Preview only show first 10 pages with watermark. For full document please download

Technical Aspects Of The P2quadcharger - P

   EMBED


Share

Transcript

Technical Aspects of the  P2Quadcharger     Lithium Battery Technology        The type of battery used in the DJI Phantom 2 UAV “Intelligent Flight Battery” is a  version of a rechargeable lithium­ion battery called a lithium­ion polymer battery,  commonly referred to as “Li­Po”. It is one of numerous battery chemistries utilizing  electrolytes of lithium compounds. The polymer reference is to the lightweight plastic  packaging; the chemistry is the same liquid form as regular lithium­ion batteries used  in many products such as toys, tools, computers and mobile phones.                Rechargeable lithium batteries work on the principal of intercalation and  de­intercalation of lithium ions from a positive electrode material and a negative  electrode material. The liquid electrolyte provides a conductive medium. The  electrodes are separated from each other physically and electrically by a separator  material that is porous only to the exchange of ions.             Voltage present at the external terminals depends on the specific chemistry of the     cells. A normal Li­Po battery measures about 3.0 volts when discharged and about 4.2  volts when fully charged. The DJI battery has three internal cells so the terminal  voltage is indicated as a nominal 11.1 VDC which falls between the discharged and  charged values. A fully charged Phantom 2 battery will measure about 12.6 VDC  which is 3 x 4.2VDC.        Lithium Battery Charging        Charging Li­Po batteries is not a trivial task. They need to be charged with a very  specific charge profile to allow for maximum life and to prevent damage and even  dangerous consequences. They must also be protected from overcharging and  over­discharging.             The DJI batteries, as promised by the ‘Intelligent’ part of their name, will protect     themselves from being over­discharged or over­charged but they don’t protect  themselves from being charged at an excessive rate. These batteries are rated at  5200mAH (5.2AH) and a maximum 35C discharge rate. This equates to a maximum  discharge rate of 182A, but the charge rate is a different story. The DJI charger  charges at less than 1C (4.2A) and many LiPo manufacturers recommend no more  than 1C.           The P2 Quad Charger (P2QC) will charge 4 batteries at least as quickly as the DJI  charger will charge 1 battery. Our data suggests that it will charge faster than the DJI  charger because of the sophistication of our design. We follow the industry  recommended charging profile for Li­Po batteries which includes three phases:  ● Preconditioning  ● Constant Current  ● Constant Voltage     The Preconditioning phase is mostly to detect and properly handle a Li­Po battery that  has been over­discharged. If the voltage is below 3V it starts the charge at 1/10 C until  the voltage reaches a preset value at which point the charge ramps up to the  maximum charge rate. This is probably not going to occur with a DJI Phantom 2  battery but adds another level of safety.     The constant current phase assures that the battery is charged at the maximum safe    rate. Some users charge Li­Po batteries at a higher (2C to 4C) rate but this should only  be done very cautiously with constant observation. Li­Po batteries have been known to  bulge or explode and catch on fire if charged at an excessive rate. The P2QC charges  at a rapid but safe rate, but lithium batteries should always be monitored during the  charge cycle. The intrinsic temperature monitoring of the P2QC adds even more safety  to the charging process. No lithium battery charger can claim to be completely safe  under all conditions and damaged batteries should be safely discarded..           Once the terminal voltage reaches a specific value the P2QC switches to the constant  voltage phase and the charge current tappers off to safely top off the battery for  maximum charge.             The DJI battery will normally shut off when the charge reaches 98% or 99%. The  P2QC will terminate the charge if the battery fails to self­terminate. The P2QC also  provides an internal safety timer that will stop the charge when a maximum time has  elapsed (about 4 times the normal charge time) which would indicate that there is a  problem with the battery.                      Figure 1. P2QC Charging Profile                 The P2QC also has individual temperature sensing elements in each port that will     modify the charge rate if overheating is detected. In addition, many battery  manufacturers recommend not charging Lithium batteries if the ambient temperature is  below a certain temperature. The number varies with each manufacturer but anything  below 32°F (0°C) is probably a good average. The P2QC will disable charging below  about 40°F (4.5°C).                Figure 1 shows the intelligent charging profile of the P2QC. Measured data taken on  the DJI charger suggest that it uses a much simpler charge profile. This appears to be  a constant voltage charge only. Future data will display the DJI Charger charge profile  from empirical measurements. The primary difference is the charge rate. We deliver  more power faster which is evidenced by the demo video results. For all of the math  folks out there, the integrated area under the power curve is greater.  P2 Quadcharger Design           Our design utilizes state­of­the­art surface­mount components and design methods.  There are four independent, intelligent LiPo battery charging and management ICs in  the base unit. These circuits monitor and analyze numerous conditions thousands of  time per second. With computer precision they watch the supply voltage and current,  the battery voltage and current and the temperature of each battery slot.    We decided upon an external DC voltage source for maximum flexibility. A user can  choose their own power supply (as long as it meets our recommendations) or  purchase an approved power supply from us at a discounted price. The use of an  inadequate power supply will yield some less than satisfactory results. Even if the  supply says that it is 12V at 17A or more, 12.0V is not enough (see Vehicle Charging  below). The P2QC requires at least 12.8VDC and really works best between 13.6VDC  and 20VDC. The wires also need to be at least 14AWG (gauge) copper.                 Mobile Charging     The P2QC comes with a vehicle power cord in the box. There are some serious     considerations when charging in a car or truck. Prior to 2000 many vehicles had real  cigarette lighters in them. Consequently most of them had fairly robust wiring and  fuses to support the high­current required for the heating element in the lighter. Many  had fuses rated at more than 15A.    New cars and trucks typically have "Accessory Plugs" or some other fancy terminology  that really means "Cell Phone Charger". The power required for this task is much less  and many vehicles have 5A or lower rated fuses. The worst problem is the size of the  wires going to the accessory plug; often 16 or 18 gauge wire that goes through  multiple connectors and a relay before it gets to the receptacle. In addition to this, the  venerable cigarette lighter receptacle and plug are horrible connectors for delivering  reliable power to a device like the P2QC which requires in excess of 17A to charge  four depleted batteries. We have purchased numerous cigarette lighter plugs that the  manufacturer rates as 15A or more only to find that the spring inside heats up  considerably with any more than a 5A load. Heating the wire or plug robs power from  the charger.                The P2QC needs at least 13.6VDC and 17A to operate properly. We could have put a     voltage booster in the base or as an add­on accessory, but this would only exacerbate  the problem by drawing a lot more current. The DJI car charger is an example of this.  The output is rated at 4A and the input is 8A, evidenced by how hot it gets during a  charge. The P2QC will charge batteries in a vehicle if it meets the minimum  requirements that we have listed in a table we will provide with the base unit and on  our website. The charger will behave differently in a car or truck than with an AC line  power supply. As the batteries charge the intelligent controller throttles the charge  current and voltage to protect the vehicle supply and the batteries. The vehicle should  also be running while charging­­you don't want to be left sitting with a dead battery!    For someone requiring the best in vehicle charging I will publish an article on how to  (or have a qualified car electrician) connect the proper size wire directly to the vehicle  battery and an adequate high­current connector. We will have the wire and connectors  available on our website soon.              Next I will talk about balancing cells, active discharging and what's next for us.