Аккумуляторы для квадрокоптеров своими руками

Li-ion для квадрокоптера | Попробуйте сделать своими руками

Статья обновлена: 2020-12-17

Для автономного питания квадрокоптеров используются литиевые аккумуляторы класса LiPo и Li — ion . Требования к аккумуляторам и необходимые рабочие характеристики во многом зависят от назначения дрона. Съемочные квадрокоптеры, так называемые дальнолеты или долголеты, отличаются крупными габаритами и солидным весом. Они способны поднять много дополнительного оборудования, но по скорости и маневренности уступают легким и компактным гоночным дронам.

Главные характеристики аккумуляторных батарей для квадрокоптеров – это:

1. емкость – с ее увеличением возрастает вес конструкции, время и дальность полета;
2. максимальный ток разряда;
3. схема сборки – количество и принцип соединения аккумуляторов в батарее.

Например, схема 4 S 1 P означает последовательное соединение 4 элементов. При последовательном соединении напряжение ячеек суммируется, а емкость остается неизменной. Для суммирования емкости нужно параллельно соединить несколько аккумуляторных блоков (их количество обозначает цифра возле буквы Р). Напряжение при параллельном соединении блоков не меняется.

Характеристики АКБ для гоночного квадрокоптера

Перед сборкой АКБ для квадрокоптера своими руками проанализируйте и рассчитайте, какие рабочие параметры вам необходимы. Как правило, гоночным дронам для эффективных полетов нужны батареи со следующими характеристиками:

1. Емкость – в пределах 1500 мАч для моделей с рамой 220–250 мм. При установке более емких (соответственно – тяжелых) батарей маневренность дрона заметно ухудшится. Для рам формата 180–250 мм оптимально подходит АКБ на 1300–1500 мАч. Для рам 120–180 мм достаточно батареи на 800–1300 мАч, а для рам 90–120 мм – на 80–800 мАч.

2. Максимальный разрядный ток – от 70С. При меньшей токоотдаче двигателям будет недостаточно энергии для быстрых и эффективных полетов.

3. Схема, количество последовательно соединенных аккумуляторов в сборке – зависит от размера рамы конкретного квадрокоптера. Для моделей с рамой величиной 90–120 мм предназначены батареи со схемой 1 S , 2 S , 3 S . Для гоночных дронов с рамой на 120–180 мм оптимально подходят схемы 2 S , 3 S , 4 S . Для квадрокоптеров с рамой на 180–250 мм рекомендуются схемы сборки аккумуляторов 4 S , 5 S , 6 S .

Характеристики АКБ для съемочного квадрокоптера

В отличие от гоночных дронов, дальнолеты и долголеты оснащаются маломощными двигателями и не требуют повышенного крутящего момента. Для плавных и аккуратных полетов достаточно разрядных токов 30С, но для большей продолжительности полетов нужна повышенная емкость АКБ – 5000–6000 мАч. При использовании батарей еще большей емкости конструкция будет тяжелой, и эффективность полета снизится.

Принцип сборки Li — ion батарей для квадрокоптеров

Алгоритм сборки литиевой АКБ из элементов питания 18650 для квадрокоптера таков:

1. Определить подходящую схему сборки в зависимости от размера рамы дрона и необходимых рабочих параметров.
2. Приготовить в достаточном количестве литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650, никелевую ленту, разъемы ХТ60, BMS плату и термоусадочную трубку.
3. Соединить ячейки по выбранной схеме, используя никелевые полосы и точечную сварку. В случае пайки используйте низкотемпературный припой и воздействуйте на аккумуляторы не дольше 2 секунд.
4. Присоединить к концам собранной батареи BMS плату.
5. Установить разъем для подсоединения нагрузки или зарядного устройства.
6. Протестировать работу собранной батареи.

Источник

Всё о LiPo батареях для FPV дронов

Дисклеймер: Вся информация на этой странице должна рассматриваться как общий совет/мнение. За обеспечение безопасной эксплуатации АКБ отвечаете только вы сами. Дальнейшее использование изложенной на этой странице информации будет осуществляться на свой страх и риск.

Введение

FPV дроны/Гоночные дроны питаются от литий-полимерных (сокращ. LiPo, Li-Po, Li-Pol или Li-polymer) аккумуляторных батарей, которые способны накапливать и обеспечивать большим количеством энергии. В этом руководстве вы узнаете о маркировке/тех. характеристиках LiPo, а также о том, как выбирать, безопасно эксплуатировать и утилизировать АКБ.

Является ли LiPo батарея безопасным источником питания?

Существует множество причин, по которым LiPo батареи могут загореться. Как правило это происходит только тогда, когда их эксплуатация осуществляется не должным образом, в результате их физического повреждения, либо по причине брака. Если вы приобретаете АКБ у проверенных брендов и бережно их эксплуатируете, то всё будет в порядке. Тем не менее рекомендуем внимательно ознакомиться с материалом руководства, чтобы узнать, как правильно обращаться с литий-полимерными аккумуляторами. Помните, безопасность превыше всего!

Базовая информация о LiPo АКБ для мини дронов

Литий-полимерные батареи, более известные как LiPo, имеют высокую плотность хранения энергии, высокую скорость разряда и малый вес, что делает их отличным кандидатом для питания радиоуправляемых моделей. Ознакомившись с основами устройства LiPo аккумуляторов, вы без труда сможете читать и самое главное понимать их спецификацию.

Напряжение АКБ и количество элементов (S)

LiPo батареи состоят из отдельных элементов/ячеек/cell(s) (также обозн. как «S»; в хобби их называют «банками»). Каждый LiPo элемент/банка имеет номинальное напряжение 3.7В. Если требуется более высокое напряжение, эти элементы могут быть соединены последовательно, чтобы впоследствии сформировать одну батарею.

