Як зробити акумулятор для дрона

Більшість пілотів ніколи не замислюються над тим, як виготовлюють акумулятор для дронів, доки потрібний їм акумуляторний блок не стає недоступним. Кількість елементів неправильна, форма не підходить до рами, роз’єм відрізняється від того, що встановлений на вашій платі розподілу живлення, або ціна у великих обсягах є неприйнятно високою. У такому разі збирання акумуляторного блоку починає здаватися розумною ідеєю — і це справді так, за умови, що ви сприймаєте його як уважну роботу зі збирання, а не як хімічний експеримент.

Виготовлення акумулятора для дронів зводиться до чотирьох рішень: які елементи використовувати, як їх розташувати, як з’єднати та як захистити акумуляторний блок. Усе інше — це виконання. Нижче наведено саме цю послідовність у тому порядку, в якому ви фактично працюватимете над нею, а також кроки тестування й документування, що визначають, чи витримає акумуляторний блок цілий сезон.

1. Знайте три частини акумулятора для дронів

Акумулятор для дронів простіший, ніж виглядає. Він складається з трьох частин, і всі вони мають значення.

• Елементи, які зберігають енергію. Напруга, ємність та рейтинг розряду визначаються саме ними
• Керівна або захисна плата, яка підтримує елементи в межах безпеки й, у розумних акумуляторних блоках, передає статус контролеру польоту
• Механічна частина: з’єднання, проводка, роз’єм і обгортка, що утримує все разом і запобігає розсипанню в повітрі

Пропустіть будь-який із цих трьох компонентів — і акумуляторний блок вийде з ладу, зазвичай у повітрі. Початківці часто надто детально планують елементи, але недостатньо враховують інші два компоненти

2. Виберіть тип елемента першим

Два типи елементів домінують у дронових акумуляторах, і кожен із них добре справляється зі своїми завданнями

• Пакетні елементи (LiPo та LiHV) — це знайомі м’які акумулятори. Вони забезпечують високі струми розряду, легкі для своєї потужності й доступні практично будь-якого розміру, тому їх досі використовують у FPV- та кінодронах. Вони потребують фізичного захисту й не переносять зберігання при повному заряді
• Циліндричні літій-іонні елементи (18650, 21700 та подібні) мають більшу енергію на кілограм, нижчі струми розряду й значно довший термін служби. Їх зазвичай використовують у платформах з тривалим часом роботи та в дронах для картографування

Рейтинг розряду, який виглядає вражаюче на етикетці, є безцінним, якщо елементи не можуть забезпечити піковий струм без просадки напруги. Підберіть номінальний постійний струм розряду відповідно до реального струму, який споживають ваші двигуни, а потім додайте запас.

3. Спочатку визначте напругу та ємність

Це частина, яку варто записати ще до покупки будь-чого.

• Елементи, з’єднані послідовно, збільшують напругу. Номінальна напруга одного LiPo-елемента — 3,7 В, а напруга повного заряду — 4,2 В; отже, батарея 6S має номінальну напругу 22,2 В і напругу повного заряду 25,2 В
• Елементи, з’єднані паралельно, збільшують ємність та струмову здатність. Два паралельні набори елементів ємністю 2500 мА·год дають сумарну ємність 5000 мА·год
• Ват-години вказують справжню енергію: напруга, помножена на ампер-години. Батарея 6S ємністю 5000 мА·год містить приблизно 111 Вт·год (22,2 В × 5 А·год)

Потім перевірте вагу. Кожна батарея — це компроміс між тривалістю польоту та маневреністю літального апарату, а батарея, важча за ту, для якої було розраховано фюзеляж, «з’їдає» більше часу польоту, ніж додає додаткова ємність.

4. Узгодьте параметри елементів перед їхньою комбінацією

Елементи, які виходять із заводу разом, є близькими, але не ідентичними. Використовуйте нові елементи однієї й тієї самої моделі з однієї партії. Не змішуйте різні моделі й ніколи не змішуйте нові елементи з елементами, які вже експлуатувалися.

