Notícias fáceis para pisar em um buraco: coisas sobre a voltagem da bateria e a porcentagem de carga

Como fonte de energia, a bateria é algo que todo nós que voamos aeromodelos e drones devemos mencionar.

É comum perguntar a alguém no fórum e postar:

• Quanto tempo demorou para o meu avião voar?
• Ainda há muita carga na bateria. Como é possível ter mais 2 minutos e de repente se torna 0%?
• Ainda há mais da metade da carga, devo subir e voar?

Ver a porcentagem de energia da bateria parece ser simples, mas na verdade há segredos escondidos, para muitos novos motoristas que estão nessa estrada é fácil acertar um buraco. Até mesmo um motorista experiente pode estar distraído e a cair em uma vala.

Com 50% de carga, se pode voar? Por quanto tempo posso voar? Esta questão ainda é controversa hoje. Algumas pessoas dizem que se você tem meia carga de energia, não voe. Algumas pessoas dizem que meio bloco de eletricidade não é tão pouco tempo assim. Então, há um risco de segurança no voo de meio segmento?
Vamos primeiro dar uma olhada nas características das duas fontes de energia da bateria de óxido de cobalto-lítio e da gasolina. A gasolina, como todos sabem, é uma fonte de energia familiar. Todo carro tem um medidor de combustível que lhe informa quanto combustível é deixado no carro.

A energia da gasolina é distribuída uniformemente em cada molécula: enquanto a pressão do óleo da bomba for suficiente, seja metade do tanque ou o tanque cheio, contanto que você possa chegar ao destino e ao próximo posto de gasolina, você pode consumir com segurança. O fluxo máximo de saída da gasolina não diminuirá devido à queda do nível do óleo. Enquanto a gasolina não estiver completamente consumida, o motor pode produzir a potência nominal normalmente mesmo que a luz do medidor de óleo esteja acesa, você até mesmo pode apertar mais o pedal do acelerador.
As características de descarga de energia das baterias de lítio são completamente diferentes das da gasolina. Na fase inicial da potência total, a energia está cheia e a tensão cairá rapidamente por um curto período. A medida que a descarga avança, a queda de tensão torna-se suave e estável. No final da descarga, a tensão de repente cai como em um penhasco e a potência de saída diminuiu rapidamente.
Uma curva típica de descarga da bateria de lítio é mostrada abaixo :

As baterias do aeromodelo e do drone são todas baterias de lítio de alta taxa (número C), e é mais provável que tenha energia mais suave e energia reduzida no último estágio de descarga. Se a bateria está com apenas metade da carga, a tensão pode cair rapidamente durante o processo de descarga, fazendo com que a aeronave acione uma baixa voltagem em um curto espaço de tempo para cair em um ponto onde você não quer aterrissar ou até mesmo a perder com a queda de energia. Além disso, a capacidade de descarga da bateria de lítio é extremamente suscetível à temperatura. Quando a temperatura é inferior a 10°C, a taxa de reação química na bateria é reduzida e também sua a capacidade de descarga significativamente, o desempenho é bastante reduzido e a carga não é descarregada a uma temperatura baixa severa.
Portanto, 50% da carga, especialmente a bateria de lítio que está meio cheia e descarregando depois de ser armazenada por um longo tempo, se decolar direto na aeronave, apresentará grandes riscos de segurança. Diante disso, temos enfatizado a necessidade da decolagem com carga total.