Обычно при упоминании литий-полимерной АКБ ссылаются не на напряжение аккумулятора, а на количество элементов (банок) в аккумуляторе или на количество «S»:

• 1S = 1 cell (1-баночный аккумулятор) = 3.7В
• 2S = 2 cells (2-баночный аккумулятор) = 7.4В
• 3S = 3 cells (3-баночный аккумулятор) = 11.1В
• 4S = 4 cells (4-баночный аккумулятор) = 14.8В
• 5S = 5 cells (5-баночный аккумулятор) = 18.5В
• 6S = 6 cells (6-баночный аккумулятор) = 22.2В

Например: Аккумулятор на 14.8В называют «4-баночным» или «4S» аккумулятором.

К сведению

• Напряжение напрямую влияет на обороты бесколлекторных моторов, поэтому, если используемые на вашем дроне моторы/ESC и другие электронные компоненты поддерживают работу на более высоком напряжении, то вы можете использовать батареи с большим числом банок, чтобы тем самым значительно увеличить скоростной потенциал вашего квада.
• Стоит понимать, что батарея с большим количеством банок при одинаковой ёмкости становится тяжелее, поскольку содержит больше составляющих батарею элементов, а избыточный вес, как мы уже знаем, отрицательно влияет на лётные характеристики дрона.
• Чтобы сделать АКБ 4S 1000 мАч и немного выиграть в весе, вы можете просто объединить посредством последовательного подключения две 2S 1000 мАч или одну 3S 1000 мАч с 1S 1000 мАч.
• Номинальное напряжение LiPo аккумуляторов — 3.7В. Это значение никак не связано с напряжением которое аккумулятор может выдавать находясь в полностью заряженном или разряженном состоянии. Номинальное напряжение задаётся производителями этих батарей и является оптимальным и безопасным значением для каждой отдельно взятой АКБ.
• LiPo аккумулятор предназначен для работы в безопасном диапазоне напряжений от 3 до 4.2В на банку. Разряд ниже 3В может привести к необратимой потере производительности и даже повреждению батареи. Чрезмерная зарядка выше 4.2В может быть опасной и в конечном итоге привести к пожару. Несмотря на это рекомендуется прекращать работу батареи, когда её напряжение достигнет отметки в 3.5В. Например, для 3S Lipo максимальное напряжение составляет 12.6 В, и вы должны посадить дрон, когда напряжение достигнет 10.5 В (т.е. при 3.5 В на банку).

Ёмкость и размер LiPo АКБ

Ёмкость LiPo батареи измеряется в мАч/mAh (миллиампер-час/milli-amp hours). «мАч» — это, по сути, показатель того, сколько тока вы можете получить от аккумулятора в течение часа, пока он не разрядится.

Например: Для 2000 мАч Lipo аккумулятора процесс полной разрядки займет час, если вы будете разряжать его в постоянном режиме силой тока 2А. Если текущее потребление удвоить до 4А, продолжительность уменьшится вдвое (2/4 = 0.5). Если вы увеличите силу потребляемого тока до 40А в безостановочном режиме, то на полный разряд такого АКБ уйдёт всего 3 минуты (2/40 = 1/20 часа).

К сведению

• Увеличение ёмкости аккумулятора приводит к увеличению время полёта, но с увеличением ёмкости также увеличиваются вес и физические размеры АКБ. В таком случае необходимо искать компромисс между мощностью и весом, которые в свою очередь влияют на время полёта и маневренность дрона. Помимо всего прочего, более высокая ёмкость предопределяет более высокий ток разряда, о котором мы поговорим в следующем разделе.

На всякий случай напомним, что 1000 мАч = 1Ач.

C-рейтинг (Скорость разряда)

Литий-полимерные аккумуляторы предназначенные для питания дронов имеют в своей спецификации такой важный параметр как C-рейтинг/Токоотдача/Скорость разряда (англ. C-Rating/Discharge Rate). Зная номинальное значение «C» и ёмкость батареи, мы можем рассчитать теоретический безопасный постоянный максимальный ток разряда LiPo батареи: Макс. ток разряда = C-Rating × Ёмкость/1000.

Например: Батарея с характеристиками: 2000 мАч 65С имеет расчётный макс. ток непрерывного разряда (continuous max discharge current) — 130А.

Непрерывный и пиковый

Также на литий-полимерной АКБ могут отображаться сразу два значения «C-Rating» это: «Непрерывный (Continuous)» и «Пиковый (Burst)». Значение пикового рейтинга (обычно в два раза больше непрерывного) указывает на макс. ток, который батарея может отдать за короткий период времени (обычно это около 10 секунд).

К сведению

• Несмотря на то, что данный параметр является одним из приоритетных характеристик батареи, в настоящее время он стал главным маркетинговым инструментом, и зачастую значения указанные на АКБ далеки от реальных значений на практике. В связи с чем, рекомендуется покупать АКБ только у рекомендуемых в хобби производителей!
• Слишком маленькое значение C-рейтинга не позволит дрону развивать свой максимальный лётный потенциал и он будет менее динамичным. А если ток превысит номинальное значение, то можно в результате даже повредить батарею.
• Когда C-рейтинг выше требуемого, вы не получите значительного улучшения в производительности. Вместо этого батарея будет тяжелее, что опять же отрицательно скажется на времени полёта.

С-рейтинг заряда (Charge Rate)

С-рейтинг заряда/скорость заряда (англ. Charge Rate) — ещё один не менее важный параметр, который может отображаться на АКБ. Зачастую большинство аккумуляторных батарей рассчитаны на скорость заряда 1C. Данное значение предопределяет максимально допустимую силу тока, которой можно безопасно заряжать аккумулятор. Рассчитать макс. возможный зарядный ток для конкретной батареи можно по формуле: Ёмкость (мАч)/1000 × «Charge Rate» = XX ампер . Значение зарядного тока является одним из нескольких предустанавливаемых настроек зарядного устройства перед зарядкой АКБ.

