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 ! 🙂

  • Marek

    Witam serdecznie,
    mam pytanie, czy mógłbyś polecić jakiegoś dostawcę baterii z aliexpress? Szukam baterii do mojego Cheerson CX-10, ale ceny w polskich sklepach to jakieś nieporozumienie w porównaniu do cen z aliexpress. Dobrze jednak byłoby zrobić zakupy u zaufanego dostawcy.
    Z góry dziękuję za pomoc 🙂

    • Przyznam, że bardzo rzadko kupuję coś z Aliexpress i tylko wtedy, kiedy naprawdę już jestem pod ścianą. Wynika to z faktu, że w AliExpress sprzedający są naprawdę różni, choć jeśli pominie się super-tanie-właściwie-za-darmo oferty typu quadrocopter za 50 USD, który ktoś sprzedaje za 5 USD to jest to dość bezpieczna forma. Ja się nigdy nie naciąłem, a kupowałem już parę razy. Zwracam przede wszystkim uwagę na opinie o sprzedającym.

      Polecam jednak kupić baterię w jednym ze sklepów w Chinach typu Banggood, GearBest, Everbuying, czy Tmart. Daleko nie szukając – na Banggood jest ona za ok. 10 zł (http://www.banggood.com/Cheerson-CX10-RC-Quadcopter-Spare-Parts-37V-100mAh-Battery-CX10002-p-930476.html?p=NM16185262492015094D). Całkiem bezpiecznie można robić u nich zakupy, o czym wielokrotnie pisałem.

      Zgadzam się też z opinią o marżach na naszym rynku. Jeśli chodzi o części zapasowe to zupełnie się to nie opłaca.

      • Marek

        Dzięki, nie pomyślałem, żeby zajrzećdo tych sklepów 🙂

  • Arnold Janda

    Witam chcialem dowiedzieć się czy bateria o oznaczeniu HW651744P +3.7V 350mAh ,którą aktualnie posiadam w quadcopterze nadaje sie na zamiane na li po wiekszej pojemności i czy mogę ładować tą samą ładowarką jeżeli nie to co moge zastosować zastępczo w razie w z góry dzięki

    • Tak, całkiem swobodnie można podmienić tą baterię na inną o większej pojemności. Te ładowarki USB do ogniw 1S spokojnie poradzą sobie z bardzo różnymi bateriami. Ważne tylko, żeby ogniwo miało identyczne złącze (dość oczywiste) – jeżeli dobrze sprawdziłem to jest to Losi Micro-T – http://ecx.images-amazon.com/images/I/3153vz658tL.jpg .

      Druga sprawa to polaryzacja. Zdarzają się quadrocoptery, które mają odwrotnie podłączone przewody zarówno baterii, jak i ładowarki. Jeżeli kolory kabelków przy wtyku i gnieździe się zgadzają to nie będzie kłopotu.

      Podmiana baterii na pojemniejszą oczywiście wiąże się ze wzrostem jej masy i rozmiaru, także jeśli zmieniać to nie więcej niż +50%, bo może się okazać, że albo się nie zmieści, albo quadrocopter jej nie dźwignie.

  • przemek

    witam mam pathfindera w608-7 i oryginalnie jest 650mah 15C i chce kupic 1000mah 30C czy nic sie nie stanie?

    • Jeżeli napięcie baterii będzie takie samo, czyli 7.4V (2S) to nie ma problemu. Większa bateria to większy rozmiar i masa, więc warto sprawdzić, czy zmieści się do quadrocoptera i czy faktycznie wydłuży lot.
      Nie sądzę natomiast, że warto zmieniać na baterię 30C. Jeżeli oryginalna ma 15C, to znaczy, że maksymalny pobór prądu wyliczony przez producenta nie przekroczy 10A. W tym przypadku nie będzie żadnego zysku z nowej baterii, natomiast przy tej wydajności prądowej na pewno wzrosną też gabaryty. Przy 1000mAh wystarczy coś w okolicach 10C. Tak czy inaczej zaproponowana zmiana jest całkowicie bezpieczna.