Zakup ładowarki – o czym pomyśleć?

Na forum pojawia się dość sporo pytań o ładowarki. Część z Was kupuje lub buduje własne koptery i umówmy się – Imax B3 do ich baterii po prostu nie wystarczy. Oczywiście, jak to przy pierwszych zakupach, trudno się zorientować, który sprzęt jest najlepszy i na co warto wydać (niemałe) pieniądze. Zapewne spodziewacie się, że będzie to gotowy poradnik, w którym napiszę, jaki dokładnie model wybrać, ale byłbym hipokrytą, gdybym tak właśnie zrobił. Powód jest prosty – dotychczas przez moje ręce przeszły dokładnie 4 ładowarki. W jaki sposób miałbym więc stwierdzić, że spośród tak wielu modeli, to co proponuję jest godne uwagi? Dlatego też ten wpis będzie miał trochę inną formułę. Chcę się z Wami podzielić tym, co wiem i czego dowiedziałem się podczas eksploatacji własnego sprzętu. Jest parę rzeczy, na które dziś zwróciłbym uwagę, ale o których przed zakupem nie miałem pojęcia. Mam nadzieję, że to pozwoli Wam dokonać lepszego wyboru i nie popełnić tych błędów co ja. Zaczynamy!

Przypomnienie podstaw o bateriach li-po

Dla pewności chciałbym zacząć od krótkiego przypomnienia dotyczącego baterii litowo-polimerowych. Zależnie od typu składa się ona z różnej liczby połączonych ze sobą szeregowo (S – ang. Serial) i równolegle (P – ang. parallel) ogniw. Napięcia znamionowe dla poszczególnych parametrów S, które możemy spotkać to:

  • 1S – 3.7V
  • 2S – 7.4V (2x 3.7V)
  • 3S – 11.1V (3x 3.7V)
  • 4S – 14.8V (4x 3.7V)
  • 5S – 18.5V (5x 3.7V)
  • 6S – 22.2V (6x 3.7V)

Połączenie szeregowe (S) podnosi sumaryczne napięcie, a równoległe (P) wydajność prądową (C) i pojemność. Każda pojedyncza cela, która składa się na taką baterię pracuje w wymienionych zakresach napięć:


Slajd pochodzi z jednej z prezentacji dotyczącej kopterów, którą dawałem. Źródło: praca własna

Widać tutaj najważniejsze progi, których musimy być świadomi. Po pierwsze jest to ok. 3.0V poniżej których napięcie nie ma prawa zejść. Przekroczenie tej bariery prowadzi do nieodwracalnych uszkodzeń ogniwa. Słyszałem opinie, że próg jest jeszcze niższy Oczywiście to nie jest tak, że od razu przestaje ono dawać prąd, ale może pojawić się problem z jego pełnym naładowaniem, może napuchnąć i może też nie uzyskać takiej wydajności prądowej, jak deklarowana przez producenta. Jest to tzw. głębokie rozładowanie (deep discharge). Ładowarki li-po widząc napięcie poniżej 3.0V na celę mogą odmówić ładowania takiej baterii. Wtedy można się ratować trybem NiMH i niewielkim prądem doładować baterię powyżej tej granicy i dopiero przejść w tryb Li-Po. Jest to metoda, która pozwala uratować mocno „zmęczony” pakiet, ale na ogół nie można się już po nim spodziewać powrotu do fabrycznych parametrów. Ogniwa tego typu najczęściej albo się rozbiera i odzyskuje „zdrowe” cele, albo też używa w urządzeniach o niewielkim poborze prądu – goglach FPV, czy aparaturze.

Kolejny próg to 3.5V, który oznacza około 10% pozostałej pojemności. Jest to częste ustawienie alarmów informujących nas o niskim napięciu. Ja ląduję najczęściej właśnie widząc okolice 3.5V przy spokojnym locie. Przypominam przy tym, że mocno obciążona bateria może pokazać spadek poniżej 3.5V – rzecz w tym, jakie jest napięcie spoczynkowe. Oznacza to, że w trakcie lotu możemy zejść do 3.2V, ale nieobciążone ogniwo wskaże wyższe napięcie niż chwilowe.

