11. Аккумуляторы и зарядные станции для FPV-дронов.

Аккумуляторы и зарядные станции для FPV‑дронов — выбор, строение, эксплуатация и безопасность

Выбор аккумуляторов для FPV-дронов имеет решающее значение для достижения оптимальной производительности и длительности полета дрона. Аккумулятор для вашего дрона должен соответствовать основным требованиям относительно его емкости, напряжения, веса, скорости разряда и стиля полета. Если неправильно подобрать аккумулятор для вашего дрона, дрон может вообще не взлететь или в воздухе быстро терять заряд.

Слишком тяжелый аккумулятор для дрона ухудшает его маневренность и сокращает время полета. Неправильно выбранное напряжение аккумулятора для дрона может привести к сбоям в работе электроники и даже к повреждению его компонентов.

Строение и производство LiPo аккумулятора

Поэтому к выбору аккумулятора нужно подходить довольно серьезно, а в дальнейшем и к его последующему обслуживанию. Аккумулятор состоит из следующих компонентов: Анод, он изготавливается из графита, который хранит водород и литий-ионы. Катод, который состоит из оксидов металлов, таких как кобальт, никель или марганец. Электролит позволяет литий-ионам проходить между анодом и катодом. Сепаратор — тонкий слой материала, который разделяет анод и катод, но при этом позволяет ионам проникать через него.

Корпус, состоит обычно из пластика или другого материала, создающего механическую защиту аккумулятору. Во время разрядки литий-ионы перемещаются с катода на анод, что генерирует энергию. Во время зарядки литий-ионы перемещаются с анода на катод через электролит.

Теперь поговорим о том, как создают литий-полимерные аккумуляторы. Анодный и катодный материал смешиваются с проводниками и связующими веществами, образуя пасту.

Паста наносится на металлический коллектор, алюминий для катода, медь для анодов, и сушится.

Анод, сепаратор и катод ламинируются вместе в многослойную структуру.

Ламинированные слои сворачиваются или складываются в компактную форму для размещения в аккумуляторе.

Ламинированные и свернутые электроды помещаются в пластиковый или алюминиевый корпус, который запечатывается для избежания утечки электролита.

Полимерный электролит заполняется между анодом и катодом.

Внутренняя химическая реакция активируется, обеспечивая движение литий-ионов между анодом и катодом. Далее проходит процесс формирования, где его полностью заряжают и разряжают несколько раз для достижения стабильной химической реакции. Каждый аккумулятор тестируется на емкость, напряжение и безопасность. Готовые аккумуляторы маркируются и упаковываются для продажи.

Главные характеристики аккумуляторов.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора — это ключевой параметр, который указывает, сколько энергии вы можете потреблять от аккумулятора непрерывно в течение часа, пока он не разрядится.

Эта энергия измеряется в ампер-часах, или миллиампер-часах (1 ампер/час = 1000 миллиампер/час [mAh]). Также емкость аккумулятора определяет общее количество электрического заряда, которое он может хранить. Например, у литий-полимерного аккумулятора емкостью 2000 mAh или 2 Ah для полной разрядки понадобится один час, если постоянный ток потребляемый нагрузкой будет равен 2 амперам. Если ток удвоится до 4 ампер, длительность будет уменьшена вдвое (полчаса).

Если вы потребление будет 40 ампер без остановки, аккумулятора хватит лишь на 3 минуты. Увеличение емкости аккумулятор может увеличить время полета, но он станет тяжелее и больше. Вес существенно влияет на время полета дрона, поэтому для максимальной эффективности важно выбрать аккумулятор с оптимальным балансом между емкостью и весом. Емкость аккумулятора измеряется с помощью тестеров, которые разряжают аккумулятор при постоянном токе и измеряют время, в течение которого аккумулятор может поддерживать этот ток.

Высокие или низкие температуры могут снижать емкость аккумулятора.

Со временем аккумулятор теряет емкость из-за естественной деградации химических компонентов. Частые глубокие разряды или неправильная зарядка могут снижать емкость аккумулятора.

