Kuinka tehdä dronin akku

Useimmat lentäjät eivät koskaan ajattele, miten dronin akku valmistetaan, kunnes heidän tarvitsemansa akkupakkaus ei ole saatavilla. Solujen määrä on väärä, muoto ei sovi kehikkoon, liitin ei ole sama kuin teidän virtajakelupiirikortissanne tai hinta on vaikea perustella suurissa määrissä. Tällöin akkupakkausominaisuuden rakentaminen alkaa näyttää järkevältä vaihtoehdolta – ja niin se onkin, kunhan käsittelitte sitä huolellisena kokoonpanotyönä eikä kemian kokeena.

Dronin akun valmistaminen perustuu neljään päätökseen: mitkä solut valitaan, miten ne järjestetään, miten ne yhdistetään toisiinsa ja miten pakkaus suojataan. Kaikki muu on toteutusta. Seuraavassa käydään läpi juuri tämä järjestys siinä järjestyksessä, jossa työskentelisitte itse, sekä testaus- ja dokumentointivaiheet, jotka määrittävät, selviääkö pakkaus koko kauden.

1. Tunne dronin akun kolme osaa

Dronin akku on yksinkertaisempi kuin se näyttää. Siinä on kolme osaa, ja kaikki kolme ovat tärkeitä.

• Solut, jotka varastoidaan energiaa. Jännite, kapasiteetti ja purkutaso määräytyvät niistä
• Hallintalauta tai suojalauta, joka pitää kennot turvallisissa rajoissa ja älykkäissä akkupakoissa ilmoittaa tilasta lennonohjaimelle
• Mekaaninen puoli: liitokset, johdotus, liittimet ja käärimismateriaali, joka pitää kaiken yhdessä ja estää sen hajottumasta ilmassa värähtelyn vaikutuksesta

Jos jättää pois jonkin näistä kolmesta, akkupakkaus epäonnistuu – yleensä ilmassa. Alkuun opiskelevat usein suunnittelevat liikaa kennoja, mutta liian vähän muuta.

2. Valitse kennotyyppi ennen kaikkea muuta

Kaksi kennojen perhettä hallitsee dronien akkuja, ja ne ovat hyviä eri asioissa.

• Pussikennot (LiPo ja LiHV) ovat tuttuja pehmeitä pakkausmuotoja. Ne tarjoavat korkean purkutehon, ovat kevyitä suhteessa tehoonsa ja saatavilla lähes millä tahansa koolla – siksi ne ovat edelleen hallitsevia FPV- ja kameradronien akkuina. Niitä tarvitaan fyysinen suojaus, eikä niitä pidä säilyttää täysilatauksessa
• Sylinterimäiset litium-ionikennot (18650, 21700 ja vastaavat) tarjoavat enemmän energiaa kilogrammaa kohden, alhaisemman purkutehon ja huomattavasti paremman käyttöikän. Pitkän toimintatunnin alustat ja kartointidronit käyttävät yleensä näitä

Tyhjennysluokitus, joka näyttää vaakavana merkintästä, on arvoton, jos solut eivät pysty toimittamaan huippuvirtaasi ilman jännitteen laskua.

3. Laske ensin jännite ja kapasiteetti

Tämä on osa, joka kannattaa kirjoittaa muistiin ennen kuin ostaa mitään.

• Sarjaan kytketyt solut lisäävät jännitettä. Yksittäinen LiPo-solu on nimellisesti 3,7 V ja varautuu 4,2 V:een, joten 6S-pakkaus on nimellisesti 22,2 V ja täysin ladattuna 25,2 V
• Rinnankytketyt solut lisäävät kapasiteettia ja virtakykyä. Kaksi rinnakkaisesta 2500 mAh -soluryhmästä muodostaa 5000 mAh:n kapasiteetin
• Watitunnit kertovat todellisen energiamäärän: jännite kerrottuna ampituntien määrällä. 6S 5000 mAh -pakkaus sisältää noin 111 Wh (22,2 V × 5 Ah)

Tarkista sitten paino. Jokainen pakkaus on kompromissi lentoaikaa ja lentokoneen käsittelyä vastaan, ja pakkaus, joka on painavampi kuin kehikon suunnittelussa oletettu, kuluttaa enemmän lentoaikaa kuin lisäkapasiteetti tuottaa.

4. Sovita solut toisiinsa ennen kuin yhdistät ne

Solukkeet, jotka poistuvat tehtaasta yhdessä, ovat lähellä toisiaan, mutta eivät identtisiä. Käytä uusia soluja samasta mallista ja samasta erästä. Älä sekoita malleja, äläkä koskaan sekoita uusia soluja jo käytetyihin soluihin.