Например: Если у вас LiPo батарея ёмкостью 2200 мАч с рейтингом заряда 2C, то максимально допустимой величиной зарядного тока для неё является — 4.4А.

Если вы не наблюдаете на лицевой стороне АКБ значения «Charge Rate», то возможно о нём упоминается на её задней стороне.

К сведению

• Превышение макс. допустимого значения тока заряда неизбежно приведёт к возгоранию АКБ!
• Чем ниже сила тока, которой вы заряжаете, тем дольше LiPo АКБ будет заряжаться.
• Медленная зарядка продлевает срок службы батареи. Если у вас есть время — не торопитесь.
• Если значение «Charge Rate» отсутствует, не рискуйте и заряжайте рейтингом 1С.

Основные разъёмы АКБ

Эмпирическая закономерность или правило большого пальца: разъём батареи должен совпадать с тем, который используется на дроне. Если вы собираете дрон с нуля, то выберите наиболее подходящий для вас и придерживайтесь его на протяжении всего развития в хобби. Такой подход позволит вам легко менять батареи, и если в будущем вы решите построить еще один беспилотник, вы сможете использовать те же батареи.

Все Lipo батареи имеют в своём арсенале два исходящих набора проводов с разным типом разъёмов/коннекторов на концах каждого: Балансировочный провод и Основной или разрядный (за исключением 1S аккумуляторов, которые имеют только основной провод). Ассортимент разъёмов используемых на LiPo батареях достаточно широк. Основными отличиями являются форма, вес и допустимая сила тока.

Разъёмы для 1S АКБ

Разъемы 1S АКБ крошечные и соответственно рассчитаны на небольшой номинальный ток. Аккумуляторы с таким разъёмом обычно используются для питания микро квадриков, а также для игрушечных коптеров построенных на коллекторных моторах.

Разъёмы для 2S-6S АКБ

Для этой категории аккумуляторных батарей вы найдете гораздо больше различных типов разъёмов. В списке ниже, перечислены далеко не все, так как большинство из отсутствующих используются в хобби не так часто, и вам не стоит заморачиваться на счёт них. Для мини квадов, самый популярным, был и остаётся разъём XT60. Но поскольку допустимая сила тока для этого разъёма не более 60А, а мощностной потенциал таких дронов постоянно растёт, то уже в ближайшее время его заменят другие более мощные разъёмы.

• JST (в основном им оснащаются 2S АКБ)
• XT30 (в основном им оснащаются 2S и 3S АКБ)
• XT60 (в основном им оснащаются 3S и 4S АКБ)
• XT90 (в основном им оснащаются 4S и 6S АКБ)
• HXT-4мм
• EC3
• EC5 (один в один как тот, что выше, только больше в размере)
• Deans (T)

Балансировочный разъём

Балансировочный разъём в основном используется для сбалансированной зарядки аккумуляторной батареи. Такая зарядка гарантирует равномерный заряд каждой банки АКБ. Количество проводов для балансного вывода зависит от количества банок АКБ, три провода имеет 2S батарея, четыре — 3S и так далее.

LiHV (так же встречаются названия: LiPoHV/High Voltage Li-Po/LiPo HV) — это разновидность обычной литий-полимерной АКБ, где аббревиатура HV означает «High Voltage или Высокое Напряжение». По сравнению с обычными LiPo АКБ, LiHV имеют увеличенную энергоёмкость, и такие аккумуляторы можно безопасно заряжать до напряжения 4.35В на банку.

Преимущества

В списке преимуществ LiHV АКБ:

• При одинаковой ёмкости меньше и легче
• Обеспечивают большую динамичность радиоуправляемой модели
• Более продолжительное время работы
• Меньшая просадка напряжения на максимальных режимах работы

К сведению

• Считается, что на фоне повышенной производительности, LiHV батареи имеют меньший срок службы.
• На практике установлено, что по сравнению с обычными LiPo, LiHV АКБ не дают заметной прибавки в продолжительности полёта. Однако, всё меняется, если речь заходит о выборе питания для FPV очков/шлемов/Аппаратуры управления. Здесь преимущество LiHV в продолжительности работы очевидно и неоспоримо.
• Для зарядки LiHV рекомендуется использовать зарядные устройства, которые поддерживают зарядку таких батарей.
• Не рекомендуется заряжать LiPo аккумуляторы совместно с аккумуляторами LiHV, так как это тоже может привести к возгоранию обычных LiPo.
• Заряжать обычные LiPo до напряжения 4.30В-4.35В в надежде повысить их производительность категорически запрещено! В противном случае это приводит к воспламенению АКБ!

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление (IR — Internal Resistance) определяет качество LiPo батареи. Чем ниже значение, тем лучше. Более высокое внутреннее сопротивление уменьшает максимальный ток выдаваемый LiPo и увеличивает момент просадки напряжения. В результате большая часть энергии расходуется впустую высвобождаясь в виде тепла, что в итоге способствует перегреву АКБ.

К сведению

• Внутреннее сопротивление LiPo батареи увеличивается в ходе эксплуатации, а сам процесс неизбежен и необратим. Именно поэтому со временем АКБ перестают выдавать былой потенциал, что в свою очередь отражается на динамичности полёта дрона.
• Значение IR будет разным для каждой отдельно взятой банки LiPo батареи. Самое высокое значение и будет ограничивать её эффективность.
• Большой разброс между значениями каждой банки указывает на её плохое состояние, а наименьший на хорошее.
• Измерить внутреннее сопротивление можно как посредством специальных пользовательских инструментов — тестеров (например: YR1035), так и посредством некоторых зарядных устройств имеющих функцию измерения внутреннего сопротивления (например: ISDT Q6 Pro/Plus).

Как правильно выбрать LiPo АКБ для квада?

