Batterie
Die Batterie ist eines der Elemente der eklektischen Schaltung eines RC-Modells. Die Batterie nutzt chemische Prozesse, um elektrischen Strom für die Elektronik des Autos zu speichern und wird dabei im Betrieb kontinuierlich von derBrennstoffzelle geladen. Ein wichtiges Merkmal der Batterie ist die Fähigkeit, im Gegensatz zur Brennstoffzelle, auf Schwankungen des Strombedarfs eines Elektromotors beim Beschleunigen zu reagieren Die Eigenschaften von Batterien für RC-Fahrzeuge werden durch vier grundlegende Parameter bestimmt:
Kapazität
Die Batteriekapazität ist im Grunde ein Maß dafür, wie viel Energie eine Batterie aufnehmen kann. Betrachten Sie es als die Größe eines Kraftstofftanks im Auto. Die Maßeinheit ist hier die Milliampere-Stunde (mAh). Es gibt Auskunft darüber, wie viel Strom verbraucht werden kann, um die Batterie in einer Stunde zu entladen. Die wichtige Frage ist, warum wir die Spannung und nicht die Kapazität verwenden, um zu sehen, wie aufgeladen der Akku ist. Die Antwort ist die Komplexität der direkten Restkapazitätsmessung. Während die Spannung leicht messbar ist, ist es nahezu unmöglich, die Kapazität genau zu messen. Wir können messen, wie viel Energie in die Batterie fließt, aber wir können nicht messen, wie viel tatsächlich in der Batterie ist.
Wir können uns eine solche Messung als Beobachtung eines Becherwassers vorstellen. Der Becher ist spannungsdurchlässig, sodass wir die Wassermenge leicht erkennen können. So können wir den Pegel (die Spannung) direkt und wann immer wir wollen messen. Auf der anderen Seite haben wir einen undurchsichtigen Becher, der die Kapazität repräsentiert. Wir können nicht direkt hineinsehen. Der einzige Weg, um herauszufinden, wie viel sich im Inneren befindet, besteht darin, es zu leeren und das Wasser (Energie) des Ein- oder Ausflusses des Bechers (Batterie) zu messen.
Entladerate
Spannung und Kapazität wirken sich direkt auf einige Aspekte des Fahrzeugs aus, sei es auf die Geschwindigkeit oder die Betriebsstunden. Dies erleichtert uns das Verständnis. Etwas schwieriger ist es, die Bedeutung der „C-Bewertung“ einer Batterie zu verstehen. Dieser Wert ist ein Maß dafür, wie schnell sich ein Akku sicher entladen kann, ohne ihn zu beschädigen. Die Umrechnung in Realstrom hat folgende Form:
50C = 50 x Kapazität (A)
Die resultierende Zahl ist der maximale nachhaltige Verbrauch, den Sie sicher an die Batterie anschließen können. Ein Überschreiten dieses Wertes führt bestenfalls zu einer schnelleren Verschlechterung der Batterie als normal. Im schlimmsten Fall kann sich der Akku entzünden.
Die meisten Batterien haben heute zwei C-Werte: die Dauerleistung (die wir besprochen haben) und die sogenannte Burst-Leistung. Die Umrechnung der Burst-Bewertung in Strom funktioniert auf die gleiche Weise, der berechnete Wert gibt jedoch einen Strom an, der 10 Sekunden lang sicher entnommen werden kann.
Spannung / Anzahl der Zellen
Die meisten verwendeten Batterien verwenden mehrere Zellen, um die erforderliche Kapazität und Nennspannung zu erreichen. Die Grundnennspannung variiert je nach Batterietyp. Die Zahl vor dem Buchstaben "S" gibt die Anzahl der Zellen in der Reihe an, um eine höhere Spannung zu erreichen. Zum Beispiel hat die LiPo-Zelle eine Nennspannung von 3,7V. Für die obige 7,4-V-Batterie bedeutet dies, dass wir zwei Zellen in Reihe benötigen. Diese Batterie ist dann mit "2S" gekennzeichnet. In ähnlicher Weise weist der 3-Zellen-Akku „3S“ eine Spannung von 11,1 V usw. auf.
Die Nennspannung ist die Standardeinstellung, die Leerlaufspannung der Batterie. Zum Beispiel sind LiPo-Akkus vollständig geladen, wenn sie 4,2 V pro Zelle erreichen und ihre minimale sichere Ladung 3,0 V pro Zelle beträgt. 3,7 V ist die Nennladung der Zelle.
Zusätzlich zur Reihenschaltung verwenden einige Batteriebaugruppen auch die Parallelschaltung von Zellen, die mit einer Nummer gefolgt vom Buchstaben "P" gekennzeichnet sind. Ein Beispiel für eine solche Kennzeichnung ist "2S2P". Dies bedeutet, dass sich vier Zellen in der Batterie befanden. zu den ersten beiden Batterien parallel (parallel, was bedeutet, dass sich die Kapazitäten addieren). Diese Terminologie wird heutzutage nicht sehr häufig verwendet, und moderne Technologien ermöglichen es, dass einzelne Zellen viel mehr Energie speichern als noch vor einigen Jahren.