Сравнивайте емкость разных аккумуляторов, учитывая их вес, размер и другие характеристики, чтобы найти оптимальный вариант. Для выбора оптимальной емкости аккумулятора ниже приведена таблица, которая поможет вам решить, какой размер аккумулятора вам нужен для конкретного дрона.

Напряжение аккумулятора (S-рейтинг)

Следующий важный параметр аккумулятора — это его напряжение. Оно измеряется в вольтах. Аккумулятор состоит из отдельных элементов, которые в народе называют банками, каждая из которых имеет номинальное напряжение в 3.7 вольта, которое указано на этикетке аккумулятора.

Обозначение S на аккумуляторе означает, сколько этих элементов он имеет.

Аккумулятор 6S имеет 6 элементов, аккумулятор 4S имеет 4 и так далее. Поскольку каждый элемент имеет номинальное напряжение 3.7 вольта, 4S аккумулятор имеет номинальное напряжение 14.8 вольта, тогда как 6S имеет номинальное напряжение 22.2 вольта и так далее.

Все аккумуляторы имеют безопасный диапазон работы, как правило, от 3.5 вольт до 4.2 вольта на каждый элемент. Поэтому если зарядить полностью аккумулятор 6S, он будет иметь 25.2 вольта, так же и другие аккумуляторы. Перезарядка литий-полимерного аккумулятора выше чем 4.2 вольта опасна и может привести к пожару. Напряжение аккумулятора, которое опускается ниже минимально допустимого уровня для его нормальной работы, обычно называется глубоким разрядом или низким напряжением разрядки. Разряд ниже 3 вольт может привести к его необратимому ухудшению производительности или повреждению.

Постоянные глубокие разряды могут привести к уменьшению емкости аккумулятора и повреждению его химической структуры за короткий промежуток времени. Также может повыситься риск вздутия или возгорания аккумулятора.

Обычно рекомендуется прекращать разряжать аккумулятор, когда один элемент достигает 3.5 вольта, чтобы продлить срок его службы. 

Сравнение 4S и 6S аккумуляторов

Двигатель с KV-1000 на 3S аккумуляторе 11.1 вольт будет иметь 11100 оборотов в минуту, тогда как на 4S аккумуляторе в 14.8 вольт он будет иметь 14800 оборотов в минуту, что даст дрону больше мощности при условии, что его компоненты смогут работать на большем напряжении. Если этим пренебречь, то это может привести к их немедленному выходу из строя и пожару.

Убедитесь, что ваши двигатели и электронные регуляторы скорости совместимы с выбранным аккумулятором.

Двигатели с низким KV лучше работают с 6S аккумуляторами, а с высоким KV — с 4S. Однако, добавление дополнительных элементов также делает аккумулятор тяжелее и дороже.

Все зависит от ваших потребностей. 6S литий-полимерный аккумулятор имеет на 50% выше номинальное напряжение, чем 4S благодаря двум дополнительным элементам. Потенциальные улучшения от использования 6S по сравнению с 4S включают: меньшее потребление тока, меньшее проседание напряжения, большее время полета, большая чувствительность и скорость работы. Одно из наиболее значительных преимуществ 6S перед 4S — это меньший ток, необходимый для получения той же мощности. Мощность — это напряжение, умноженное на ток.

Например, чтобы выработать тысячу ватт нужно почти 90 ампер на 4S при 11.1 вольт, тогда как на 6S при 22.2 вольт меньше 45 ампер.

Меньшее потребление тока дает меньше нагрузки на аккумулятор, регулятор оборотов и двигатели. Уменьшает просадку напряжения на протяжении всего полета. 6S аккумулятор идеально подходит для дронов, которые используются в соревнованиях или требуют высокой производительности, а 4S аккумулятор (обычно легче и компактнее) - где важна маневренность и легкость.

Подходят для тренировочных полетов, фристайла и менее интенсивных условий и новичков, которые в начале своего пути очень часто разбивают свой дрон. Он менее склонен к перегреву и может иметь более долгий срок службы при умеренных условиях эксплуатации. 6S аккумулятор тяжелее, но имеет большую мощность. Подходит для соревнований, скоростных гонок и сложных условий, где нужна максимальная мощность. Может требовать более тщательного охлаждения и контроля температуры, особенно при интенсивном использовании.

