Cum se face o baterie pentru dronă

Majoritatea pilotilor nu se gândesc niciodată la modul în care este fabricată o baterie pentru dronă până când modelul de care au nevoie nu există. Numărul de celule este incorect, forma nu se potrivește cu chasisul, conectorul nu este cel de pe placa dvs. de distribuție a energiei sau prețul este greu de justificat în cantități mari. În acel moment, asamblarea unei baterii începe să pară o idee rezonabilă — și chiar este, atâta timp cât o tratați ca pe un proces de asamblare atent, nu ca pe un experiment de chimie.

Fabricarea unei baterii pentru dronă se reduce la patru decizii: ce celule se folosesc, cum sunt aranjate, cum sunt conectate între ele și cum este protejat ansamblul. Tot restul este execuție. Mai jos urmează această succesiune, în ordinea în care ați lucra efectiv, plus etapele de testare și documentare care determină dacă bateria supraviețuiește unei întregi perioade de utilizare.

1. Cunoașteți cele trei componente ale unei baterii pentru dronă

O baterie pentru dronă este mai simplă decât pare. Există trei componente, iar toate cele trei sunt importante.

• Celulele, care stochează energia. Tensiunea, capacitatea și rata de descărcare provin toate din acestea
• Un tablou de management sau protecție, care menține celulele în limite sigure și, la acumulatoarele inteligente, raportează starea către controlerul de zbor
• Partea mecanică: conexiunile, cablurile, conectorul și învelișul care ține totul împreună și împiedică desfacerea în aer

Dacă omiteți oricare dintre cele trei componente, acumulatorul cedează, de obicei în timpul zborului. Începătorii tind să planifice excesiv celulele și insuficient celelalte două componente

2. Alegeți tipul de celulă înainte de orice altceva

Două familii domină acumulatoarele pentru drona, iar fiecare este potrivită pentru sarcini diferite

• Celulele tip pungă (LiPo și LiHV) sunt acumulatoarele moi, familiare. Au rate ridicate de descărcare, sunt ușoare pentru puterea lor și sunt disponibile în aproape orice dimensiune, motiv pentru care continuă să domine drona FPV și drona pentru camere. Acestea necesită protecție fizică și nu suportă stocarea la încărcare completă
• Celulele cilindrice Li-ion (18650, 21700 și similare) oferă mai multă energie pe kilogram, rate mai scăzute de descărcare și o durată de viață mult mai lungă în cicluri. Platformele cu autonomie mare și drona pentru cartografiere folosesc de obicei aceste celule

O rată de descărcare care pare impresionantă pe etichetă este inutilă dacă celulele nu pot furniza curentul de vârf necesar fără cădere de tensiune. Potrivește rata continuă de descărcare cu ceea ce consumă de fapt motoarele, apoi adaugă un sigur surplus.

3. Stabilește mai întâi tensiunea și capacitatea

Această parte merită notată înainte de a cumpăra orice.

• Celulele conectate în serie adaugă tensiune. O singură celulă LiPo are o tensiune nominală de 3,7 V și se încarcă până la 4,2 V; astfel, un acumulator 6S are o tensiune nominală de 22,2 V și o tensiune complet încărcată de 25,2 V.
• Celulele conectate în paralel adaugă capacitate și capacitate de curent. Două grupuri paralele de celule de 2500 mAh oferă 5000 mAh.
• Watt-ora indică energia reală: tensiunea înmulțită cu amperi-ora. Un acumulator 6S de 5000 mAh stochează aproximativ 111 Wh (22,2 V × 5 Ah).

Apoi verifică greutatea. Fiecare acumulator reprezintă un compromis între durata zborului și modul în care aeronava este manevrată; un acumulator mai greu decât cel pentru care fuselajul a fost proiectat costă mai mult timp de zbor decât capacitatea suplimentară poate oferi.

4. Potrivește celulele înainte de a le conecta

Celulele care părăsesc fabrica împreună sunt asemănătoare, dar nu identice. Folosiți celule noi, de același model și din aceeași serie. Nu amestecați modele diferite și, în niciun caz, nu amestecați celule noi cu celule deja utilizate.

