锂聚合物电池(以下称为“LiPo”电池)是现在用于许多消费电子设备中的新型电池。它们在过去几年中在无线电控制行业中越来越受欢迎,现在是寻找长时间和高功率的人们最受欢迎的选择。
LiPo电池具有广泛的优点。但每个用户必须决定好处是否超过缺点。对于越来越多的人来说,他们做到了。在我个人看来,只要你遵守规则并以他们应得的尊重对待电池,就没有什么可以担心LiPo电池了。
如果没有真正成为化学工程师的话,它就像我能做到的那样准确。也就是说,本指南并非旨在作为确定性的。这是一份活文件,关于LiPo电池的常识变化,本指南也是如此。
我们先来谈谈LiPo电池与镍镉和镍氢合金电池之间的区别。
LiPo电池
优点
重量更轻,几乎可以制成任何尺寸或形状。
更高的容量,使他们能够拥有更多的力量。
更高的排放率,意味着他们打包更多。
缺点
寿命短得多; LiPos平均只有150-250个周期。
如果电池被刺破,敏感的化学物质会导致火灾。
需要特别注意充电,放电和存储。
镍氢电池
优点
比LiPos寿命更长,通常进入1000个循环范围
灵敏度低得多,通常不会造成火灾风险
使用时需要更简单的充电器和例程。
缺点
更重,尺寸有限。
平均容量较低,整体效率较低。
降低排放率; 他们缺乏巨大的冲击力。
所有数字意味着什么?
他们通过评级系统定义任何电池的方式。这使我们能够比较电池的属性,并帮助我们确定哪种电池组适合手头的需要。在LiPo电池上需要注意三个主要等级。
那么这一切意味着什么呢?让我们分解并解释每一个。
关于标称电压
我(错误地)认为这是常识,但在关于该主题的一些电子邮件之后,很明显我需要澄清标称电压是多少。
标称电压是电池组的默认静止电压。这就是电池行业决定讨论和比较电池的方式。然而,它不是电池的完全充电电压。LiPo电池在达到4.2v / cell时充满电,其最小安全电量(我们将在后面详细讨论)为3.0v / cell。3.7v几乎处于中间位置,这就是电池的标称电荷。
在LiPo电池的早期,你可能已经看到一个被描述为“2S2P”的电池组。这意味着电池中实际上有四个电池; 两个电池串联连接,另外两个电池并联连接到前两个电池(并联意味着容量加在一起)。这个术语现在用得不多; 现代技术使我们能够让单个细胞比几年前拥有的能量更多。即使这样,知道较旧的术语也是很方便的,以防万一你遇到了几年的事情。
电池组的电压基本上决定了您的车辆的行驶速度。电压直接影响电动机的转速(无刷电动机的额定值为kV,即“每伏特的转速”)。因此,如果您的无刷电机额定功率为3,500kV,那么该电机每施加一个电压就会旋转3,500 RPM。在2S LiPo电池上,该电机将在25,900 RPM左右旋转。在3S上,它将旋转高达38,850转。所以电压越高,你就越快。
容量
电池的容量基本上是电池可以容纳多少电量的量度。把它想象成油箱的大小。这里的测量单位是毫安小时(mAh)。这就是说可以在一小时内将电池放电多少以排出电池。由于我们通常以放大器(A)讨论电机系统的消耗,这里是转换:
1000mAh = 1安培小时(1Ah)
我说电池的容量就像油箱一样 - 这意味着容量决定了你必须充电前可以运行多长时间。数字越大,运行时间越长。飞机和直升机并没有真正的标准容量,因为它们有许多不同的尺寸,但对于R / C汽车和卡车,平均为5000mAh - 这是我们店内最受欢迎的电池。但也有一些公司制造容量更大的电池。Traxxas甚至有一个超过12000mAh!这是巨大的,但也有大容量的缺点。容量越大,电池的物理尺寸和重量越大。另一个考虑因素是电机中的热量积累和长时间的速度控制。除非定期检查,否则如果不是电动机,您可以轻松烧毁电机 给予足够的时间冷却,大多数人不会在跑步期间停下来检查他们的运动温度。拿起大容量电池时请记住这一点。
问:为什么我们使用电压而不是容量来确定电池的充电程度?
