3.1.1

電動機電源動力裝置由電機、電調(diào)、電池和螺旋槳四部分組成。1.電機無人機使用電動機作為動力具有其他動力裝置無法比擬的特點，如結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便，可使無人機的噪聲和紅外特性很小，同時又能提供與內(nèi)燃機不相上下的比功率。它尤其適合作為低空、低速、微型無人機的動力。電機可以分為2類：有刷電動機和無刷電動機。其中有刷電動機在無人機領(lǐng)域已經(jīng)不再使用。1.電機1.電機常用參數(shù)電機常用的參數(shù)：T數(shù)，kV值，尺寸。電機T數(shù)：線圈繞了多少圈的意思，例如線圈繞了21圈，則稱為21T。無刷電機因為結(jié)構(gòu)限制，常見都是從輸人端開始，結(jié)束于另外一側(cè)，因此常見都是多半圈，于是大多數(shù)都是4.5T，8.5T，21.5T這樣的。常用參數(shù)kV值：kV值是指轉(zhuǎn)速/V，意思為輸入電壓增加1V，無刷電機空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。例如：1000kV電機，外加1V電壓，電機空轉(zhuǎn)時每分鐘轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，外加2V電壓，電機空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了。常用參數(shù)單從kV值，不可以評價電機的好壞，因為不同kV值有不同的適用不同尺寸的漿，繞線匝數(shù)多的，kV值低，最高輸出電流小，但扭力大，上大尺寸的漿；繞線匝數(shù)少的，kV值高，最高輸出電流大，但扭力小，上小尺寸的漿。常用參數(shù)尺寸：電機四個數(shù)字的含義：2212電機、2018電機等等,這表示電機的尺寸。不管什么牌子的電機，具體都要對應(yīng)4位這類數(shù)字，其中前面2位是電機轉(zhuǎn)子的直徑，后面2位是電機轉(zhuǎn)子的高度。注意，不是外殼。簡單來說，前面2位越大，電機越肥，后面2位越大，電機越高。又高又大的電機，功率就更大，適合做大四軸。通常2212電機是最常見的配置了。2.電調(diào)動力電機的調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)稱為電調(diào)，全稱為電子調(diào)速器，針對動力電機不同，可分為有刷電調(diào)和無刷電調(diào)。電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機的轉(zhuǎn)速。2.電調(diào)對于它們的連接，一般情況下：電調(diào)的輸入線與電池連接；電調(diào)的輸出線（有刷兩根，無刷三根）與電機連接；電調(diào)的信號線與接收機連接。另外，電調(diào)一般有電源輸出功能，即在信號線的正負(fù)極之間有5V左右的電壓輸出，通過信號線為接收機及舵機供電。2.電調(diào)電調(diào)都會標(biāo)上多少安，如20A，40A。這個數(shù)字就是電調(diào)能夠提供的電流。大電流的電調(diào)可以兼容用在小電流的地方。小電流電調(diào)不能超標(biāo)使用。常見新西達(dá)2212加1045槳最大電機電流有可能達(dá)到了5A，為了保險起見，建議這樣配置用80A或40A電調(diào)（用20A電調(diào)的也多），買大一點，以后還可以用到其他地方去。2.電調(diào)安裝在電機上，多旋翼無人機安裝的都是不可變總距的螺旋槳，主要指標(biāo)有螺距和尺寸。漿的指標(biāo)是4位數(shù)字，前面2位代表槳的直徑（單位：in，1in=25.4mm）后面2位是漿的螺距。3.螺旋槳正反槳：四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相鄰的槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，所以需要正反槳。正反槳的風(fēng)都向下吹。適合順時針旋轉(zhuǎn)的叫正槳、適合逆時針旋轉(zhuǎn)的是反槳。安裝的時候，一定記得無論正反槳，有字的一面是向上的（槳葉圓潤的一面要和電機旋轉(zhuǎn)方向一致）。3.螺旋槳電機與螺旋槳的搭配：螺旋槳越大，升力就越大，但對應(yīng)需要更大的力量來驅(qū)動；螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，升力越大；電機的kV越小，轉(zhuǎn)動力量就越大;3.螺旋槳綜上所述，大螺旋槳就需要用低kV電機，小螺旋槳就需要高kV電機（因為需要用轉(zhuǎn)速來彌補升力不足）。如果高kV帶大槳，力量不夠，那么就很困難，實際還是低速運轉(zhuǎn)，電機和電調(diào)很容易燒掉。如果低kV帶小槳，完全沒有問題，但升力不夠，可能造成無法起飛。對于電機需要使用對應(yīng)的螺旋槳，表3-1中列出了幾種電機與漿的選擇。3.螺旋槳飛機蓄電池蓄電池（StorageBattery）是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置。按照電解質(zhì)的性質(zhì)不同，航空蓄電池可以分為酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類。（1）鉛酸蓄電池充放電時的化學(xué)方程式如下：→放電PbO22+2H2SO4+Pb==2PbSO4+2H2O+電能←充電二氧化鉛飛機蓄電池（2）鎳鎘蓄電池鎳鎘電池的充放電化學(xué)方程式如下：→放電2NiO(OH)+2H2O+Cd===2Ni(OH)2+Cd(OH)2+電能←充電氫氧化鎳水

