Robot Aküsüne Dair Temel Bilgiler

FRC® robotunun güç kaynağı; bir adet kısa süreliğine 180A üzeri akım sağlayabilen ve tamamıyla şarj edildiğinde 500A üzerinde ark oluşturabilen, sızıntı yapmayan 12V 18Ah SLA (Mühürlü Kurşun Asit) aküdür. Robot Aküsü; COTS aküsü, kontaktlı kurşun kablolar ve Anderson SB konektörü içermektedir. Takımların birden fazla Robot Aküsüne sahip olması teşvik edilmektedir.

COTS Aküsü

Oyun Rehberinin Robot Kuralları bölümünde belirli kriterlere uygun, sızdırmaz COTS mühürlü kurşun asit aküleri ve çeşitli satıcılara ait yasal parça numarası örnekleri açıkça belirtilmektedir.

Güvenlik ve Aküyü Taşırken Dikkat Edilmesi Gerekenler

Sağlıklı bir akü daima “Açık” konumdadır ve akünün terminallerine daima güç verilmektedir. Kutuplar arasında kısa devre yaşanması - örneğin, bir İngiliz anahtarı veya alüminyum tüpün iki çıplak terminal arasındaki boşluğu doldurması - halinde depolanan tüm enerji tehlikeli bir şekilde ark yaparak boşalacaktır. Bu risk; depolanan terminallerin üstlerinin kapatılması, aynı anda tek bir terminal ve kutbun açılıp üzerinde çalışılması, SB kontaklarının konektörlere gevşek bir şekilde takılmaması vb. gibi çeşitli önlemlerin altında yatan sebeptir.

Akü takımlarını kablolarından tutarak *TAŞIMAYINIZ* ve hiçbir durumda kabloları çekiştirmeyiniz. Akülerin kablolarından çekilmesi kabloların pabuçlarına, kutup başlarına ve başların iç bağlantılarına zarar verecektir. Zamanla oluşan yorulma hasarı, kutup başlarının yuvalarından kopmasına sebep olacak kadar ciddi bir sorun haline gelebilmektedir! Görünüşte hasarlı olmasa bile akünün aldığı iç hasar, akü içi direnci arttırarak, akünün erkenden yıpranmasına yol açabilmektedir. Akü, artan iç direnç veya gevşek konektörler yüzünden eskisiyle aynı miktarda bir akım sağlayamayacaktır.

Akülerin düşürülmesi, dahili plakaları bükülmesiyle performans sorunlarına neden olabilmekte, aküde şişkinlik yapabilmekte ve hatta akü kutusunda çatlamalara neden olabilmektedir. Çoğu FRC aküsü, güvenlik ve performans için Emici Cam Matı [AGM] veya Jel teknolojisi kullanıyor olsa da bir hücrenin delinmesi yine de az miktarda akü asidinin dışarı sızmasına sebep olabilmektedir. FIRST’ün takımlara akü sızıntısı kiti bulundurmalarını önermesinin sebeplerinden biri de budur.

Son olarak, “bakım modu” özelliği olmayan bazı eski akü şarj cihazları aküyü aşırı şarj edebilmekte ve bu da akü asidinin bir kısmının kaynamasına neden olabilmektedir.

Hasarlı aküler mümkün olan en kısa sürede, güvenli bir şekilde elden çıkarılmalıdır. Araba aküleri gibi büyük SLA aküleri satan tüm satıcılar, sizin adınıza bu akülerin icabına bakabilmektedir. Bu satıcılar, bulunduğunuz bölgenin yasalarına bağlı olarak küçük bir ücret talep edebilmekte veya küçük bir “temel ücret iadesi” sağlayabilmektedir.

Tehlike

Hasarlı veya çalışmayan aküleri “onarmaya” ÇALIŞMAYINIZ.