A bateria de aeromodelo convencional feita com lítio, possui apenas o núcleo da bateria, a linha de alimentação e a linha de balanceamento. Sem qualquer controle e circuito de proteção, não informando assim, a porcentagem de energia. Geralmente, existem quatro maneiras de saber a quantidade de energia:
1. Instale um voltímetro comumente chamado de “alarme de LIPO” na linha de balanceamento e quando a tensão cair até o limite do alarme, um bipe alto soará, fazendo com que o piloto aterre o mais rápido possível, geralmente usada para voar dentro da linha de visão.
2. Instale o OSD (um display com telemetria) e transmissão de imagem na aeronave que exiba diretamente a tensão na tela. É verificada a potência de acordo com a tensão, que é mais comum em câmeras aéreas montadas e modelos FPV.
3. Usar um temporizador interno do controle remoto, cada minuto emite um sinal sonoro e vibração para lembrar o piloto para usar o tempo, ele decidirá a quantidade restante da bateria com base na experiência.
4. Conhecer as características da bateria para suavizar a potência após a descarga, quando a manipulação parece macia ao pousar.
O método de verificar a quantidade de carga de acordo com a voltagem no final do voo tem sido relativamente confiável. No entanto, com o desenvolvimento da tecnologia, a limitação do tempo de voo de drones está ficando cada vez mais difícil, pois muitas pessoas não têm qualquer base e sempre querem voar mais, acreditando que existe tensão suficiente. Para eles, o incômodo método de carregamento e manutenção da bateria dos rádio controlados é um pesadelo, e não é intuitivo permitir que as pessoas sintam o consumo da bateria diretamente. É difícil julgar a energia restante da bateria lendo diretamente o valor da voltagem. Como resultado, surgiram baterias inteligentes de voo, equipadas com contador coulomb, placas de proteção, placas de controle, circuitos de balanceamento e circuitos de comunicação.
O contador de coulomb em uma bateria inteligente é o dispositivo que mede a corrente, tensão e carga, calcula a porcentagem de carga e o tempo restante.
O contador coulomb tem sido amplamente utilizado em baterias de telefones celulares e drones mais sofisticados, que podem exibir a potência restante e a sua porcentagem.

A capacidade da bateria é medida no valor do mAh que normalmente vemos e também é medida pelo contador de coulomb. O método de medição usual é carregar a bateria até sua tensão máxima (4,2 V para bateria de lítio comum, 4,35 V para bateria de lítio de alta tensão por célula) e, em seguida, iniciar a descarga lenta até o valor limite inferior definido pelo fabricante. Em diferentes tipos de baterias, o limite de tensão inferior é diferente, o limite inferior da configuração de tensão do telefone móvel é geralmente 3,7V, a bateria inteligente de DJI, o limite inferior da tensão é de cerca de 3,3V. Neste ponto, o medidor de coulomb pode calcular a quantidade de carga passada através de todo o processo de descarga: este valor é a capacidade da bateria. A razão entre a quantidade de carga que pode ser normalmente descarregada da bateria e a quantidade máxima de carga é expressa como uma porcentagem, é a porcentagem de eletricidade que normalmente vemos. De acordo com a declaração oficial da DJI, 4,2-4,35V corresponde a 100% de carga, e 3,7V corresponde a 30% de carga.
Quando a bateria é descarregada para 0mAh, isso não significa que ela não está energizada. Ela pode continuar a descarregar, mas a tensão de saída será menor do que o limite inferior necessário para a operação normal do dispositivo, o que afetará o desempenho do dispositivo. O próprio dispositivo causa danos e até danifica a própria bateria.
O contador de coulomb não consegue calcular e ajustar o valor exato da bateria em tempo real durante o processo de carga e descarga da bateria. Após vários ciclos, a capacidade da bateria vai sendo atenuada devido ao aumento da idade química da bateria. É fácil aparecer que o coulomb mostra a carga se for uma bateria interligente. A situação, portanto, requer carga e descarga profundas regulares para calibração .Os manuais do usuário de Inspire 1, Phantom 2 e Phantom 3 recomendam carga profunda e descarga para calibrar a capacidade após um certo número de ciclos. O contador de coulomb incorporado na atual bateria inteligente DJI pode calcular e ajustar o valor da capacidade em tempo real, para que você não precise carregá-lo e descarregá-lo por conta própria.

Como há o coulomb para me ajudar a calcular a potência, vou olhar diretamente para a porcentagem e ver se mostra o tempo restante para voar.
Você acha que existe uma coisa tão simples no mundo? Sim, jovem é muito simples!
As baterias de energia para aeromodelos e drones são compostas de vários chips em série e paralelos, com 2 ao menos, 3 peças e mais 6 a 12 peças. Essas células juntas produzem energia externamente. Para fazer uma bateria de alta qualidade, é necessário primeiro medir cada uma das baterias para múltiplas curvas de descarga e resistências internas, selecionar células com baixa resistência interna, vida longa e excelente curva de descarga e selecionar a curva de descarga entre elas. O número C de descarga e a altura da resistência interna são consistentemente agrupados. Desta forma, a bateria pode ser usada, e cada célula pode compartilhar o mesmo destino do começo ao fim, e produzir energia em uníssono.