Благодаря меньшему падению напряжения под нагрузкой двигатели сохраняют постоянное ускорение, позволяя им быстрее и стабильнее изменять обороты. Быстрая скорость изменения оборотов существенно влияет на управляемость вашего дрона. Мало кто об этом говорит, но есть очень важный нюанс, когда ваш аккумулятор во время полета с каждой секундой начинает ускорять свое разряжание.

Чтобы понять, почему это происходит, возьмем для примера аккумулятор 6S. Если его полностью зарядить, он будет иметь напряжение 25.2 вольта.

Мы подняли дрон и представим, что хотим постоянно лететь с одинаковой скоростью на дальность. Подняв в воздух, его напряжение стало 24 вольта, то есть 4 вольта на каждый элемент. Дрон потребляет при этом 30 ампер тока, и вы даете при этом 50% газа. Если посчитать по формуле, то это получится 720 ватт. Во время полета напряжение в дроне постоянно уменьшается, и за этого нужно чем-то компенсироваться, потому что нам нужно все время держать одну мощность в 720 ватт, а напряжение падает и падает.

Да, нам нужно увеличить силу тока за счет увеличения газа, чтобы компенсировать потерянное общее напряжение. В какой-то момент общее напряжение станет 21.6 вольт или 3.6 вольт на каждый элемент и мощность будет иметь 648 Вт, чтобы там дальше продолжить лететь с мощностью 720 Вт, нужно увеличить ток на 4 ампера до 1%, то есть уже будет 34 ампера и газ увеличится на определенный процент, и за ним скорость разряда аккумулятора.

Поэтому вы должны понимать, что полет дрона не пропорционален и зависит от напряжения в вашем аккумуляторе, и чем оно будет дольше держаться высоким, тем меньше нужно будет повышать газ и таким образом дольше будете летать.

Баланс напряжения элементов в аккумуляторе.

Балансировка элементов аккумулятора

Для получения максимальной эффективности аккумулятора и безопасности важно, чтобы напряжение на каждом элементе было почти одинаковым как во время работы, так и в состоянии покоя.

Балансировка помогает предотвратить короткое замыкание, которое может произойти из-за неравномерного распределения напряжения. Если одна из банок аккумулятора имеет более низкое напряжение по сравнению с другими, дрон может потерять мощность или внезапно выключиться из-за недостаточного общего напряжения.

Несбалансированный аккумулятор снижает общую емкость, что сокращает время полета дрона, и может привести к перегреву или повреждению отдельных банок, что увеличивает риск возникновения пожара или взрыва.

Балансировка позволяет точно оценить емкость аккумулятора через каждый элемент, что важно для планирования полетов и контроля состояния аккумулятора.

Большинство современных зарядных устройств для аккумуляторов имеют встроенную функцию балансировки, которая автоматически регулирует напряжение на каждой банке до уровня других.

Подключите аккумулятор к зарядному устройству, которое поддерживает функцию балансировки.

Выберите режим балансировки или проверки баланса на зарядном устройстве. Просмотрите результаты напряжения на каждой банке на дисплее зарядного устройства. Никогда баланс нового аккумулятора не будет идеальным. Критическим значением разницы напряжения между банками аккумулятора считается 0.2 вольта, или больше.

Если максимальное значение одного элемента будет 4.2 вольта, а минимального 4 вольта из этой сборки, это означает, что элемент в 4 вольта находится в плохом состоянии или испорчен. То есть, мы смотрим всегда на самое высокое значение напряжения элемента и от него отнимаем разницу в 0.2 вольта. Если вы хорошо владеете паяльником, то испорченные элементы можно отпаять, чтобы дальше использовать ваш аккумулятор, но уже с меньшим уровнем напряжения в значении S.

Никогда не используйте банки разных бывших в употреблении аккумуляторов для сборки. Помните, что аккумуляторы работали в разных режимах и при этом они наверняка имеют разную степень износа, емкость и внутренне сопротивление.

