Applicazione delle batterie ai polimeri di litio in Droni FPV

Raccomandazioni per le batterie

Quando si sceglie una batteria LiPo, è bene optare per marche rinomate per garantire prestazioni e qualità. Per un drone più leggero e agile, scegliete una batteria più piccola. Se la durata del volo è prioritaria rispetto alla manovrabilità, optate per una batteria più grande. Si noti che le batterie più grandi forniscono correnti più elevate ma aggiungono un leggero peso, il che richiede un compromesso.

Droni da corsa e freestyle da 5 pollici

Le batterie LiPo più comuni per i droni FPV da 5 pollici (utilizzati nel freestyle e nelle gare) sono le configurazioni 4S e 6S. Se siete indecisi, la 6S è consigliata come standard industriale nel 2025. Le capacità tipiche sono di circa 1500 mAh per le 4S e da 1000 a 1300 mAh per le 6S.

Le batterie LiPo sono sicure?

Se gestite correttamente, le batterie LiPo sono assolutamente sicure. Tuttavia, un uso improprio o un danno fisico possono provocare incendi. Per ridurre al minimo i rischi, è essenziale che le batterie vengano maneggiate con cura e conservate/caricate in un luogo sicuro dal punto di vista antincendio.

Informazioni di base sulle batterie LiPo

Le batterie LiPo offrono un eccezionale rapporto potenza/peso, che le rende ideali per i droni FPV. Imparare a leggere le etichette e comprendere i termini chiave è fondamentale per scegliere la batteria giusta, come spiegato di seguito.

Tensione della batteria LiPo

Le batterie LiPo sono costituite da singole celle, ciascuna progettata per funzionare in uno specifico intervallo di tensione:

  • Carica completa a 4,2 V per cella.

  • Completamente scarica a 3,0V per cella. Una LiPo "vuota" non significa 0V! Una scarica inferiore a 3,0V può causare una perdita di prestazioni o danni irreversibili. Un sovraccarico superiore a 4,2 V per cella è estremamente pericoloso e può causare incendi.

Per prolungare la durata della batteria, smettere di volare e atterrare quando la tensione per cella raggiunge circa 3,5 V. Esistono eccezioni, come nel caso delle batterie Tiny Whoop 1S, dove i piloti possono scaricarle a 3,2 V per massimizzare il tempo di volo grazie ai minori costi di sostituzione.

Conteggio delle cellule

Le batterie LiPo possono contenere più celle. La sigla "S" indica il numero di celle collegate in serie, aumentando la tensione totale. Ogni cella ha una tensione nominale di 3,7 V, per cui si potrebbe vedere:

  • 1S = 1 cella = 3,7V

  • 2S = 2 celle = 7,4V

  • 3S = 3 celle = 11,1V

  • 4S = 4 celle = 14,8V

  • 5S = 5 celle = 18,5 V

  • 6S = 6 celle = 22,2V

Ad esempio:

  • Una batteria 4S ha una tensione nominale di 14,8 V (4 × 3,7 V), una minima di 12,0 V e una massima di 16,8 V (4 × 4,2 V).

  • Una batteria 6S ha una tensione nominale di 22,2V, un minimo di 18,0V e un massimo di 25,2V.

Un numero maggiore di celle aumenta il numero di giri del motore e la potenza del drone (se supportato), ma sono più pesanti e più costose.

Fatto divertente: Collegare due batterie identiche in serie raddoppia la tensione ma mantiene la stessa capacità (ad esempio, due batterie 2S 1000mAh in serie diventano una 4S 1000mAh). In parallelo, la capacità raddoppia mentre la tensione rimane invariata (ad esempio, un pacco 2S da 2000 mAh). Le etichette possono includere "P" (ad esempio, 4S2P o 6S2P), dove "P" indica gruppi paralleli. 6S1P significa 6 celle in serie, 1 gruppo in parallelo (spesso omesso perché "1P" è standard), mentre 6S2P significa 6 celle in serie, 2 gruppi in parallelo (per un totale di 12 celle).

Capacità

La capacità, misurata in mAh (milliampora), indica la corrente che una batteria può erogare ininterrottamente per un'ora fino all'esaurimento. (1000 mAh = 1Ah) Per una LiPo da 1300 mAh (1,3Ah):

  • A 1,3A, dura un'ora.

  • A 2,6A, dura 30 minuti.

  • A 39A, dura 2 minuti (1,3/39 = 1/30 d'ora).

Una capacità maggiore allunga i tempi di volo, ma aumenta il peso e le dimensioni. Il bilanciamento tra capacità e peso è fondamentale per ottimizzare l'efficienza e le prestazioni di volo.

Valutazione C

Il valore C indica la corrente massima assorbita in sicurezza senza danni, calcolata come segue:

  • Corrente massima = Capacità × C nominale.

