Batterie de Robot

L’alimentation électrique pour un robot FRC est une batterie anti-déversement (plomb-acide scellé) 12V 18Ah, capable de fournir brièvement plus que 180A et un arc de plus de 500A lorsqu’elle est complètement chargée. L’assemblée de la Batterie de Robot inclus la batterie prémontée d’un manufacturier, les câbles avec contacts, et un connecteur Anderson SB. Les équipes sont encouragées d’avoir plusieurs Batteries de Robot.

Batterie COTS

Les Règles de Robot dans le Manuel du Jeu spécifie une batterie anti-déversement plomb-acide scellé prémonté d’un manufacturier [COTS] qui répond à des critères spécifiques, et fournit des exemples des numéros de pièce légaux de plusieurs manufacturiers.

Sécurité et Manipulation de la Batterie

Une batterie saine est toujours « en marche » et les terminaux sont toujours actifs. Si les bornes de la batterie sont court-circuitées - par exemple, une clé ou autre objet metallique touche les deux terminaux - toute l’énergie stockée sera libérée dans un arc dangereux. Ce risque est à l’origine d’un large éventail de bonnes pratiques, comme couvrir les terminaux lorsque la batterie est en stockage, seulement les découvrir et travailler sur un terminal ou une polarité à la fois. Aussi, garder les contacts SB entièrement inséré dans les connecteurs.

Ne *JAMAIS* transporter une batterie par les câbles, et évitez toujours de les tirer. La traction dans les câbles commencera à endommager les connexions et les terminaux (cosses). Au fil du temps, les dommages dus à la fatigue peuvent s’additionner jusqu’à ce que la borne entière de la batterie se déchire du boîtier! Même si elle n’est pas clairement brisée, les dommages de fatigue internes peuvent augmenter la résistance interne de la batterie, usant prématurément la batterie. La batterie ne sera pas en mesure de fournier la même quantité de courant avec une résistance interne augmentée, ou si les connecteurs sont non-serrés.

One terminal of an FRC battery fully detached from the battery.

La chute des batteries peut plier les plaques internes et entraîner des problèmes de performances, créer des renflements ou même fissurer le boîtier de la batterie. Alors que la plupart des batteries FRC utilisent la technologie Absorbent Glass Mat [AGM] ou Gel pour des raisons de sécurité et de performance, lorsqu’une cellule est perforée, une petite quantité d’acide de batterie peut encore s’échapper. C’est l’une des raisons pour lesquelles FIRST recommande aux équipes de disposer d’un kit de déversement de batterie.

Enfin, certains chargeurs de batterie plus anciens sans fonctions de «mode de maintenance» peuvent * surcharger * la batterie, entraînant l’ébullition d’une partie de l’acide de la batterie.

An FRC battery that was boiled by a high current dumb charger.

Les batteries endommagées doivent être mises au rebut en toute sécurité dès que possible. Tous les détaillants qui vendent de grosses batteries SLA, comme des batteries de voiture, devraient pouvoir s’en débarrasser pour vous. Ils peuvent facturer une somme modique ou fournir un petit «remboursement des frais de base», selon la législation de votre état.

Danger

** N’ESSAYEZ PAS ** de «réparer» des batteries endommagées ou non fonctionnelles.

Construction de batterie et outils

Fils de batterie

Les fils de batterie doivent être en cuivre, de taille minimale (section transversale) 6 AWG (16 mm2, 7 SWG) et de longueur maximale 12 « , codés par couleur pour la polarité, avec un connecteur Anderson SB. dans le kit de pièces et sont vendus par les fournisseurs FRC.

Cäbles de branchement

Le cuivre étamé, recuit ou revêtu est autorisé. N’utilisez pas de CCA (aluminium revêtu de cuivre), d’aluminium ou de tout autre métal de base autre que le cuivre. Le métal conducteur est normalement imprimé à l’extérieur de l’isolation avec les autres calibres de câble.

La taille de fil 6AWG est suffisante pour presque tous les robots et convient aux contacts SB50 standard. Un petit nombre d’équipes adoptent des tailles de fil plus grandes pour des avantages de performance marginaux.

Un fil de plus grand nombre de torons (parfois vendu comme «Flex» ou «fil de soudage») a un rayon de courbure plus petit, ce qui le rend plus facile à acheminer, et une limite de fatigue plus élevée. Il n’y a pas d’exigence de nombre de brins, mais 84/25 (fil de raccordement 84 brins « flex ») et 259/30 (259 brins « fil de soudage ») seront tous deux * beaucoup * plus faciles à travailler que 19 / 0,0372 (raccordement 19 brins fil).