Мониторинг напряжения во время полета

Постоянный мониторинг напряжения аккумулятора во время полета очень важен для обеспечения безопасности и эффективности работы вашего дрона.

Если напряжение аккумулятора падает слишком низко, это может привести к тому, что дрон неожиданно выключится в воздухе, что может вызвать его падение и повреждение. Слишком низкое напряжение может вызвать перегрев отдельных банок, что приводит к их деградации и сокращению общего срока службы аккумулятора. Недостаточное напряжение может привести к потере мощности двигателей и питания других компонентов дрона, что снижает его производительность.

Рекомендуемый уровень напряжения для посадки — это 3.7 вольта на банку для обеспечения безопасности и долговечности аккумулятора. Приземляя дрон при этом уровень, вы уменьшаете риск повреждения банок.

3.5 вольта на банку — это минимально допустимый уровень напряжения, при котором нужно приземлить дрон для избежания повреждений аккумулятора. Для литий-ионных аккумуляторов это значение составляет до 3 вольт. Используйте этот уровень как крайнюю границу, за которую нельзя выходить.

Для мониторинга напряжения аккумулятора нужно использовать систему телеметрии, которая передает данные о состоянии аккумулятора прямо на ваш передатчик или дисплей очков. Большинство современных FPV контроллеров поддерживают эту функцию. Это называется OSD (on screen display). Чтобы проверить заряд аккумулятора, нужно подключить его к зарядному устройству или использовать специальный чекер, который покажет уровень заряда каждого из элементов.

Это можно сделать с любым другим тестером, но с чекером намного компактнее и удобнее.

C-рейтинг (рейтинг разряда)

C-рейтинг — это показатель максимального тока, который вы можете безопасно потреблять от аккумулятора, не нанося ему вреда. Для этого существует специальная формула, где максимальный ток потребления равен емкости аккамулятора \(C\), умноженной на рейтинг \(R_c\).

$$ I=C*R_c $$

Использовать ток больше указанного рейтинга разряда аккумулятора не рекомендуется, поскольку он может перегреться, увеличить внутреннее сопротивление со временем, сократить срок службы аккумулятора или даже вызвать возгорание.

Аккумуляторы с более высоким рейтингом разряда, как правило, тяжелее и больше даже с той же самой емкостью. Например, эти 2 аккумулятора 4S емкостью 650 миллиампер-час имеют разный вес и размер из-за их разного рейтинга разряда.

Аккумулятор с более высоким рейтингом разряда имеет лучшую производительность, особенно для энергоемких дронов. Но это не всегда лучший выбор.

На маломощном дроне высокий рейтинг разряда будет только мешать ему в виде лишнего веса, что уменьшит маневренность и время полета.

Чтобы рассчитать нужный рейтинг разряда аккумулятора

• Сначала определите, какой максимальный ток потребляют ваши двигатели. Эту информацию можно найти в спецификации двигателей по названию бренда, количеству KV и напряжению и посмотреть на табличке значение тока, который потребляет двигатель на 100% газа.
• Умножьте максимальный ток одного двигателя на количество двигателей в вашем дроне, чтобы получить общий ток потребления.
• Далее рассчитайте необходимый рейтинг разряда исходя из общего тока потребления и емкости аккумулятора.

Последовательное и параллельное соединение (S и P)

Иногда вы можете увидеть вот такую аббревиатуру на аккумуляторе

4S2P означает, что 4 элемента соединены последовательно, а 2P, что 2 группы таких последовательных элементов соединены параллельно. Это увеличивает общую емкость аккумулятора и токоотдачу, поскольку емкость каждой ячейки в 2P добавляется к другим.

Особенно это важно для литий-ионных аккумуляторов, которые по своей природе имеют слишком малый рейтинг разряда, и с помощью этой комбинации есть возможность компенсировать это.

Для начала разберем строение литий-ионных аккумуляторов размером 18650. Внутри он имеет два ключевых элементов: это анод и катод.

Стержень внутри литий-ионного аккумулятора обычно является анодом. Анод изготовлен из графита и расположен внутри аккумулятора, где он контактирует с электролитом. Он является источником электронов, которые во время разряда аккумулятора движутся через внешнюю схему к катоду, создавая электрический ток.