Если вы подбираете аккум для серийной модели квада, то тут всё просто. Достаточно заглянуть в спецификацию дрона и уточнить рекомендуемые параметры батареи, посредством которых осуществить выбор АКБ в каталоге одного из известных и проверенных в хобби разработчиков аккумуляторных батарей, о которых мы поговорим чуть позднее. Если питание подбирается для собранного с нуля квадрокоптера, то в таком случае путь подбора будет немного длиннее. Первым делом необходимо определить основные требования к питанию вашей сборки.

Макс. потребляемый ток

Поскольку выбор батареи зачастую является последним этапом при создании собственного дрона, мы уже знаем, какие моторы, ESC и пропеллеры будут использоваться в сборке. Ознакомившись с характеристиками моторов, в частности с таблицей данных по тяге (как правило предоставляется разработчиком моторов вместе со спецификацией), вы сможете увидеть, какой ток потребляет мотор при макс. тяге (при 100% газе).

Например: Винтомоторную группу сборки составляют: 4 × мотора iFlight XING-E 2207 1700KV; с пропеллерами 6045. Если мы посмотрим на представленную разработчиком моторов таблицу тяги (см. спецификацию ниже), то увидим, что потребление тока для выбранного мотора с 6-дюймовым пропом при макс. тяге равно 32.42А. Зная значение потребляемого тока одним мотором, определяем макс. потребляемый ток для квадрокоптера: 32.42А × 4 = 129.68А . В целом для подбора оптимального АКБ можно использовать именно эту цифру, но продвинутые пользователи из-за соображений отмеченных ниже, сокращают её на 10% т.е. 129.68 × 0.9 = 116.7А .

Соображения

• Стоит понимать, что из-за движения воздушных масс, возникающих в условиях реального полёта, значение потребляемого тока, как правило, всегда ниже значения получаемого при «статических испытаниях на тягу».
• Ток при 90% газа и при 100% это координально разные значения. На практике рабочий диапазон стика газа находится в пределах 40-80%, а положение 90-100% фиксируется всего на несколько секунд. От сюда вопрос — как часто вы будете пилотировать в режиме «газ в пол»?
• Помимо моторов потребление электроэнергии осуществляется и другими неотъемлемыми компонентами дрона, такими как полётный контроллер (FC), приёмник (RX), светодиодная индикация/подсветка, FPV и так далее. Однако по сравнению с моторами, потребляемое напряжение этих компонентов крайне мало, поэтому продвинутые пользователи просто игнорируют их в расчётах, либо напротив добавляют 1-2А, если допускают в будущем дооснащение дрона энергоёмкими компонентами.

Выбор оптимальной ёмкости АКБ

Известно, что размер пропеллера предопределяет размер используемой рамы дрона. А зная размер дрона и требуемый C-рейтинг можно определить оптимальную ёмкость батареи. Так как большинство продвинутых пользователей ссылаются на размер дрона по размеру пропеллера, то в процессе продвижения в хобби была выработана так называемая закономерность подбора исходя из диаметра используемых пропеллеров:

• Для квада на 6-дюмовых пропов: 1500 мАч — 2200 мАч
• Для квада на 5- дюймовых пропов: 1300 мАч — 1800 мАч
• Для квада на 4-дюймовых пропов: 850 мАч — 1300 мАч
• Для квада на 3-дюймовых пропов: 650 мАч — 1000 мАч

Например: Допустим вы собираете 6-дюймовый мини-квад и преследуете цель добиться максимально лёгкой сборки. В таком случае будет лучшим выбрать аккум ёмкостью 1500 мАч (1.5Ач).

Имея все эти данные, можно рассчитать значение пикового разрядного тока (C-Rating Burst) по формуле: C-Rating Burst = Макс. потребляемый ток/Ёмкость . Возвращаясь к нашему примеру у нас получиться: 116.7А/1.5Ач ≈ 78С . Как правило значение «C Rating Continuous» это половина значения «C-Rating Burst», соответственно : 78/2 = 39C .

К сведению

• Если вы собираете дрон для скоростных полётов (раб. диапазон стика газа более 50%), то будет лучшим выбирать аккумы с большим C-рейтингом по сравнению с расчётным.
• Перед тем как сделать выбор АКБ опираясь на полученные результаты расчёта, определитесь с будущем стилем пилотирования. Подумайте, что для вас будет приоритетным — динамичность или время полёта. К примеру для спортсмена участвующего в дрон-рейсинге важна скорость/динамичность полёта, поэтому они предпочитают максимально лёгкие аккумы, ёмкости которых будет хватать ровно на одну гонку. А фристайлеры напротив, менее сконцентрированы на динамике, что позволяет им использовать аккумы с большей ёмкостью, продлевая тем самым общее время полёта.

Какой бренд выбрать?

• Избегайте «no-name» батарей и придерживайтесь популярных в хобби брендов.
• Не стоит покупать АКБ от новых брендов, как минимум до первых стабильных положительных отзывов. Также не редко некоторые новые бренды первое время действительно могут предлагать хорошие аккумы, а после того как продукция получает признание в хобби начинают снижать качество с целью макс. привлечения прибыли.
• В список известных и проверенных временем брендов на сегодня входят: Tattu, Turnigy, Infinity, Dinogy, Luminier, GNB, URUAV, Acehe, XF Power, CNHL Ministar, RDQ series (если вы уверены, что в этом списке кого-то не хватает, дайте нам знать в комментах).

Выбор зарядного устройства

Сегодня на рынке существует множество различных зарядных устройств и поэтому как и в случае с выбором АКБ лучшие и надёжные решения предлагают исключительно проверенные временем бренды, такие как: ProLead RC, SKYRC, EV-PEAK, Tenergy, ToolkitRC, HOBBYMATE, ISDT (если вы уверены, что в этом списке кого-то не хватает, дайте нам знать в комментах).

