Kako izdelati baterijo za dron

Večina pilotov nikoli ne razmišlja o tem, kako se izdeluje baterija za brezpilotno letalo, dokler ne potrebujejo baterije, ki ne obstaja. Število celic je napačno, oblika se ne prilega okvirju, priključek ni tisti na vaši plošči za porazdelitev energije ali pa je cena težko utemeljiva pri večjih količinah. V tem trenutku se izdelava baterije začne zdeti smiselna ideja – in res je, če jo obravnavate kot natančno sestavljanje namesto kot kemijski poskus.

Izdelava baterije za brezpilotno letalo temelji na štirih odločitvah: katere celice uporabiti, kako jih razporediti, kako jih povezati in kako zaščititi celotno baterijo. Vse ostalo je izvedba. Spodaj sledi ta zaporedja v vrstnem redu, v katerem bi dejansko delali, ter koraki preizkušanja in dokumentacije, ki določajo, ali baterija preživi celo sezono.

1. Poznajte tri dele baterije za brezpilotno letalo

Baterija za brezpilotno letalo je preprostejša, kot izgleda. Sestavljena je iz treh delov in vsak od njih je pomemben.

• Celic, ki shranjujejo energijo. Napetost, kapaciteta in iztokovna zmogljivost izhajajo iz njih
• Upravna ali zaščitna plošča, ki ohranja celice znotraj varnih mej in pri pametnih akumulatorjih sporoča stanje nadzorni enoti letalnika
• Mehanska stran: priključki, žičnje, priključnica ter obvijak, ki vse drži skupaj in preprečuje razpadanje med letom

Če izpustite katero koli od teh treh komponent, se akumulatorski paket običajno odpove – najpogosteje med letom. Začetniki pogosto preveč pozornosti namenijo izboru celic, drugim dvema pa premalo.

2. Izberite vrsto celice pred vsemi ostalimi stvarmi

Dve družini akumulatorskih celic prevladujeta na področju brezpilotnih letalnikov in vsaka je primerna za različne naloge.

• Celice v mehkih torbicah (LiPo in LiHV) so znane mehke akumulatorske enote. Omogočajo visoke iztočne tokove, so lahke glede na njihovo moč in so na voljo v skoraj vsakem razmerju – zato še naprej prevladujejo pri FPV in posnetkovnih brezpilotnih letalnikih. Potrebujejo fizično zaščito in jih ni priporočljivo shranjevati pri polni napetosti
• Cilindrične litijeve celice (18650, 21700 in podobne) ponujajo več energije na kilogram, nižje iztočne tokove in veliko boljšo življenjsko dobo. Platforme z dolgo trajanjem leta in brezpilotni letalniki za kartografiranje običajno uporabljajo te celice

Ocenjevanje iztočne moči, ki izgleda impresivno na oznaki, je brez vrednosti, če celice ne morejo oskrbovati vašega najvišjega toka brez padca napetosti. Ujemanje stalnega iztočnega toka naj bo v skladu z dejanskim tokom, ki ga potegnejo vaši motorji, nato pa dodajte rezervo.

3. Najprej določite napetost in kapaciteto

To je del, ki ga vredno zapišete, preden karkoli kupite.

• Celice v zaporedju povečajo napetost. Ena LiPo celica ima nazivno napetost 3,7 V in se polni do 4,2 V, zato ima 6S paket nazivno napetost 22,2 V in popolnoma napolnjeno napetost 25,2 V.
• Celice vzporedno povečajo kapaciteto in zmogljivost toka. Dve vzporedni skupini celic z kapaciteto 2500 mAh dasta skupno kapaciteto 5000 mAh.
• Vatna ura vam pove dejansko energijo: napetost pomnožena z amper-urami. 6S paket z 5000 mAh vsebuje približno 111 Wh (22,2 V × 5 Ah).

Nato preverite težo. Vsak paket predstavlja kompromis med časom leta in načinom, kako letalo reagira na upravljanje; paket, ki je težji od zasnove letalskega okvirja, stoji več časa leta, kot ga nadomesti dodatna kapaciteta.

4. Pred združevanjem celic jih primerno ujemajte

Celice, ki zapustijo tovarno skupaj, so podobne, a ne enake. Uporabite nove celice istega modela iz iste serije. Ne mešajte različnih modelov in nikoli ne mešajte novih celic z že uporabljenimi celicami.

