Podczas budowy pierwszej konstrukcji wiele osób nie zastanawia się lub nie wie w jaki sposób dobrać akumulator do budowanego przez siebie robota. Kończy się to dobraniem zbyt małego akumulatora „na oko”, lub rzadziej, zbyt dużego co także nie jest optymalne. W tym artykule chciałbym przybliżyć proces doboru akumulatorów dla osób, które jeszcze mają przed sobą ten etap pracy nad robotem mobilnym. Opiszę ogólne czynności pomagające zdefiniować podstawowe parametry akumulatora do naszych aplikacji.

Przegląd baterii stosowanych w robotyce mobilnej

Zanim zacznę rozważania odnośnie doboru akumulatorów do naszego robota mobilnego, zapoznamy się z obecnie stosowanymi akumulatorami w tego typu konstrukcjach, oraz wyjaśnię kilka głównych parametrów typowego akumulatora. Parametry te określają charakterystykę pracy i możliwości danej konstrukcji akumulatora. Objaśnię je na podstawie akumulatorów litowo-polimerowych, gdyż są one najczęściej stosowane.

Akumulatory litowo-polimerowe (li-pol)

Fot. 1. Akumulator Li-Pol 3,7V 680mAh

Akumulatory tego typu, jak nazwa wskazuje, zbudowane są ze stopów litu oraz polimerów przewodzących. Elektrolit zawarty w akumulatorach może być zarówno w postaci stałej jak i żelu. Umożliwia to budowę akumulatorów elastycznych, jednak są one w dalszym ciągu podatne na uszkodzenia.

Akumulatory li-pol składają się z wielu pojedynczych ogniw o napięciu nominalnym 3,7 V. Każde ogniwo może naładować się maksymalnie do 4,2 V. Natomiast minimalna wartość napięcia wynosi 3 V.

Ogniwa w akumulatorach mogą być łączone szeregowo oraz równolegle. Połączenie równoległe zwiększa pojemność wypadkową całego akumulatora do sumy wartości pojemności pojedynczych ogniw, natomiast połączenie szeregowe zwiększa napięcie akumulatora do sumy napięć ogniw składowych. Dla przykładu akumulator składający się z ogniw o napięciu 3,7 V i pojemności 400 mAh o oznaczeniu 2S2P będzie miał następujące parametry: 7,4 V i 800 mAh.

Kolejnym istotnym parametrem pracy akumulatora jest jego wydajność prądowa. Zastosowanie akumulatora ze zbyt dużą wydajnością nie przeszkadza, ale zwiększa jego koszt. Użycie zbyt mało wydajnego akumulatora w danym obwodzie będzie skutkować jego szybkim uszkodzeniem. Wydajność prądowa określana jest na akumulatorze, lub w dokumentacji technicznej, symbolem xC. Parametr „x” jest współczynnikiem potrzebnym do obliczenia rzeczonej wydajności. Wydajność prądową akumulatora obliczamy ze wzoru:

I = pojemność akumulatora * X

Przykładowo jeżeli mamy akumulator o pojemności 1600 mAh (1,6 Ah) i 10C to jego wydajność prądowa będzie wynosić 16000 mA (16 A).

Ostatnim istotnym parametrem z punktu widzenia doboru pakietu do robota jest jego pojemność. Oznaczana jest w mili-ampero-godzinach (mAh) lub ampero-godzinach (Ah). Określa jaki prąd jest w stanie dać akumulator w czasie 1 godzinny. Jest to parametr na ogół liniowy i przeliczenia pojemności do czasu pracy w oparciu o pobór prądu układu można obliczać z proporcji. Przykładowo jeżeli posiadamy akumulator o pojemności 2000 mAh (2 Ah) i chcemy z niego zasilić układ pobierający 500 mA. Czas pracy takiego układu obliczamy dzieląc pojemność akumulatora przez pobierany prąd przez urządzenie.

2000 mAh / 500 mA = 4 h