Anwendung von Lithium-Polymer-Batterien in FPV-Drohnen

Batterie-Empfehlungen

Entscheiden Sie sich bei der Auswahl eines LiPo-Akkus für renommierte Marken, um Leistung und Qualität zu gewährleisten. Für eine leichtere, wendigere Drohne wählen Sie ein kleineres Akkupaket. Wenn die Flugdauer wichtiger ist als die Manövrierfähigkeit, sollten Sie sich für einen größeren Akku entscheiden. Beachten Sie, dass größere Akkus zwar höhere Ströme liefern, aber auch etwas schwerer sind, was einen Kompromiss erfordert.

5-Zoll-Freestyle- und Renndrohnen

Die gängigsten LiPo-Akkus für 5-Zoll-FPV-Drohnen (für Freestyle und Rennen) sind 4S- und 6S-Konfigurationen. Wenn Sie noch unentschlossen sind, wird 6S als Industriestandard im Jahr 2025 empfohlen. Typische Kapazitäten sind etwa 1500mAh für 4S und 1000mAh bis 1300mAh für 6S.

Sind LiPo-Akkus sicher?

Bei richtiger Handhabung sind LiPo-Akkus absolut sicher. Unsachgemäßer Gebrauch oder physische Schäden können jedoch zu Bränden führen. Eine sorgfältige Handhabung und die Lagerung/Ladung an einem brandsicheren Ort sind unerlässlich, um die Risiken zu minimieren.

Grundlagen der LiPo-Batterie

LiPo-Akkus bieten ein außergewöhnliches Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht, was sie ideal für FPV-Drohnen macht. Um den richtigen Akku auszuwählen, müssen Sie lernen, die Etiketten zu lesen und die wichtigsten Begriffe zu verstehen (siehe unten).

LiPo-Akku Spannung

LiPo-Akkus bestehen aus einzelnen Zellen, die jeweils für den Betrieb in einem bestimmten Spannungsbereich ausgelegt sind:

  • Vollständig geladen mit 4,2 V pro Zelle.

  • Vollständig entladen bei 3,0 V pro Zelle. Ein "leerer" LiPo bedeutet nicht 0V! Eine Entladung unter 3,0 V kann zu irreversiblen Leistungseinbußen oder Schäden führen. Eine Überladung über 4,2 V pro Zelle ist extrem gefährlich und kann Brände verursachen.

Um die Lebensdauer des Akkus zu verlängern, sollten Sie aufhören zu fliegen und landen, wenn die Spannung pro Zelle etwa 3,5 V erreicht. Es gibt Ausnahmen, wie z.B. bei 1S Tiny Whoop Akkus, bei denen Piloten bis auf 3,2V entladen können, um die Flugzeit aufgrund der geringeren Ersatzkosten zu maximieren.

Anzahl der Zellen

LiPo-Akkus können mehrere Zellen enthalten. Die "S"-Bewertung gibt die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen an, wodurch sich die Gesamtspannung erhöht. Jede Zelle hat eine Nennspannung von 3,7 V, so dass Sie sehen könnten:

  • 1S = 1 Zelle = 3,7V

  • 2S = 2 Zellen = 7,4V

  • 3S = 3 Zellen = 11,1V

  • 4S = 4 Zellen = 14,8V

  • 5S = 5 Zellen = 18,5V

  • 6S = 6 Zellen = 22,2V

Zum Beispiel:

  • Ein 4S-Akku hat eine Nennspannung von 14,8 V (4 × 3,7 V), ein Minimum von 12,0 V und ein Maximum von 16,8 V (4 × 4,2 V).

  • Ein 6S-Akku hat eine Nennspannung von 22,2 V, ein Minimum von 18,0 V und ein Maximum von 25,2 V.

Höhere Zellenzahlen erhöhen die Motordrehzahl und die Drohnenleistung (sofern unterstützt), sind aber schwerer und teurer.