Akünün Yapısı ve Akü Araçları

Akü Kabloları

Akü kablolarının bakırdan, minimum boyutu (enine kesit) 16 mm2 (6 AWG, 7 SWG) ve maksimum uzunluğu 12 inç - 30,48 cm, renk kodlu kutuplara ve Anderson SB konektörüne sahip olması gerekmektedir. Standart 16 mm2 bakır kablo kullanılan Pembe/Kırmızı SB50 model akü kabloları Parça Kitinde ve FRC satıcıları tarafından satılmaktadır.

Kurşun Kablolar

Kalaylı, tavlanmış veya kaplanmış bakır kullanımına izin verilmektedir. Bakır kaplı alüminyum (CCA), alüminyum veya diğer bakır olmayan adi metalleri kullanmayınız. İletken metalin türü diğer kablo değerleriyle birlikte genellikle yalıtımın dış kısmında basılı bulunmaktadır.

16 mm2 kablo boyutu neredeyse tüm robotlar için yeterlidir ve bu boyut standart SB50 kontaklarla uyumludur. Bazı takımlar, göz ardı edilebilir performans kazançları için daha büyük kablo boyutları kullanmaktadır.

(Bazen “Flex” veya “kaynak teli” olarak da satılan) daha yüksek sayıda tele sahip kablolar; daha küçük bir kıvrılma yarıçapına sahiptir, yani kablolar daha kolay yönlendirilmekte ve daha yüksek bir yorulma eşiğine sahiptir. Tel sayısına dair belli bir kriter bulunmasa da 84/25 (84 telli “esnek” bağlantı teli) ve 259/30 (259 telli “kaynak teli”) kablolar ile çalışmak, 19/0.0372 (19 telli bağlantı teli) kablolara göre çok daha kolay olacaktır.

Yalıtım, Oyun Kılavuzu uyarınca renklere göre kodlandırılmış olmalıdır: +12Vdc kablo şeritli kırmızı, beyaz, kahverengi, sarı veya siyah olmalı ve topraklama kablosu (dönüş kablosu) siyah veya mavi olmalıdır. Açık herhangi bir yalıtım sıcaklığı derecelendirme gerekliliği bulunmamaktadır, ancak kararmış ya da hasar görmüş herhangi bir yalıtım kablonun değiştirilmesi gerektiği anlamına gelmektedir: bir başlangıç noktası verilmesi gerekirse, 105C gayet yeterli olacaktır ve bu değerin altı neredeyse hiçbir robotta sorun teşkil etmeyecektir. Herhangi bir yalıtım voltaj derecelendirmesi gerekliliği yoktur, ancak düşük değerler daha ince bir yalıtım için daha iyi olacaktır.

SB Konektörü

The Anderson SB Connector may be the standard Pink/Red SB50, or another Anderson SB connector. Teams are STRONGLY recommended to use the Pink/Red SB50 for interoperability: the other colors and sizes of housings will not intermate, and you will be unable to borrow batteries or chargers.

Kontakları sıkıştırmak ve kabloları Anderson SB konektörlerine monte etmek için üreticinin talimatlarını takip ediniz. Küçük düz uçlu bir tornavida, kontakları yerleştirmeye (kablo yalıtımına değil, kontağa baskı uygulayınız) veya kontak yanlış yuvada ya da baş aşağı ise dahili mandalın çıkarılmasına yardımcı olabilmektedir.

Akü Pabuçları

Compression lugs (“crimp lugs”) for #10 bolt (or M5) battery tabs (~0.2” or ~5mm hole diameter) are available online and through electrical supply houses, sold by the accepted wire sizes in AWG (or mm2) and post diameter (“bolt size”, “hole diameter”). Higher end vendors will also distinguish between Standard (~19) and Flex (>80) strand counts in their lug catalogs. Some vendors also offer right angle lugs, in addition to more common straight styles. Follow manufacturer’s instructions to crimp the lugs.

Screw terminal lugs are legal, but not recommended. If using screw terminal lugs, use the correct tip size screwdriver to tighten the terminal. Check the terminal tightness frequently because they may loosen over time.

Battery Lead Lug To Post Connection

#10 veya M5 somun ve cıvata, akü kablosu pabucunu akü kutup başına bağlamaktadır.