Ennen kokoonpanoa mittaa jokainen solu kahdesta asiasta:

• Kapasiteetista, jotta voit ryhmitellä ne mahdollisimman lähelle toisiaan
• Sisäisestä resistanssista, joka vaikuttaa enemmän kuin kapasiteetti siihen, miten akkupakkaus käyttäytyy kuormituksen alla

Luokittele solut ja rakenna jokainen pakkaus tiukimmasta saatavilla olevasta ryhmästä. Pakkaus on yhtä vahva kuin sen heikoimpisolu, ja yksi korkearesistanssinen solu saa koko pakan epätasapainoon.

5. Liitä solut pistehitsaamalla

Kuumentaminen tappaa litiumsoluja. Suora juottaminen solun liittimeen siirtää lämpöä tiivistykseen ja sisäiseen rakenteeseen, ja vaurio ei useinkaan näy ennen kuin pakkaus on jo käytössä. Pistehitsaus nikkeli-levyllä tekee saman työn millisekunneissa paljon vähemmällä lämmöllä, miksi kaupallisissa pakkausissa käytetäänkin tätä menetelmää.

Neljä asiaa määrittää, kestävätkö liitokset:

• Mitata nikkeliliuska huippuvirran mukaan, ei keskimääräisen virran mukaan, koska liian ohut liuska lisää vastusta, lämpöä ja jännitepudotusta
• Pitää pitää hitsausmusteri tasaisena, jotta virta leviää yhtä tasaisesti yli koko liitoksen
• Käytä oikean kokoista johdinpoikkileikkausta pääjohtimille ja pidä ne mahdollisimman lyhyinä ilmalaivan rajoissa
• Tukikaa johtimet siinä kohdassa, jossa ne lähtevät akkupakkaasta. Värinä, ei virta, on se mikä rikkoo tinattuja liitoksia

6. Lisää suojaa ja tasapainotusta

Alkuperäinen soluryhmä tuhoaa itsensä mielihyvin, joten jokaiseen rakentamaasi pakkaan kuuluu suojaa – olipa kyseessä täysi akkujärjestelmän hallintajärjestelmä tai erillinen suojapiiri sisältävä tasapainotuslevy. Vähimmäisvaatimuksena haluat:

• Ylikorotuksen ja aliottamisen katkaisun asetettuna käytettävän kemian mukaan
• Ylivirran ja oikosulun suojan, jonka nimellisarvo on korkeampi kuin huippuvirtasi, jotta se ei lauennut lennon aikana
• Solujen tasapainotuksen, jotta pakka pysyy tasapainossa satojen käyttökertojen ajan
• Lämpötilantunnetin pakkoihin, jotka kuormitetaan voimakkaasti tai jotka lentävät kuumassa sävässä

Älykkäät akkupaketit kulkevat pidemmälle ja ilmoittavat solujen jännitteet, kierrosluvun ja kunnon lentokontrollerille, mikä mahdollistaa varoituksen ennen kuin jokin solu pettää. Tämä tieto ja siihen liittyvä testaus muodostavat suurimman osan siitä, miksi kaupallinen akkupaketti maksaa enemmän kuin sen sisältämät solut.

7. Rakenna se kestäväksi lentokoneen rungolle

Tässä kotitekoiset akkupaketit epäonnistuvat käytännössä: ei sähköisesti, vaan mekaanisesti.

• Pidä solut etäisyydellä toisistaan eristeillä tai pitimillä, jotta ne eivät hankaannu keskenään
• Eristä akkupaketti kaikelta rungon johtavilta osilta
• Kääri akkupaketti teipillä ja kutistettavalla päällyksellä, jotta mikään ei siirry värähtelyn aikana
• Käytä liittintä, jonka virta-arvo vastaa tarvetasi, ja varmista, että se on yhteensopiva lentokoneen jo olemassa olevan liittimen kanssa
• Suojaa akkupakettia kosteudelta, jos drone lentää ulkona, ja pidä tasapainotusjohtojen ympärillä käärimispäällys ehjänä

Painon ja painopisteen tarkistus ansaitsee viimeisen tarkastuksen. Akkupaketti, joka siirtää painopistettä, muuttaa dronen lentotapaa, ja lentokontrolleri voi korjata tätä vain rajallisesti.

8. Testaa jokainen akkupakkaus ennen lentämistä

Uusi akkupakkaus ansaitsee luottamuksensa työpajassa, ei ilmassa.

