Jakieś pół roku temu napisałem artykuł „o pakietach Li-Pol słów kilka”, który stanowił podsumowanie mojej wiedzy oraz ok. 5-6 letnich doświadczeń z lotów modelami RC zasilanymi bateriami litowo-polimerowymi. Ponieważ jednak artykuł był pisany w środku lata (w czerwcu) pominąłem w nim nieświadomie bardzo ważną kwestię – zachowania akumulatorów li-po w niskich temperaturach. Ponieważ obecnie temperatura na zewnątrz spadła (w końcu!) poniżej zera jak na zimę przystało postanowiłem wrócić do tematu.

Zimny li-pol to mało wydajny li-pol

Kierowcy dobrze wiedzą, że pozostawienie auta „pod chmurką” zimą, gdy cały czas panują temperatury poniżej zera w praktyce skutkuje tym, że auto „nie odpali”. Czemu? Bo przy niskich temperaturach systematycznie spada jego napięcie i jeśli nie doładujemy akumulatora np. poprzez przejechanie się co jakiś czas autem (akumulator samochodowy jest wtedy ładowany przez alternator pracujący podczas jazdy) to problem z zapłonem będzie nas nawiedział przez całą zimę. Wynika to z następującego faktu:

„Spadek temperatury akumulatora np. z +25^oC do -20^oC obniża o połowę ilość dostępnej energii. Dla akumulatora częściowo rozładowanego ta wartość będzie proporcjonalnie mniejsza. Przyczyną jest to, że w niższych temperaturach wewnętrzny opór rośnie, a reakcja chemiczna przebiega wolniej. Jednocześnie taka sama zmiana temperatury silnika powoduje dwukrotny wzrost natężenia prądu, pobieranego przez rozrusznik w chwili rozruchu silnika. Inaczej mówiąc: ilość energii dostępna w akumulatorze jest mniejsza, a energia wymagana przez rozrusznik – większa.” Źródło: http://www.akumulator.pl/ekspert-radzi/zima-ladujemy

Praktycznie we wszystkich modelach dronów używanych zimą można zaobserwować krótsze czasy ich lotów. I powyżej mamy uniwersalną odpowiedź na pytanie – czemu tak się dzieje? Zimny li-pol ma mniejsze napięcie, reakcje chemiczne w elektrolitach zachodzą znacznie wolniej, a jednocześnie rośnie zapotrzebowanie silników na energię co w konsekwencji skraca czasy lotów dronów.

Co więcej ogniwa li-po nie rozładowują się liniowo, co raczej nie jest dla nikogo zaskoczeniem.

„(…) W okolicach napięcia znamionowego ogniwo “pracuje” najdłużej – po osiągnięciu 3,4V rozładowanie trwa bardzo szybko. Szybkość rozładowania jest zależna od pobieranego prądu – im jest większy, tym szybciej rozładowujemy akumulator.” Źródło: http://forbot.pl/blog/artykuly/podstawy/akumulatory-litowo-polimerowe-li-po-kompendium-cz-2-id417 

Wniosek jest zatem prosty – latanie zimą jest bezpieczne do momentu osiągnięcia stanu napięcia znamionowego cel/ogniw czyli 3,7V na celę lub nieco mniejszego np. 3,6V. Poniżej tego stanu akumulator będzie tracił napięcie zdecydowanie szybciej niż ma to miejsce przy rozładowywaniu celi z 4,2V do 3,7V. Jeśli zaczniemy panikować i dodawać jeszcze więcej gazu podczas gdy nasz dron już będzie opadał z braku energii doprowadzimy do sytuacji, gdy napięcie zostanie całkiem odcięte. Konsekwencja? Dron spada jak kamień a li-pole mogą ulec uszkodzeniu z racji znacznego rozładowania poniżej 3V na celę.

Jak przygotować baterie li-pol do niskich temperatur?

