Construa um drone “do zero”! – Parte 4 – Bateria do Drone

On 12 de janeiro de 2017 by Fernando Fernandes

Bateria do Drone

Bateria do Drone. Continuando nossa compilação das partes que compõem um drone quadricóptero, vamos falar sobre mais um componente importante, as baterias que alimentam o drone.

Tipos de Bateria do Drone

 

O mercado oferece diferentes tipos de baterias: chumbo , Lítio iônico, polímero de Lítio, NiMH, etc. As mais comumente usadas em VANTs, assim como na maioria dos outros veículos robóticos são as de íon de Lítio e, principalmente, as de polímero de Lítio (LiPo).

Bateria de ácido de chumbo

Bateria de Polímero de Lítio (LiPo).

Bateria de Íon de Lítio.

Bateria de NiMH.

Bateria do Drone: Chumbo

As baterias de chumbo são baratas, mas devido à natureza de sua composição (ácido de chumbo) são pesadas para ser usadas em drones multicópteros. As de íon de Lítio são muito comuns em aparelhos celulares, tablets, por serem pequenas , mas sua capacidade de carga é mais limitada em relação às de LiPo.

Bateria do Drone: Lithium Polymer-LiPo

As baterias de polímero de lítio (Lithium Polymer-LiPo) são um tipo de bateria usada em quase todos os quadricópteros, por serem uma boa fonte de energia, considerando o seu tamanho e peso, em relação às de chumbo e NiMH. Podem ser encontradas em células simples (de 3,7V) ou em conjuntos com até 10 células conectadas em série (37V). Uma escolha popular de bateria é a 3S, com 3 células conectas em série, com capacidade de 11,1V. O vídeo a seguir descreve bem como identificar suas características.

Especificações da bateria do drone

Especificações de uma bateria de LiPo.

A capacidade da bateria, medida em miliampere-hora (mAh) é um indicador direto de quanto tempo um quadricóptero estará apto a voar (ex.: se tivermos uma bateria de 4000mAh, podemos alimentar um sistema que drene 4A, durante 1 hora, ou um sistema que drene 8A, durante 30 minutos ou um sistema que drene 16A, durante 15 minutos e por aí em diante). Quadricópteros do tipo Racing usam baterias com capacidade em torno de 1000mAh, enquanto multicópteros maiores podem vir alimentados com baterias de 5000mAh ou mais. Quanto maior a capacidade (mAh), mas pesada a bateria será.

As baterias de LiPo vêm com diferentes quantidades de células, especificadas como 1S, 2S, 3S, etc. (onde S significa que as células são organizadas em série).

Cada célula tem uma faixa de tensão:

  • 3,0V – corresponde ao mínimo valor de tensão que um célula deve ter antes de vir a ficar permanentemente danificada ou perigosa;
  • 3,5V – embora 3,0V seja considerado o valor mínimo, é recomendado que a tensão da bateria não fique menor do que 3,5V;
  • 3,7V – é a tensão com a qual normalmente as baterias são vendidas, porque é a tensão indicada para armazenamento;
  • 4,2V – Uma bateria 3S é vendida como tendo capacidade igual a 11,1V (3,7V + 3,7V + 3,7V) e pode fornecer um valor máximo de tensão igual a 12,6V (4,2V + 4,2V + 4,2V).

Taxa de carga e descarga da bateria do drone

Outro fator importante de especificação é o parâmetro com um valor numérico, seguido da letra C. Junto com a capacidade de carga da bateria, esse parâmetro indica quanto de corrente pode ser drenada da bateria.

A máxima corrente que pode ser fornecida pela bateria pode ser calculada como:

MaxCorrente = TaxaDescarga * Capacidade

 

Exemplo. uma bateria do drone que tem um taxa de descarga de 30C e uma capacidade de carga de 2000mAh, pode fornecer uma corrente máxima de 30[C]*2000[mAh] = 60A.