Spaßfaktor: Wenn man zwei identische Akkus in Reihe schaltet, verdoppelt sich die Spannung, aber die Kapazität bleibt gleich (z.B. wird aus zwei 2S 1000mAh Akkus in Reihe ein 4S 1000mAh). Bei Parallelschaltung verdoppelt sich die Kapazität, während die Spannung gleich bleibt (z. B. ein 2S 2000mAh-Akku). Die Bezeichnungen können ein "P" enthalten (z. B. 4S2P oder 6S2P), wobei "P" für parallele Gruppen steht. 6S1P bedeutet 6 Zellen in Reihe, 1 Gruppe parallel (wird oft weggelassen, da "1P" Standard ist), während 6S2P 6 Zellen in Reihe, 2 Gruppen parallel (insgesamt 12 Zellen) bedeutet.

Kapazität

Die in mAh (Milliamperestunden) gemessene Kapazität gibt den Strom an, den ein Akku eine Stunde lang ununterbrochen liefern kann, bis er erschöpft ist. (1000mAh = 1Ah.) Für einen 1300mAh (1,3Ah) LiPo:

  • Bei 1,3 A hält es eine Stunde lang durch.

  • Bei 2,6 A hält es 30 Minuten lang durch.

  • Bei 39 A dauert es 2 Minuten (1,3/39 = 1/30 Stunde).

Eine höhere Kapazität verlängert die Flugzeit, erhöht aber Gewicht und Größe. Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kapazität und Gewicht ist der Schlüssel zur Optimierung von Flugeffizienz und Leistung.

C Bewertung

Der Nennwert C gibt die maximale sichere Stromaufnahme ohne Beschädigung an, berechnet als:

  • Maximaler Strom = Kapazität × Nennwert C.

Eine Überschreitung kann die Batterie überhitzen, den Innenwiderstand mit der Zeit erhöhen, die Lebensdauer verkürzen oder einen thermischen Durchschlag (Brand) verursachen. Höhere C-Batterien (auch bei gleicher Kapazität) sind oft schwerer. Sie eignen sich hervorragend für Drohnen mit hoher Leistung, können aber für Cruiser mit geringer Leistung zu schwer sein, da das zusätzliche Gewicht die Flugzeit verkürzen könnte. C-Bewertungen sind innerhalb einer Marke nützlich, können aber zu Marketingzwecken übertrieben werden, daher sollten Sie sich eher auf Empfehlungen als auf Vergleiche verlassen.

Innenwiderstand (IR)

Alle elektronischen Geräte, einschließlich Batterien, haben einen Widerstand. Der Akku-Innenwiderstand (IR) misst den Widerstand gegen den Stromfluss. Ein geringerer IR-Wert bedeutet eine effizientere Energieversorgung für FPV-Drohnen. Die Überwachung des IR hilft dabei, den Zustand des Akkus zu beurteilen und den Zeitpunkt für den Austausch zu bestimmen, da er mit der Nutzung und dem Alter natürlich zunimmt. Schlechte Praktiken wie Überentladung, Überladung, hohe Stromaufnahme oder Überhitzung beschleunigen die Alterung.

Ein hoher IR-Wert führt zu einem Spannungsabfall (Abfall unter Last), der die Motordrehzahl, die Leistung und die Reaktionsfähigkeit verringert. Akkus, die für Anwendungen mit geringer Stromstärke entwickelt wurden (z. B. Funkgeräte oder FPV-Brillen), haben höhere IR-Werte, ebenso wie 18650 Li-Ionen-Akkus im Vergleich zu typischen LiPos.

Batterie-Steckverbinder

Alle LiPo-Akkus (außer 1S) haben zwei Anschlüsse: einen Hauptentladeanschluss und einen Ausgleichsanschluss. Das Entladekabel (dickere rote und schwarze Drähte) versorgt die Drohne mit Strom. Die Ausgleichsleitung (dünne Drähte an einem weißen Anschluss) überwacht die Zellenspannung, wobei die Anzahl der Drähte der Anzahl der Zellen plus eins entspricht:

  • 2S = 3 Drähte

  • 3S = 4 Drähte

  • 4S = 5 Drähte

  • 5S = 6 Drähte

  • 6S = 7 Drähte

Gängige Entladestecker sind XT60 (für Drohnen über 5 Zoll) und XT30 (für kleinere Drohnen), die sich in Größe und Stromstärke unterscheiden. Ausgleichsstecker (JST-XH) werden an das Ladegerät angeschlossen, um die Spannung während des Ladevorgangs auszugleichen.