No entanto, a bateria de energia dos drones de consumo geralmente não é tão cuidadosamente selecionada assim… A fim de controlar o custo, a correspondência de consistência das baterias geralmente não é tão detalhada e a qualidade das baterias é passada. Muito bem. Portanto, em voo, a bateria tem uma chance de que a curva de descarga da bateria seja inconsistente, especialmente para baterias com um grande número de ciclos, e a inconsistência se tornará mais aparente. Como mostrado abaixo:

A diferença de voltagem entre cada célula aumentará e a resistência interna da bateria também. No estado de carga alta, tal como velocidade máxima de voo, subida total e contra o vento, a voltagem do terminal da bateria cairá mais. A diferença na consistência do núcleo é tal que as células individuais atingem o limite superior do número C antecipadamente, momento em que ocorre uma maior diferença de tensão entre cada célula e o equilíbrio é perdido. O contador coulomb não está conectado a cada célula, apenas a soma é calculada, de modo que o valor do contador coulomb se desvia da situação real. Na bateria com alta idade química, devido à grande resistência interna. A perda de pressão a qualquer momento leva a aeronave perder potência, e a porcentagem de carga ainda está acima de 90%, o que é fácil de enganar mesmo sendo um piloto experiente. Portanto, a confiabilidade da idade da bateria é baixa.
Em casos extremos, até mesmo 100% da potência decolará. Depois de um ou dois minutos de vôo, a potência cairá para 90%, 80% e para 0% o que em seguida, provocará uma grave queda de bateria ou mesmo uma interrupção direta de energia. Tenho visto incontáveis pilotos se depararem com essa situação, acabam levando somente o rádio de volta para casa. Então, como isso acontece?
Como mencionado acima, precisa manter um olho na consistência da bateria. Quando a consistência da bateria é reduzida a um nível perigoso, as baterias individuais serão esvaziadas antecipadamente, e a voltagem da bateria cairá rapidamente, resultando em toda a bateria não continuando normalmente. Saída: se o contador coulomb falhar em julgar e responder a tempo, a leitura retornará a zero da posição alta.

Como mostrado na figura abaixo, a curva de descarga da célula nº1 da bateria Mavic Air é inconsistente com a altura da segunda e terceira células, e é esgotada antecipadamente durante o vôo, acionando um aviso de baixa voltagem. Quando chegou a 0%, a aeronave começou a forçar um pouso. Se a tensão da célula continuar a diminuir, atingir 3.0V ativará a proteção de subtensão da bateria, desligando a saída e a aeronave cairá livremente do ar. Até agora, apenas a bateria do Wu2 permite uma descarga excessiva até a tensão de corte de 2,6V, e dá tempo suficiente para o piloto fazer uma aterrissagem forçada, enquanto o resto dos modelos ainda têm 3,0V cortados para permitir que a aeronave caia diretamente.

A inconsistência da curva de descarga da célula geralmente ocorre apenas nos estágios médio e final da descarga. Na fase inicial, devido à fase da plataforma de curva de descarga, a diferença não é perceptível. Após a bateria ser carregada para sua total capacidade, a distribuição de tensão da célula retorna ao normal, o que para o usuário médio é muito difícil de detectar para que na próxima vez que você voar novamente, a perda da bateria ocorrerá novamente.

Portanto, é muito importante fazer essa verificação antes de decolar, dessa forma, o perigo oculto da bateria é descoberto e eliminado cedo.

Em resumo, a porcentagem de energia da bateria não pode ser completamente usada como base para a potência restante. A maneira correta é usar a tensão como referência, a porcentagem como uma ajuda para julgar exaustivamente a energia da bateria e reservar energia suficiente para retornar ao voo ou não voar!

Diga alguma coisa errada, por que não há placa de proteção para a bateria de lítio para um aeromodelo?
Por ser um esporte, o aeromodelo precisa fazer algumas acrobacias difíceis, essas ações geralmente são violentas, e o consumo atual e as mudanças são muito grandes. Um helicóptero elétrico classe 700 voa em ação 3D, e a corrente pode ser alterada entre 30A-160A, e a corrente de saída instantânea é de até 200A. Uma mudança de corrente tão grande acionará diretamente a proteção de sobrecorrente para fazer com que a bateria seja desligada com a placa de proteção. O avião cairá fora de controle. A placa de proteção do avião RC com o mesmo tamanho não pode carregar uma corrente tão alta, mesmo que possa fazer uma placa de proteção de 200A, seu tamanho grande, peso pesado e preço alto ficaria inviável. Portanto, a bateria de lítio RC não possui uma placa de proteção, e seu equilíbrio de carga (balanceamento), controle de corrente e proteção (nesse caso, prevenção) de tensão estão todos no carregador.

Por OsitaLV

Artigo original DJI BBS Forum (em Chinês)