7.4 动力电池的充电
虽然锂聚合物电池是多旋翼无人飞行器最主要的电源方案,但机载设备、遥控器一些设备上面还有酸铁锂(LiFe)和镍氢(NiMH)等其他电池的需求,因此,选用充电器时最好也要考虑到多旋翼无人飞行器各个供电系统的需求。
锂电池在使用中必须串联达到使用电压的需要,单体性能上的参差不齐并不全是缘于电池的生产技术问题,从涂膜开始到成品要经过多道工序,即使每道工序都经过严格的检测程序,当时每块电池的电压、内阻、容量一致,使用一段时间以后,也会产生差异。所以,实际应用中需采取必要措施,尽量保证电池电压的一致性,避免电池过充及过放。因此,锂聚合物需要专用的充电器,根据充电的不同主要分为并行式平衡充电器和串行式平衡充电器。
1.并行式平衡充电器
并行式平衡充电器使被充电的电池块内部每节串联的电池都配备一个单独的充电回路,互不干涉,毫无牵连。每节电池都受到单独保护,并且每节电池都按相关规范在充饱和后自动停止充电。由于一般电池的平衡线的引线较细,受插接头和引线功率负载的限制,并行式平衡充电器一般充电电流最大不超过5 A。
2.常见并行式平衡充电器
(1)A6充电器。A6充电器具有充电截止电压(1.5~4.2 V)可调;充电电流(0.3~8 A)可调;可工作在人工、自动、放电、级联四种模式下,可进行充电量选择(保存电池时充入40%电量,即单片电压= 3.85 V)和充满使用(单片电压= 4.2 V);充电时间可设置等功能,如图7-15所示。
(2)乐迪CB86PLUS充电器。乐迪CB86PLUS充电器的最大输出功率为156 W,可支持8组1 S~6 S锂电池充电,充电电流0.1~6 A可调,如图7-16所示。
图7-15 A6充电器
图7-16 乐迪CB86PLUS充电器
3.串行式平衡充电器
串行式平衡充电器主要充电回路接线是在电池的输出正负极上,在电池组的各单体电池上附加一个并联均衡电路,常采用两种不同的工作模式对单体电池电压进行平衡,一类是放电式平衡,在电池组的各单体电池上附加一个并联均衡电路,以达到分流的作用。在这种模式下,当某个电池首先达到满充时,均衡装置能阻止其过充并将多余的能量转化为热能,继续对未充满的电池充电。该方法简单,但会带来能量的损耗,不适合快充系统。另一类是能量转移式平衡。在这种模式下运用分时原理,通过开关组件的控制和切换,使额外的电流流入电压相对较低的电池以达到均衡充电的目的,这种平衡充电方式可以用较大的电流充电。
4.常见串行式平衡充电器
(1)B6智能充电器。B6智能充电器的输出功率为50~60 W,可充Li-Ion-Po-Fe、Nicd/NiMH、Pb等多种型号电池。它主要用于机械设备、遥控器等小容量电池的充电,如图7-17所示。
(2)PL8智能充电器。PL8智能充电器的输出功率为1 344 W,可充Li-Ion-Po-Fe、Nicd/NiMH、Pb等多种型号电池。它主要用于动力电池充电及外场快速充电,如图7-18所示。
图7-17 B6智能充电器
图7-18 PL8智能充电器
(3)ICharger4010duo双路2 000 W大功率充电器。ICharger4010duo双路2 000 W 大功率充电器采用双路独立输出,单路最大输出功率为1 000 W,支持Li-Ion-Po-Fe、 Nicd/NiMH、Pb等多种型号电池充电。它主要用于大容量动力电池充电和外场快速充电,如图7-19所示。
图7-19 ICharger4010duo双路2 000 W 大功率充电器
5.充电器辅助设备
(1)电源适配器。目前常见的充电器输入电压一般为12~48 V,只有小功率的充电器将电源适配器与充电器集成于一体,大功率基本都是独立供电的。在给充电器选配电源适配器时,考虑到备用功率、转换效率和设备损耗的影响,以及充分发挥充电器最佳性能,电源适配器的最大输出功率要和充电器的最大输出功率的比值不低于1.2~1.5∶1,如图7-20所示。例如,1台输出功率1 000 W的充电器,应该为其配置一台输出功率不低于1 200 W的电源适配器。
(2)并充板。为了解决多块电池同时充电的需求,有的配套厂家开发出并充板,如图7-21所示。并充板的工作原理是将需要充电的多块电池的平衡接线和输出端分别并联进行充电,这种充电方式要求被充电电池必须是完全一样的型号,即相同的标称电压和容量,同时充电前的电压也要基本接近,电池单体误差最好在0.1 V以内。由于并充板在使用过程中无法检测到每个独立的电池单元的充电情况,因此,在使用中存在较大的安全隐患,应慎重使用。
图7-20 电源适配器
图7-21 并充板
(3)发电机。在作业时为解决外场充电的需要,往往要为充电设备配备发电机组,一般选用质量较轻的汽油发电机,便携式汽油发电机一般由动力部分和发电机部分组成。根据动力部分的不同一般可以分为两冲程发电机和四冲程发电机。同样输出功率指标的两冲程发电机的质量较轻,但是工作时噪声较大,油耗高,由于使用的是混合油的润滑方式,发电机废弃排放污染较为严重,如图7-22所示。四冲程发电机运行时较为平稳,噪声较小,废弃排放对环境污染比两冲程的小很多,油耗也低,但成本较两冲程发电机要高,如图7-23所示。
图7-22 雅马哈两冲程小型汽油发电机ET950额定功率650 W
图7-23 雅马哈四冲程小型汽油发电机EF6600额定功率5 000 W