باتری لیتیم پلیمر {جلسه هفتم}

مقدمه اى بر باتری لیتیم پلیمر

در جلسه هفتم از سرى جلسات دوره كوادكوپتر قصد داريم در مورد باتری لیتیم پلیمر و بخش هاى مختلف آن بحث كنيم. براى دسترسى به جلسه قبل مى توانيد از لينك زير استفاده كنيد:

• موتور DC ، مزايا و معايب آن{جلسه چهارم}

کاربران محترم، خواندن این جلسه بدون انجام تمرینات آن و گام به گام پیش رفتن با درس كافى نمى باشد. لطفا تمرين هاى آخر جلسه به همراه لينك هاى ارسال شده را به دقت مطالعه كنيد تا به درك كامل و عميقى از مطالبى كه در ادامه مى آيد برسيد.

باتری لیتیم پلیمریکی از بخش های مهم کوادکوپتر است و دانستن مشخصات یک باتری لیتیم پلیمر جهت ارتباط با موتور و انتخاب ملخ و اسپیدکنترل از موارد مهم طراحي است. در کوادروتور از باتری لیتیم پلیمر(Lithium-Polymer) که به اختصار LiPo یا Li-Poly می نامند استفاده می کنیم .

در شکل فوق اطلاعات اصلی که روی باتری لیتیم پلیمر نوشته می شود را مشاهده می کنید.

اطلاعاتی  رو که در عکس میبینید باهم تحلیل می کنیم:

2200mAh  : یعنی اینکه این باتری لیتیم پلیمر در یک ساعت 2200 میلی آمپر به ما جریان میده.

m: milli  به معنای 0.001  می باشد.

A: Amper به معنای آمپر می باشد.

h: hour به معنای ساعت می باشد.

طبق توضیحات فوق 2200 میلی آمپر معادل 2.2 آمپر است.

2200*0.001=2.2

سلول در باتري

در شکل فوق 3تا لایه میبینید. اسم هر لایه سلول نام دارد. یکی از این سلولها 3.7 ولت رو برای ما تامین میکنه. و در این باتری که ما 3تا سلول داریم 11.1 ولت انرژی  رو میتونیم به اجزای  ربات بدیم:

3*3.7 =11.1 :ولتاژ باتری

نقل یک تجربه: این باتری لیتیم پلیمر که در شکل بالا می بینید به دليل اتصال نامناسب ولتاژ تركيده است. اين باتري 3سلول دارد كه با شارژر 11.1ولت شارژ مي شود ولي به دليل كم دقتي و اتصال شارژر 14.8ولت به آن تركيده است. موقع شارژ باتری هاتون حتما دقت کنید رو چندولت تنظیم میکنید.

برای نشان دادن تعداد سلولهای باتری بصورت 3S  و یا 3Cell  می نویسند.

در شکل فوق یک باتری لیتیم پلیمر 4 سلولی را مشاهده می کنید. ولتاژ هر سلول آن 3.7  ولت است پس ولتاژ نهایی برابر است با:

4*3.7=14.8

به همین ترتیب برای بقیه باتری ها از روی ظاهر آن می توانید ولتاژ آن را حدس بزنید:

باتری 5سلولی: 5*3.7=18.5

باتری 6سلولی: 6*3.7=22.2

به همین ترتیب هر باتری دیگری رامی توانید محاسبه کنید.

• 3.7 volt battery = 1 cell x 3.7 volts (1S)
• 7.4 volt battery = 2 cells x 3.7 volts (2S)
• 11.1 volt battery = 3 cells x 3.7 volts (3S)
• 14.8 volt battery = 4 cells x 3.7 volts (4S)
• 18.5 volt battery = 5 cells x 3.7 volts (5S)
• 22.2 volt battery = 6 cells x 3.7 volts (6S)
• 25.9 volt battery = 7 cells x 3.7 volts (7S)
• 29.6 volt battery = 8 cells x 3.7 volts (8S)
• 37.0 volt battery = 10 cells x 3.7 volts (10S)
• 44.4 volt battery = 12 cells x 3.7 volts (12S)

ضريب تخليه باتري

پارامتر دیگری که باید بررسی شود ضريب تخليه باترى يا Discharge C rating مى باشد. C-rate يك باترى ليتيم پليمر از اهميت بالايى برخوردار است. در شكل دوم اين پارامتر كه 25C است نشان داده شده است. این عدد یعنی اینکه این باتری 25 برابر قدرت خالی کردن شارژ دارد. این ضریب تخلیه برای مواقعی که ربات حرکات نمایشی و آکروباتیک انجام می دهد و جریان بسیار زیادی می کشد مناسب می باشد. هر چه این عدد بالاتر رود وزن باتری هم بیشتر می شود پس باید دقت کنید که میزان متناسب با کوادکوپترتان چقدر است. حالا این قدرت خالی کردن شارژ که در بالا گفته شد یعنی چی؟! به مثال زیر دقت کنید تا کاملا متوجه شوید.