Рекомендуемые ЗУ

Указанные в списке АКБ положительно зарекомендовали себя в хобби, однако это далеко не все модели, которые можно было бы порекомендовать.

Комплектация зарядных устройств не всегда включает все необходимые переходники для зарядки АКБ, но это не проблема, так как их всегда можно докупить. Мы расположили все модели в порядке от простых к продвинутым (если вы уверены, что в этом списке чего-то не хватает, дайте нам знать в комментах).

Процесс зарядки батареи для всех устройств практически идентичен. О том, как это всё происходит, рекомендуем посмотреть это видео.

Режимы зарядки

Основные режимы зарядки, которые доступны практически для любого современного ЗУ:

1. Прямой/Быстрый заряд (Direct charge/Fast charge) — в данном случае зарядка батареи осуществляется только посредством основного/разрядного провода, что исключает возможность зарядного устройства контролировать напряжение каждой банки на протяжении всего зарядного процесса. Обычно такой вариант зарядки протекает быстрее других, однако по окончанию зарядки фактическое напряжение каждой банки может оказаться разным, а 100% уровень заряда не будет достигнут.
2. Балансная зарядка (Balance charge) — в данном случае батарея подключается к ЗУ посредством основного/разрядного и балансировочного проводов, что позволяет зарядному устройству контролировать напряжение каждой банки и осуществлять их зарядку по отдельности, поддерживая на протяжении всего процесса равное напряжение. Это самый безопасный и рекомендуемый способ зарядки литий-полимерных аккумуляторов, который помимо всего прочего исключает как момент недозаряда каждой банки, так и самый опасный момент перезаряда.
3. Зарядка до режима хранения (Storage charge) — в данном случае ЗУ доводит напряжение каждой банки АКБ до 3.8-3.85В, что позволяет осуществлять бережное хранение аккумулятора в те дни, когда они не эксплуатируются. Такой подход необходим, по той причине, что для LiPo батарей не допустимо их хранение при полностью заряженном состоянии, либо наоборот при полностью разряженном состоянии, так как это пагубно влияет на их внутреннее сопротивление, которое в свою очередь предопределяет их срок службы.
4. Разрядка (Discharge) — в данном случае зарядное устройство осуществит медленную разрядку АКБ (характеризуется крайне медленным процессом разряда, ещё медленнее чем зарядка).

Параллельная зарядка

Параллельная зарядка — не самый безопасный способ зарядки LiPo-батарей, но, вероятно, один из самых быстрых способов для большинства любителей радиоуправляемого хобби вернуться в небо. Такой подход позволяет единовременно заряжать несколько АКБ в поочерёдном порядке. Однако стоит понимать, что вы делаете это на свой страх и риск.

Место и средства для безопасной зарядки LiPo

Подойдите к выбору и оснащению места для зарядки батарей с умом! Как бы пессимистично не выглядели рекомендации ниже, напомним, что по большому счёту возгорание литий-полимерных АКБ происходит исключительно в случаях их неправильной эксплуатации, либо в результате форс-мажорных обстоятельств/брака от которых никто из нас не застрахован. Следовательно, чем более основательно вы подготовитесь к возможным рискам связанным с эксплуатацией LiPo, тем легче последствия после их наступления.

Основные рекомендации

• Не лучшее место для заряда и хранения LiPo выступает квартира/дом, но так как это самый распространённый вариант среди обычных пользователей RC хобби, то необходимо позаботится о приобретении специального инвентаря в том числе противопожарного (см. пункты ниже).
• Очень важно осуществлять зарядку батарей в местах, свободных от легковоспламеняющихся предметов и материалов.
• Лучший вариант это переоборудование/дооснащение помещения в соответствии с уровнем пожароопасности (рекомендуется).
• Для зарядки/хранения LiPo рекомендуется изготовить/использовать железные коробки или ящики (лучше с раздельными стенками и хорошо, если между стенками будет песок). Как серийно изготавливаемый вариант, отлично подходит простейший сейф, либо хорошо зарекомендовавшие и проверенные временем фирменные решения реализуемые под брендом «Batt-Safe».
• Не стоит доверять часто предлагаемым на рынке — «LiPo Bags», так как зачастую они не справляются с возложенной на них задачей!
• Нелишним будет в месте осуществления зарядки установить железную ёмкость с крышкой на половину заполненную песком (простейший пример, ведро и т.п.). Во-первых песок выступает как простое и эффективное средство для тушения/локализации источника возгорания (можно просто засыпать АКБ песком). Во-вторых, в случае возгорания, такой инвентарь позволит безопасно локализовать источник возгорания, путём помещения батареи в саму ёмкость с песком с последующим закрытием крышки, тем самым полностью исключив распространение огня в помещении. Для осуществления захвата уже горящей LiPo можно задействовать инструмент типа «клещи» с удлинёнными рукоятками.
• Присутствие в помещении первичных средств пожаротушения, таких как огнетушитель, также никто не отменял. Для тушения лития применяются только огнетушители с порошковым составом LithX/Вексон-D3 (На основе графита/Различных флюсов и графита с гидрофобизирующими добавками) или порошковые огнетушители класса D. Однако стоит отметить, что тушение такими составами больше актуально для технических помещений, так как после применения в условиях квартиры/дома, возможно пагубное влияние порошка как на человека/животных, так и на предметы интерьера, электронику и т.д.
• Пары горящего лития ядовиты, что предопределяет покупку таких средств защиты органов дыхания, как маски, полумаски, респираторы, противогазы.

Показательный подход к безопасности

Меры предосторожности при зарядке

Внимательно следите за батареями при зарядке:

• Никогда не оставляйте заряжаемые АКБ без присмотра, как правило все пожары вызванные возгоранием LiPo происходили именно по вине беспечности пользователя!
• Во время зарядки регулярно проверяйте, нагревается ли аккумулятор или не начинает ли он набухать, и если это так, то немедленно прекратите зарядку!
• Исправная LiPo батарея никогда не будет нагреваться во время процесса зарядки. Если данный факт имеет место быть, то необходимо немедленно прекратить процесс и выяснить причины нагрева.