Portanto, devemos ter o cuidado de observar se os quatro motores que estamos usando (no caso de um drone quadricóptero) não vão demandar uma corrente que ultrapassa os 60A.

Algumas baterias vêm com um parâmetro que corresponde à corrente máxima de recarga. Se temos, por exemplo, uma bateria com parâmetro 5C, significa que ela poderá ser recarregada por uma fonte que forneça até 5 vezes sua capacidade de carga, ou seja, se tivermos uma bateria de 4000mAh, podemos carregá-la com uma fonte de até 5C * 4A = 20A. Esse parâmetro indica que, com essa corrente máxima, poderemos levar 1/5 de hora para recarregar essa bateria.

Influência da bateria do drone no desempenho dos motores

A taxa de rotação dos motores está diretamente ligada à capacidade de carga (número de células) da bateria. Um motor de 980KV alimentado por um bateria 3S (12,6V) pode girar até:

 

980KV * 12,6V = 12348 RPM.

 

Conectores da bateria do drone

As baterias de LiPo podem vir com diferentes tipos de conexões de alimentação. O mais comum entre os quadricópteros é a conexão XT60. O tipo de conexão não muda como a bateria trabalha, mas pode ter funções auxiliares.

No padrão XT60, além das conexões principais, há uma pequena conexão (normalmente branca), chamada de balanço de carga, que é usada para determinar a voltagem de cada célula na bateria. Na verdade, o número de fios extras nos conectores de uma bateria depende do número de células que a compõem.

Os fios extras são necessários. Os carregadores que tem a  capacidade de balanceamento de carga  podem medir a tensão em cada célula. Isso acontece durante a recarga e assim  a corrente é distribuída. Isso evita que um célula fica com tensão maior do que o seu limite máximo indicado e a bateria possa ser danificada.

Carregadores

Carregadores com balanceamento de carga.

Os carregadores disponíveis no mercado são geralmente têm os mesmos recursos e é possível selecionar o tipo de bateria para a recarga. É necessário definir algumas configurações quando for carregar uma bateria: com que corrente ela será carregada e quantas células a bateria tem (em geral, a maioria dos carregadores têm a capacidade de detectar o número de células que compõem uma bateria, no caso das LiPo).

O primeiro parâmetro é determinado pela taxa de capacidade de carga da bateria em mAh. Basta dividir o valor em mAh por 1000, para determinar a corrente de carga. Ex.: uma bateria de 4000mAh, deverá ser carregada a 4A; uma bateria de 900mAh, deverá ser carregada a 0,9A.

Cada célula têm, normalmente, dois pólos, que são usados pelo carregador para medir a tensão em cada uma das células. Assim, o aparelho consegue realizar o balanceamento e evitar carregar uma célula mais do que as outras.

Algumas das opções disponíveis de recarga são:

  1. LiPo Charge – Carrega a bateria.
  2. LiPo Balance Charge – Carrega a bateria tomando o cuidado de realizar o balanceamento, garantindo a mesma tensão, dentro do limite máximo, em cada uma das células.
  3. LiPo Storage – Carrega ou descarrega a bateria para uma tensão ótima de armazenamente (em torno de 3,7V). Esse modo é recomendado se a bateria não será usada por um período relativamente longo (30 dias ou mais).

 

Carregador e bateria de LiPo.

No conteúdo do vídeo a seguir é possível compreender melhor como eles funcionam e como recarregar uma bateria.

O próximo vídeo explica com mais detalhes como recarregar uma bateria.

Placa de distribuição de energia

Dependo do projeto que estamos construindo, pode ser necessário incluir uma placa distribuidora de energia. Ela é responsável alimentar adequadamente os ESCs (veja mais sobre na Parte 3), a placa controladora de voo e o receptor de rádio. Na figura abaixo, temos um diagrama de fluxo da distribuição de energia, assim como do sinal de rádio.

Fluxos dos sinais de energia e de rádio.

No próximo post, a abordagem será sobre as placas controladores de voo, o “cérebro” de qualquer drone quadricóptero.

Referências

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