Uyarı

Pabuç ve kutup başı, bakırdan bakıra, doğrudan temas halinde olmalıdır: bu iki parçayı birbirinden ayıran herhangi bir pul kullanmayınız.

Bazı aküler kutup başı cıvataları içermektedir, takımlar bu cıvataları kullanabilir veya aküyle gelen bu cıvatalar yerine daha güçlü alaşım çelik cıvatalar tercih edebilmektedir. Naylon kilit (“nylock”) cıvataların yanı sıra #10 yıldız pul veya nordlock pul gibi işlevsel bir kilit pulun da kullanılması tavsiye edilmektedir. Her bir bağlantı için tek bir tür kilit pulu kıllanınız. Üretici, paket içerisinde açık halka kilit pulu sağlamış olsa da sağlanan bu pulları kullanmanız şart değildir.

Bu bağlantıların, güvenilebilirlik adına, çok sıkı olması gerekmektedir. Robot çalışırken pabuçlarda yaşanabilecek herhangi bir hareket, robota giden gücünün kesilmesiyle, robotun 30 saniye veya daha uzun yeniden başlamalar ve saha içi bağlantı kopuklukları yaşamasına sebep olabilmektedir.

Bu bağlantı da elektrik güvenliği için tamamen kaplanmalıdır, elektrik bandı kullanılabilse de tüm bağlantıya uyan ısıyla büzüşen tüpün kullanılması önerilmektedir. Yüksek büzülme oranları (minimum 3:1, önerilen 4:1), tüpün uygulanmasını kolaylaştıracaktır. Yapışkan astarlı ısıyla büzüşen tüp kullanılabilmektedir. Bakırın tamamının kaplandığından emin olunuz! Bakırın görülebilir olması durumunda, ısıyla büzüşen tüpe elektrik bandı ile “rötuş” yapılmalıdır.

Akü Şarjları

12V SLA aküleri için tasarlanmış, akü başı 6A ve altı için derecelendirilmiş, ‘bakım modu’ özelliklerine sahip birçok COTS “akıllı” akü şarj aleti mevcuttur. 6A üstü için derecelendirilmiş şarj aletlerine FRC pitlerinde izin verilmemektedir.

Chargers used at competition are required to use Anderson SB connectors. Attaching a COTS SB connector battery lead to the charger leads using appropriately sized wire nuts or screw terminals is fast and simple (be sure to cover any exposed copper with heat shrink or electrical tape). SB Connector Contacts are also available for smaller wire sizes, if the team has crimping capability.

Uyarı

After attaching the SB, double check the charger polarities with a multimeter before plugging in the first battery.

Some FRC vendors sell chargers with red SB50 connectors pre-attached.

Battery Evaluation Tools

Battery Charger

If your battery charger has Maintenance Mode indicator, such as a GREEN LED, you can use that indicator to tell you whether you are READY. Some chargers will cycle between “CHARGING” and “READY” periodically. This is a “maintenance” behavior, sometimes associated with the battery cooling off and being able to accept more charge.

Driver Station Display and Log

When the robot is plugged in and connected to the driver station laptop, the battery voltage is displayed on the NI Driver Station software.

After you finish a driving session, you can review the battery voltage in the Log Viewer.

Hand-held Voltmeter or Multimeter

A voltage reading from probes on the SB connector of a disconnected battery will give you a snapshot of what the Voc (Voltage open circuit, or “float voltage”) is in the “Unloaded” state. In general the Voc is not a recommended method for understanding battery health: the open circuit voltage is not as useful as the combination of internal resistance and voltages at specific loads provided by a Load Tester (or Battery Analyzer).

Load Tester

A battery load tester can be used as a quick way to determine the detailed readiness of a battery. It may provide information like: open-load voltage, voltage under load, internal resistance, and state of charge. These metrics can be used to quickly confirm that a battery is ready for a match and even help to identify some long term problems with the battery.