Pred sestavljanjem izmerite vsako celico za dve stvari:

• Kapaciteto, da jih lahko združite v čim bolj homogene skupine
• Notranjo upornost, ki ima večji vpliv na obnašanje sklopa pod obremenitvijo kot kapaciteta

Razvrstite celice in sestavite vsak sklop iz najtesnejše skupine, ki jo imate. Sklop je tako močan kot njegova najšibkejša celica, ena celica z visoko notranjo upornostjo pa bo celoten sklop iznesla iz ravnovesja.

5. Povežite celice z točkovnim varilcem

Toplota uničuje litijeve celice. Solderjenje neposredno na priključek celice prenese toploto v tesnilo in notranjo strukturo; poškodbe se pogosto ne pokažejo, dokler sklop ni že v obrabi. Točkovno varjenje z nikljevo trakom opravi isto nalogo v milisekundah in s precej manj toplote, zato so komercialni sklopi izdelani na ta način.

Štiri stvari odločajo, ali spoji vzdržijo:

• Izberite debelino niklne trakove glede na najvišji tok, ne pa povprečni tok, saj premajhen trak poveča upornost, toploto in padec napetosti
• Ohranite enakomerno varilno vzorčno razporeditev, da se tok enakomerno razprši po priključku
• Uporabite ustrezno debelino žic za glavne priključke in jih naredite čim krajše, kar omogoča konstrukcija letala
• Podpirajte priključke tam, kjer zapuščajo akumulatorski paket. Razbitje spojev z lepljenjem povzroča vibracija, ne tok

6. Dodajte zaščito in uravnavanje napetosti

Neprekrivna skupina celic se lahko brez težav uniči sama, zato mora vsak izdelani paket vsebovati zaščito – bodisi celoten sistem za upravljanje akumulatorjev (BMS) ali ploščico za uravnavanje napetosti skupaj z ločeno zaščitno vezjo. Najmanj potrebujete:

• Omejitev prekomernega polnjenja in prekomernega praznjenja, nastavljena glede na vašo vrsto celic
• Zaščito pred prekomernim tokom in kratekim stikom z nazivno vrednostjo, višjo od vašega najvišjega odtoka, da se ne aktivira med letom
• Uravnavanje napetosti med celicami, da ostane paket uravnan skozi stotine ciklov
• Senzorje temperature za pakete, ki bodo intenzivno delovali ali leteli v vročem vremenu

Inteligentni akumulatorji dosežejo večjo razdaljo in poročajo napetost celic, število ciklov ter stanje zdravja nadzorni enoti letalnika, kar omogoča letalniku, da vas opozori, preden se katera od celic odpove. Ti podatki in preskusi, na katerih temeljijo, predstavljajo največji del razloga, zakaj komercialni akumulatorji stanejo več kot same celice znotraj njih.

7. Zgradite ga tako, da preživi okvir

Tukaj doma izdelani akumulatorji v praksi spodletijo: ne električno, temveč mehansko.

• Pridržite celice z razdelilnimi ploščami ali držali, da se ne morejo med seboj drgniti
• Izolirajte med akumulatorjem in katero koli prevodno površino na okvirju
• Zavijte akumulator z lepilnim trakom in toplotno krčljivo cevko, da se nič ne premakne ob vibracijah
• Uporabite priključek, ki je ustrezen za vaš tok, in se prepričajte, da ustreza tistemu, ki je že nameščen na letalniku
• Zaščitite akumulator pred vlago, če dron leti zunanjih prostorih, in ohranite nedotaknjeno oblogo okoli uravnotežitvenih priključkov

Teža in uravnoteženost zaslužita zadnji pregled. Akumulator, ki premakne težišče, spremeni način letenja drona, nadzorna enota pa lahko glede tega naredi le omejeno količino.

8. Preizkusite vsak paket, preden ga pošljete v let

Nov paket si zasluži zaupanje v delavnici, ne v zraku.

