Zasilanie Quadrocopterów – baterie Li-Po

Baterie litowo-polimerowe stosowane powszechnie we wszystkich w zasadzie quadrocopterach mają inną charakterystykę, niż pozostałe ogniwa. Można je rozładowywać bardzo dużym prądem (zależnie od pojemności nawet do 100 A (amperów)). Ładowanie natomiast odbywa się dużo łagodniej. Maksymalny prąd rozładowania określany jest jako wielokrotność pojemności i oznaczany wielką literą „C”. Przykładowo, jeśli nasz akumulator ma pojemność 1000 mAh (miliamperogodzin), czyli 1 Ah to prąd rozładowania dla specyfikacji 15C oznacza 15 x 1 A, czyli 15 Amperów. Ogniwo o dwukrotnie większej pojemności – 2 Ah (czyli 2000 mAh) przy 15C będzie już pozwalało na pobranie maksymalnego prądu o wartości: 2 Ah * 15C = 30 A. Jest to istotna kalkulacja, gdy budujemy własny model.

W małych modelach, które omawiam na blogu, bateria jest najczęściej typu 1S, czyli 3.7V. Pojemność w zależności od wielkości zaczyna się od około 100mAh (0.1Ah) [nanoquadrocoptery – Cheerson CX-10, Estes Proto X, Hubsan Q4, WLToys V272 i inne], poprzez 250mAh [Hubsan H107L], 380mAh [Hubsan H107C], a kończy na jakichś 850 mAh [Wltoys V333]. Co jednak oznacza pojemność baterii ?

Nie bez przyczyny zapas ładunku we wszelkiej maści ogniwach wyrażany jest w amperogodzinach (Ah). Jeżeli wiemy, jaki prąd pobiera nasz model, możemy policzyć, ile mniej więcej będzie latał. Odwrotnie – znając czas lotu możemy ocenić pobierany z baterii prąd. Jak ? Pojemność jest stała i można ją wyrazić wzorem:

C = t * I
gdzie:
C – Pojemność akumulatora (w Ah)
I – prąd rozładowania (w A)
t – czas po którym bateria ulegnie wyczerpaniu (w h)

Widzimy więc dokładnie, że skoro C jest const. to przy rosnącym prądzie pobieranym z baterii (I) będzie spadał maksymalny czas jej pracy i odwrotnie.

Wzór można także przekształcić:

t = C / I
I = C / t

Należy pamiętać, że quadrocopter w czasie lotu pobiera różne wartości prądu, zależnie od tego, jak dynamicznie nim latamy. Im szybciej mają kręcić się silniki, tym więcej prądu potrzebują. Oznacza to, że lot poziomy wymaga mniej energii, niż ostre wznoszenie. To samo tyczy się oczywiście gwałtownych manewrów. Dla uproszczenia obliczeń możemy jednak przyjąć założenie, że chcemy policzyć średnią wartość pobieranego prądu w trakcie lotu. Czy mamy wszystkie dane ? Owszem.

Spróbujmy z Hubsanem H107C. Jego bateria ma nominalnie 380 mAh, czyli 0.38Ah. Realnie nigdy nie rozładujemy ogniwa w pełni, więc efektywna pojemność jest mniejsza, także przez zużycie ogniwa, ale dla prostoty przyjmujemy taką właśnie wartość. Przybliżony czas lotu wynosi 5 minut, czyli 1/12 godziny. Mamy więc czas rozładowania akumulatora oraz jego pojemność, czyli możemy policzyć, jaki średnio prąd pobiera Hubsan podczas lotu.


I = C / t
t =~ 0.083 h
C = 0.38 A*h

I = 0.38 A*h / 0.083 h =~ 4.58 A

Widzimy więc, że średnio model potrzebuje około 4.58 A podczas lotu. Gdy zmienimy baterię na większą, czyli np. dostępne dla tego modelu 500 mAh, wzrasta nam jej pojemność, ale też masa. W przypadku modeli latających to ile waży ogniwo także jest istotne, ponieważ silniki muszą zapewnić większy ciąg, aby utrzymać model w powietrzu. Trudno ocenić o ile większy prąd pobierze model, ale spróbujmy sprawdzić o ile wydłuży się czas lotu na baterii o pojemności 500 mAh, z której pobierzemy nieznacznie tylko większy prąd – 4.6 A.


t = C / I

C = 500 mAh = 0.5 Ah
I = 4.6 A

t = 0.5 A*h / 4.6 A = 0.10869h = 0.1087 * 60 min. = 6.522 min.

Przybliżony czas lotu wzrósł więc nam do około 6.5 minuty w stosunku do poprzednich 5. Widać więc, że zakup pojemniejszej baterii ma tutaj sens, a zgrubne wyliczenia na papierze można potwierdzić w rzeczywistości. Kiedy latałem Hubsanem H107C z włączoną kamerą, to po 6.5 minuty nagrywania (tyle ma film) wciąż nie było LVC, czyli bateria miała jeszcze zapas.

Tyle na początek. Zachęcam do zadawania pytań w komentarzach ! 🙂