Jeśli planujemy nie używać baterii dłużej (nawet parę dni) to najlepiej będzie, kiedy napięcie na poszczególnych celach zostanie doprowadzone do poziomu 3.8V. Gwarantuje to stosunkowo najmniejszą degradację ogniwa podczas długotrwałego składowania i z tego względu nazywa się „storage”, czyli „przechowywanie”. Większość ładowarek ma osobny tryb, który tak właśnie się nazywa i jego celem jest naładowanie, bądź rozładowanie pakietu właśnie do tego poziomu.

Dochodzimy wreszcie do momentu, w którym uznajemy baterię za naładowaną. Jest to 4.2V na każdą celę. W takim stanie nie powinniśmy zbyt długo przechowywać pakietów. Polimer jest wtedy niestabilny i długotrwałe składowanie może spowodować spuchnięcie baterii.

Ostatni próg to granice 4.35V. Tak wysokie napięcie jest przeznaczone wyłącznie dla pakietów oznaczonych HV, czyli High-Voltage. Są to baterie projektowane specjalnie pod kątem wyścigów i dodatkowego „kopa” na starcie ze względu na wyższe napięcie początkowe. Do takich pakietów używa się trybu ładowania oznaczonego LiHV (tak przynajmniej jest na Accucellu), który zamiast do 4.2V ładuje każdą celę właśnie do poziomu 4.35V. Pod żadnym pozorem nie należy go wykorzystywać do ładowania zwykłych pakietów, ponieważ grozi to jego rozszczelnieniem i pożarem!


Źródło: HobbyKing (https://hobbyking.com/media/catalog/product/cache/1/image/565×414/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/legacy/catalog/87983_high.jpg)

Tanio? Nie, dziękuję!

Nieważne, czy składacie, czy kupujecie pierwszy quadrocopter. Pochłania on tyle pieniędzy, że cięcie kosztów jest po prostu konieczne. Nie oszukujmy się, cóż może być nie tak z prostą ładowarką? Ile filozofii może być w przywracaniu baterii jej pełnego ładunku? Okazuje się, że trochę jednak tak.

Po pierwsze – pomiar napięcia i przeładowanie. Tania ładowarka jest oczywiście w stanie przywrócić wymagane napięcie naszej baterii, ale czy zrobi to dokładnie? Wysokiej jakości sprzęt z dużą dokładnością mierzy napięcie na celi i nie pozwoli jej przekroczyć 4.2V. Pokazywałem już wcześniej, że tanie urządzenie potrafiło się pomylić o 0.1V! Wbrew pozorom różnica między 4.2V na celi, a 4.1V wpływa na czas lotu. Jeszcze gorzej, jeśli urządzenie przeładuje nam baterię i zamiast 4.2V doprowadzi do 4.3V. Może być też tak, że nie będzie ona w stanie prawidłowo balansować cel i będzie się między nimi utrzymywać dysproporcja. To może prowadzić do tego, że jedną z nich rozładujemy za mocno, albo przeładujemy pozostałe. Tak źle i tak niedobrze.


Imax B3 Pro – unikać. Źródło: AliExpress – https://ae01.alicdn.com/kf/HTB1dLfgLXXXXXblXVXXq6xXFXXXF/For-iMaxRC-font-b-iMax-b-font-font-b-B3-b-font-Pro-Compact-2S-3S.jpg

Ładowarka sama z siebie nie powinna uszkodzić baterii, ale już sam fakt np. regularnego przeładowywania spowoduje jej dużo szybsze zużycie. Pamiętajmy, że pakiety nie są tanie. Lepiej dorzucić 100 zł do ładowarki, niż później przedwcześnie wyrzucać pakiet za podobne pieniądze.

Markowe? Poproszę!

Jeśli szukam sprzętu pewnego i markowego to uderzam prosto do HobbyKing lub innego sklepu, który być może operuje w Chinach, ale sprzedaje urządzenia znanych firm. Akurat wspomniany już HK ma w ofercie głównie Turnigy, ale darzę ich o wiele większym zaufaniem, niż inne sklepy, które polecam. Z Banggood ewentualnie rozważyłbym SkyRC S60 oraz iSDT Q6 300W. Na pewno nie kupiłbym z kolei IMaxa B6, ponieważ podróbki przeganiają już na pewno liczbę oryginałów na rynku. Po wtopach z bateriami Eachine do tej firmy również nie mam zaufania. Intrygująco wyglądają ładowarki Charsoon, które są kopiami sprzętu Turnigy (który być może sam w sobie też jest kopią czegoś jeszcze), ale już wolę w tym momencie ten drugi, który wydaje się być oryginalny.

