Применение литий-полимерных аккумуляторов в FPV дроны

Рекомендации по использованию аккумуляторов

Выбирая LiPo батарею, отдавайте предпочтение известным брендам, чтобы гарантировать производительность и качество. Для более легкого и маневренного дрона выбирайте аккумулятор меньшего размера. Если продолжительность полета важнее маневренности, выбирайте более емкий аккумулятор. Имейте в виду, что большие батареи обеспечивают более высокий ток, но при этом немного увеличивают вес, что требует компромисса.

5-дюймовые дроны для фристайла и гонок

Наиболее распространенными LiPo аккумуляторами для 5-дюймовых FPV дронов (используемых во фристайле и гонках) являются конфигурации 4S и 6S. Если вы еще не определились, то 6S рекомендуется в качестве промышленного стандарта в 2025 году. Типичная емкость составляет около 1500 мАч для 4S и от 1000 мАч до 1300 мАч для 6S.

Безопасны ли LiPo аккумуляторы?

При правильном обращении LiPo аккумуляторы абсолютно безопасны. Однако неправильное использование или физическое повреждение может привести к пожару. Осторожное обращение и хранение/зарядка в пожаробезопасном месте - вот что необходимо для минимизации рисков.

Основы работы с LiPo аккумуляторами

LiPo аккумуляторы обладают исключительным соотношением мощности и веса, что делает их идеальными для FPV дронов. Для выбора подходящего аккумулятора очень важно научиться читать их этикетки и понимать ключевые термины, о которых мы расскажем ниже.

Напряжение батареи LiPo

LiPo аккумуляторы состоят из отдельных элементов, каждый из которых предназначен для работы в определенном диапазоне напряжений:

• Полностью заряжен при напряжении 4,2 В на элемент.

• Полностью разряжен при 3,0 В на ячейку. Разряженный LiPo не означает 0 В! Разрядка ниже 3,0 В может привести к необратимому снижению производительности или повреждению. Перезарядка выше 4,2 В на элемент крайне опасна и может привести к возгоранию.

Чтобы продлить срок службы батареи, прекратите полет и приземлитесь, когда напряжение на одной ячейке достигнет примерно 3,5 В. Существуют исключения, например, для аккумуляторов 1S Tiny Whoop, когда пилоты могут разрядить их до 3,2 В, чтобы увеличить время полета из-за более низкой стоимости замены.

Количество клеток

LiPo аккумуляторы могут содержать несколько элементов. Обозначение "S" указывает на количество последовательно соединенных элементов, увеличивающих общее напряжение. Номинальное напряжение каждого элемента составляет 3,7 В, поэтому вы можете увидеть:

• 1S = 1 ячейка = 3,7 В

• 2S = 2 ячейки = 7,4 В

• 3S = 3 ячейки = 11,1 В

• 4S = 4 ячейки = 14,8 В

• 5S = 5 ячеек = 18,5 В

• 6S = 6 ячеек = 22,2 В

Например:

• Номинальное напряжение батареи 4S составляет 14,8 В (4 × 3,7 В), минимальное - 12,0 В, максимальное - 16,8 В (4 × 4,2 В).

• Номинальное напряжение батареи 6S составляет 22,2 В, минимальное - 18,0 В, максимальное - 25,2 В.

Более высокое количество элементов увеличивает число оборотов двигателя и мощность дрона (если поддерживается), но они тяжелее и дороже.

Забавный факт: При последовательном соединении двух одинаковых аккумуляторов напряжение удваивается, но емкость остается прежней (например, два последовательно соединенных аккумулятора 2S 1000mAh превращаются в один 4S 1000mAh). При параллельном соединении емкость удваивается, а напряжение остается прежним (например, один аккумулятор 2S 2000mAh). Маркировка может включать букву "P" (например, 4S2P или 6S2P), где "P" обозначает параллельные группы. 6S1P означает 6 ячеек последовательно, 1 группа параллельно (часто опускается, так как "1P" является стандартом), а 6S2P означает 6 ячеек последовательно, 2 группы параллельно (всего 12 ячеек).

Вместимость

Емкость, измеряемая в мАч (миллиампер-часах), указывает на ток, который аккумулятор может непрерывно выдавать в течение часа до полного разряда. (1000 мАч = 1 Ач.) Для LiPo емкостью 1300 мАч (1,3 Ач):

• При токе 1,3 А его хватает на час работы.

• При токе 2,6 А его хватает на 30 минут.

• При токе 39 А он длится 2 минуты (1,3/39 = 1/30 часа).

Большая емкость увеличивает время полета, но увеличивает вес и размер. Баланс между вместимостью и весом является ключевым фактором оптимизации эффективности и производительности полета.

Рейтинг C

Номинал C указывает на максимальное безопасное потребление тока без повреждения, рассчитываемое как:

• Максимальный ток = Мощность × номинал C.