Результат проявления беспечности

Недавний печальный опыт. Как поясняет сам автор, он далеко не новичок, просто ослабил контроль над заряжаемыми LiPo АКБ. В результате пожара никто не пострадал.

Другие замечания по безопасной зарядке

Неправильное обращение с LiPo аккумуляторами может привести к пожару. Пожалуйста, не торопитесь, ознакомьтесь с этими правилами безопасности перед использованием/зарядкой батарей.

• Рекомендуется заряжать батарею током 1С или меньше (см. раздел выше «С-рейтинг заряда»).
• Не заряжайте батарею сразу после использования, подождите, пока она полностью остынет.
• Проверяйте соответствие настроек ЗУ с заряжаемой АКБ (например сверяйте: количество банок «S»).
• Никогда не используйте и не заряжайте поврежденную батарею — не заряжайте её, если она вздулась или имеет другие видимые признаки повреждения.
• Следите за тем, чтобы АКБ не перезаряжалась. Несмотря на то, что ЗУ отслеживает и не допускает факт перезаряда, рекомендуется регулярно проверять текущее напряжение батареи посредством вольтметра.
• Отключение АКБ от зарядного устройства должно осуществляться путём непосредственного захвата за сам разъём/коннектор. Другими словами, не стоит для отключения тянуть за провода или за батарею, так как это может привести к отрыву питающих/балансировочных проводов от коннектора/ов в местах пайки, что впоследствии может привести к короткому замыканию АКБ с последующим возгоранием.
• Не оставляйте АКБ под воздействием солнечных лучей.

Рекомендации по эксплуатации LiPo

Замер напряжения

LiPo tester — компактное устройство позволяющее контролировать напряжение каждой банки LiPo батареи, чтобы быть в курсе равномерности уровня их заряда. Если одна из банок имеет слишком низкое или наоборот высокое напряжение, по сравнению с остальными элементами АКБ (то, что в RC хобби называют дисбалансом), то вероятнее всего эта банка испытывает проблемы, и вам необходимо провести балансную зарядку АКБ перед её использованием.

Рабочий диапазон температур LiPo

• Для мини-квадов макс. отдача LiPo АКБ достигается при температуре от 25°C до 55°C.
• Холодная погода заметно ухудшает производительность LiPo аккумуляторов: снижается скорость разряда и эффективная ёмкость (до 40%). Распространённые симптомы при использовании LiPo в условиях отрицательных температур являются: более короткое время полёта, потеря мощности/подхвата и сильная просадка напряжения.
• Для оптимальной работы будет лучшим, если перед полётом АКБ будет предварительно разогрета до 30°C … 35°C. Для этого достаточно положить батареи в теплое место (карман например) или можно прибегнуть к так называемым «Heated LiPo Protective Bag», лучшие предложения которых имею возможность регулировки температурных режимов.
• Также LiPo не нравится, когда слишком жарко. Как только температура батареи достигает 60°C, она может вздуться и даже загореться.

Когда лучше завершать полёт?

Это один из самых распространенных вопросов задаваемых новичками: «Когда я должен приземлиться?» Профессионалы рекомендуют завершать полёт, когда напряжение для каждой банки батареи достигает от 3.5В до 3.6В. Литий-полимерные батареи нельзя разряжать до нуля, в ней всегда должен оставаться допустимый уровень заряда!

График ниже объясняет почему. Дело в том, что напряжение в LiPo не снижается линейно по мере расхода ёмкости, а резко падает при достижении примерно 3.5В — 3.6В для каждого LiPo элемента. И если к этому времени вы еще не приземлились, то рискуете чрезмерно разрядить аккумулятор, а чрезмерная разрядка LiPo-батареи в свою очередь может привести к необратимому повреждению аккумулятора и сокращению срока его службы.

Как правильно хранить АКБ?

Если вы решили не использовать LiPo батарею в течение длительного периода времени (например, дольше, чем неделя), вам следует:

1. Зарядить АКБ в режиме «Storage charge» до 3.8В — 3.85В.
2. Замотайте изолентой все коннекторы LiPo.
3. После уложите их в железный ящик/коробку (упомянутые выше в разделе «Место и средства для безопасной зарядки LiPo») и храните при комнатной температуре.

К сведению

• Когда LiPo элемент заряжается до напряжения 3.8В — 3.85В, уровень заряда составляет примерно 40-50%, что обеспечивает литий-полимерной батареи наиболее стабильное состояние. Вот почему всякий раз, когда вы получаете новую батарею из магазина, она заряжена только на половину.
• Хранить LiPo в полностью заряженном состоянии не только не безопасно, это также приводит к снижению её производительности.
• Не используйте для хранения и зарядки литий-полимерных АКБ так называемые безопасные LiPo сумки или LiPo Safe Bag, как правило они не справляются с возложенной на них задачей (только железный ящик)!

Что делать с переразряженными АКБ?

С момента, когда LiPo батарея была полностью разряжена, время начинает работать против неё, так как в каждой банке запускаются окислительные процессы, которые постепенно и необратимо начинают ухудшать общую производительность батареи. Поэтому, чем быстрее вы подключите её к зарядному устройству, тем больше вероятность сохранить аккум с минимальным ущербом для его производительности.

Нередко ЗУ отказываются заряжать чрезмерно разряженный аккумулятор. Несмотря на то, что существуют «кустарные» методы восстановления таких АКБ (не безопасно), профессионалы рекомендуют отказаться от их дальнейшего использования!