L’isolation doit être codée par couleur selon le manuel du jeu: à partir de 2021, le fil + 12Vdc doit être rouge, blanc, marron, jaune ou noir avec bande et le fil de terre (fil de retour) doit être noir ou bleu. Il n’y a pas d’exigence de température d’isolement explicite, mais toute isolation noircie ou endommagée signifie que le fil doit être remplacé: La valeur de 105 ° C est suffisante et même des valeurs plus basses sont acceptables. Il n’y a pas d’exigence de tension d’isolement, une valeur inférieure est signifie une isolation plus mince.

Connecteur SB

Le connecteur Anderson SB peut être le SB50 rose / rouge standard ou un autre connecteur Anderson SB. Il est * FORTEMENT * recommandé aux équipes d’utiliser le SB50 rose / rouge pour l’interopérabilité: les autres couleurs et tailles de boîtiers ne sont pas compatibles, et ainsi, vous ne pourrez pas emprunter de batteries ou de chargeurs d’autres équipes, si vous en avez besoin.

Suivez les instructions du fabricant pour sertir les contacts et assembler les fils dans les connecteurs Anderson SB. Un petit tournevis à tête plate peut aider à insérer les contacts (appuyez sur le contact, pas sur l’isolation du fil), ou il peut aider à désengager le loquet interne si le contact est dans la mauvaise fente ou à l’envers.

Cosses de batterie

Les cosses de compression («cosses à sertir») pour les languettes de batterie à boulon n ° 10 (ou M5) (diamètre du trou ~ 0,2 « ou ~ 5 mm) sont disponibles en ligne et chez les fournisseurs de composants électriques, et sont vendues selon les tailles de fil acceptées en AWG (ou mm2) et diamètre du plot (« taille du boulon », « diamètre du trou »). Les fournisseurs haut de gamme feront également la distinction entre le nombre de brins Standard (~ 19) et Flex (> 80) dans leurs catalogues de cosses. Certains fournisseurs proposent également des cosses à angle droit, en plus de styles droits plus courants. Suivez les instructions du fabricant pour sertir les cosses.

Les cosses à vis sont légales, mais non recommandées. Si vous utilisez des cosses de borne à vis, utilisez le tournevis de taille de pointe appropriée pour serrer la borne. Vérifiez fréquemment le serrage des bornes car elles peuvent se desserrer avec le temps.

Cosse du terminal de la batterie à la connexion postérieure

Un écrou et un boulon n ° 10 ou M5 relient la cosse du câble de la batterie à la languette de la batterie.

Avertissement

La patte et la languette doivent être en contact direct, cuivre sur cuivre: ne pas mettre de rondelle d’aucune sorte les séparant.

One terminal of an FRC battery with socket head bolt and nylon locking (nylock) nut.

Certaines batteries sont livrées avec des boulons à languette dans l’emballage: ils peuvent être utilisées ou préférablement remplacées par des boulons en acier plus solides. C’est une bonne idée d’ajouter une rondelle de blocage fonctionnelle, comme une rondelle en étoile # 10 ou un système de rondelle nordlock, en plus d’un écrou de blocage en nylon («nylock»). N’utilisez qu’un seul style de rondelle de blocage pour chaque connexion. Même si le fabricant fournit des rondelles de blocage à anneau fendu dans l’emballage, vous n’êtes pas obligé de les utiliser.

One terminal of an FRC battery with socket head bolt, nordlock locking nuts, and nylon locking (nylock) nut.

Ces connexions doivent être très serrées pour la fiabilité. Tout mouvement de l’ergot pendant le fonctionnement peut interrompre l’alimentation du robot, entraînant des redémarrages du robot et des déconnexions sur le terrain pendant 30 secondes ou plus.

Cette connexion doit également être entièrement couverte pour la sécurité électrique; du ruban isolant fonctionnera, mais une gaine thermorétractable qui s’adapte sur toute la connexion est recommandée. Des taux de rétrécissement élevés (minimum 3: 1, recommandé 4: 1) faciliteront l’application de la gaine thermorétractable. La thermorétraction doublée d’adhésif est autorisée. Assurez-vous que * tout * le cuivre est couvert! La gaine thermorétractable doit être «réparée» avec du ruban isolant si du cuivre apparaît.

One terminal of an FRC battery fully covered in heatshrink.

Chargeurs de batterie

Il existe de nombreux bons chargeurs de batterie «intelligents» COTS conçus pour des batteries SLA 12 V, d’une capacité nominale de 6 A ou moins par batterie, avec des fonctionnalités de «mode maintenance». Les chargeurs de plus de 6 A ne sont pas autorisés dans les fosses FRC.

