Налаштування оцінки батареї (Налаштування енергії)
Ця тема пояснює, як налаштувати параметри живлення так, щоб PX4 міг оцінити наявну ємність акумулятора.
INFO
These instructions require that the vehicle has a Power Module (PM), or other hardware that can measure the battery voltage and (optionally) the current.
This tuning is not needed for Smart/MAVLink Batteries.
Загальний огляд
Налаштування оцінки батареї використовує виміряну напругу та силу струму (якщо доступно) для оцінки залишкової ємності батареї. Це важливо, оскільки це дозволяє PX4 діяти, коли транспортний засіб майже розряджений і збирається врізатися (а також запобігає пошкодженню акумулятора внаслідок глибокого розряду).
PX4 надає ряд (поступово більш ефективних) методів, які можна використовувати для оцінки місткості:
- Basic Battery Settings (default): raw measured voltage is compared to the range between "empty" and "full" voltages. Це призводить до грубих оцінок, оскільки виміряна напруга (і відповідна ємність) буде коливатися під навантаженням.
- Voltage-based Estimation with Load Compensation: Counteracts the effects of loading on the capacity calculation.
- Voltage-based Estimation with Current Integration: Fuses the load-compensated voltage-based estimate for the available capacity with a current-based estimate of the charge that has been consumed. Це призводить до оцінки потужності, яка є порівнянною з потужністю розумної батареї.
Пізніші методи ґрунтуються на попередніх методах. Підхід, який ви використовуєте, буде залежати від того, чи може блок живлення автомобіля вимірювати струм.
INFO
The instructions below refer to battery 1 calibration parameters: BAT1_*. Other batteries use the BATx_* parameters, where x is the battery number. All battery calibration parameters are listed here.
TIP
In addition to PX4 configuration discussed here, you should ensure that the ESC's low voltage cutoff is either disabled or set below the expected minimum voltage. Це забезпечує, що поведінка аварійного відключення батареї керується PX4, і регулятори швидкості не відключатимуться, поки батарея все ще має заряд (згідно з налаштуванням "порожньої батареї", яке ви обрали).
TIP
Battery-Type Comparison below explains the difference between the main battery types, and how that impacts the battery settings.
Основні налаштування батареї (за замовчуванням)
Основні налаштування батареї налаштовують PX4 на використання типового методу для оцінки ємності. Цей метод порівнює виміряну сирову напругу акумулятора з діапазоном між напругами акумуляторів для "порожніх" та "повних" акумуляторів (масштабований за кількістю акумуляторів).
INFO
This approach results in relatively coarse estimations due to fluctuations in the estimated charge as the measured voltage changes under load.
Для налаштування основних параметрів для акумулятора 1:
- Start QGroundControl and connect the vehicle.
- Select "Q" icon > Vehicle Setup > Power (sidebar) to open Power Setup.
Вам пропонується базові налаштування, які характеризують акумулятор. Розділи нижче пояснюють, які значення встановити для кожного поля.
INFO
At time of writing QGroundControl only allows you to set values for battery 1 in this view. For vehicles with multiple batteries you'll need to directly set the parameters for battery 2 (BAT2_*), as described in the following sections.
Кількість елементів (в серії)
Це встановлює кількість акумуляторів, які з'єднані послідовно в батареї. Зазвичай це буде записано на батареї у вигляді числа, за яким слідує "S" (наприклад, "3S", "5S").
INFO
The voltage across a single galvanic battery cell is dependent on the chemical properties of the battery type. Lithium-Polymer (LiPo) batteries and Lithium-Ion batteries both have the same nominal cell voltage of 3.7V. In order to achieve higher voltages (which will more efficiently power a vehicle), multiple cells are connected in series. Напруга батареї на зажимах потім є кратною напрузі акумуляторної клітини.
Якщо кількість акумуляторних елементів не вказана, ви можете розрахувати її, поділивши напругу батареї на номінальну напругу для одного елемента. Таблиця нижче показує відношення напруги до акумуляторів:
| Cells | LiPo (V) | LiIon (V) |
|---|---|---|
| 1S | 3.7 | 3.7 |
| 2S | 7.4 | 7.4 |
| 3S | 11.1 | 11.1 |
| 4S | 14.8 | 14.8 |
| 5S | 18.5 | 18.5 |
| 6S | 22.2 | 22.2 |
INFO
This setting corresponds to parameters: BAT1_N_CELLS and BAT2_N_CELLS.
Повний напруга (на одну клітину)
This sets the nominal maximum voltage of each cell (the lowest voltage at which the cell will be considered "full").
Значення повинно бути трохи нижче номінальної максимальної напруги акумулятора, але не так низько, щоб оцінювана ємність все ще була 100% після кількох хвилин польоту.
Відповідні значення для використання:
- LiPo: 4.05V (default in QGroundControl)
- LiIon: 4.05V
INFO
The voltage of a full battery may drop a small amount over time after charging. Встановлення значення трохи нижче максимального компенсує це зниження.
INFO
This setting corresponds to parameters: BAT1_V_CHARGED and BAT2_V_CHARGED.