Перед збиранням виміряйте кожен елемент за двома параметрами:

• Ємність — щоб можна було групувати найближчі значення разом
• Внутрішній опір — цей параметр має більше значення, ніж ємність, для поведінки акумуляторного блоку під навантаженням

Сортуйте елементи й збирайте кожен блок із найточнішої наявної групи. Міцність блоку визначається найслабшим елементом, а один елемент із підвищеним опором призведе до дезбалансу всього блоку.

5. З’єднайте елементи точковим зварювальним апаратом

Тепло руйнує літієві елементи. Паяння безпосередньо до клеми елемента передає тепло в ущільнення та внутрішню структуру, і пошкодження часто стають помітними лише після того, як блок уже перебуває в експлуатації. Точкове зварювання нікелевою смужкою виконує ту саму роботу за мілісекунди й виділяє набагато менше тепла, саме тому комерційні акумуляторні блоки збирають саме так.

Чотири фактори визначають, чи збережуться з’єднання:

• Підбирайте ширину нікелевої смужки за піковим струмом, а не за середнім, оскільки надто вузька смужка збільшує опір, нагрівання та провал напруги
• Забезпечуйте рівномірний шов зварювання, щоб струм рівномірно розподілявся по з’єднанню
• Використовуйте правильний калібр дроту для головних виводів і робіть їх якомога коротшими — в межах, дозволених конструкцією літального апарату
• Фіксуйте виводи у місцях виходу їх із акумуляторного блоку. Саме вібрація, а не струм, призводить до руйнування паяних з’єднань

6. Додайте захист і балансування

Незахищена група елементів з легкістю знищить себе сама, тому кожен акумуляторний блок, який ви збираєте, має мати захист — навіть якщо це повна система управління акумулятором або плата балансування разом із окремим захисним контуром. Мінімум, що потрібен:

• Відключення при перезарядженні та глибокому розрядженні, налаштоване під ваш тип електрохімії
• Захист від перевантаження та короткого замикання з номінальним струмом вище за ваш піковий споживаний струм, щоб він не спрацював у польоті
• Балансування елементів, щоб акумуляторний блок залишався збалансованим протягом сотень циклів
• Датчики температури для акумуляторних блоків, що працюватимуть у важких умовах або будуть використовуватися у спекотну погоду

Розумні акумуляторні блоки подолують більшу відстань і передають контролеру польоту напругу на кожну комірку, кількість циклів та стан здоров’я. Саме це дозволяє літальному апарату попередити вас до того, як комірка вийде з ладу. Ці дані та випробування, що їх підтверджують, — головна причина, чому комерційний акумуляторний блок коштує дорожче, ніж сума вартості окремих комірок у ньому.

7. Створіть його так, щоб він витримував конструкцію літального апарата

Саме тут саморобні акумуляторні блоки на практиці зазнають невдачі: не електрично, а механічно.

• Фіксуйте комірки за допомогою прокладок або тримачів, щоб вони не терлися одна об одну
• Ізолюйте акумуляторний блок від будь-яких провідних елементів рами
• Обмотайте акумуляторний блок стрічкою та термоусадковою трубкою, щоб ніщо не змістилося під час вібрації
• Використовуйте роз’єм, розрахований на вашу силу струму, і переконайтеся, що він сумісний із роз’ємом, вже встановленим на літальному апараті
• Захищайте акумуляторний блок від вологи, якщо дрон літає на вулиці, і підтримуйте цілісність обмотки навколо контактів балансування

Маса та центр ваги потребують останньої перевірки. Акумуляторний блок, що зміщує центр ваги, змінює поведінку дрона в польоті, а контролер польоту може компенсувати це лише в певних межах.

8. Перевіряйте кожен акумуляторний блок перед польотом

Новий акумуляторний блок заслуговує на довіру лише після перевірки в майстерні, а не в повітрі.