Ideal internal resistance should be less than 0.015 Ohms. The manufacturer specification for most batteries is 0.011 Ohms. If a battery gets higher than 0.020 Ohms it is a good idea to consider not using that battery for competition matches.

If a battery shows significantly lower voltages at the higher test current loads, it may not be done charging, or it may need to be retired.

Understanding Battery Voltages

A “12V battery” is anything but 12.0V.

Fully charged, a battery can be anywhere from 12.7 to 13.5 volts open circuit (Voc). Open circuit voltage is measured with nothing connected.

Once a load (like a robot) is connected, and any amount of current is flowing, the battery voltage will drop. So if you check a battery with a Voltmeter, and it reads 13.2, and then connect it to your robot and power on, it will read lower, maybe 12.9 on the Driver Station display. Those numbers will vary with every battery and specific robot, see Characterization below. Once your robot starts running, it will pull more current, and the voltage will drop further.

Batteries reading 12.5V on an idle robot should be swapped and charged before a match. Always swap the batteries before the robot starts reaching brownout safety thresholds (dwelling at low voltages on the Driver Station display), as frequently entering low voltage ranges risks permanent battery damage; this behavior can happen at a variety of Voc states depending on battery health, battery manufacturer, and robot design. The battery State of Charge should be kept over 50% for battery longevity.

Battery voltage and current also depends on temperature: cool batteries are happy batteries.

Battery Characterization

A battery analyzer can be used to give a detailed inspection and comparison of battery performance.

It will provide graphs of battery performance over time. This test takes significant time (roughly two hours) so it is less suited to testing during competition. It is recommended to run this test on each battery every year to monitor and track its performance. This will determine how it should be used: matches, practice, testing, or disposed of.

At the standard 7.5 amps test load, competition batteries should have at least a 11.5 amp hour rating. Anything less than that should only be used for practice or other less demanding use cases.

Battery Longevity

A battery is rated for about 1200 normal charge/recharge cycles. The high currents required for an FRC match reduce that lifespan to about 400 cycles. These cycles are intended to be relatively low discharge, from around 13.5 down to 12 or 12.5 volts. Deep cycling the battery (running it all the way down) will damage it.

Batteries last the longest if they are kept fully charged when not in use, either by charging regularly or by use of a maintenance charger. Batteries drop roughly 0.1V every month of non-use.

Batteries need to be kept away from both extreme heat and cold. This generally means storing the batteries in a climate controlled area: a classroom closet is usually fine, a parking lot shipping container is more risky.

Battery Best Practices

• Only use a charged battery for competition matches. If you are in a situation where you have run out of charged batteries, please ask a veteran team for help! Nobody wants to see a robot dead on the field (brownout) due to a bad or uncharged battery.

• Teams are strongly recommended to use properly rated tools and stringent quality control practices for crimping processes (ask local veteran teams or a commercial electrician for help), or use vendor-made Battery Leads.

• Wait for batteries to cool after the match before recharging: the case should not be warm to the touch, fifteen minutes is usually plenty.

• Teams should consider purchasing several new batteries each year to help keep their batteries fresh. Elimination matches can require many batteries and there may not be enough time to recharge.

• A multi bank battery charger allows you to charge more than one battery at a time. Many teams build a robot cart for their batteries and chargers allowing for easy transport and storage.

• It is a good idea to permanently identify each battery with at least: team number, year, and a unique identifier.

• Teams may also want to use something removable (stickers, labeling machine etc.) to identify what that battery should be used for based on its performance data and when the last analyzer test was run.

• Using battery flags (a piece of plastic placed in the battery connector) is a common way to indicate that a battery has been charged. Battery flags can also be easily 3D printed.

• Handles for SB50 contacts can be purchased or 3D printed to help avoid pulling on the leads while connecting or disconnecting batteries. Do not use these handles to carry the weight of the battery.

• Some teams sew battery carrying straps from old seatbelts or other flat nylon that fit around the battery to help prevent carrying by leads.

• Cable tie edge clips can be used with 90 degree crimp lugs to strain relieve battery leads.