Les chargeurs utilisés en compétition doivent utiliser des connecteurs Anderson SB. La fixation d’un câble de batterie de connecteur COTS SB aux câbles du chargeur à l’aide de serre-fils ou de bornes à vis de taille appropriée est rapide et simple (assurez-vous de couvrir tout cuivre exposé avec une gaine thermorétractable ou du ruban isolant). Les contacts de connecteur SB sont également disponibles pour les fils de plus petite taille, si l’équipe dispose d’une capacité de sertissage.

Avertissement

Après avoir fixé le SB, vérifiez les polarités du chargeur avec un multimètre avant de brancher la première batterie.

Certains fournisseurs de FRC vendent des chargeurs avec des connecteurs SB50 rouges pré-connectés.

Outils d’évaluation de la batterie

Chargeur de batterie

Si votre chargeur de batterie est doté d’un indicateur de mode de maintenance, tel qu’une LED VERTE, vous pouvez utiliser cet indicateur pour vous dire si vous êtes PRÊT. Certains chargeurs alterneront périodiquement entre «CHARGING» et «READY». Il s’agit d’un comportement de «maintenance», parfois associé au refroidissement de la batterie et à la capacité d’accepter plus de charge.

** Affichage et journal du poste de conduite **

Lorsque le robot est branché et connecté à l’ordinateur portable de la station de pilotage, la tension de la batterie est affichée sur le logiciel NI Driver Station.

Après avoir terminé une session de conduite, vous pouvez réviser le journal de capture des tensions de batterie

** Voltmètre ** ou ** Multimètre ** portatif

Une lecture de tension sur le connecteur SB d’une batterie déconnectée vous donnera un aperçu de ce que le Voc (tension circuit ouvert, ou «tension flottante») est dans l’état «déchargé». En général, le Voc n’est pas une méthode recommandée pour comprendre l’état de la batterie: la tension en circuit ouvert n’est pas aussi utile que la combinaison de la résistance interne et des tensions à des charges spécifiques fournies par un testeur de charge (ou analyseur de batterie).

** Testeur de charge **

Un testeur de charge de batterie peut être utilisé comme un moyen rapide de déterminer l’état de fonctionnement d’une batterie. Il peut fournir des informations telles que: tension de charge ouverte, tension sous charge, résistance interne et état de charge. Ces mesures peuvent être utilisées pour confirmer rapidement qu’une batterie est prête pour un match et même aider à identifier certains problèmes à long terme avec la batterie.

Output screen of a common load tester showing properties of the battery.

La résistance interne idéale doit être inférieure à 0,015 Ohms. La spécification du fabricant pour la plupart des batteries est de 0,011 Ohms. Si une batterie dépasse 0,020 Ohms, il est judicieux d’envisager de ne pas utiliser cette batterie pour les matchs de compétition.

Si une batterie présente des tensions significativement plus basses aux charges de courant de test les plus élevées, il se peut qu’elle ne se recharge pas ou doive être retirée.

Comprendre les tensions de batterie

Une «batterie 12 V» est tout sauf 12,0 V.

Complètement chargée, une batterie peut être de 12,7 à 13,5 volts en circuit ouvert (Voc). La tension en circuit ouvert est mesurée avec * aucune charge* connectée.

Une fois qu’une charge (comme un robot) est connectée et qu’une quantité de courant circule, la tension de la batterie chutera. Donc, si vous vérifiez une batterie avec un voltmètre, et qu’il lit 13,2, puis connectez-le à votre robot et allumez-le, il affichera une valeur inférieure, peut-être 12,9 sur l’écran de la station de conduite. Ces chiffres varient avec chaque batterie et chaque robot , voir Caractérisation ci-dessous. Une fois que votre robot commence à fonctionner, il consommera plus de courant et la tension diminuera davantage.

Les batteries lisant 12,5 V sur un robot inactif doivent être échangées et chargées avant un match. Remplacez toujours les batteries avant que le robot ne commence à atteindre les seuils de sécurité contre les baisses de tension (demeurant à basse tension sur l’écran de la station de conduite), car le fonctionnement dans des plages de basse tension risque d’endommager la batterie de manière permanente; ce comportement peut se produire à divers états Voc en fonction de l’état de la batterie, du fabricant de la batterie et de la conception du robot. L’état de charge de la batterie doit être maintenu à plus de 50% pour la longévité de la batterie.

La tension et le courant de la batterie dépendent également de la température: les batteries froides sont des batteries heureuses.

Caractérisation de la batterie

Un analyseur de batterie peut être utilisé pour effectuer une inspection détaillée et une comparaison des performances de la batterie.