Przede wszystkim przed każdym lotem ładować je na 100% swojej pojemności i kontrolować ich stan jeśli leżą nieużywane dłużej niż kilka dni. Jeśli mamy baterię 3S upewnijmy się, że jej napięcie sięga tych 12,6V (3*4,2V), dla pakietów 4S będzie to odpowiednio 16,8V itd.

Przed lotem li-pole należy trzymać w cieple by nie utraciły swojej pojemności i napięcia. Jeśli jeździcie autem na miejsce, w którym zamierzacie latać, to wystarczy je trzymać we wnętrzu ogrzewanego auta – wtedy zachowany normalne warunki. Inny sposób to trzymanie baterii w kieszeniach spodni lub kurtki blisko ciała – sam stosowałem i sprawdza się dość dobrze ;). Można również zaopatrzyć się w jakieś otulacze/ogrzewacze do baterii, ale w praktyce nie sprawdzają się one tak dobrze jak powyższe dwa sposoby.

Czy jest sens otulać baterie również podczas lotu?

Owszem, jeśli temperatury są naprawdę niskie np. -15 stopniu Celsjusza i mniej, to wychładzanie li-pola nawet dopiero co wyciągniętego z ciepła będzie następować bardzo szybko. Trzeba pamiętać, że temperatura powietrza spada wraz z wysokością, spada również ciśnienie powietrza, a rzadsze powietrze wymaga od silników i śmigieł bardziej wydajnej pracy, by utrzymać drona więc zapotrzebowanie na energię rośnie, a wydajność baterii spada. Osobiście stosowałem kiedyś własnoręcznie zrobione otulacze z filcu (filc jest zrobiony z wełny i sierści zwierząt), który moim zdaniem dobrze nadaje się do tego typu operacji. Li-pole owijałem filcem 2-3 razy i szczelnie zaklejałem taśmą klejącą – tak przygotowaną „paczkę” montowałem do drona. Niestety problem będą mieli użytkownicy RTF’ów czyli np. Phantomów lub innych wielowirnikowców, w których slot na baterie jest idealnie wymierzony pod określony kształt i nie ma możliwości dodatkowego owinięcia pakietu li-pol.

W praktyce przy temperaturach bliskich 0 stopni Celsjusza otulacze mogą okazać się zbędne, bo akumulatory li-pol podczas pracy i zachodzących w nich procesów chemicznych samoczynnie się nagrzewają co równoważy się z ich chłodzeniem przez mroźne powietrze. Dlatego przed dalszym lotem doświadczeni modelarze zalecają zawis dronem na niewielkiej wysokości i odczekanie około minuty w celu sprawdzenia czy wszystko jest OK i po to, by li-pole trochę się rozgrzały. Wtedy będziemy mieć większą pewność, że dalszy lot nie skończy się zbyt szybko.

Mimo wszystkich powyższych porad zdecydowanie najlepszym sposobem na loty dronami zimą jest po pierwsze stały pomiar napięcia głównego zasilania wyświetlany np. na aparaturze lub aplikacji, która obsługuje drona oraz przeprowadzenie lotów próbnych we własnych zakresie na zasadzie lotów „przy nodze” bez oddalania się drona. „Przy nodze” nie oznacza, że mamy zrobić zawis i tyle – taki lot nie oddaje realnych warunków eksploatacji, gdy zmienia się pobór prądu podczas wznoszenia, opadania, skrętów itd. Tylko wtedy będziemy w stanie ocenić jak długo przy danej temperaturze powietrza możemy bezpiecznie latać, aż akumulator osiągnie napięcie alarmowe, przy którym należy bezzwłocznie lądować.

Dobrze przeczytać również:

• http://mdiy.pl/quadcopter-eksploatacja-baterii-lipo/
• http://zrobsobiedrona.blogspot.com/2015/06/informacje-o-pakietach-li-pol.html
• http://forbot.pl/blog/artykuly/podstawy/akumulatory-litowo-polimerowe-li-po-kompendium-id291