答:我们使用电压的原因,而不是确定电池充电能力的原因源于我们测量容量的困难。电压很容易测量 - 如果您曾经使用电压表测量AA电池,您就会明白测量电压是多么微不足道。
但是,容量几乎不可能准确测量。我们可以衡量多少能量进入电池(至少在某种程度上准确),但我们不能测量有多少实际上是在电池。
把它想象成烧杯水。对于电压,烧杯是透明的,我们可以很容易地看到烧杯中的水量,就像我们可以随时测量电压一样。另一方面,我们有烧杯代表容量,它是不透明的 - 我们无法看透它,所以了解内部的唯一方法是清空它并测量水(能量),因为它离开了烧杯(电池)。
因为安培数和电压交织在一起,我们将在后面详细讨论,电池的电压确实与电池剩余容量大致相关,虽然有时候电压会欺骗你,但一般来说,没关系依靠电压作为衡量电池充满程度的主要指标。
唐纳德通过电子邮件询问了这个问题,并完全明白将我的答案包含在指南中。谢谢,唐纳德!
放电等级(“C”等级)
电压和容量对车辆的某些方面有直接影响,无论是速度还是运行时间。这使它们易于理解。放电等级(我将从现在开始将其称为C等级)有点难以理解,这导致它成为LiPo电池中最过度炒作和误解的方面。
C等级只是衡量电池安全放电速度和不损坏电池速度的指标。使其变得复杂的一个原因是它不是一个独立的数字; 它还要求你也知道电池的容量,以最终确定安全放大器的吸引力(C等级中的“C”实际上代表C容量)。一旦你知道了容量,它几乎就是一个即插即用的数学问题。使用上述电池,您可以通过以下方式找到最大安全连续放大器:
50C = 50 x容量(安培)
计算我们的示例电池的C级:50 x 5 = 250A
结果数字是您可以安全放在电池上的最大持续负载。高于此值将导致电池的降级速度超过正常速度。在最坏的情况下,它可能会爆发火焰。因此,我们的示例电池可以处理250A的最大连续负载。
今天大多数电池都有两个C级:连续评级(我们一直在讨论)和一个爆破评级。爆破等级以相同的方式工作,除了它仅适用于10秒突发,而不是连续。例如,爆破等级将在加速车辆时发挥作用,但不会在直接行驶时以稳定的速度发挥作用。爆破等级几乎总是高于连续等级。通常使用连续额定值而不是爆破等级来比较电池。
互联网上有很多关于C评级最佳的评论。你最好能获得最高价吗?或者你应该获得足以满足你需求的C等级?没有一个简单的答案。我能给你的只是我对这个问题的看法。当我使用LiPo电池设置客户时,我首先要了解他或她的应用程序将获得的最大电流。让我们来看看它是如何工作的。
让我们假设我们的示例客户正在购买Slash VXL R / C卡车。根据Traxxas的说法,该电机的最大连续电流消耗为65A,爆破电流为100A。知道这一点,我可以肯定地说,2S 5000mAh 20C LiPo就足够了,事实上它将拥有超出我们需要的功率。请记住,它具有100A的最大安全连续放电额定值,足以处理Velineon电机将吸取的65A。同样,150A的突发速率可轻松覆盖电机可以吸取的100A。
但是,电机的额定值并不是全面的。卡车的装配方式,卡车行驶的地形,轮胎的尺寸,卡车的重量......所有这些都会对电池的最终消耗产生影响。电池的最终抽取很可能高于最大电机牵引力。因此,拥有这么少的开销是至关重要的,因为你不能轻易找出卡车永远不会过去的硬数字。
对于大多数应用,20C或25C电池应该没问题。但是如果你驾驶的是重型卡车,或者你已经准备好参加比赛,或者你有一个用于3D飞行应用的大型电机,你应该开始使用40C电池组。但由于没有简单的方法可以解决这个问题,我建议您与当地的爱好商店联系,让他们帮助确定哪种电池组适合您的应用。
内部阻力:神秘数字
我们还没有谈到一个非常重要的评级:内部阻力(或IR)。问题是,你不会在电池的任何地方找到IR等级。这是因为电池的内阻随时间而变化,有时是因为温度的变化。但是,仅仅因为你无法读取电池的评级并不意味着它并不重要。在某种程度上,内阻是电池最重要的额定值之一。
为了理解IR的重要性,我们必须了解它是什么。简单来说,内阻可以衡量电池为电机和速度控制提供能量的难度(或者其他任何电池连接的电池)。数字越大,能量越难到达其首选目的地。不会“一路走来”的能量会因为热量而消失。因此内阻是衡量电池效率的一种方法。