Путешествие с LiPo АКБ

Большинство авиакомпаний и аэропортов разрешают транспортировку LiPo батарей в ручной клади пассажира. Вот несколько рекомендаций, которые нужно иметь в виду:

1. Заблаговременно уточняйте у авиакомпании о возможности транспортировки литий-полимерных АКБ.
2. Не оставляйте батареи в регистрируемом/сдаваемом багаже. Только ручная кладь!
3. Зарядите АКБ до режима хранения.
4. Изолируйте все разъёмы/коннекторы АКБ изолентой и поместите их в железную коробку.
5. Никогда не путешествуйте с вздутыми/поврежденными АКБ!

Что делать, если АКБ загорелась?

1. Не паникуйте, и отключите все разъёмы.
2. Используйте песок, как самый простой и эффективный способ тушения горящей LiPo. Просто засыпьте батарею песком. Либо, как рекомендовалось выше, погрузите LiPo в специально подготовленную железную ёмкость с песком и накройте крышкой.
3. Дождитесь, пока погаснет огонь, остынет батарея и рассеется дым. Не вдыхайте дым, пары горящего лития ядовиты!
4. Не используйте воду для тушения литий-полимерных АКБ!
5. Огнетушители только категории «Д»!

Утилизация LiPo

LiPo батареи имеют ограниченный срок службы обусловленный количеством циклов. Один цикл — равен одному заряду с последующим разрядом батареи. Считается, что при должной эксплуатации (упомянутой выше), используемые для питания радиоуправляемых моделей LiPo АКБ могут выдерживать до 300 циклов.

Когда утилизировать?

Конкретных норм, определяющих, когда вы должны прекратить использование аккумулятора — нет. Профессионалы утилизируют АКБ как только он заметно перестаёт выдавать былой потенциал, когда отклик дрона на перемещение стика газа становится не таким острым, а время полёта сокращается в двое. Также весом аргументом указывающим на то, что аккум пора утилизировать, выступает его внутреннее сопротивление, которое неизбежно растёт в процессе эксплуатации батареи (см. раздел выше «Внутреннее сопротивление»). Вздутые, повреждённый АКБ утилизируются сразу.

Как утилизировать?

Перед утилизацией требуется разрядить аккумулятор до значения напряжения 0В, что исключает возможность воспламенения батареи даже при разрушении её целостности. После чего нужно сдать АКБ в один из доступных пунктов приёма отработанных элементов питания. Подробно о пунктах приёма и правилах сдачи отработанных АКБ можно узнать здесь.

В кругах хобби упоминаются несколько безопасных способов разряда:

1. Разрядка зарядным устройством в режиме «Discharge» (малым током; пример: при 1/10 C АКБ 3000мАч необходимо разряжать током 0.3А или 3000/10 = 300мА). Однако многие ЗУ имеют защиту от переразряда и могут осуществлять разрядку батарей до уровня не ниже 3В. Если это так, то рассмотрите возможность разряда способами ниже. Время разряда посредством ЗУ составляет приблизительно около часа.
2. Разрядка небольшой нагрузкой (любые потребители тока; популярный способ лампочкой или сразу несколькими, лучший вариант — галогеновые лампы. LED не подходят). Вы также можете использовать любую резистивную нагрузку вместо лампочки, такую как, радиальный керамический резистор. Например, для 2S или 3S Lipo можно задействовать резисторы 150 Ом 2 Вт. Время разряда для обоих способов около часа.
3. Путём погружения LiPo в водно-солевой раствор до прекращения газообразования. Состав раствора: на 1л воды — 2-3 ст. ложки соли. Многие пользователи утверждают, что этот способ медленный и малоэффективный. Вам потребуется не нужная пластиковая ёмкость. Время разряда — около 2 недель.

Подытожим

Итак, в представленном руководстве мы собрали самую актуальную на сегодня информацию затрагивающую вопросы терминологии, устройства, выбора, безопасной эксплуатации и утилизации LiPo предназначенных для питания FPV дронов, однако мы не утверждаем, что это всё, о чём вам необходимо знать в данной области. Подытоживая всё выше изложенное, отметим, что на текущий момент времени литий-полимерные источники питания это лучшее, что могут предложить нам технологии, которые хоть и медленно, но продолжают совершенствоваться. Вам не о чем беспокоиться, если вы соблюдаете основные правила эксплуатации и не допускаете беспечности начиная с момента выбора и заканчивая моментом утилизации LiPo АКБ. Надеемся собранный нами материал был для вас полезен. Благодарим за внимание.

В. Насколько опасны LiPo в эксплуатации?
О. Не более чем, любой другой источник питания, при условии соблюдения правил эксплуатации. Брак также предопределяет уровень безопасности будущего использования, поэтому приобретать АКБ рекомендуется только от проверенных брендов. Как говорится, «скупой платит дважды».

В. Какие бренды рекомендует RC сообщество?
О. В список известных и проверенных временем брендов на сегодня входят: Tattu, Turnigy, Infinity, Dinogy, Luminier, GNB, URUAV, Acehe, XF Power, CNHL Ministar, RDQ series (если вы уверены, что в этом списке кого-то не хватает, дайте нам знать в комментах).

В. Опасен ли вздутый аккумулятор?
О. Безусловно, да! Вздутые АКБ не допускаются к эксплуатации, не ремонтируются и сразу бракуются.

В. Что приводит к вздутию АКБ?
О. Вздутие АКБ вызывает бесконтрольно выделяющийся газ, а так как каждая банка герметично изолирована происходит вздутие. Причин для вздутия несколько: повреждение, перегрев, чрезмерный зарядный ток/перезаряд или чрезмерная (большим током) продолжительная разрядка, а также заводской брак (свойственно для «no-name» АКБ).

