Ad
  Подбор элементов для аккумуляторной батареи | главная | школа | карта | поиск |  

Подбор элементов для аккумуляторной батареи

Селекция элементов для ходовой батареи

Батарея для питания ходового двигателя обычно собирается из элементов, имеющих электрическую емкость не менее 1.5-2.0 А/час. Разумеется, речь идет не о моделях типа slow-fly ("медленный полет"), оснащаемых самыми маломощными двигателями класса 200-300, которые потребляют токи не более 5-7 А, и вполне нормально могут работать от батареи существенно меньшей емкости (300-600 мА/час). Но даже для таких батарей следует очень тщательно подбирать элементы по методике, описанной ниже.

Отбор элементов для ходовой батареи производится также, как описано выше, но последние 1-2 тренировочных цикла проводятся на повышенных токах заряда и разряда (Iзар~= 2-3C, Iраз~= 5-10C). Это вызвано тем, что ходовые батареи собираются из так называемых сильноточных и быстрозаряжаемых (рапидных) элементов, рассчитанных для работы на повышенных токах.

Именно поэтому к тренировочным циклам добавляется еще один тест - измерение внутреннего сопротивления (Rвн) элементов, т.к. от этого параметра и зависит, какой максимальный ток может отдать в нагрузку батарея.


Эквивалентная схема элемента питания

Эквивалентная схема одного элемента состоит из последовательной цепи, состоящей из генератора (источника) ЭДС, внутреннего сопротивления Rвн и внутренней индуктивности Lвн (об этом параметре чуть позже). Если закоротить выводы этой цепи, то в ней возникнет постоянный электрический ток короткого замыкания, величина которого, в соответствии с законом Ома, будет равна: Iкз=Uэдс/Rвн. Очевидно, что при неизменной ЭДС, величина тока будет зависеть только от Rвн, и чем меньше будет эта величина, тем больший ток потечет в цепи.


Работа источника тока
в режиме короткого замыкания

Простой расчет показывает, что для элемента с Uэдс=1.2В, и внутренним сопротивлением (допустим) Rвн=0.1Ом, максимальный ток короткого замыкания не может превышать Iкз<=12А. При этом вся энергия будет расходоваться на внутренний разогрев источника тока. Такой "самоэлектронагреватель" будет отдавать/потреблять мощность

Pвн = Uэдс * Iкз = 1.2 * 12 = 14,4 Вт


Работа источника тока
на активную нагрузку

Если же такую батарею нагрузить на внешнюю нагрузку, с Rнагр=0,2 Ом, то в цепи потечет ток, величина которого будет равна:
Iнагр = Uэдс / (Rвн + Rнагр) = 1,2 / (0,1 + 0,2) = 4 А,

напряжение на нагрузке будет равно:
Uнагр = Iнагр * Rнагр = 4 * 0.2 = 0,8 В,

а КПД "по току" этой цепи будет равен всего лишь 66,6%, т.е. треть энергии, расходуемой элементом, будет заведомо теряться на разогрев самой батареи и окружающего воздуха.

У реальной нагрузки (ходовой электродвигатель среднего класса), рассчитанной на потребление Iнагр=10-15 А от семибаночной батареи с Uраб = 8,4 В, сопротивление будет равно Rнагр = 0,82-0,55 Ом. Эта величина очень близка к внутреннему сопротивлению батареи, состоящей из 7-ми "пробных" элементов (Rбат=0.7 Ом), которые мы взяли в качестве примера. Разумеется, что подобная батарея не только не обеспечит требуемый для нагрузки ток, но и не позволит нормально работать другим, даже маломощным потребителям, включенным в эту же цепь параллельно основной нагрузке (Rдоп << Rнагр, за его малостью в расчет не принимаем), т.к. напряжение на нагрузке (Uнагр) не превысит величины ~Uэдс/2.

Именно поэтому для ходовых батарей следует использовать только элементы, имеющие Rвн<

К сожалению, Rвн не может быть равно нулю. У любой батареи этот параметр имеет определенную величину, зависящую от многих причин, прежде всего - технологических. Кроме того, по мере старения батареи происходит увеличение ее Rвн.

Как же определить, какой должна быть величина Rвн для конкретного применения (мощности двигателя), и каким образом измерить внутреннее сопротивление реальной батареи?

Начнем с измерения Rвн отдельного элемента. Достаточно просто это можно сделать, зная две величины - Uэдс элемента, и Rнагр. Оба этих параметра должны быть измерены с точностью до третьего знака после запятой. Измерение Uэдс следует провести непосредственно перед тестированием его Rвн. Элемент должен быть предварительно полностью заряжен, и после зарядки пролежать (отдохнуть) без нагрузки минут 15-20.

Допустим, что проверяемый элемент имеет в данный момент имеет Uэдс = 1,325 В, а тестовая нагрузка (резистор) имеет сопротивление, равное 0,127 Ом. Тестовый резистор должен иметь достаточную мощность рассеяния, и желательно быть керамическим. Можно просто спаять параллельно несколько сопротивлений типа МЛТ (ОМЛТ), номиналом 1 - 1,5 Ома. Выводы этой нагрузки следует сделать толстым медным многожильным проводом сечением не менее 3-5 кв. мм. При дальнейших измерениях сопротивление выводных проводников также является нагрузкой, поэтому измерение сопротивления этого тестового резистора следует производить на концах проводников, а не в месте их припайки к "магазину" параллельных сопротивлений. Боюсь, что обычным "цифровиком" точно измерить такое маленькое сопротивление не удастся, поэтому вам придется для его тарирования обратиться в какую-нибудь производственную электролабораторию, имеющую специальный мост для измерения миллиомных сопротивлений.

Заранее присоединяем к выводам нагрузочного резистора цифровой вольтметр, установив его в режим измерения напряжения до 2 вольт (2000 мВ). подключаем резистор к элементу питания, и через 5-10 секунд, необходимых для выхода элемента в рабочий режим, фиксируем показания прибора.

Предположим, что прибор показал величину напряжения на нагрузочном резисторе Uнагр = 1,146 В.

Расчет Rвн элемента производим по формуле:

Rвн = ((Uэдс / Uнагр) - 1) * Rнагр,
тогда для нашего случая:
Rвн = ((1,325 / 1,146) - 1) * 0.127 = 0,0198 Ом.

Полученная в нашем примере величина Rвн=0,0198 Ом близка к реальной, и батарея, собранная, допустим, из 7-ми подобных элементов будет иметь Rвн(бат)=0,0198*7=0,1386 Ом, что при реальной Rнагр=0,6 Ом (мотор класса 400) обеспечит максимальный ток в нагрузке:

Iнагр = 7 * 1,325 / (0.1386 + 0,6) = 12,56 А,

при достаточно приемлемом КПД энергоустановки.

Тем не менее, для более мощных, спортивных двигателей, рассчитанных на потребляемые токи 30-40 А эта батарея будет уже не очень хороша, и вам придется собрать новую батарею, с элементами, имеющими еще меньшие Rвн.

Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).


Прототип самого маленького летательного робота uFR (Micro Flying Robot) от Seiko Epson (5091)

Микровертолет 'Piccolino' массой 1,69 грамм (5106)

Extra 330SC - первая бальзовая модель (5112)

Самодельный радиокарбюратор (4539)

Крепеж - магнитные защелки (2719)






Рекомендуемое разрешение - 800х600 и выше
Copyright © SkyFlex Interactive 1997-2018
E-Mail: webmaster