А вот катод изготовлен из литиевого металлооксида, находится на внешней стороне и оборачивает анод. В этом случае анод отвечает за силу выходного тока, а катод отвечает за емкость, которую может отдать этот аккумулятор. Покупая такой аккумулятор, прежде всего нужно определиться, нужна ли вам большая емкость или токоотдача. Если не увеличивать общий размер аккумулятора, во время разработки, Anode дает ток, и чем больше физически он будет, тем меньше остается места для катода с емкостью и наоборот. Если вам нужна большая емкость, то графитовый стержень будет меньшим и сила тока тоже.

Если вам нужна большая токоотдача и емкость, для этого увеличивают размер самого аккумулятора, например, 21700 и так далее.

Разберемся с параллельным и последовательным соединением. Для примера возьмем обычный аккумулятор 18650 с емкостью 1500 миллиампер в час и рейтингом разряда в 10С. По формуле мы получаем токоотдачу в 15 ампер. Он будет аккумулятором с одним элементом 1S в 4.2 вольта, если его полностью зарядить.

К этому аккумулятору параллельно добавляем еще один такой же, соединив плюс к плюсу, минус к минусу. Он все равно остается 1S и на выходе имеет те же 4.2 вольта, но емкость и токоотдача удваиваются, и он будет иметь название 1S2P с одним параллельным соединением. То есть, емкость будет 3000 мАч, и токоотдача уже 30 ампер.

Параллельное соединение позволяет распределить нагрузку между несколькими аккумуляторами, что уменьшает нагрузку на каждый отдельный аккумулятор и повышает общую эффективность системы.

Если сюда параллельно подключить еще один аккумулятор, то получится уже емкость 4500 миллиампер в час и токоотдача 45 ампер, и эта сборка будет иметь аббревиатуру 1S3P. Но общее напряжение на выходе останется все равно 4.2 вольта. По такому принципу и сделаны пауэрбанки, где стоят такие же элементы, параллельно соединенные между собой, для большей токоотдачи и емкости.

Допустим, нам для дрона нужен аккумулятор с токоотдачей в 120 ампер и напряжением 16.8 вольт. В наличии у нас есть аккумуляторы с токоотдачей в 15 ампер каждый. Нам нужно сначала собрать аккумулятор, имеющий напряжение в 4S с помощью последовательного соединения. Последовательное соединение предполагает подключение аккумуляторов один за другим, где плюсовой выход одного аккумулятора соединяется с минусовым выходом следующего. Это позволяет увеличить напряжение созданной системы, оставляя емкость системы неизменной. И на выходе получим 16.8 вольт 4S, но емкость 1500 миллиампер в час и токоотдачу в 15 ампер остаются теми же самыми.

Теперь к каждому последовательному соединению 4S добавим параллельно еще одно последовательное соединение 4S.

Таким образом мы получили сборку 4S2P с емкостью 3000 мАч, токоотдачей в 120А и напряжением 4S в 16.8 вольт. Если мы к ней добавим еще одно параллельное соединение, мы получим аккумулятор 4S3P с емкостью 4500 миллиампер в час и токоотдачей в 180 ампер.

Таким образом мы можем сами себе создавать литий-ионные аккумуляторы для своего дрона в домашних условиях под свои нужды. Отдельно новые литий-полимерные элементы преобрести сложнее.

Внутреннее сопротивление (IR)

Если вы проверили и увидели, что все элементы имеют идеально сбалансированное напряжение, это не означает, что аккумулятор идеально работает. Все электронные компоненты, включая аккумуляторы, имеют внутреннее сопротивление. Сопротивление определяет, насколько эффективен аккумулятор может подавать ток вашему дрону. Высшее внутреннее сопротивление аккумулятора означает низшую производительность и больше энергии тратится на тепло, чем на работу дрона. Этот параметр можно использовать для измерения производительности аккумулятора.

Почти все современные зарядные устройства сегодня могут измерять внутреннее сопротивление аккумулятора.