Превышение этого показателя может привести к перегреву батареи, увеличению внутреннего сопротивления, сокращению срока службы или к тепловому удару (возгоранию). Аккумуляторы с более высоким рейтингом C (даже при одинаковой емкости) часто бывают тяжелее. Они отлично подходят для мощных дронов, но могут оказаться излишеством для маломощных круизеров, где дополнительный вес может сократить время полета. Рейтинги C полезны в рамках одного бренда, но могут быть преувеличены в маркетинговых целях, поэтому полагайтесь на рекомендации, а не на сравнение.

Внутреннее сопротивление (IR)

Вся электроника, включая аккумуляторы, имеет сопротивление. Внутреннее сопротивление аккумулятора (IR) измеряет противодействие протеканию тока. Более низкий IR означает более эффективную подачу энергии для FPV дронов. Мониторинг IR помогает оценить состояние батареи и определить время ее замены, поскольку оно естественным образом увеличивается по мере использования и возраста. Неправильные действия, такие как чрезмерная разрядка, чрезмерная зарядка, потребление большого тока или перегрев, ускоряют старение.

Высокий IR вызывает просадку напряжения (падение под нагрузкой), что снижает обороты двигателя, мощность и отзывчивость. Аккумуляторы, предназначенные для слаботочных приложений (например, для радиостанций или очков FPV), имеют более высокий IR, как и литий-ионные аккумуляторы 18650 по сравнению с типичными LiPos.

Разъемы для аккумуляторов

Все LiPo аккумуляторы (кроме 1S) имеют два разъема: основной разрядный и балансный. Разрядный разъем (толстые красный и черный провода) обеспечивает питание дрона. Балансовый разъем (тонкие провода к белому разъему) контролирует напряжение элементов, при этом количество проводов соответствует количеству элементов плюс один:

• 2S = 3 провода

• 3S = 4 провода

• 4S = 5 проводов

• 5S = 6 проводов

• 6S = 7 проводов

К распространенным разрядным разъемам относятся XT60 (для дронов размером более 5 дюймов) и XT30 (для дронов меньшего размера), различающиеся по размеру и номинальному току. Балансные разъемы (JST-XH) подключаются к зарядному устройству для выравнивания напряжения во время зарядки.

Мертвые клетки

Если при проверке на элементе отсутствует напряжение, он может быть разряжен. Для проверки используйте мультиметр - избегайте использования неисправной батареи.

Сколько упаковок для новичков?

Начните с 4 батарейных блоков для FPV-полетов, обеспечивающих 40 минут полета (5-10 минут на полет, включая настройку и падения). Зарядка в полевых условиях может продлить это время.

Вес

Вес батареи должен составлять примерно половину сухого веса дрона (без батареи и GoPro). Для дрона весом 600 г батарея весом 300 г подходит для подвижного фристайла. Для кинематографических или медленных полетов может подойти соотношение 1:1. Более емкие батареи позволяют увеличить время полета для дронов, летающих на большие расстояния или снимающих кино, где мощность и скорость реагирования не так важны.

Определение силы тока, потребляемого дроном

После выбора размеров двигателя и пропеллера проверьте данные о тяге и потребляемом токе (например, двигатель с пропеллером 5040×3 на полном газу потребляет 36,74 А). Для квадрокоптера с четырьмя моторами общее максимальное потребление составит 36,74 × 4 = 146,96A. Уменьшите это значение на 30-40% для реального использования (например, дроссель 40-60%, меньший ток из-за воздушного потока), игнорируя незначительное потребление от других компонентов.

Выбор оптимальной емкости аккумулятора

Подберите емкость в соответствии с размером дрона и рейтингом C. Общие рекомендации для дронов для фристайла/гонок:

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

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

Рассчитайте номинал C: C = потребляемый ток / емкость. Хорошим правилом является вес батареи, равный половине веса дрона, хотя это может зависеть от конфигурации.

Скорость зарядки: как быстро вы должны заряжаться?

Заряжайте при 1С или ниже, чтобы минимизировать нагрузку (например, 1,5А для аккумулятора емкостью 1500 мАч, 0,9А для аккумулятора емкостью 900 мАч), около часа. Некоторые аккумуляторы поддерживают быструю зарядку 3C или 5C - проверьте характеристики перед использованием, так как более высокая скорость чревата перегревом или возгоранием. Прекратите зарядку, если аккумулятор нагрелся, это указывает на превышение скорости или дефект.

Когда приземляться

Приземляйтесь, когда напряжение батареи достигает 3,5-3,6 В на элемент. Полеты при более низком напряжении подвергают батарею нагрузке, сокращая срок службы, поскольку элементы нагреваются и разрушаются. Напряжение быстрее падает ниже 3,5 В, что чревато чрезмерным разрядом перед безопасной посадкой. Поддержание напряжения выше 3,5 В сводит к минимуму дисбаланс ячеек и их повреждение.