• Po sestavljanju preverite notranjo odpornost posamezne celice. Odstopajoče vrednosti kažejo na slabo varjenje ali okvarjeno celico.
• Izvedite poln razbremenitveni preizkus in primerjajte izdano kapaciteto z nazivno vrednostjo.
• Preverite, ali se paket uravnoteži, in ali nadzorna plošča prekine tok tam, kjer bi morala.
• Med prvimi cikli spremljajte temperaturo pod obremenitvijo.
• Prve cikle izvajajte zmerno in polnite v varnem, nepalomljivem prostoru.

Če se ena celica odstopa od ostalih, takoj ustavite in odpravite napako. Neuravnotežen paket se z uporabo ne izboljša.

9. Poznajte omejitve pri pošiljanju ali prodaji

Sestava paketa za lastno rabo in njegova prodaja sta zelo različni nalogi. Vsak litijev izdelek, ki vstopa v promet ali prevoz, velja za nevarno blago, doma sestavljen paket pa nima zgodovine preizkusov. Za paket, ki zapusti vašo delovno mizo kot izdelek, je osnovni standard:

• Rezultati preskusov UN 38.3. Vsaka litijeva celica in vsak litijev akumulator, ki se prevažata, morata opraviti te preskuse, poleg tega pa mora biti za poslani akumulatorski paket na voljo povzetek preskusov.
• IEC 62133-2:2017, varnostni standard za prenosne zaprte litijeve celice in akumulatorje, vključno s sestavljanjem celic v pakete.
• Pravilna označitev in nalepke razreda 9 za prevoz.
• Uredba EU o akumulatorjih (EU) 2023/1542, ki je veljavna od februarja 2024, z obveznimi zahtevami glede označevanja, ki bodo stopnjevano uveljavljene od leta 2026 naprej, ter digitalnimi informacijskimi zahtevami, ki sledijo.

Ta dokumentacija je tudi praktičen argument za nakup namesto samostojne izdelave. Ugotovljen dobavitelj vam predloži dokumentacijo skupaj z akumulatorskim paketom, pri čemer je paket že opravil vse potrebne preskuse.

Napake, ki uničijo samostojno izdelan paket.

• Branje neposredno na priključkih celic in poškodovanje tesnil.
• Mešanje celic različnih modelov, serij ali starosti v enem paketu.
• Izdelava paketa brez kakršnega koli uravnavanja napetosti ali zaščite.
• Izbira traku in žice glede na povprečni tok namesto na najvišji tok.
• Preskakovanje izolacije med paketom in prevodnim okvirjem
• Intenzivno uporabljanje novega paketa, preden je dokazal svojo zanesljivost na preizkusni mizi
• Položno polnjenje sumljivega ali nabreklega paketa v zaprtih prostorih, da se ugotovi, kaj se zgodi
• Pošiljanje ali prodaja paketa brez dokumentacije o opravljenih preizkusih

Zaključne misli

Izdelava baterije za brezpilotno letalo je zaporedje korakov, ne pa enotna veščina: izberite kemijo, ki najbolje ustrezajo vaši nalogi, izvedite izračune za zaporedno in vzporedno vezavo, primerjajte celice, varite namesto da bi lotili, zaščitite paket in ga preizkusite, preden ga spustite s preizkusne mize. Piloti, ki skrbno sledijo tem korakom, dobijo pakete, ki so posebej prilagojeni njihovemu letalu, ne pa le pakete, ki se mu približno prilegajo.

Če je cilj zanesljiva flota namesto posameznega poskusa, se izračun spremeni. Paket, ki prihaja že preizkušen, dokumentiran in ponovljiv, je vreden dodatne plačila – še posebej, kadar je alternativa paket, ki ga ne morete poštati, in nad katerim ne bi želeli leteti nad nič pomembnega.

Sorodni članki

Kako izbrati baterije za brezpilotna letala
Spoznajte, kako napetost, kapaciteta, iztokovna zmogljivost in kakovost celic določajo, kateri paket je primeren za vaše brezpilotno letalo.

Kako preveriti zdravje baterij za brezpilotna letala
Zgodaj zaznaj obrabo s pregledom fizičnega stanja, napetosti, kapacitete, notranje upornosti in opozoril baterije.

Kako polniti baterije za brezpilotne letalnike med potovanjem
Načrtuj glede na čas polnjenja, prilagodi hitrost polnjenja svojemu paketu in zagotovi varno polnjenje na terenu.