Kupując ładowarkę wolę dopłacić, aby mieć pewność, że ktoś celowo nie ciął po kosztach i nie odbije się to negatywnie na ogniwach, które kupuję. Rzecz w tym, że nawet najprostszy Imax B3 ma balanser i teoretycznie ładuje do 4.2V na celę. W tej kwestii wolę raczej ładowarkę, która dopilnuje napięcia do drugiego miejsca po przecinku dając przy okazji możliwość podłączenia zewnętrznego czujnika temperatury, czy posiadając dodatkowe zabezpieczenia przeciwzwarciowe, weryfikujące liczbę cel, ograniczenia czasu ładowania, czy nawet pojemności. Za takie rzeczy warto zapłacić, ponieważ z bateriami li-po trzeba obchodzić się ostrożnie. Płonące pakiety to nic przyjemnego. Choć nie znam tego z autopsji (odpukać!) to wolę dołożyć parę groszy do ładowarki, która z mniejszym prawdopodobieństwem zrobi coś nie tak z pakietem.

Jeden pakiet na pewno mi wystarczy!

Dobór ładowarki odbywa się na ogół pod kątem bieżącej baterii, którą posiadamy. Jeśli ma ona pojemność 1500mAh to przecież nie będziemy kupować ładowarki, która potrafi łądować prądem 6A, bo niby po co? Problem w tym, że kolekcja baterii jest na ogół jedną z tych, która najszybciej nam się rozrasta. Zakładając, że nie latamy pod samym domem, potrzebujemy po prostu wielu pakietów, żeby móc pobawić się dłużej, niż tylko parę minut. Te wszystkie baterie musimy naładować. Pamiętając o tym, że nie należy trzymać naładowanych pakietów zbyt długo, na ogół ładujemy je z rana, albo poprzedniego wieczoru. Przypominam, że niezależnie od pakietu ładujemy go prądem 1C (równy pojemności), co przekłada się na godzinę czasu mnożoną przez liczbę posiadanych przez nas baterii. Dodajmy do tego ogniwa, które zasilają nasze gogle, aparaturę, czy zewnętrzny wyświetlacz. Jeśli też pracują one na bateriach li-po to poczekamy dobrych parę godzin, zanim pójdziemy latać. W tym momencie w sukurs przychodzą nam tzw. balance board, czyli de facto rozgałęziacze do naszej ładowarki.

Podłączamy je za pomocą wtyków bananowych i balansera, ale uwaga – w tym przypadku jest on dostosowany pod ogniwa 6S. Oznacza to, że ładowarka musi mieć takie wyjście, nawet jeśli ładuje pakiety 3S, czy 4S. Oczywiście można zmienić wtyczkę, ale to już wymaga cięcia przewodów, lutowania itd. Wybierając ładowarkę warto więc mieć na uwadze to, że kiedyś będzie ona pracowała pod potencjalnie większym obciążeniem, niż obecnie.

No dobrze, ale pytanie, jak to wyznaczyć. Rzecz jest prosta. Balance board to nic innego, jak równolegle podłączone parę gniazd XT-60 (lub innych, jeśli takowe posiadamy) i tak samo rozdzielone poszczególne złącza od balansera. Ładowarka widzi taki zestaw, jak jedną większą baterię. Z racji połączenia równoległego nie ulega zmianie napięcie, ale mnoży się pojemność. Dwa pakiety 1300mAh 4S (14.8V) podłączone do balance board są widoczne przez ładowarkę jak jedna bateria 2600mAh 4S (14.8V). Żeby ładować każdą prądem 1C musimy go wymnożyć przez liczbę pakietów, które podłączyliśmy. Przykładowo, jeśli zechcemy naładować 4 baterie o pojemności 1000mAh każda, to potrzebujemy do tego prądu 4A, ponieważ do każdej z nich ma popłynąć 1A (amper), czyli 1C. Ładowanie 6 pakietów 1300mAh podnosi nam wymagany wyjściowy prąd do 1.3A * 6, czyli 7.8A. I tutaj właśnie dochodzimy do pewnej ciekawej własności…

Coś wolno mi się to ładuje…

Kupując ładowarkę zwrócimy teraz baczniejszą uwagę na prąd ładowania. Moja Accucell 6 chwali się 6A na wyjściu. Oznacza to, że nie mogę ładować swoich 6 baterii prądem 1.3A każdą (6 * 1.3A = 7.8A, które jest większe, niż 6A 😉 ), ale 1.0A na pakiet też brzmi obiecująco. Niestety praktyka nie zgadza mi się z teorią, ponieważ po podłączeniu wszystkich baterii i ustawieniu prądu wyjściowego na 6.0A uzyskałem na wyjściu jedynie 3.2-3.3A.

