作者： Don Johanneck

簡介

無線電控制 (RC) 板載電源系統(tǒng)在過去是非常基本的系統(tǒng)，其組件只包括一個(gè)接收器和一些由鎳鎘 (NiCad) 電池供電的伺服機(jī)構(gòu)。然后，隨著電機(jī)的引入和其他電力需求的增加，RC 系統(tǒng)發(fā)生了很大變化。本篇博客將解釋現(xiàn)代 RC 電源系統(tǒng)中使用的術(shù)語和組件及其常見配置方式。

接收器

RC 接收器 (RX) 有兩個(gè)作用。首先，解析來自發(fā)射器的信號(hào)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)向正確的通道。其次是提供電源軌，為各種伺服機(jī)構(gòu)或使用伺服通道的其他外圍設(shè)備提供電流和電壓。RX 需要穩(wěn)定的 4.8 V 至 6 V DC 電源來執(zhí)行控制任務(wù)（圖 1）。如果 RC 型號(hào)由甲烷或氣體發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，只需使用能為接收器提供電壓的 NiCad 或 NiMH 電池即可。某些情況下，采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的 RC 車輛會(huì)為點(diǎn)火系統(tǒng)單獨(dú)配備電池。

圖 1：RC 接收器的布局。（圖片來源：Don Johanneck）

電機(jī)

采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的型號(hào)需要功率更大的電池和獨(dú)立的油門控制系統(tǒng)。電機(jī)控制器接收來自 RX 的油門信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換到電池電壓范圍內(nèi)，以滿足電機(jī)的一切需求。為了滿足 RX 的電源需求，一些電機(jī)控制器為 RX 提供專用 5 V 穩(wěn)壓輸出，稱為去電池電路或 BEC。這樣，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員就無需安裝兩塊電池。一塊電池用于電機(jī)，另一塊用于 RX。如果控制器沒有 BEC 或其 5 V 輸出不能提供足夠的電流，也可以安裝一個(gè)直接與電池連接的獨(dú)立 BEC。

選擇有刷電機(jī)還是無刷電機(jī)？

用于 RC 飛行器推進(jìn)的有刷 DC 電機(jī)使用壽命短，且很快就被無刷 DC 電機(jī) (BLDC) 取代。電機(jī)控制器稱為電子調(diào)速器或 ESC。ESC 按照其額定輸出功率及其處理各種 [LiPo 電池]的能力來分級(jí)，鋰聚合物電池因其大容量占領(lǐng)了 EC 電池市場(chǎng)。大多數(shù) ESC 都具有上文提到的 BEC 電路，但也有一些沒有。BEC 通常指的是線性穩(wěn)壓電路。這種電路效率低，會(huì)發(fā)熱。于是， uBEC 電路應(yīng)運(yùn)而生，這是一種效率更高的開關(guān)穩(wěn)壓器。

圖 2：RC 電源和控制系統(tǒng)。（圖片來源：Don Johanneck）

有刷電機(jī)按照其輸入電壓和電流消耗情況分級(jí)，而更常見的無刷電機(jī)則按照 Kv 分級(jí)，且基本上以 RPM 每伏特的形式表示。如果無刷電機(jī)的等級(jí)為 850 Kv，那么每施加 1 V 的轉(zhuǎn)速就是 850 rpm。4S LiPo 電池的電壓約為 14.8 V，在最大電池電流和電機(jī)輸出軸空載的情況下，850 Kv 時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 12,580 rpm。ESC 調(diào)節(jié)電壓，以提供與發(fā)射器 (TX) 油門控制位置成比例的滿量程轉(zhuǎn)速控制。

要確定無刷電機(jī)的潛在電流消耗，需要采用一些模糊的數(shù)學(xué)計(jì)算。用電機(jī)的重量（克）乘以系數(shù) 3.5，就能得出大致的最大功率。假設(shè) 850 Kv 電機(jī)的重量為 174 克。該電機(jī)的耗電量就約為 600 W。由于瓦特?cái)?shù)是電壓和電流的乘積，因此用瓦特?cái)?shù)除以所施加的電壓，就能得出全 RPM 下的電流消耗約 41 A。