در تصویر بالا عدد 2500mAh  را می بینید و این یعنی اینکه اگر 2.5 آمپر از باتری جریان بکشیم 1ساعت طول می کشد تا کل باتری تخلیه شود. اگر 5 آمپر از باتری جریان بکشیم نیم ساعت طول می کشد تا کل باتری تخلیه شود و اگر 7.5 آمپر از باتری جریان بکشیم 20 دقیقه طول می کشد تا کل باتری تخلیه شود. این یعنی اینکه هر چه ما جریان بیشتری از باتری بکشیم باتری زودتر تخلیه می شود. 

حالا عدد 25C  را در نظر بگیرید:

حداکثر ظرفیت تخلیه بار باتری 25Cاست از طرفی جریانی که باتری برای ما تامین میکنه 2.5 آمپر است پس برای بدست آوردن حداکثر جریانی که ما می توانیم از باتری بکشیم باید 2.5آمپر باتری را در عدد 25 که قدرت تخلیه شارژ باتری می باشد ضرب کنیم:

حداکثر ظرفیت تخلیه بار: 25*2.5=62.5A

حالا بنظرتون اگه ما 62.5 آمپر از باتری جریان بکشیم چقد طول میکشه تا کل باتری خالی بشه؟؟

جواب: در بالا گفتیم که اگه 2 برابر جریان بکشیم باتری نیم ساعت دوام داره حالا اگه 25 برابر جریان بکشیم کافیه 1ساعت یا همون 60 دقیقه رو به 25 تقسیم کنیم:

60min/25=2.4min

یعنی باتری ما در عرض 2.4 دقیقه به طور کامل خالی میشه.

 در جدول زیر هم مشاهده می کنید که چنانچه 1C دوام 1ساعته داشته باشد بقیه نرخ ها به صورت زیر می شود.

C-rate	Time
5C	12 min
2C	30 min
1C	1h
0.5C or C/2	2h
0.2C or C/5	5h
0.1C or C/10	10h
0.05C or C/20	20h

حالا شاید یکی بخاد مثلا 4.03 آمپر از باتری جریان بکشه اونوقت چقدر باتری دوام داره؟

در صورتی که سوال بالا را پاسخگو باشید مفاهیم را به طور کامل متوجه شده اید.

نکته: هرگز از باتری های با ضریب تخلیه بیشتر از نیازتان استفاده نکنید زیرا هم وزن باتری افزایش می یابد و هم پول بیشتری می بایست پرداخت کنید. بنابراین قبل از هر چیز میزان حداکثر آم‍پری که پرنده شما مصرف می کند را مشخص کنید و سپس اقدام به خرید باتری با ضریب تخلیه شارژ مناسب کنید.

سيم هاى متصل به باترى

در شکل زیر نمای داخلی سیم کشی های باتری لیتیم پلیمر 2 سلول و 4 سلول را مشاهده می کنید. همانطور که در شکل ها مشخص است شرکت های سازنده سلول های باتری ها را به صورت سری به هم متصل می کنند. این سلول ها دارای ظرفیت و ولتاژ یکسان هستند.

در زیر هم سیم کشی یک باتری لیتیم پلیمر سه سلولی را مشاهده می کنید.

اگر به سیم کشی باتری چهار سلولی شکل بالا دقت کنید می بینید که دو تا سیم بزرگ مشکی و قرمز به ترتیب قطب های مثبت و منفی باتری هستند که برای شارژ استفاده میشه و در همه باتری ها مشترک است. ولی اون 5 تا سیم کوچک در باتری ها متفاوت است. این سیم های کوچک  فقط در زمان شارژ باتری استفاده می شود و کاربردشان این است که باعث می شوند همه سلولها بطور یکسان شارژ شوند. به این سیم ها اصطلاحا بالانسر گفته می شود. برای بقیه باتری ها هم تعداد سیم های بالانسر به صورت زیر است:

 1-اگر باتری 3 تا سلول داشت 4 تا سیم کوچک به اون متصل میشه.