• Tarkista sisäinen vastus solmu kerrallaan kokoonpanon jälkeen. Poikkeavat arvot viittaavat huonoon hitsaukseen tai vialliseen solmuun
• Suorita täydellinen purkutesti ja vertaa toimitettua kapasiteettia nimellisarvoon
• Varmista, että pakkaus tasapainottuu ja että suojalauta katkaisee virran oikeassa kohdassa
• Seuraa lämpötilaa kuormituksen alla ensimmäisten käyttökertojen aikana
• Pidä ensimmäiset käyttökerrat liepeinä ja lataa turvallisessa, palamattomassa paikassa

Jos yksi solmu poikkeaa muista, pysähtyä ja korjata se. Epätasapainoinen pakkaus ei parane käytön myötä.

9. Tiedä, mitä voit lähettää tai myydä

Rakentaa akkupakkaus itselleen ja myydä sitä ovat kaksi eri asiaa. Kaikki litiumpohjaiset tuotteet, jotka liikkuvat kaupankäynnin tai kuljetuksen kautta, käsitetään vaarallisiksi tavaroihin, ja kotona koottulla akkupakkauksella ei ole testihistoriaa. Akkupakkausta, joka lähtee työpöydältäsi tuotteena, koskee perusvaatimus:

• UN 38.3 -testitulokset. Kaikkien litiumsolutyyppien ja -akkujen on läpäistävä nämä testit kuljetuksessa, ja paketin, jota kuljetetaan, osalta on oltava saatavilla testiyhteenveto
• IEC 62133-2:2017, turvallisuusstandardi kannettaville tiukkumattomille litiumsoluille ja -akkuihin, mukaan lukien solujen kokoaminen akkuiksi
• Oikea luokan 9 -merkintä ja -merkintä kuljetusta varten
• EU:n akkuasetus (EU) 2023/1542, joka tuli voimaan helmikuussa 2024, jossa merkintävelvoitteet otetaan käyttöön vaiheittain vuodesta 2026 alkaen sekä myöhemmin seuraavat digitaaliset tiedonvaatimukset

Nämä asiakirjat ovat myös käytännöllinen perustelu ostamiselle sen sijaan, että rakentaisi itse. Luotettava toimittaja antaa asiakirjat akun kanssa, ja kyseinen akku on jo suorittanut kaikki vaaditut testit.

Virheet, jotka tuhoavat kotitekoisen akun

• Kiinnittäminen suoraan solun napoihin liittämällä ja kuumennettaessa tiukkumia
• Erilaisten mallien, eräiden tai ikäluokkien solujen sekoittaminen yhteen akkuun
• Akun rakentaminen ilman tasapainotusta tai suojaa lainkaan
• Nauhan ja johdon mitoitus keskimääräiseen virran arvoon sen sijaan, että otettaisiin huomioon huippuvirta
• Ohittaa eristys akkupaketin ja johtavan kehyksen välillä
• Käyttää uutta akkupakettia kovaa ennen kuin se on osoittanut luotettavuutensa testipöydällä
• Ladata epäluotettavaa tai turvonneen akkupakettia sisätiloissa nähdäkseen, mitä tapahtuu
• Lähteä lähettämään tai myymään akkupakettia ilman testausasiakirjoja

Lopuksi

Droneakun valmistaminen on prosessi, ei yksittäinen taito: valitse kemiallinen koostumus, joka sopii tehtävääsi, laske sarja- ja rinnankytkentä, sovita solut toisiinsa, hitsaa eikä liimaa, suojaa akkupaketti ja testaa se ennen kuin se jättää testipöytää

Jos tavoitteena on luotettava laivasto eikä yksittäinen kokeilu, laskelma muuttuu. Akkupaketti, joka saapuu testattuna, asiakirjoitettuna ja toistettavissa, on arvokas ostos, varsinkin kun vaihtoehtona on paketti, jota ei voida lähettää ja jolla ei haluttaisi lentää mitään arvokasta yli

Aiheeseen liittyviä artikkeleita

Miten valita dronin akut
Opettele, miten jännite, kapasiteetti, purkuteho ja solujen laatu määrittävät, mikä akkupaketti sopii droneesi

Miten tarkistaa dronien akkujen kuntoa
Tunnista varhaiset kulumaoireet tarkistamalla fyysistä kuntoa, jännitettä, kapasiteettia, sisäistä resistanssia ja akkuvirheilmoituksia.

Drone-akkujen lataaminen matkalla
Suunnittele latausaikaan ja latausnopeuteen sopivasti akkupakkaasi ja varmista turvallinen kenttälataus.