Zagadka jest dość prosta do rozwiązania, jeśli przypomnimy sobie jedno proste równanie. Moc dla prądu stałego to napięcie * prąd (P = U * I). Ładowarka ma dwa parametry wyjściowe – prąd oraz moc. O ile ten pierwszy wynosi 6A (amperów) o tyle ta druga to raptem 50W (watów). Oznacza to tyle, że podczas ładowania baterii nie zostanie przekroczona żadna z podanych wartości, ponieważ jest to górny limit możliwości naszego urządzenia.

Wróćmy teraz do moich pakietów. Podłączyłem do ładowania 6 baterii 4S (14.8V) o pojemności 1300mAh każda. Maksymalna moc ładowarki to 50W. Szczytowy prąd ładowania wyniósł 3.3A. Policzmy więc napięcie – P = U * I. 50W = U * 3.3A. Przekształćmy nieco wzór, aby uzyskać: U = 50W / 3.3A . Bez kalkulatora możemy zobaczyć, że wartość oscyluje w granicach 15V. Brzmi znajomo? No przecież! W końcu to napięcie znamionowe ładowanej baterii! I teraz wszystko staje się jasne. Gdybym ładował pakiety 3S (11.1V) to mógłbym otrzymać na wyjściu prąd w granicach 4.0-4.5A (50W / 11.1V = ~4.5A). Z kolei baterie 2S (7.4V) pozwoliłyby mi użyć prawdopodobnie pełnego zakresu, czyli 6A (7.4V * 6A = 44.4W). W taki właśnie sposób nabyłem ładowarkę, która jest mi w stanie naładować wszystkie 6 baterii 4S 1300mAh w około dwie godziny zamiast jednej. A wystarczyło kupić urządzenie o większej mocy wyjściowej! Morał jest taki, żeby zwracać uwagę nie tylko na wyjściowy prąd, ale i moc!

Rozładowywanie – niby po co?

Kupując ładowarkę na ogół myślimy wyłącznie o ładowaniu, bo przecież rozładowujemy baterie w powietrzu prawda? Niekoniecznie. Wystarczy, że zła pogoda pokrzyżuje nam plany i pełny zestaw naładowanych pakietów powinniśmy rozładować. Mądrzejsi ode mnie twierdzą, że jeśli pakiet nie będzie używany po naładowaniu w ciągu 24 godzin to w zasadzie należy go z powrotem rozładować do poziomu Storage. Na szczęście ładowarki mają taki tryb. Moja Accucell 6 50W chwali się prądem rozładowania na poziomie 2A. Szkoda, że kupując ją nie spojrzałem ponownie na moc. Maksymalna w trybie rozładowywania wynosi 5W. Jeśli uważnie śledziliście poprzednie wyliczenia to wiecie, że przy pakiecie 4S (14.8V) prąd rozładowania sięgnie kosmicznego: 5W / 14.8V = ~330mA. Dobrze przeczytaliście – mówimy tu o prądzie 0.33A. Zróbmy teraz zgrubne wyliczenie. Mam 6 pakietów po 1300mAh każdy. Jeśli są naładowane to do storage potrzebuję zejść z poziomu 4.2V na celę do około 3.8V. Wartość procentowa naładowania w storage się różni, więc zastosuję pewne uproszczenie (wybaczcie proszę!). Powiedzmy, że dla potrzeb wyliczenia muszę z każdej baterii „wypompować” około 660mAh, co pozwala nam łatwo wyliczyć, że prądem 330mA będę to robił przez 2 godziny (660mAh / 330mA = 2h). Przemnóżmy to przez 6 pakietów: 6 * 2h = 12h. Jeśli podłączę 6 w pełni naładowanych baterii poprzez balance board i ustawię tryb storage to nieszczęsne 5W, które ładowarka poświęca na rozładowanie doprowadzi je do storage już w czasie 12 godzin! Rewelacja prawda?

Są oczywiście inne metody rozładowywania ogniw, niż podłączenie ich do ładowarki, ale jeśli chcemy polegać właśnie na niej to warto zdawać sobie sprawę z tego, jak długo to realnie zajmie. Ja nie byłem tego świadomy dopóki nie ustawiłem trybu Discharge (rozładowanie) i nie zobaczyłem wartości 0.3A na wyświetlaczu. Uczcie się więc na moich błędach!