Это значение измеряется в Омах. Внутреннее сопротивление каждого элемента отображается на экране, когда вы заряжаете аккумулятор. Для правильного считывания показателя внутреннего сопротивления элемента, нужно смотреть на результат, когда аккумулятор полностью заряжен. Это связано с тем, что при низком заряде внутреннее сопротивление будет всегда выше.

В целом аккумуляторы с большой емкостью имеют более низкое внутреннее сопротивление, поскольку они могут обеспечить больший ток, однако это не всегда прямолинейно зависит от емкости, ведь конструкция и материалы также играют важную роль. Низкое сопротивление означает, что аккумулятор может эффективнее передавать питание вашему дрону и меньше тратить энергии на бесполезный нагрев. Для понимания - аккумуляторы емкостью 1500 миллиампер в час, независимо от количества элементов с внутренним сопротивлением меньше 10 миллиом находятся в отличном состоянии. От 10 миллиом до 15 миллиом имеют все еще хорошее состояние. От 15 миллиом до 20 миллиом немного устаревшие, а свыше 20 миллиом — пора им идти на пенсию. Напоминаю, что эти цифры касаются лишь элементов емкостью 1500 миллиампер в час.

Аккумуляторы с меньшей емкостью имеют более высокое внутреннее сопротивление, и это нормально. Самый простой способ следить за состоянием аккумулятора — это измерить внутреннее сопротивление нового аккумулятора и запомнить это число. Если оно со временем превысит иходное значение больше чем в три раза, это означает, что элемент вышел за рабочий диапазон. Внутреннее сопротивление аккумулятора медленно растет со временем его использованиея, что является неизбежным и необратимым процессом.

Увеличение внутреннего сопротивления аккумулятора может быть вызвано определенными факторами, которые ускоряют этот процесс. Каждый зарядный и разрядный цикл снижает эффективность химических компонентов внутри аккумулятора. Со временем это приводит к увеличению внутреннего сопротивления. Постоянное использование аккумулятора на высоких токах может привести к его перегреву, что изнашивает электроды и электролит, увеличивая внутреннее сопротивление.

Высокая температура ускоряет химические реакции, что может привести к деградации материалов. Физические удары или вибрация могут повредить внутренние компоненты аккумулятора, включая разрыв контактов или повреждение внутренней структуры, что тоже увеличивает сопротивление. Естественное старение аккумулятора со временем также ведет к увеличению внутреннего сопротивления при оптимальных условиях эксплуатации.

Когда напряжение снижается, двигатели теряют обороты, и дрон становится менее мощным и отзывчивым. Высокое сопротивление ограничивает максимальный выдаваемый ток, что уменьшает мощность, доступную для двигателей дрона, это явление известно как просадка напряжения, при увеличении газа. Дрон будет вяло разгоняться и иметь пониженную максимальную скорость, что важно для гоночных и фристайл дронов. Высокое сопротивление может привести к сильным падениям напряжения во время высоких нагрузок, что может вызвать непредсказуемую работу дрона или даже его внезапное выключение.

Постоянный перегрев и высокая нагрузка из-за высокого сопротивления могут быстрее снизить емкость аккумулятора и сократить его срок службы. Регулярный мониторинг внутреннего сопротивления и соблюдение рекомендаций по эксплуатации и хранению аккумуляторов помогут минимизировать эти негативные последствия. Всегда нужно проверять новые аккумуляторы, которые вы покупаете, и желательно записывать значения их внутреннего сопротивления, чтобы следить за ним во время эксплуатации.

Когда вы заметите, что элемент начинает работать плохо и проседает по напряжению, вы можете измерить внутреннее сопротивление и получить представление о том, какой диапазон внутреннего сопротивления является плохим для этой модели. Если один из элементов аккумулятора имеет заметно более высокое внутреннее сопротивление, чем остальные, это означает, что он постепенно начинает выходить из строя. Он будет давать меньший ток и во время использования нагреваться больше, чем следует.