Порожній напруга (на одну клітину)
Це встановлює номінальну мінімально безпечну напругу кожної клітини (використання напруги нижче цієї може пошкодити батарею).
INFO
There is no single value at which a battery is said to be empty. Якщо ви виберете занадто низьке значення, акумулятор може бути пошкоджений через глибоке розряджання (і/або транспортний засіб може зазнати аварії). Якщо ви виберете значення, яке є занадто високим, ви можете непотрібно обмежити свій політ.
Правило великого пальця для мінімальних напруг на одну клітину:
| Рівень | LiPo (V) | LiIon (V) |
|---|---|---|
| Консервативний (напруга без навантаження) | 3.7 | 3 |
| "Реальний" мінімум (напруга під навантаженням/під час польоту) | 3.5 | 2.7 |
| Пошкодження акумулятора (напруга під навантаженням) | 3.0 | 2.5 |
TIP
Below the conservative range, the sooner you recharge the battery the better - it will last longer and lose capacity slower.
INFO
This setting corresponds to parameter: BAT1_V_EMPTY and BAT2_V_EMPTY.
Роздільник напруги
Якщо у вас є транспортний засіб, який вимірює напругу через модуль живлення та ADC плати керування польотом, то ви повинні перевірити та калібрувати вимірювання один раз на дошці. Для калібрування вам знадобиться мультиметр.
The easiest way to calibrate the divider is by using QGroundControl and following the step-by-step guide on Setup > Power Setup (QGroundControl User Guide).
INFO
This setting corresponds to parameters: BAT1_V_DIV and BAT2_V_DIV.
Ампери на вольт
TIP
This setting is not needed if you are using the basic configuration (without load compensation etc.)
If you are using Load Compensation or Current Integration the amps per volt divider must be calibrated.
The easiest way to calibrate the dividers is by using QGroundControl and following the step-by-step guide on Setup > Power Setup (QGroundControl User Guide).
INFO
This setting corresponds to parameter(s): BAT1_A_PER_V and BAT2_A_PER_V.
Оцінка на основі напруги з компенсацією навантаження
With well configured load compensation, the voltage used for battery capacity estimation is much more stable, varying far less when flying up and down.
PX4 implements a current-based load compensation that uses a real-time estimate of the internal resistance of the battery. When a current flows through a battery, the internal resistance causes a voltage drop, reducing the output voltage (measured voltage) of the battery compared to its open-circuit voltage (no-load voltage). By estimating the internal resistance, the fluctuation in measured voltage under load that occurs when using the basic configuration can be compensated. This leads to a much more accurate estimation of the remaining capacity.
To use the load compensation you will still need to set the basic configuration. The Empty Voltage (BATn_V_EMPTY, where n is the battery number) should be set higher (than without compensation) because the compensated voltage gets used for the estimation (typically set a bit below the expected rest cell voltage when empty after use). You should also calibrate the Amps per volt divider in the basic settings screen.
INFO
Alternatively, the value for the internal resistance can be set manually using BAT1_R_INTERNAL (advanced). A positive value in this parameter will be used for the internal resistance instead of the estimated value. There are LiPo chargers that can measure the internal resistance of your battery. A typical value for LiPo batteries is 5mΩ per cell but this can vary with discharge current rating, age and health of the cells.
By default BAT1_R_INTERNAL is set to -1 which enables the estimation algorithm. Setting it to 0 disables load compensation.
Оцінка на основі напруги, поєднана з інтегруванням струму
This method is the most accurate way to measure relative battery consumption. Якщо все налаштовано правильно з здоровою та свіжою зарядженою батареєю при кожному запуску, тоді якість оцінки буде порівнянною з тим, що від розумної батареї (і теоретично дозволить точну оцінку залишкового часу польоту).
The method evaluates the remaining battery capacity by fusing the voltage-based estimate for the available capacity with a current-based estimate of the charge that has been consumed. Для цього потрібне обладнання, яке може точно вимірювати поточний стан.
Щоб увімкнути цю функцію:
First set up accurate voltage estimation using load compensation.
TIP
Including calibrating the Amps per volt divider setting.
:::
Set the parameter BAT1_CAPACITY to around 90% of the advertised battery capacity (usually printed on the battery label).
INFO
Do not set this value too high as this may result in a poor estimation or sudden drops in estimated capacity.
:::
Additional information
Оцінка заряду, який був використаний протягом часу, формується математичним інтегруванням виміряного струму (цей підхід забезпечує дуже точні оцінки споживання енергії).
При запуску системи PX4 спочатку використовує оцінку на основі напруги для визначення початкового заряду батареї. Далі цю оцінку поєднується зі значенням з поточної інтеграції, щоб надати поєднану кращу оцінку. Відносна вартість, яку відводиться кожній оцінці в отриманому об'єднаному результаті, залежить від стану акумулятора. Чим порожніша батарея, тим більше напругової оцінки зливається. Це запобігає глибокому розряду (наприклад, через те, що воно було налаштовано з неправильною ємністю або початкове значення було неправильним).
Якщо ви завжди починаєте з здоровою повною батареєю, цей підхід схожий на той, який використовується смарт-батареєю.