В. Как избежать вздутия АКБ?
О. Не перегружайте АКБ — используйте для контроля сигнализацию напряжения или мониторинг; Не перегревайте (не оставляйте батареи под солнцем или рядом с источником тепла); Никогда не перезаряжайте (правильно устанавливайте настройки зарядного устройства и следите за ЗУ во время зарядки; Храните LiPo правильно, как мы уже упоминали в этой статье.

В. Нужно ли прибегать к «Раскачке/Разгону/Обкатке» АКБ?
О. Процедура обкатки является спорной темой в FPV сообществе. По сути, такая практика предполагает, что новые батареи должны пройти серию медленных циклов (зарядки и разрядки), прежде чем использовать их в полной мере. Однако многие профессионалы не видят никакой очевидной разницы при таком подходе.

В. Прочая терминология затрагивающая LiPo АКБ.
О.

• Напряжение отключения (Cut-off voltage) — напряжение, при котором батарея считается полностью разряженной; Для LiPo этот порог установлен на 3В.
• Срок службы (Cycle life) — один цикл включает в себя заряд и разряд батареи. Под сроком службы понимается общее количество таких циклов, в течении которых батарея будет работать.
• Состояние заряда (State of charge) — текущий уровень заряда АКБ от 0% до 100%.
• Пиковый рейтинг разряда (Burst C-Rating) — максимальная скорость разряда за короткий промежуток времени (обычно в течение 10 секунд).

В. Каков оптимальный диапазон напряжения для зарядки и разрядки АКБ?
О. LiPo аккумулятор предназначен для работы в безопасном диапазоне напряжений от 3 до 4.2В на банку. Разряд ниже 3В может привести к необратимой потере производительности и даже повреждению батареи. Чрезмерная зарядка выше 4.2В может быть опасной и в конечном итоге привести к пожару. Несмотря на это рекомендуется прекращать работу батареи, когда её напряжение достигнет отметки в 3.5В. Например, для 3S Lipo максимальное напряжение составляет 12.6В, и вы должны посадить дрон, когда напряжение достигнет 10.5В (т.е. при 3.5В на банку).

В. Что такое внутреннее сопротивление АКБ?
О. Внутреннее сопротивление (IR — Internal Resistance) определяет качество LiPo батареи. Чем ниже значение, тем лучше. Более высокое внутреннее сопротивление уменьшает максимальный ток выдаваемый LiPo и увеличивает момент просадки напряжения. Внутреннее сопротивление LiPo батареи увеличивается в ходе эксплуатации, а сам процесс неизбежен и необратим. Именно поэтому со временем АКБ перестают выдавать былой потенциал. Большой разброс между значениями каждой банки указывает на её плохое состояние, а наименьший на хорошее. Измеряется внутреннее сопротивление как посредством специальных инструментов — тестеров, так и посредством некоторых зарядных устройств.

В. Какое зарядное устройство лучше выбрать?
О. На рынке существует множество различных ЗУ, поэтому, как и в случае с выбором АКБ, лучшие и надёжные решения предлагают исключительно проверенные временем бренды. В список лучших брендов входят: ProLead RC, SKYRC, EV-PEAK, Tenergy, ToolkitRC, HOBBYMATE, ISDT (если вы уверены, что в этом списке кого-то не хватает, дайте нам знать в комментах).

В. Какой режим зарядки ЗУ лучше всего подходит для заряда LiPo?
О. Режим балансной зарядки (Balance charge) — в данном случае зарядное устройство контролирует напряжение каждой банки и осуществляет их зарядку по отдельности, поддерживая на протяжении всего процесса равное напряжение. Это самый безопасный и рекомендуемый способ зарядки литий-полимерных аккумуляторов, который помимо всего прочего исключает как момент недозаряда каждой банки, так и самый опасный момент перезаряда.

В. Насколько безопасен параллельный способ зарядки АКБ?
О. Несмотря на то, что параллельная зарядка позволяет быстро и без заморочек единовременно заряжать несколько АКБ, заметно сокращая томительное время ожидания, данный способ всё же считается не безопасным. В связи с чем, параллельная зарядка наиболее актуальна исключительно в полевых условиях, где возможность спалить дорогостоящее имущество сводится к минимуму.

В. Что надёжнее «LiPo Bags» или железный ящик?
О. Безусловно преимущество за железными ящиками, что констатируют многочисленные тестовые обзоры. На сегодня такие средства как «LiPo Bags» редко справляются с возложенной на них задачей, и даже, если они выполняют свои функции, то как правило не пригодны для последующего применения, чего не скажешь про железные ящики, достаточно почистить и они снова в строю.

В. Каков рабочий диапазон температур LiPo?
О. Для мини-квадов макс. отдача LiPo АКБ достигается при температуре от 25°C до 55°C. Холодные погодные условия заметно ухудшают производительность LiPo: снижается скорость разряда и эффективная ёмкость (до 40%). Распространённые симптомы при использовании LiPo в условиях отрицательных температур: более короткое время полёта, потеря мощности/подхвата и сильная просадка напряжения. Для оптимальной работы, перед полётом АКБ желательно разогреть до 30°C … 35°C (например, положить батареи в карман или прибегнуть к так называемым «Heated LiPo Protective Bag»). Также LiPo не нравится, когда слишком жарко. Как только температура батареи достигает 60°C, она может вздуться и загореться.

В. Когда лучше прекращать полёт?
О. Рекомендуется завершать полёт, когда напряжение достигает от 3.5В до 3.6В на банку. Это связано с тем, что напряжение в LiPo не снижается линейно по мере расхода ёмкости, а резко падает при достижении примерно 3.5В — 3.6В для каждого LiPo элемента. И если к этому времени вы еще не приземлились, то рискуете чрезмерно разрядить аккумулятор, а чрезмерная разрядка LiPo приводит к необратимому повреждению аккумулятора и сокращению срока его службы.

В. Куда сдавать отработанные LiPo АКБ?
О. Подробно о пунктах приёма и правилах сдачи можно узнать здесь.

Источник