Tote Zellen

Wenn eine Zelle bei der Überprüfung keine Spannung anzeigt, ist sie möglicherweise leer. Verwenden Sie ein Multimeter, um dies zu bestätigen - vermeiden Sie die Verwendung einer defekten Batterie.

Wie viele Packungen für Anfänger?

Beginnen Sie mit 4 Akkus für FPV-Flüge, die 40 Minuten Flugzeit bieten (5-10 Minuten pro Flug, einschließlich Einrichtung und Abstürze). Das Aufladen vor Ort kann diese Zeit weiter verlängern.

Gewicht

Das Gewicht des Akkus sollte etwa die Hälfte des Trockengewichts der Drohne betragen (ohne Akku und GoPro). Bei einer 600 g schweren Drohne eignet sich ein 300 g schwerer Akku für wendige Freestyle-Flüge. Für Filmflüge oder langsame Flüge kann ein Verhältnis von 1:1 ausreichen. Größere Akkus maximieren die Flugzeit für Langstrecken- oder Filmdrohnen, bei denen Leistung und Reaktionsfähigkeit weniger wichtig sind.

Bestimmung des Stromverbrauchs der Drohne

Prüfen Sie nach der Auswahl der Motor- und Propellergrößen die Schubdaten und die Stromaufnahme (z. B. zieht ein Motor mit einem 5040×3-Propeller bei Vollgas 36,74 A). Bei einem Quad mit vier Motoren beträgt die maximale Gesamtstromaufnahme 36,74 × 4 = 146,96 A. Reduzieren Sie diesen Wert um 30-40% für den realen Einsatz (z. B. 40-60% Gas, geringerer Strom aufgrund des Luftstroms), wobei geringfügige Stromaufnahmen durch andere Komponenten nicht berücksichtigt werden.

Auswahl der besten Batteriekapazität

Passen Sie die Kapazität an die Größe der Drohne und das C-Rating an. Allgemeine Richtlinien für Freestyle-/Raced-Drohnen:

  • 4S LiPo: 7″ (1500-2200mAh), 5″ (1300-1800mAh), 4″ (850-1300mAh), 3″ (650-1000mAh)

  • 6S LiPo: 7″ (1200-1500mAh), 5″ (900-1300mAh), 4″ (550-900mAh), 3″ (400-650mAh)

Berechnen Sie die Nennleistung C: C-Bewertung = Stromaufnahme / Kapazität. Eine gute Regel ist, dass der Akku die Hälfte des Gewichts der Drohne wiegen sollte, obwohl dies je nach Konfiguration variieren kann.

Ladegeschwindigkeit: Wie schnell sollten Sie aufladen?

Laden Sie mit 1C oder weniger, um die Belastung zu minimieren (z. B. 1,5 A für einen 1500-mAh-Akku, 0,9 A für einen 900-mAh-Akku), was etwa eine Stunde dauert. Einige Akkus unterstützen 3C- oder 5C-Schnellladungen - überprüfen Sie die Angaben vor der Verwendung, da bei höheren Ladegeschwindigkeiten die Gefahr einer Überhitzung oder eines Brandes besteht. Beenden Sie den Ladevorgang, wenn sich der Akku heiß anfühlt, was auf eine zu hohe Geschwindigkeit oder einen Defekt hinweist.

Wann landet man?

Landen Sie, wenn die Batteriespannung 3,5 V bis 3,6 V pro Zelle erreicht. Das Fliegen mit einer niedrigeren Spannung belastet den Akku und verkürzt seine Lebensdauer, da sich die Zellen erhitzen und abbauen. Die Spannung fällt schneller unter 3,5 V ab, wodurch die Gefahr einer Überentladung vor der sicheren Landung besteht. Wenn Sie die Spannung über 3,5 V halten, werden Ungleichgewicht und Schäden an den Zellen minimiert.