Înainte de asamblare, măsurați fiecare celulă pentru două lucruri:

• Capacitatea, pentru a putea grupa cele mai asemănătoare celule între ele
• Rezistența internă, care are un impact mai mare decât capacitatea asupra comportamentului bateriei sub sarcină

Sortați celulele și construiți fiecare baterie doar din cel mai omogen grup disponibil. O baterie este la fel de puternică ca cea mai slabă celulă din ea, iar o singură celulă cu rezistență ridicată va dezechilibra întreaga baterie.

5. Conectați celulele cu un aparat de sudură punctuală

Căldura distruge celulele de litiu. Sudarea directă pe terminalul unei celule transmite căldură în etanșare și în structura internă, iar deteriorarea nu apare adesea decât după ce bateria este deja în funcțiune. Sudarea punctuală cu bandă de nichel realizează aceeași sarcină în milisecunde, cu mult mai puțină căldură – motiv pentru care bateriile comerciale sunt construite astfel.

Patru factori determină dacă conexiunile rămân stabile:

• Dimensionați banda de nichel pentru curentul de vârf, nu pentru cel mediu, deoarece o bandă prea subțire adaugă rezistență, căldură și cădere de tensiune
• Mențineți un model uniform de sudură, astfel încât curentul să se răspândească pe întreaga conexiune
• Folosiți calibrul corect de cablu pentru conductele principale și mențineți-le cât mai scurte posibil, în limitele structurii aeronavei
• Susțineți conductele în punctul în care părăsesc bateria. Vibratia, nu curentul, este ceea ce distruge joncțiunile de lipit

6. Adăugați protecție și echilibrare

Un grup de celule fără protecție se va distruge cu plăcere singur, așadar protecția trebuie inclusă în orice baterie construită, fie ca sistem complet de management al bateriei, fie ca placă de echilibrare cu un circuit separat de protecție. Cel puțin trebuie să aveți:

• Limitare la supraîncărcare și descărcare excesivă, setată conform chimiei celulelor dumneavoastră
• Protecție la supracurent și scurtcircuit, dimensionată pentru valori superioare consumului de vârf, astfel încât să nu declanșeze în timpul zborului
• Echilibrare a celulelor, pentru ca bateria să rămână echilibrată pe parcursul a sute de cicluri
• Detectare a temperaturii pentru bateriile care vor lucra intens sau vor zbura în condiții de căldură

Pachetele inteligente au o autonomie mai mare și raportează tensiunile celulelor, numărul de cicluri și starea de sănătate către controlerul de zbor, ceea ce permite aeronavei să vă avertizeze înainte ca o celulă să cedeze. Aceste date, precum și testele care le stau la bază, reprezintă cea mai mare parte a motivului pentru care un pachet comercial costă mai mult decât celulele din interiorul său.

7. Construiți-l astfel încât să reziste structurii aeronavei

Aici eșuează în practică pachetele realizate în casă: nu din punct de vedere electric, ci din punct de vedere mecanic.

• Fixați celulele cu distanțiere sau suporturi, astfel încât să nu se frece una de alta
• Izolați între pachet și orice componentă conductoare de pe structură
• Înveliți pachetul cu bandă adezivă și cu tub termoretractabil, astfel încât nimic să nu se deplaseze sub acțiunea vibrațiilor
• Folosiți un conector dimensionat pentru curentul dumneavoastră și asigurați-vă că este compatibil cu cel deja montat pe aeronavă
• Protejați pachetul de umiditate dacă drona zboară în aer liber și mențineți învelișul intact în jurul cablurilor de echilibrare

Greutatea și centrul de greutate merită ultima verificare. Un pachet care deplasează centrul de greutate modifică modul în care zboară drona, iar controlerul de zbor poate compensa doar parțial această schimbare.

8. Testați fiecare acumulator înainte de a-l folosi în zbor

Un acumulator nou își câștigă încrederea în atelier, nu în aer.

