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電動模型飛機動力系統淺析(一、電池)

模型飛機的動力大致可分為燃油動力、電動和其它三類。其它主要有噴氣發動機、渦輪發動機和火箭發動機等幾種;而燃油動力是指用汽油、煤油和甲醇等燃料發動機做動力;電動則是指以電池推動電動機做動力的動力系統。
    前兩類是傳統的動力系統,其發展幾近百年,而電動則是最近幾年才發展起來的,而且是由於手機廠家為增加待機時間和減輕手機重量,不斷推出容量大、體積小、重量輕的鋰電池為前提而推廣起來的。
    電動模型飛機的動力系統主要由四個部件組成:電池、電動機、電子調速器和螺旋槳。
電池:現在可用來做模型動力的電池種類很多,鎳氫(Ni-MH)、鎳錳(NiOH-MnO2)、鋰金屬(Li)、鋰聚合物(Li-Poly)等電池都行,其中以鎳氫電池和鋰聚合物電池以其優異的性能和低廉的價格成為模型動力的首選。
表示電池性能的標稱有很多,我們最關心的是電壓、容量和放電能力這三個。
    電池的電壓是用伏特(V)來表示的。標稱電壓只是廠家按照國家標準標示的電壓,實際上使用時電池的電壓是不斷變化的。如鎳氫電池的標稱電壓是1.2V,充電後電壓可達1.5V,放電後的保護電壓為1.1V;鋰聚合物電池的標稱電壓是3.7V,充電後電壓可達4.2V,放電後的保護電壓為3.6V。在實際使用過程中,電池的電壓會產生壓降,這是和電池所帶動的負載有關的,也就是說電池所帶的負載越大,電流越大,電池的電壓就越小,在去掉負載後電池的電壓還可恢復到一定值。
    電池的容量是用毫安時(MAH)來表示的。它的意思是電池以某個電流來放電能維持一小時,例如1000MAH就是這個電池能保持1000毫安(1安培)放電一小時。但是電池的放電並非是線性的,所以我們不能說這個電池在500毫安時能維持2小時。不過電池在小電流時的放電時間總是大於大電流時的放電時間,所以我們可以近似的算出電池在其它電流情況下的放電時間。一般來說,電池的體積越大,它儲存的電量就越多,這樣飛機的重量也會增加,所以選好合適的電池對飛行是很有好處的。順便說說,某些廠家生產的電池標稱電量往往高於它的實際電量,那麼只要看看電池的大小就可知道它究竟是否屬實。
    電池的放電能力是以倍數(C)來表示的,它的意思是說按照電池的標稱容量最大可達到多大的放電電流。例如一個1000MAH、10C的電池,最大放電電流可達1000×10=10000毫安10安培(A)。在實際使用中,電池的放電電流究竟是多少是與負載電阻有關的,根據歐姆定理我們知道,電壓等於電流乘電阻,所以電壓和電阻是定數時,電池的放電電流也是一定的。例如你使用11.1V、1000MAH、10C的電池,而你的電動機的電阻是1.5歐姆,那麼在電池有12V電的情況下,忽略電調和線路的電阻不計,電流等於12÷1.5=8,結果是8安培(A)。
    在實際使用中電池的電壓和電流不一定與我們的需要相符,所以必須串聯和並聯來使用。串聯是指把幾個單節電池頭尾相接的連接起來,也就是說正極接負極、負極接正極的連接起來,其總電壓等於各節電池的總和,放電電流等於單節的放電電流,容量也等於單節的容量。並聯是指把幾節或幾組電池頭對頭、尾對尾的連接起來,也就是說正極接正極、負極接負極,並聯後的電壓等於單節電池或電池組的電壓,電流等於各電池組的總和,容量還是原來的容量。總之,電池串聯後只是電壓增加,並聯後只是電流增加,而其它的則不變。需要注意的是,電池的串聯和並聯要求單節電池或電池組的性能一致,這是因為在電路中如果有個別電池的電壓過低,其它電池就會為它充電,那總電壓或總電流就會低於我們的要求,同時也會造成好電池的損壞,這也是為什麼鋰電池要用平衡充的原因。
    說到這裡我們還要說說充電電池的充電。不管是鎳氫電池還是鋰電池都是可充電的電池,充電過程對電池的壽命有相當大的影響。一般來說,電池的充電時間是和充電器的電流相關聯的。比如說一個1000MAH的電池,充電電壓是它的額定電壓,充電器的電流是500毫安,那麼充電時間就等於1000÷500=2,兩小時。但這只是說從零電壓充起的情況下,也就是說這只是理想狀態,實際的充電時間還要看電池原有的電量。也許你會說那麼我使用大電流充電,不是就能節約時間了嗎?實驗證明,大電流充電會對電池的性能造成一定程度的破壞,也可能充上的只是浮電,一用就沒了。所以一般廠家要求用十分之一的電流充電,而鋰電池因為性能優越可以用五分之一的電流充電。也有人說充電時造成電池的損壞主要是電池的溫度,所以只要溫度不高我就可以大電流、短時間的充電,這也有一定道理,那就是仁者見仁、智者見智的事情了。

    最後說一說電池的內阻。有時候我們會碰上這樣的頭痛事,電池量電壓正常,可接入電路中總是低電壓報警,這就是某節電池的內阻過高了。這時你可以在放電後量量各節電池的電壓,如果某節電池的電壓大大低於其它電池的電壓,你就可以把它扔了,這時即使你不再加上新的電池,電池組的性能也會比剛才高。要不你就用替換法,換到電池組正常為止。
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