Graph from a common battery analyzer plotting volts and AmpHrs for many different batteries.

Il fournira des graphiques des performances de la batterie au fil du temps. Ce test prend beaucoup de temps (environ deux heures), il est donc moins adapté aux tests en compétition. Il est recommandé d’exécuter ce test sur chaque batterie chaque année pour surveiller et suivre ses performances. Cela déterminera comment il doit être utilisé: matchs, entraînement, test ou élimination.

À la charge d’essai standard de 7,5 ampères, les batteries de compétition doivent avoir une valeur nominale d’au moins 11,5 ampères-heure. Tout ce qui est inférieur à cela ne doit être utilisé que pour la pratique ou d’autres cas d’utilisation moins exigeants.

Longévité de la batterie

Une batterie est conçue pour environ 1200 cycles de charge / recharge normaux. Les courants élevés requis pour un match FRC réduisent cette durée de vie à environ 400 cycles. Ces cycles sont destinés à être à décharge relativement faible, d’environ 13,5 à 12 ou 12,5 volts. Un cycle profond de la batterie (la faire fonctionner complètement avec une grosse charge) l’endommagera.

Les batteries durent le plus longtemps si elles sont maintenues complètement chargées lorsqu’elles ne sont pas utilisées, soit en les chargeant régulièrement, soit en utilisant un chargeur de maintenance. Les batteries chutent d’environ 0,1 V chaque mois de non-utilisation.

Les batteries doivent être tenues à l’écart de la chaleur et du froid extrêmes. Cela signifie généralement stocker les batteries dans une zone à température contrôlée: un placard de classe est généralement bien, une remise externe exposée aux éléments est plus risqué.

Meilleures pratiques en matière de batterie

  • Utilisez uniquement une batterie chargée pour les matchs de compétition. Si vous êtes dans une situation où vous êtes à court de batteries chargées, veuillez demander de l’aide à une équipe expérimentée! Personne ne veut voir un robot mort sur le terrain (:ref: brownout <docs / software / roborio-info / roborio-brownouts: roboRIO Brownout and Understanding Current Draw>) en raison d’une batterie défectueuse ou non chargée.

  • Il est fortement recommandé aux équipes d’utiliser des outils correctement évalués et des pratiques de contrôle qualité strictes pour les processus de sertissage (demandez l’aide des équipes locales de vétérans ou d’un électricien commercial), ou d’utiliser des câbles de batterie fabriqués par le fournisseur.

  • Attendez que les batteries refroidissent après le match avant de les recharger: le boîtier ne doit pas être chaud au toucher, quinze minutes suffisent généralement.

  • Les équipes devraient envisager d’acheter plusieurs nouvelles batteries chaque année pour avoir des batteries fraîches pour les match plus compétitifs. Les matchs d’élimination peuvent nécessiter de nombreuses batteries et il se peut que le temps de recharge ne soit pas suffisant.

A wooden bookcase like cart for storing and charging batteries.
  • Un chargeur de batterie multi-banque vous permet de charger plus d’une batterie à la fois. De nombreuses équipes construisent un chariot robot pour leurs batteries et chargeurs, ce qui facilite le transport et le stockage.

  • C’est une bonne idée d’identifier en permanence chaque batterie avec au moins: le numéro d’équipe, l’année et un identifiant unique.

  • Les équipes peuvent également vouloir utiliser un truc amovible (autocollants, étiqueteuse, etc.) pour identifier l’usage de cette batterie en fonction de ses données de performance et de la date du dernier test de l’analyseur.

A battery flag is just a small piece of plastic that fits in the battery connector.
  • L’utilisation de témoins de batterie (un morceau de plastique placé dans le connecteur de batterie) est un moyen courant d’indiquer qu’une batterie a été chargée. Les témoins de batterie peuvent également être facilement imprimés en 3D.

  • Des poignées pour contacts SB50 peuvent être achetées ou imprimées en 3D pour éviter de tirer sur les fils lors de la connexion ou de la déconnexion des batteries. N’utilisez pas ces poignées pour supporter le poids de la batterie.

A plastic handle bolted on to an assembled SB50 connector.
  • Certaines équipes cousent des sangles de transport de batterie à partir d’anciennes ceintures de sécurité ou d’un autre nylon plat qui s’ajustent autour de la batterie pour éviter d’être transporté par des fils.

An example showing a 2" wide nylon strap, wrapped around the battery and sewn into a loop.
  • Les clips de bord d’attache de câble (cable tie edge clips) peuvent être utilisés avec des cosses à sertir à 90 degrés pour réduire la tension sur les câbles de batterie.

An example showing edge clips with zipties holding leads on a battery.