2-اگر باتری 4 تا سلول داشت 5 تا سیم کوچک به اون متصل میشه.

3-اگر باتری 5 تا سلول داشت 6 تا سیم کوچک به اون متصل میشه.

و به همین ترتیب تعداد سیم های بالانسر یک عدد بیشتر از تعداد سلولهای باتری است و برای بقیه باتری ها می توانید محاسبه کنید.

عمرباتری

سعی کنید برای افزایش عمر باتری کوادکوپترتون حداکثر تا نصف ضریب تخلیه ای که شرکت سازنده اعلام کرده بالاتر نروید. در حقیقت هر چه شما به عدد C نزدیکتر شوید عمر باتری هم سریع تر کاسته می شود. شرکت های معتبر عمر باتری هایشان را به صورت تعداد سیکل ذکر می کنند به عنوان مثال یک شرکت در اطلاعات باتری اعلام میکند که عمر مفید باتری بین 150 تا 300 سیکل می باشد یعنی اینکه شما اگر به خوبی از این باتری استفاده کنید حداکثر 300 بار می توانید آن را شار‍‍ژ کنید و اگر در بدترین شرایط استفاده کنید 150 بار قابلیت شارژ شدن را داراست.

محل مناسب شارژ

سعی کنید هنگام شارژ باتری ها آنها را در محل های مناسب شارژ کنید. شارژرها و باتری ها در زمستان حساس هستند و در صورتی که در یک گاراژ در زمستان آنها را شارژ می کنید روند شارژ به کندی صورت می گیرد و یا حتی بازدهی لازم را ندارند و ممکن است به باتری آسیب برسد.

ايمنی باتری

هر باتری متناسب با کارکردش ویژگی های خاصی داره. باتری های لیتیم پلیمر را در کاورهای مخصوص خودش قرار دهید تا از اتفاقات احتمالی جلوگیری شود. این کاور ها در صورت ترکیدن باتری از پاشش آن به اطراف جلوگیری می کنند در شکل زیر نمونه ای از این کاورها را مشاهده می کنید.

نکات عمومی

در بخش نکات عمومی سعی ما بر این است که ایده ها و روش های جدیدی که برای ارتقائ یک تکنولوژی لازم است بیاوریم تا هموطنان عزیزمان بتوانند این روش ها را در راستای کمک به دانش علمی کشورمان به کار گیرند. بنابراین در صورتی که مبتدی هستید می توانید از این بخش گذر کنید.
در حال حاضر شرکت های زیادی هستند که تلاش می کنند تا مدت زمان پرواز را افزایش دهند و به همین دلیل به روش های زیادی دست زده اند تا بتوانند زمان پرواز را افزایش دهند در زیر ما دو تا از این روش ها را آورده ایم:

استفاده از سلولهای خورشیدی

یکی از روش هایی که در حال حاضر بعضی از شرکت ها برای افزایش زمان پرواز به کار گرفته اند استفاده از سلولهای خورشیدی در کنار باتری لیتیم پلیمر است. در این روش یک باتری لیتیم پلیمر با استفاده از سلولهای خورشیدی و به کمک یک رگولاتور شارژ می شود. یک شرکت چینی توانسته است با استفاده از این روش زمان پرواز کوادکوپترها که قبلا حداکثر 30 دقیقه بود را به 48 دقیقه افزایش دهد. این شرکت توانسته است کوادکوپترهای بسیار بزرگی با استفاده از این روش تولید کند.

در شکل زیر نمایی از یک کوادکوپتر را مشاهده می کنید که برای افزایش زمان پرواز از سلولهای خورشیدی در آن استفاده شده است.

استفاده از سلولهای هیدروژنی

فناوری دیگری که هم اکنون افراد زیادی در حال تلاش برای بکارگیری آن در کواکوپتر هستند سلولهای هیدروژنی است. همانگونه که می دانید سلول هیدروژن قابلیت تولید انرژی زیادی دارد. با استفاده از سلولهای هیدروژنی کوادکوپتر قادر است تا ساعت ها پرواز کند. استفاده از این انرژی به دلایل متعددی برای همه امکان پذیر نیست و وارد بحث آن نمی شویم.