鎘氫氧化壓鎳氫氧化鎘

電能4.電池電池的性能參數(shù)(1)額定電壓。額定電壓(或公稱電壓)，是指該電化學(xué)體系的電池工作時公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓。例如，鋅錳干電池為1.5V，鎳鎘電池為1.2V，鉛酸蓄電池為2V，鋰聚合物電池為3.7V。電池的性能參數(shù)(2)開路電壓。電池的開路電壓是無負(fù)荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動勢。必須指出，電池的電動勢是從熱力學(xué)函數(shù)計算而得到的，而電池的開路電壓則是實際測量出來的。4.電池電池的性能參數(shù)(3)工作電壓。它是指電池在某負(fù)載下實際的放電電壓，通常是指一個電壓范圍。例如，鉛酸蓄電池的工作電壓在2~1.8V；鎳氫電池的工作電壓在1.5~1.1V；鋰離子電池的工作電壓在3.6~2.75V；鋰聚合物電池的工作電壓為3.7~4.2V。4.電池電池的性能參數(shù)(4)充電電壓。是指外電路直流電壓對電池充電的電壓。一般的充電電壓要大于電池的開路電壓，通常在一定的范圍內(nèi)。例如，鎳鎘電池的充電壓在.45~1.5V;鋰離子電池的充電壓在4.1~4.2V;鉛酸蓄電池的充電壓在2.25~2.5V。4.電池電池的性能參數(shù)(5)阻抗。電池內(nèi)具有很大的電極一電解質(zhì)界面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯(lián)回路。但實際情況復(fù)雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態(tài)有效。4.電池電池的性能參數(shù)(6)容量。電池的容量單位為庫侖(C)或安時(A?h)。表征電池容量特性的專用術(shù)語有三個：4.電池1)理論容量。是指根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化學(xué)當(dāng)量數(shù)計算得到的電量。通常，理論上1電化當(dāng)量物質(zhì)將放出1法拉第電量，即96500C或26.8A?h(1電化當(dāng)量物質(zhì)的量，等于活性物質(zhì)的原子量或分子量除以反應(yīng)的電子數(shù))。4.電池2)額定容量。是指在設(shè)計和生產(chǎn)電池時，規(guī)定或保證在指定放電條件下電池應(yīng)該放出的最低限度的電量。4.電池3)實際容量。是指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。4.電池電池的實際容量通常比額定容量大10%~20%。電池容量的大小，與正、負(fù)極上活性物質(zhì)的數(shù)量和活性有關(guān)，也與電池的結(jié)構(gòu)和制造工藝與電池的放電條件(電流、溫度)有關(guān)。影響電池容量因素的綜合指標(biāo)是活性物質(zhì)的利用率。換言之，活性物質(zhì)利用得越充分，電池給出的容量也就越高。4.電池(7)比能量和比功率。電池的輸出能量是指在一定的放電條件下，電池所能做的電功，它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積，其單位常用瓦時(W?h)表示。4.電池(7)比能量和比功率。電池的比能量有兩種。一種叫重量比能量，用瓦時/千克(W?h/kg)表示；另一種叫體積比能量，用瓦時/升(W?h/L)表示。比能量的物理意義是電池為單位重量或單位體積時所具有的有效電能量。它是比較電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)需要說明的是，單體電池和電池組的比能量是不一樣的。由于電池組合時總要有連接條外部容器和內(nèi)包裝層等，故電池組的比能量總是小于單體電池的比能量。4.電池(7)比能量和比功率。電池的功率是指在一定的放電條件下，電池在單位時間內(nèi)所能輸出的能量。單位是瓦(W)，或千瓦(kW)。電池的單位重量或單位體積的功率稱為電池的比功率，它的單位是瓦/千克(W/kg)或瓦/升(W/L)。如果一個電池的比功率較大，則表明在單位時間內(nèi)，單位重量或單位體積中給出的能量較多，即表示此電池能用較大的電流放電。因此，電池的比功率也是評價電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。4.電池(8)貯存性能和自放電。電池經(jīng)過于貯存（不帶電解液）或濕財存（帶電解液）一定時間后，其容量會自行降低，這個現(xiàn)象稱自放電。所謂“貯存性能”是指電池開路時，在一定的條件下(如溫度、濕度)貯存一定時間后自放電的大小。4.電池(8)貯存性能和自放電。電池在貯存期間，雖然沒有放出電能量，但是在電池內(nèi)部總是存在著自放電現(xiàn)象。即使是于貯存，也會由于密封不嚴(yán)，進入水分、空氣及二氧化碳等物質(zhì)，使處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)的部分正極和負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)成微電池腐蝕機理，自行發(fā)生氧化還原反應(yīng)而白白消耗掉。如果是濕貯存，更是如此。長期處在電解液中的活性物質(zhì)也是不穩(wěn)定的。負(fù)極活性物質(zhì)大多是活潑金屬，都會發(fā)生陽極自溶。