一般來說，RC 操作員不會(huì)在飛行或駕駛過程中一直保持油門全開運(yùn)行，但如果他們這樣做的話，6500 mAh 電池組可以讓 850 Kv 的電機(jī)在滿載狀態(tài)下運(yùn)行約 9.5 分鐘（6500 mAh/41000 mA = 0.1585 小時(shí)）。

LiPo 電池

LiPoly、鋰聚合物或 “LiPo”指的是同一類高輸出電池。這些電池的選擇依據(jù)是 ESC 所能控制的范圍和電機(jī)要求。為方便查閱，大多數(shù) LiPo 電池都會(huì)在電池標(biāo)簽上標(biāo)明相關(guān)信息，包括電芯數(shù)量、額定安培小時(shí)數(shù)和放電速率等。額定電壓與電芯數(shù)量直接相關(guān)。由于每個(gè) LiPo 電芯的標(biāo)稱電壓為 3.7 V，“S”或串聯(lián)值與電池組的串聯(lián)電芯數(shù)量有關(guān)。2S 電池組的電壓為 7.4 V，3S 電池組的電壓為 11.1 V，以此類推。額定安培小時(shí)值用于確定電池組在已知電流消耗的情況下可提供電流的時(shí)長。DigiKey 提供了一個(gè)非常有用的工具，可根據(jù)電流消耗[計(jì)算電池壽命]（圖 3）。

圖 3：估計(jì)飛行時(shí)間 - DigiKey 電池壽命計(jì)算器。（圖片來源：DigiKey）

“C”額定值描述了不會(huì)導(dǎo)致電芯損壞的電池組的最大電流消耗。只需用“C”額定值乘以以安培為單位的容量即可的得到最大電流消耗。15C 3200 mAh 電池組的最大電流消耗為 48 A。在確定充電速率時(shí)，“C”額定值也很有用（圖 4）。為 LiPo 電池組正確充電應(yīng)遵守相應(yīng)的規(guī)定，以防電池?fù)p壞以及因過度充電或電芯物理損壞而造成火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。一定要使用充電速率可調(diào)且采用平衡導(dǎo)線連接器的充電器，如果可行的話，還可使用傳感器來監(jiān)控電池組的溫度。應(yīng)妥善廢棄出現(xiàn)“鼓包”的電池組或電芯明顯損壞的電池組，以防充電過程中發(fā)生燃燒或爆炸。通常的做法是選擇 1C 充電速率，計(jì)算方法是將額定 mAh 轉(zhuǎn)換為安培數(shù)，然后按此速率充電。上文提到的 3200 mAh 電池組的最大充電速率為 3.2 A（1C）。平衡導(dǎo)線可確保電池組充電均勻，并允許用戶使用與平衡導(dǎo)線直接連接的專用儀表來監(jiān)控每個(gè)電芯。

圖 4：估計(jì)充電時(shí)間 - DigiKey 電池壽命計(jì)算器。（圖片來源：DigiKey）

小心，不要讓電池組中的每節(jié)電芯的放電電壓低于 3.7 V。持續(xù)低于此電壓水平放電會(huì)縮短電池壽命并降低容量。

由于過度充電或物理損壞而造成嚴(yán)重?fù)p壞的電池組會(huì)膨脹并突破外包裝，由于看起來像玉米卷的外殼，所以被稱為 “tacoed”。在處理這種電池時(shí)，不要再為其充電。這時(shí)的電池易揮發(fā)且不可預(yù)測(cè)。為了安全起見，LiPo 電池組不能再使用時(shí)必須進(jìn)行中和并回收。

總結(jié)

RC 電源系統(tǒng)可以非常簡單廉價(jià)，也可以價(jià)值數(shù)百美元。無論哪種方式，正確的互連和嚴(yán)格的電池監(jiān)控都將延長電源系統(tǒng)的使用壽命。通常情況下，電源系統(tǒng)的使用壽命為數(shù)年甚至數(shù)十年。保養(yǎng)得當(dāng)?shù)碾姵乜梢允褂脦讉€(gè)季度，但由于 RC 車會(huì)持續(xù)快速放電，因此需要頻繁更換。雖如此，還是想想你正在享受的所有樂趣吧！

審核編輯 黃宇