Il superamento di questo valore può surriscaldare la batteria, aumentare la resistenza interna nel tempo, ridurre la durata di vita o provocare il thermal runaway (incendio). Le batterie di classe C più elevata (anche a parità di capacità) sono spesso più pesanti. Sono ottime per i droni ad alta potenza, ma possono essere eccessive per i cruiser a bassa potenza, dove il peso aggiuntivo potrebbe ridurre la durata del volo. Le classificazioni C sono utili all'interno dello stesso marchio, ma possono essere esagerate per motivi di marketing, quindi è meglio affidarsi alle raccomandazioni piuttosto che ai confronti.

Resistenza interna (IR)

Tutti i componenti elettronici, comprese le batterie, presentano una resistenza. La resistenza interna della batteria (IR) misura l'opposizione al flusso di corrente. Una IR più bassa significa un'erogazione di energia più efficiente per i droni FPV. Il monitoraggio dell'IR aiuta a valutare lo stato di salute della batteria e a determinare i tempi di sostituzione, poiché aumenta naturalmente con l'uso e l'età. Pratiche scorrette come l'eccessiva scarica, il sovraccarico, gli elevati assorbimenti di corrente o il surriscaldamento accelerano l'invecchiamento.

Un IR elevato provoca un abbassamento della tensione (cali sotto carico), riducendo il numero di giri del motore, la potenza e la reattività. Le batterie progettate per applicazioni a bassa corrente (ad esempio, radio o occhiali FPV) hanno un IR più elevato, così come le batterie 18650 agli ioni di litio rispetto alle tipiche batterie LiPo.

Connettori della batteria

Tutte le batterie LiPo (tranne quelle 1S) hanno due connettori: un connettore di scarica principale e un connettore di bilanciamento. Il cavo di scarica (fili rossi e neri più spessi) alimenta il drone. Il cavo di bilanciamento (fili sottili verso un connettore bianco) monitora le tensioni delle celle, con un numero di fili corrispondente al numero di celle più uno:

  • 2S = 3 fili

  • 3S = 4 fili

  • 4S = 5 fili

  • 5S = 6 fili

  • 6S = 7 fili

I connettori di scarica più comuni sono XT60 (per droni da 5 pollici in su) e XT30 (per droni più piccoli), che differiscono per dimensioni e corrente nominale. I connettori di bilanciamento (JST-XH) si collegano al caricabatterie per il bilanciamento della tensione durante la carica.

Cellule morte

Se una cella non mostra tensione durante i controlli, potrebbe essere scarica. Utilizzare un multimetro per confermarlo, evitando di utilizzare una batteria guasta.

Quanti pacchetti per i principianti?

Iniziate con 4 pacchi batteria per il volo FPV, che offrono 40 minuti di tempo di volo (5-10 minuti per volo, comprese le impostazioni e le cadute). La ricarica sul campo può estendere ulteriormente questa durata.

Peso

Il peso della batteria dovrebbe essere circa la metà del peso a secco del drone (senza batteria o GoPro). Per un drone da 600 g, una batteria da 300 g è adatta a un volo agile e freestyle. Per il volo cinematografico o lento, può andare bene un rapporto di 1:1. Le batterie più grandi massimizzano il tempo di volo per i droni a lungo raggio o cinematografici, dove la potenza e la reattività sono meno importanti.

Determinazione dell'assorbimento di corrente del drone

Dopo aver selezionato le dimensioni del motore e dell'elica, verificare i dati di spinta e l'assorbimento di corrente (ad esempio, un motore con un'elica 5040×3 a pieno regime assorbe 36,74A). Per un quad con quattro motori, l'assorbimento massimo totale è 36,74 × 4 = 146,96A. Ridurre questo valore di 30-40% per l'uso reale (ad esempio, acceleratore 40-60%, corrente più bassa dovuta al flusso d'aria), ignorando gli assorbimenti minori di altri componenti.

Scelta della migliore capacità della batteria

Abbinare la capacità alle dimensioni del drone e alla classe C. Linee guida generali per i droni da freestyle e da gara:

  • 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)

Calcolare il rating C: C = Assorbimento di corrente / Capacità. Una buona regola è che la batteria pesi la metà del peso del drone, anche se questo può variare a seconda della configurazione.

Velocità di ricarica: a che velocità si deve caricare?

Caricare a 1C o meno per ridurre al minimo lo stress (ad esempio, 1,5A per una batteria da 1500mAh, 0,9A per una batteria da 900mAh), impiegando circa un'ora. Alcune batterie supportano la ricarica rapida a 3C o 5C; verificate le specifiche prima dell'uso, poiché velocità più elevate rischiano di surriscaldarsi o incendiarsi. Interrompere la carica se la batteria si surriscalda, il che indica una velocità eccessiva o un difetto.

Quando atterrare

Atterrare quando la tensione della batteria raggiunge i 3,5 - 3,6 V per cella. Volare a livelli inferiori stressa la batteria, riducendone la durata, poiché le celle si riscaldano e si degradano. La tensione scende più rapidamente sotto i 3,5 V, rischiando di scaricarsi eccessivamente prima di un atterraggio sicuro. Mantenendola al di sopra dei 3,5 V si riducono al minimo gli squilibri e i danni alle celle.