Potrzebny zasilacz – od zaraz!

Wybierając ładowarkę łatwo zapomnieć o jednej rzeczy – tym, w jaki sposób ją podłączymy do prądu. Większość z nich ma wejście zasilające oparte o złącza bananowe i nie daje się podłączyć bezpośrednio do gniazdka. Te nieliczne (np. Turnigy S60, czy SkyRC S60) mają wbudowany zasilacz, który zamienia prąd zmienny na stały. Zaletą jest to, że mamy jedno, monolityczne urządzenie. Wadą z kolei brak możliwości podłączenia ładowarki np. do akumulatora samochodowego.

Pozostałe ładowarki bazują na zasilaczach, które musimy dokupić osobno. Ich cena oscyluje w granicach przynajmniej 2/3 kosztu samej ładowarki. Dużą zaletą jest to, że same zasilacze również mają gniazda bananowe, więc w większości przypadków można połączyć z nimi dowolną ładowarkę.


Źródło: Hobbyking – https://hobbyking.com/media/catalog/product/cache/1/thumbnail/565×414/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/legacy/catalog/76184.jpg

Należy przy tym zwracać uwagę na moc, ponieważ zasilacz powinien mieć na wyjściu przynajmniej tyle watów, ile potrafi wykorzystać ładowarka. Chodzi o to, żeby jedno urządzenie nie ograniczało drugiego, nawet jeśli z początku nie wykorzystamy pełnego potencjału. Jeśli mamy nadmiarowe środki to lepiej zainwestować w zasilacz o większej mocy mający w sumie dwa wyjścia – na 2 ładowarki – i z początku używać jednej, a gdy dokupimy drugą, będziemy mieć gwarancję, że nasz sprzęt dostarczy jej odpowiednie zasilanie.

Podsumowanie

Obiecałem, że nie będzie poradnika, który powie, którą dokładnie ładowarkę wybrać. Staram się, żeby to co piszę na blogu nie wyprzedało tego, co faktycznie wiem. Posiadając Turnigy S60 i Accucell-6 przekonałem się, czego im brakuje i tym się dzielę. Nie twierdzę, że to zły sprzęt, ponieważ robi tyle, ile mniej więcej jest wart. Wiem na pewno, że będę musiał zainwestować w coś mocniejszego, ponieważ mając w tej chwili 10 pakietów jestem w stanie być gotowym do latania w czasie nie krótszym niż 3-4 godziny. W momencie, gdy na grupie pada stwierdzenie – idziemy z rana latać – trudno się przygotować nie mając całego wieczoru wolnego (ładowarek jednak trzeba doglądać!).

Przypomnijmy sobie na co zwrócić uwagę:

  • cena – nie ma dobrych ładowarek poniżej 100 zł. IMax B3 może być rozwiązaniem chwilowym, ale na pewno nie docelowym i nie do dobrych pakietów.
  • rozwój – być może w tej chwili masz dokładnie jeden pakiet, ale jeśli chwycisz bakcyla to szybko się okaże, że ich liczba przyrośnie. Ładowanie prądem 1C to zawsze niemalże godzina czasu. Przemnóż to przez liczbę pakietów i zastanów się, czy nie dołożyć ekwiwalentu ceny pojedynczej baterii, żeby kupić sprzęt, który poradzi sobie z ładowaniem wielu ogniw na raz.
  • moc przy ładowaniu – jakim maksymalnym prądem będziemy w stanie naładować nasze ogniwa? Czy wystarczy mocy na ładowanie wielu na raz? Być może teraz wystarczy nam 1.3A, ale przy 4 bateriach to oznacza już 5.2A – warto o tym pamiętać.
  • moc przy rozładowywaniu – jeśli będziemy korzystać z tej opcji to warto wiedzieć, ile czasu nasza bateria będzie dochodzić do trybu storage, gdy pogoda pokrzyżuje nam plany.
  • sposób zasilania – czy trzeba będzie dokupić osobny zasilacz, czy też jest wbudowany. Jaki będzie dodatkowy koszt zewnętrznego? Jakiej mocy wyjściowej potrzebujemy?

Pozostaje mi tylko życzyć Wam udanych i przemyślanych zakupów! Do następnego!