اگر شما هم زمان پرواز را با روش خاصی ارتقا داده اید می توانید با ما در بخش کامنت ها در میان بگذارید.

استفاده از دو باتری یکسان به صورت موازی

در این روش ما با استفاده از دو باتری کاملا یکسان زمان پرواز را افزایش می دهیم. دو باتری را به صورت موازی بر روی کوادکوپتر قرار می دهیم. نکات مهمی را باید مد نظر قرار داد که در زیر برایتان ذکر می کنم:

a- برای موازی کردن باتری ها این دو باید از نظر ولتاژ و آمپر و ضریب تخلیه کاملا یکسان باشند و بعد از موازی کردن ظرفیت دو برابر می شود(به خاطر بحث اتلاف انرژی و ایمنی پرنده گفتم که آمپر هم یکسان باشد وگرنه در بعضی ربات های دیگر از دو باتری با آمپراژ متفاوت استفاده کرده ایم)

b- هنگامی که دو باتری را با هم موازی کردیم در شرایط یکسانی هم نگهداری می کنیم یعنی اینکه هر دو را در درون یک کیف مناسب و در یک مکان مناسب نگهداری می کنیم نه اینکه یکی را در انباری خانه که مکانی سرد می باشد نگهداری کنید و دیگری را در اتاقی گرم. همانطور که خودمان دوست نداریم در هوای خیلی گرم و یا خیلی سرد باشیم باتری های هم دوست ندارند.
c- بعد از مدتی خروجی آنها را چک کنید و ظاهر هر کدام را از لحاظ برآمدگی و… بررسی کنید. همیشه با یک شارژر یکسان آنها را شارژ کنید. طول و قطر سیم باتری ها و اتصال دهنده ها یکسان باشد و کانکتورهای اتصال باتری ها هم یکسان باشد. در صورتی که کانکتورهای انتهایی متفاوت باشند تخلیه متفاوتی صورت می گیرد و دوباره بحث اتلاف انرژی و… به وجود می آید.
d- سعی کنید در پرواز هایی که با اینگونه باتری های موازی شده انجام میدهید از انجام حرکات آکروباتیک و سنگین جلوگیری کنید زیرا فشار بیش از حد به باتری ها باعث کاهش سریع عمر باتری ها و تغییر شرایط مشابه آنها می شود. هر سلول باتری حدودا 3.7 ولت دارد که در طی تخلیه ظرفیت باتری تا انتها ثابت می ماند و اگر تخلیه سریع باشد افت ولتاژ هم داریم و در صورتی که بسیار سریع صورت گیرد و ولتاژ از 3 ولت پایین تر بیاید باتری آسیب خواهد دید و به خاطر این است که در اسپیدکنترلر ها ولتاژ Cutoff داریم.

نکته: در شکل ابتدای صفحه دو عبارت روی سلولها مشاهده می کنید که در زیر شرح داده می شوند:

1- عبارت Oversized Discharge Tabs در حقیقت صفحاتی است که سطح تماس را افزایش می دهند و بازده را بالاتر می برند زیرا این صفحات دقیقا در نقاط تماس سلولها هستند و باعث می شوند مقاومت کمتری در برابر تخلیه جریان وجود داشته باشد.
2- عبارت Stacked Cell Construction بیان کننده استانداردی است که سلول یک باتری لیتیم پلیمر با آن ساخته می شود و با توجه به اینکه در حال حاضر روش Stacking بهترین روش ساخت سلول است در شکل نشان داده شده است. معمولا سلولها را با دو روش Stacking Cell Construction و Winding Cell Construction می سازند. روش دوم یعنی Winding ارزان تر می باشد و بیشتر باتری هایی که در بازار با استاندارد وایندیگ ساخته می شوند چینی هستند و معمولا ضریب تخلیه بالایی ندارند که حدود 15C می باشد ولی باتری هایی که با روش Stacking ساخته می شوند ضریب تخلیه بالایی دارند. به این ترتیب نیز می توانید چینی بودن و یا با کیفیت بودن یک باتری نیز تشخیص دهید.

این جلسه هم به پایان رسید. برای اطلاع از جلساتی که در آینده بر روی سایت قرار داده می شود و همچنین مطالبی که در کانال ما منتشر می شود می توانید ما را در محیط های مجازی دنبال کنید:

<%2