергии.

   Итак, в этом случае, скажем, ИК-светодиод в пульте должен иметь срок службы батареи 1 год. Предположим, что человек нажимает на пульт 100 раз в день, и каждый клик занимает 100 мс. Общее время удаленного использования составит 10000 мс в день. Возьмем аккумулятор на 100 мАч.

   Срок службы батареи = емкость батареи (мАч)/ ток нагрузки (мА) * 0,9
   Срок службы батареи = 100 (мАч) / 20 (мА) * 0,9
   Срок службы батареи = 4,5 часа = 16 200 000 мс
   Общее количество дней = 16 200 000   мс / 10000 мс = 1620 дней
   Количество лет работы батареи = 1620 / 365 = 4,4 года более четырех лет. Следовательно, мы можем рассматривать батареи АА, ААА или АААА с емкостью меньше или равной 100 мАч.

   2-й случай: Выберите батарею для ЭКГ коронарного выявления сердца, чтобы ее можно было перемещать вместе с пациентом и чтобы она всегда была включена для отображения жизненно важных органов пациента.

   Давайте рассмотрим пример устройства IoT, которое измеряет биосигналы. Он потребляет 77 мА при напряжении 3,8 В. Перед разрядкой он должен работать непрерывно около шести часов.

   Срок службы батареи = емкость батареи (мАч)/ток нагрузки (мА) * 0,9
   Срок службы батареи = 100 (мАч) / 20 (мА) * 0,9
   6 часов = емкость батареи / 77 мА * 0,9

   В этом случае мы выберем вторичные батареи, такие как литий-ионные батареи и никель-кадмиевые батареи, которые можно использовать и емкость которых должна быть более 513 мАч.

   3-й случай: Мы хотим выбрать батарею, которая должна работать долго, около 10 лет, и потреблять умеренную мощность.

   Рассмотрим пример пожарной сигнализации с нагрузкой в ​​режиме ожидания 250 мА, нагрузкой при тревоге 750 мА и периодом ожидания 24 часа с 30 минутами в состоянии тревоги:
   Мощность = [(Ток нагрузки в режиме ожидания x Время тока нагрузки в режиме ожидания) + 1,75 x (Аварийный ток нагрузки x Время аварийного тока нагрузки)] x1,25
          Емкость = 1,25((24 x 0,25) + 1,75(0,75 x 0,5))
          = 1,25((6 + 0,66))
   = 8,32 А-ч

   Исходя из этого результата, для поддержания этой системы в течение требуемого периода времени потребуется как минимум батарея емкостью 9 А-ч.

   Для этого случая подберем первичные аккумуляторы, срок годности которых должен быть около 10-15 лет и емкостью 9Ач. Таким образом, мы можем выбрать любой аккумулятор из состава литий-тионилхлорида, мощность которого соответствует нашим требованиям.

   Ключевые соображения
   Мы всегда должны знать пиковый ток (это максимальное количество тока, которое выходной сигнал способен обеспечить в течение коротких периодов времени) устройства, поскольку среднее потребление тока не влияет на батарею. Однако пиковый ток может отрицательно сказаться на фактической емкости батареи, особенно если между периодами сильноточной разрядки (пример: пробуждение микроконтроллера) недостаточно времени, чтобы дать батарее отдохнуть (пример: спящий режим микроконтроллера) и восстановиться. .

   Чтобы избежать этих периодов разряда с высоким током, вы должны использовать достаточно большой конденсатор для подачи тока на устройство, когда MCU активен. Пока устройство находится в спящем режиме, батарея заряжает конденсатор, а когда устройство становится активным и требует высокой скорости разряда, этот конденсатор будет обеспечивать ток для устройства. Таким образом, батарея не будет испытывать периоды высокой скорости разряда, и эффективность батареи может быть повышена.