酸性溶液中，負(fù)極金屬是不穩(wěn)定的，在堿性溶液及中性溶液中也非十分穩(wěn)定。4.電池自放電的大小，也能用電池貯存至某規(guī)定容量時的天數(shù)表示，稱為貯存壽命。貯存壽命有兩種，即干貯存壽命和濕貯存壽命。對于在使用時才加入電解液的電池貯存壽命，習(xí)慣上也稱為干貯存壽命。干貯存壽命可以很長。對于出廠前已加入電解液的電池貯存壽命，習(xí)慣上稱為濕貯存壽命(或濕荷電壽命)。濕貯存時自放電嚴(yán)重，壽命較短。如銀鋅電池的干貯存壽命可達(dá)5~8年，但它的濕貯存壽命通常只有幾個月。4.電池（9）壽命。電池的壽命有“干貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個概念。必須指出，這兩個概念僅是針對電池自放電大小而言的，并非電池的實際使用期限。電池的真正壽命是指電池實際使用的時間長短。4.電池（9）壽命。對一次電池而言，電池的壽命是表征給出額定容量的工作時間(與放電倍率大小有關(guān))。對二次電池而言，電池的壽命分充放電循環(huán)壽命和濕擱置使用壽命兩種。4.電池（9）壽命。充放電循環(huán)壽命，是衡量二次電池性能的一個重要參數(shù)。經(jīng)受一次充電和放電，為一次循環(huán)(或一個周期)。在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池能耐受的充放電次數(shù)，稱為二次電池的充放電循環(huán)壽命。充放電循環(huán)壽命越長，電池的性能越好。在目前常用的二次電池中，鎘鎳電池的充放電循環(huán)壽命500~800次，鉛酸電池200~500次，鋰電池600~1000次，鋅銀電池很短，100次左右。4.電池（9）壽命。二次電池的充放電循環(huán)壽命與放電深度、溫度、充放電制式等條件有關(guān)。所謂“放電深度“是指電池放出的容量占額定容量的百分?jǐn)?shù)。減少放電深度(即“淺放電”)，二次電池的充放電循環(huán)壽命可以大大延長。4.電池（9）壽命。濕擱置使用壽命，也是衡量二次電池性能的重要參數(shù)之一。它是指電池加入了電解液后開始進行充放電循環(huán)直至充放電循環(huán)壽命終止的時間(包括充放電循環(huán)過程中電池處于放電態(tài)濕擱置的時間)。濕擱置使用壽命越長，電池性能越好。在目前常用的電池中，鎘鎳電池濕擱置使用壽命2~3年，鉛酸電池3~5年，鋰電池5~8年，鋅銀電池最短，只有1年左右。4.電池?zé)o人機上常用的電池類型有鋰聚合物電池、鎳氫電池、鎳鉻電池和鉛酸電池。4.電池其中使用最多的就是鋰聚合物電池，下面做簡單介紹：鋰離子電池的正極材料通常由鋰的活性化合物組成，負(fù)極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。常見的正極材料主要成分為LiCoO2（氧化鈷鋰），充電時，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中。放電時，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新和正極的化合物結(jié)合。鋰離子的移動產(chǎn)生了電流。4.電池雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化，在鋰電池中幾乎不會產(chǎn)生這種反應(yīng)。但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會下降，其原因是復(fù)雜而多樣的。主要是正負(fù)極材料本身的變化，從分子層面來看，正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會逐漸塌陷、堵塞;從化學(xué)角度來看，是正負(fù)極材料活性飩化，出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移勁的鋰離子數(shù)目。4.電池過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀地理解，過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因。4.電池不適合的溫度，將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反應(yīng)生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負(fù)極之間設(shè)有保護性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下，復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大直到斷路，電池不再升溫確保電池充電溫度正常。4.電池總言之，電池在使用過程中應(yīng)注意以下幾點：(1)每次使用建議單片放電電壓下限為3.6V，最好每次使用時保證充滿(單片電壓2V)后使用至3.6V再進行充電(2)每次使用后保證電池冷卻后再進行充電。(3)一段時間可做一次保護電路控制下的深充放以修正電池的電量統(tǒng)計，但這不會提高電池的實際容量(4)長期不用的電池，應(yīng)放在陰涼的地方以減弱其內(nèi)部自身鈍化反應(yīng)的速度。(5)避免過充過放。4.電池(6)保護電路也無力監(jiān)控電池的自放電，長期不用的電池，應(yīng)充入一定的電量以防電池在存貯中自放電過量導(dǎo)致過度放電的損壞。(7)過充、過放是電池?fù)p壞的最常見形式，單節(jié)過