内阻以毫欧(mΩ)为单位测量。
1,000毫欧等于1欧姆(Ω)
测量电池的红外线需要一个特殊的工具集。您需要一个可以为您测量它的充电器或一个专门测量内阻的工具。鉴于我找到的唯一工具(至少在爱好世界中)几乎和为你做这个的充电器一样昂贵,我会为这个过程配备充电器。有些充电器分别测量每个电池的IR,有些充电器整体测量整个电池组。由于内部电阻是累积效应,并且电池串联连接,如果您有一个独立完成每个电池的充电器,您需要将每个电池的IR值相加,如下所示:
假设我们有一个3S(3芯)LiPo电池,测量电池可以独立地产生这些结果。
电池1:3mΩ电池2:5mΩ电池3:4mΩ
为了找到电池组的总内阻,我们将累计三个电池的值。
3 Ω + 5 Ω + 4 Ω = 12毫欧
对于一个整体测量电池组的充电器,你所能看到的只有12mΩ - 其余部分将为你完成 - 在幕后,就像它一样。无论哪种方式,目标是为整个包装提供IR。
内阻非常重要的第一个原因与电池的健康状况有关。当使用LiPo电池时,在电池的内部端子上形成Li2O(我们将在后面的放电部分中对其进行更深入的研究)。随着这种积聚的发生,IR上升,使电池效率降低。经过多次使用后,电池会磨损,无法保持充电过程中的任何能量 - 大部分都会因热量而损失。如果你几乎立刻就看到了一个假装完全充电的电池放电,可能应该归咎于高IR。
要了解内部电阻在R / C应用中的工作原理,首先我们必须了解欧姆定律。它表示通过两点之间的导体的电流(安培)与这两点之间的电压差成正比。现代公式如下:Amps = Volts / Resistance。在公式中,电阻以欧姆而非毫欧测量,因此我们必须转换我们的测量值。如果我们使用我们之前的3S LiPo,并将其插入方程式以及1A抽取,我们可以了解我们的电池组电压将因负载而下降多少。首先,我们必须改变等式来求解伏特,这看起来像这样:
电流x电阻=伏特
因此,插入我们的数字并求解等式将如下所示:
1A x0.012Ω= 0.012V
因此,当施加1A负载时,我们的电池会出现微小的电压下降。考虑到我们的3S LiPo在充满电时大约为12.6V,这不是什么大问题,对吧?好吧,让我们看看当我们将负载增加到10A时会发生什么。
10A x0.012Ω= 0.120V
现在我们看到,当我们将负载增加10倍时,我们也将电压降增加了10倍。但这些例子都不是非常“真实的世界”。让我们使用上一节中的Slash VXL并插入这些数字。如果您还记得,我们的Velineon电机的最大连续电流额定值为65A。让我们假设我们设法在驾驶时使用那个标记。
65A x0.012Ω= 0.780V
哇,超过3/4伏!这大约是我们电池组总电压的6.2%。相当可敬,但它仍然是一个合理的电压下降。
“所以,是的,电压下降了。但那又怎么样?这究竟意味着什么?它对我的遥控车有何影响?” 好吧,让我们继续我们的例子向您展示。
我们的Slash VXL使用的Velineon电机的Kv额定值为3500.这意味着它每转3,500转。在完全充电的3S LiPo上,我们会看到这一点(假设没有电压下降):
12.6V x 3500RPM = 44,100 RPM
现在,假设我们可以在我们的无负载电机(我们现在无法进行演示,但为了演示的目的,我们可以)达到65A的平局,这是同一电机上的RPM,我们之前的压降:
11.82V x 3500RPM = 41,370 RPM
差值2,730 RPM
看到性能下降?这就是欧姆定律对我们的爱好的影响。较低的内阻意味着您的汽车或卡车或飞机或船只或直升机速度更快,功率更大。
这引出了一个问题:它应该有多低?不幸的是,对此没有简单的答案。这完全取决于您的使用案例和电池。对于另一个电池而言,一个电池的优点可能会很糟糕。基于我的在线研究,结合我自己的经验和发现,我想说,作为一般规则,每电池额定值在0-6mΩ之间就好了。7到12mΩ之间是合理的。你可以在12到20mΩ的电池上看到老化的迹象,每个电池超过20mΩ,你会想要开始考虑退出电池组。但这只是一个指南 - 这里没有硬规则。如果您的充电器没有为您提供每个电池的测量值,您必须将总计数除以电池中的电池数量,以获得每个电池的近似值。