Bauart
Heute werden in funkgesteuerten Autos Batterien eines von vier Typen verwendet: NiMH, LiPo, LiHV, LiFePO4. Diese Typen ersetzten die bisher verwendeten NiCd-Batterien.
NiCd (Nickel-Cadmium)
NiMH-Zellen wurden erstmals 1899 in Schweden hergestellt und übertrafen den damals einzigen Konkurrenten hinsichtlich Kapazität, Gewicht und Entladungseffizienz von Blei-Säure-Batterien. Diese Batterien sind jedoch teuer in der Herstellung, weisen eine relativ hohe Selbstentladungsrate auf, und die Entsorgung ist auch aufgrund des Gehalts an giftigem Kadmium problematisch . Zum anderen sind sie langlebig und können entladen gelagert werden.
NiMH (Nickel-Metallhydrid)
Die Forschung an NiMH-Zellen begann 1967; Instabilität mit dem Metallhydrid führte jedoch zur Entwicklung von Nickel-Wasserstoff (NiH). Die in den 1980er Jahren entdeckten neuen Hydridlegierungen ermöglichten schließlich die Lösung von Stabilitätsproblemen. Heute liefert NiMH eine um 40 Prozent höhere spezifische Energie als Standard-NiCd. Es leidet nicht zu sehr unter dem Memory-Effekt. Sie können über einen weiten Temperaturbereich arbeiten.
Der Nachteil von NiMH-Akkus ist die relativ schnelle Selbstentladung. Diese Batterietypen verlieren in den ersten 24 Stunden nach dem Aufladen bis zu 20% ihrer Kapazität und dann 10% pro Monat. Neue Arten von Hydridmaterialien reduzieren die Selbstentladung und die Legierungskorrosion, dies reduziert jedoch die spezifische Energie. Elektrische Batterien verwenden diese Modifikation, um die erforderliche Robustheit und lange Lebensdauer zu erreichen. Sie erzeugen bei hoher Belastung und schneller Entladung große Wärmemengen. Sie reagieren sehr empfindlich auf Überladung.
Die Nennspannung der NiMH-Zellen beträgt 1,2 V.
LiPo (Lithium-Ionen-Polymer)
Lithium-Ionen-Polymer-Batterie (kurz LiPo) ist ein auf Lithium-Ionen-Technologie basierender Akku, bei dem anstelle einer Flüssigkeit, die aus einem leitfähigen halbfesten (Gel-) Polymer besteht, ein spezieller Elektrolyt verwendet wird. Diese Batterien liefern eine höhere spezifische Energie als andere Arten von Lithiumbatterien und haben bei gleicher Kapazität ein geringeres Gewicht als LiFePO4.
Die Nennspannung der LiPo-Zellen beträgt 3,7 V. Typischerweise laden sich die LiPo-Zellen auf 4,2 V auf. Durch eine geringfügige Verringerung der Ladespannung ist es möglich, die Anzahl der Zyklen zu erhöhen, die die Batterien bei geringerer Kapazität aushalten.
LiHV (Lithium-Ionen-Polymer-Hochspannung)
Dies ist ein Upgrade von LiPo-Akkus mit der Möglichkeit, auf eine höhere Spannung zu laden. Die Nennspannung dieser Zellen beträgt 3,8 V und die maximale Ladespannung 4,35 V. Zum Laden sind LiHV-unterstützte Ausgleichsladegeräte geeignet. Es ist möglich, nur mit LiPo 4.2 V zu laden und damit die Lebensdauer des Akkus zu verlängern, aber Sie erreichen keine optimale Kapazität.
Lithiumeisenphosphat (LiFePO4)
1996 entdeckten die University of Texas und andere Autoren Phosphat als Kathodenmaterial für wiederaufladbare Lithiumbatterien. Zu den Hauptvorteilen dieser Batterien zählen eine hohe Entladungsrate, eine lange Lebensdauer, eine gute thermische Stabilität und eine erhöhte Sicherheit.
Der Nachteil ist eine niedrigere Nennspannung von 3,2 V / Zelle. Bei den meisten Batterien verringert eine niedrige Temperatur die Leistung und eine erhöhte Lagertemperatur verkürzt die Lebensdauer, und Li-Phosphat ist keine Ausnahme. Li-Phosphat hat eine höhere Selbstentladung als andere Lithium-Ionen-Batterien, was zu Alterung führen kann. Negative Effekte können durch den Kauf von Zellen mit besserer Qualität oder durch den Einsatz einer ausgeklügelten Steuerelektronik oder -kombination gemindert werden. Beide Optionen erhöhen die Verpackungskosten.