• Verificați rezistența internă celulă cu celulă după asamblare. Valorile excepționale indică o sudură defectuoasă sau o celulă defectuoasă
• Efectuați un test complet de descărcare și comparați capacitatea livrată cu valoarea nominală
• Confirmați că acumulatorul se echilibrează corect și că placa de protecție întrerupe alimentarea în punctul corespunzător
• Monitorizați temperatura sub sarcină în primele cicluri
• Mențineți aceste prime cicluri ușoare și încărcați într-o zonă sigură, neinflamabilă

Dacă o celulă se abate de la celelalte, opriți-vă și remediați problema. Un acumulator neechilibrat nu se îmbunătățește prin utilizare.

9. Cunoașteți ce puteți transporta sau vinde

Construirea unui acumulator pentru uz personal și vânzarea acestuia sunt două proiecte foarte diferite. Orice produs pe bază de litiu care intră în comerț sau în transport este considerat marfă periculoasă, iar un acumulator asamblat acasă nu are nicio istoric de teste. Pentru un acumulator care părăsește bancul dumneavoastră ca produs, baza este:

• Rezultatele testelor UN 38.3. Fiecare celulă și baterie cu litiu destinată transportului trebuie să treacă aceste teste, iar un rezumat al testelor trebuie să fie disponibil pentru pachetul care se livrează.
• IEC 62133-2:2017, standardul de siguranță care acoperă celulele și bateriile portabile etanșate cu litiu, inclusiv asamblarea celulelor în pachete.
• Marcajul și etichetarea corecte pentru clasa 9, destinate transportului.
• Regulamentul UE privind bateriile (UE) 2023/1542, în vigoare din februarie 2024, cu obligații de etichetare care intră în vigoare treptat începând cu 2026 și cerințe privind informațiile digitale care urmează.

Această documentație reprezintă, de asemenea, argumentul practic pentru achiziționarea, nu pentru construirea pachetului. Un furnizor de încredere vă pune la dispoziție documentația împreună cu pachetul, iar pachetul respectiv a trecut deja testele necesare.

Erori care distrug un pachet realizat manual.

• Sudarea directă pe terminalele celulelor și deteriorarea sigiliilor.
• Amestecarea celulelor de modele, loturi sau vârste diferite într-un singur pachet.
• Construirea unui pachet fără nicio funcție de echilibrare sau protecție.
• Dimensionarea benzii și a cablului în funcție de curentul mediu, nu de cel de vârf.
• Sărirea izolației dintre baterie și cadru conductiv
• Pilotarea unei baterii noi în condiții extreme înainte ca aceasta să-și fi dovedit fiabilitatea pe bancul de testare
• Încărcarea unei baterii suspecte sau umflate în interiorul unei clădiri, pentru a vedea ce se întâmplă
• Expedierea sau vânzarea unei baterii fără documentație de testare asociată

Gânduri finale

Construirea unei baterii pentru dronă este un proces secvențial, nu o singură abilitate: alegeți chimia potrivită misiunii dumneavoastră, efectuați calculele de conectare în serie și în paralel, asociați celulele corespunzător, sudăți în loc de lipire, protejați bateria și o testați înainte ca aceasta să părăsească bancul de testare. Pilotii care parcurg acești pași obțin baterii concepute special pentru aeronavele lor, nu baterii care se potrivesc doar aproximativ.

Dacă obiectivul este o flotă fiabilă, nu un singur experiment, calculul se schimbă. O baterie care ajunge deja testată, documentată și reproductibilă merită să fie plătită, mai ales atunci când varianta alternativă este o baterie pe care nu o puteți expedia și pe care nu ați dori să o folosiți deasupra niciunui obiect valoros.

Articole conexe

Cum să alegeți bateriile pentru drona
Aflați cum tensiunea, capacitatea, ratingul de descărcare și calitatea celulelor determină care baterie este potrivită pentru drona dumneavoastră.

Cum să verificați starea bateriilor dronelor
Detectați uzura prematură prin verificarea stării fizice, a tensiunii, a capacității, a rezistenței interne și a avertismentelor bateriei.

Cum să încărcați bateriile dronelor în mișcare
Planificați în funcție de durata încărcării, potriviți rata de încărcare cu bateria dvs. și asigurați o încărcare sigură în teren.