• Перевіряйте внутрішній опір кожної елемента окремо після збирання. Відхилення вказують на поганий зварний шов або пошкоджений елемент
• Проведіть повне розрядження та порівняйте отриману ємність із номінальною
• Переконайтеся, що акумуляторний блок балансується й що плата захисту відключає його у встановлених межах
• Спостерігайте за температурою під навантаженням протягом перших циклів
• Зберігайте перші цикли м’якими й заряджайте в безпечному, негорючому місці

Якщо один елемент відрізняється від інших — зупиніть процес і виправте проблему. Незбалансований акумуляторний блок не покращується в процесі експлуатації.

9. Знати, що можна відправляти або продавати

Збірка акумуляторного блоку для власного користування й його комерційний продаж — це дві принципово різні справи. Будь-який літієвий акумулятор, що потрапляє в комерційний обіг або транспортується, вважається небезпечним вантажем, а саморобний акумуляторний блок не має історії випробувань. Для акумуляторного блоку, який залишає ваш верстак як готовий продукт, базовими вимогами є:

• Результати випробувань за стандартом UN 38.3. Кожна літієва елементна комірка та акумуляторна батарея, що підлягають транспортуванню, повинні пройти ці випробування, а резюме випробувань має бути доступним для конкретної батареї, яку відправляють.
• IEC 62133-2:2017 — стандарт безпеки для переносних герметичних літієвих елементів та акумуляторів, у тому числі й для збирання елементів у батареї.
• Правильне маркування та етикетування класу 9 для транспортування.
• Регламент ЄС щодо акумуляторів (ЄС) 2023/1542, що набрав чинності у лютому 2024 року, із поступовим введенням вимог до етикетування з 2026 року та цифрових інформаційних вимог, які будуть діяти пізніше.

Ця документація також є практичним аргументом на користь придбання замість самостійного виготовлення. Авторитетний постачальник надає вам усю документацію разом із батареєю, а сама батарея вже пройшла всі необхідні випробування.

Помилки, що руйнують саморобну батарею.

• Паяння безпосередньо до клем елементів із пошкодженням ущільнень.
• Застосування елементів різних моделей, партій або віку в одній батареї.
• Збирання батареї без будь-якої системи балансування або захисту.
• Вибір розміру смужки та дроту за середнім струмом замість пікового струму.
• Пропускання ізоляції між блоком акумуляторів та провідною рамою
• Інтенсивне використання нового блоку акумуляторів до того, як його надійність буде підтверджена на стенді
• Заряджання підозрілого або розпухлого блоку акумуляторів у приміщенні, щоб подивитися, що станеться
• Відправлення або продаж блоку акумуляторів без документації про проведені випробування

Остаточні думки

Виготовлення акумулятора для дронів — це послідовність дій, а не один навик: вибір хімічного складу, що відповідає вашій місії, розрахунок серійних і паралельних з’єднань, підбір елементів, зварювання замість паяння, захист блоку акумуляторів та його перевірка до того, як він залишить стенд

Якщо мета — надійний парк, а не один експеримент, то розрахунки змінюються. Блок акумуляторів, який надходить уже протестованим, задокументованим і відтворюваним, вартує своєї ціни, особливо коли альтернативою є блок, який неможливо відправити, і на якому ви не захочете літати над чимось цінним

Пов’язані статті

Як вибрати акумулятори для дронів
Дізнайтеся, як напруга, ємність, рейтинг розряду та якість елементів визначають, який акумулятор підходить для вашого дрона.

Як перевірити стан акумуляторів дронів
Виявляйте знос на ранніх етапах, перевіряючи фізичний стан, напругу, ємність, внутрішній опір та попередження від акумулятора.

Як заряджати акумулятори для дронів у дорозі
Плануйте роботу з урахуванням часу заряджання, підбирайте швидкість заряджання відповідно до вашого акумуляторного блоку та забезпечуйте безпечне заряджання в умовах експлуатації.