LiPo baterie a m-BITBEAM

V rámci rozšiřování stavebnice m-BITBEAM jsme před časem publikovali 3D modely a článek věnovaný výrobě malého užitečného modulu napájení. V rámci zmiňovaných příspěvků se objevily fotografie s držákem modelářské baterie typu LiPo (Li-pol, Li-Pol, Lipol – všechny zkratky označují tzv. Lithium-polymerový akumulátor) a přídavným modulem DC-DC napěťového měniče. Někteří uživatelé stavebnice m-BITBEAM si toho všimli a zaslali nám několik dotazů, které se dají shrnout do tří otázek: Proč jste začali používat LiPo baterie namísto klasických pěti AA článků? Z jakého důvodu je napájení realizováno přes DC-DC měnič? Kde je možné stáhnout 3D modely k tisku držáku?

Než si na otázky odpovíme, připomenu, že více se o napájení v rámci m-BITBEAM dozvíte právě v již zmiňovaném článku Stavíme m-BITBEAM modul napájení. Nyní se pojďme věnovat problematice LiPo v rámci m-BITBEAM.

1. Proč jsme začali používat LiPo baterii namísto klasických pěti AA článků?

Předesílám, že běžně stále používáme 5 NiMH AA článků v klasickém držáku (obr. 1). Varianta napájení s LiPo články (obr. 2) vznikla původně pro naše soutěžní sumo roboty. Důvodem bylo, že v robotech používáme kontinuální serva s poměrně velkým špičkovým odběrem proudu a stačí, když jeden z NiMH článků není v úplně „ideální kondici“, a začnou se dít „podivné“ věci. Pravidelně se nám například stávalo, že se jeden z motorů začal pohybovat trhaně, což je samozřejmě v průběhu soutěžního klání docela problém. Hledali jsme tedy nějaký spolehlivější napájecí zdroj, u kterého bychom nebyli odkázáni na systém propojení baterií plíšek–pružinka, jak je tomu v běžném bateriovém pouzdru (výrobce ve specifikaci většinou nedoporučuje odběr více jak 0,5 A), a také abychom eliminovali neustálé testování pěti baterií a hledání těch „dobrých“.

2. Z jakého důvodu je napájení realizováno přes DC-DC měnič?

Jakmile jsme přešli na LiPo články (např. dvoučlánková baterie Power X6 1300 mAh 25C) s nominálním napětím 7,4 V, podařilo se nám několik kontinuálních servomotorů po delší době provozu takzvaně „odpálit“ (nevydržela elektronika, vlastní motor zůstal v pořádku). Po nabití má totiž dvoučlánková (2S) baterie napětí 8,4 V (nabíjí se typicky na napětí 4,2 V na článek) a v kombinaci s velkým proudem, který je baterie schopná dodávat, je to na elektroniku levných servomotorů očividně příliš. Proto jsme použili DC-DC step-down napájecí modul (v našem případě s XL4005). Baterie je připojená na modul a teprve z něj jsou napájeny servomotory a Arduino (obr. 3, obr. 4). Jako optimální výstupní napětí se nám osvědčilo 6 V. Napětí se nastavuje pomocí malého potenciometru na modulu (obr. 5). K nastavení je potřeba připojit na výstup voltmetr. Existují ale i moduly, které mají malý segmentový displej a umí zobrazit hodnotu vstupního i výstupního napětí, ukázka např. zde – pozor, tento modul má „oficiálně“ výstupní proud bez chladiče jen 2 A).

3. Kde je možné stáhnout 3D modely k tisku držáku?

Přímo zde na našem webu v sekci 3D modely. Jde o držák rozměrově kompatibilní s naším klasickým m-BITBEAM držákem AA článků, takže se dá v konstrukci robota snadno zaměnit (obr. 6, obr. 7).

Na fotografiích je vidět použitá kombinace modelů, souborů bb-bbox-dc-dc.stl a bb-boxt-dc-dc.stl (obr. 8, obr. 9). Mezi modely najdete i samostatné držáky námi použitého napájecího step-down modulu (XL4005). Upozorňujeme, že velikost modulů může být různá a ne každý modul se musí do krabiček vejít.

4. Co potřebujeme ke stavbě?

Mimo již zmiňované komponenty, jako vlastní LiPo baterie a napájecí step-down DC-DC modul, jsou třeba ještě: vodiče, konektory, tavná pistole, smršťovací bužírky a samozřejmě páječka. Pro nastavení pak bude ještě třeba voltmetr (nějaký multimetr s možností měřit napětí doma nebo ve škole jistě najdete). Seznam komponent pro stavbu LiPo držáku:

• 1 ks – baterie LiPo 2S (7,4 V), která se vejde do držáku (1300 mAh - link 1, 860 mAh - link 2)
• 1 ks – napájecí step-down modul XL4005 (link)
• 10 cm – dvojlinka s průřezem 2 × 1 mm²  (link 1, link 2)
• 1 ks – bateriový T konektor (T-plug), nebo jiný odpovídající vaší LiPo baterii (link)
• 10 cm – dvojlinka + JST konektor (samice), ve specifikaci do 3 A (link 1, link 2), nebo samostatný konektor a ten nakrimpovat na dvojlinku stejnou jako u T konektoru
• teplem smršťovací bužírky (link, sada různých průměrů)
• [páječka (link, sada), multimetr (link), tavná pistole, oboustranná lepicí páska, …]

Vzhledem k tomu, že umístění komponent i jejich zapojení je patrné z fotografií, nebudeme se zde věnovat postupu sestavení ve stylu „krok za krokem“. Snad jen dvě upřesnění: destička DC-DC modulu je k větší základně přichycena pouze tavným lepidlem. Vlastní baterii je možné uchytit ke krabičce např. oboustrannou lepicí páskou.

5. Slovo závěrem a malé upozornění

Počítejte s tím, že k modelářským LiPo bateriím budete potřebovat také nabíječku (např. populární IMAX B6). Přechod k tomuto typu napájení tedy vyžaduje poněkud vyšší investice, než by se na první pohled mohlo zdát. Pokud jste si až dosud s 5× AA NiMH bateriemi bez problémů vystačili, patrně při hrátkách se stavebnicí m-BITBEAM nebudete potřebovat jiný systém napájení. Jakmile ovšem zjistíte, že je pro vás napájení několika AA články problematické, ať už z pohledu spolehlivosti nebo z pohledu požadavků na vyšší odběr proudu, jsou modelářské LiPo baterie jednou z možných cest, jak problémy vyřešit. Mějte na paměti, že LiPo baterie jsou schopny dodat v krátkém okamžiku obrovské množství proudu (se 3S baterií nastartujete i automobil), a tím pádem může být velmi nebezpečný jejich zkrat nebo proražení obalu, kdy může dojít nejen k popálení, ale dokonce až ke vzniku požáru. Zajímá vás, jak to vypadá? Podívejte se na hezká videa: bez požáru a s požárem. Na druhou stranu, při správném používání se není třeba LiPo baterií bát. Nakonec, téměř každý z nás má dnes nějakou takovou baterii u sebe, ať už v „chytrém telefonu“, dětské hračce, profi dronu nebo třeba v tenkém notebooku či tabletu.

Autor: Tomáš Feltl, Gymnázium Polička & Časopis e-Mole.cz