INFO
Current integration cannot be used on its own (without voltage-based estimation) because it has no way to determine the initial capacity. Оцінка напруги дозволяє оцінити початкову ємність і надає постійний зворотний зв'язок щодо можливих помилок (наприклад, якщо акумулятор несправний або якщо є неспівпадіння між ємністю, розрахованою за допомогою різних методів).
Порівняння хімії батареї
Цей розділ надає порівняльний огляд кількох різних типів акумуляторів (зокрема LiPo та Li-Ion).
Загальний огляд
- Акумулятори Li-Ion мають вищу щільність енергії, ніж пакети акумуляторів Lipo, але це відбувається за рахунок нижчих швидкостей розряду та збільшення вартості акумулятора.
- Акумулятори LiPo легко доступні і можуть витримати вищі розрядні струми, які є типовими для мультироторних літальних апаратів.
- Вибір потрібно здійснювати на основі транспортного засобу та місії, яку виконують. Якщо абсолютна витривалість є метою, то є більше користі від переходу на літій-іонний акумулятор, але, так само, потрібно бути обережним. Отже, рішення повинно бути прийняте на підставі факторів, що оточують польот.
Переваги
LiPo
- Дуже поширене
- Широкий асортимент розмірів, ємностей та напруг
- Недорогий
- Високі розрядні ставки відносно ємності (високі рейтинги C)
- Вищі показники заряду
Li-Ion
- Набагато вища енергетична щільність (до 60% вище)
Недоліки:
LiPo
- Низька (відносна) щільність енергії
- Якість може відрізнятися від великої кількості постачальників
Li-Ion
- Не так часто
- Набагато дорожче
- Не доступно для великих розмірів та конфігурацій
- Усі клітини відносно малі, тому більші пакети складаються з багатьох клітин, зв'язаних послідовно і паралельно, щоб створити необхідне напругу та ємність
- Нижчі рівні розряду відносно розміру батареї (рейтинг C)
- Складніше адаптуватися до транспортних засобів, які потребують великих струмів
- Нижчі тарифи зарядки (відносно потужності)
- Вимагає більш суворого моніторингу температури під час заряджання та розряджання
- Вимагає змін налаштувань на ESC для використання максимальної ємності ("стандартні" налаштування низької напруги ESC занадто високі).
- При майже порожньому акумуляторі напруга така, що можлива різниця близько 3 В між Lipo та Li-ion (при використанні акумулятора 6S). Це може мати наслідки для очікувань з тяги.
C Рейтинги
- Рейтинг C - це просто кратне заявленої ємності будь-якого типу батареї.
- Оцінка C є важливою (і відрізняється) як для швидкості заряду, так і для швидкості розряду.
- Наприклад, батарея на 2000 мАг (незалежно від напруги) з розрядом 10C може безпечно і безперервно витікати 20 амперів струму (2000/1000=2Аг x 10C = 20 амперів).
- C рейтинги завжди надаються виробником (часто на зовнішній частині батарейного блоку). Хоча їх можна фактично обчислити, вам потрібно кілька частин інформації, і виміряти внутрішній опір клітинок.
- Акумулятори LiPo завжди матимуть вищий рейтинг C, ніж акумулятор Li-Ion. Це пов'язано з типом хімії, а також з внутрішнім опором на кожну клітину (що пов'язано з типом хімії), що призводить до вищих рівнів розряду для акумуляторів LiPo.
- Дотримання виробників рекомендацій щодо обох рейтингів C для заряду та розряду є дуже важливим для здоров'я вашого акумулятора та безпечної експлуатації вашого транспортного засобу (тобто запобігання пожеж, "надування" пакетів та інших неоптимальних станів під час зарядки та розрядки).
Енергетична щільність
- Енергетична щільність - це скільки енергії може бути збережено відносно ваги батареї. Зазвичай вимірюється і порівнюється у ват-годинах на кілограм (Вт•год/кг).
- Ват-години просто розраховуються шляхом множення номінальної (тобто не повністю зарядної напруги) на ємність, наприклад, 3,7 В х 5 Аг = 18,5 Вт-г. Якби у вас був акумулятор на 3 клітки, ваш пакет був би 18,5 Вт·год X 3 = 55 Вт збереженої енергії.
- Коли ви враховуєте вагу батареї, ви розраховуєте енергетичну щільність, взявши ват-години і поділивши їх на вагу.
- Наприклад, 55 Вт годин поділено на (вага батареї в грамах поділена на 1000). Припускаючи, що ця батарея важить 300 грам, тоді 55/(300/1000)=185 Вт·г/кг.
- Це число 185 Вт/кг було б на дуже високому рівні для акумулятора LiPo. Літій-іонна батарея, з іншого боку, може досягти 260 Вт·год/кг, що означає, що на кожний кілограм батареї на борту ви можете переносити на 75 Вт·год більше.
- Якщо ви знаєте, скільки ватт потрібно вашому транспортному засобу для польоту (що може показати модуль поточного батареї), ви можете віднести це збільшене зберігання без додаткової ваги до збільшеного часу польоту.