Также, если у вас возникает проблема дисбаланса элементов после каждого полета, это также может быть причиной высокого сопротивления какого то из элементов аккумулятора. Идеально, чтобы разница во внутреннем сопротивлении между банками была не более 5 миллиом. Этот уровень обеспечивает стабильную работу и равномерную нагрузку на все банки. Если вы полетали на дроне во Freestyle и после этого аккумулятор с дрона вам начинает жечь руки, это означает, что внутри температура такого аккумулятора близка к 100 градусам по Цельсию, и такой аккумулятор точно получил непоправимые повреждения химических элементов внутри. Если вы планируете постоянно летать в таком режиме, то однозначно нужно заменить аккумулятор на другой с более высоким рейтингом разряда.

После полета аккумулятор всегда должен быть теплым и никак горячим.

Разъемы / Коннекторы

Аккумуляторы имеют два провода: силовой провод, через который мы питаем наш дрон, и балансировочный.

Силовые провода имеют разные виды коннекторов. Наиболее популярным разрядным разъемом является XT-60, который в основном используется в 5-дюймовых дронах или больше. Для меньших дронов часто используется XT-30 — меньшая версия XT-60.

Они имеют схожую форму, но отличаются по размерам и мощности тока. XT-60 означает, что он может номинально работать силой тока в 60 ампер и выдерживать кратковременный пиковый ток в 180 ампер. Коннектор XT30 может номинально работать силой тока в 30 ампер и выдерживать кратковременный пиковый ток в 60 ампер. Он имеет неравномерную формы, что предотвращает неправильное подключение. Также существуют коннекторы для микродронов и имеют название PH 2.0 и BT 2.0.

Аккумуляторы 1S имеют только разрядный разъем, поскольку для одного элемента балансировка не нужна.

Аккумуляторы с несколькими элементами всегда будут иметь балансировочный провод, которые предназначены для контроля и балансировки напряжения элементов. Официальное название разъема JST-XH.

Во время зарядки балансир нужно подключить к зарядному устройству. Это позволяет зарядному устройству проверять и балансировать напряжение каждого элемента во время зарядки.

Важно! Всегда подключайте балансир перед зарядкой!

Количество проводов в балансировочном проводе начинается с трех для двухэлементных литий-полимерных аккумуляторов, и это число увеличивается на 1 с каждым увеличением количества элементов.

2S — 3 провода, 3S — 4 провода, 4S — 5 провода, 5S — 6 проводов, 6S — 7 проводов и так далее. Балансировочный коннектор состоит из одного плюсового красного провода и всех остальных минусовых проводов, в основном черного цвета, которые идут от каждого элемента.

Очень часто новички срезают пропеллерами этот балансировочный кабель при неверном монтаже аккумулятора на раму, где он свободно болтается во все стороны.

Его нужно всегда прятать под стяжку, чтобы уменьшить вибрацию рамы и сделать невозможным его попадание в пропеллеры. Есть еще один способ — это зафиксировать балансировочный провод с помощью резиновых стяжек.

Типы аккумуляторов: LiPo, Li-Ion, LiPo HV

Типы аккумуляторов, которые используются для FPV-дронов.

LiPo

Литий-полимерные аккумуляторы по сравнению с другими типами аккумуляторов имеют более высокую плотность энергии и могут отдавать большой ток, который в десятки раз превышает их емкость.

Аккумуляторы дороже и имеют меньший срок службы по сравнению с другими типами аккумуляторов. В среднем, срок жизни таких аккумуляторов составляет 300-500 циклов, в зависимости от производителя и условий эксплуатации.

Полностью заряженный аккумулятор имеет напряжение 4.2 вольта, и разряженный — 3.5 вольта на 1 элемент. Материалы, используемые в литий-полимерных аккумуляторах, почти такие же, как и в литий-ионных аккумуляторах. Основное отличие заключается в электролите. Полимерные литий-ионные аккумуляторы используют твердые полимерные электролиты, а литий-ионные аккумуляторы используют жидкие электролиты.

Благодаря замене жидкого электролита твердым, эти аккумуляторы имеют преимущества тонких нестандартных форм. По сравнению с жидкими литий-ионными аккумуляторами, удельная энергия будет более чем на 20% выше текущей. Главное — это не допускать полного разряда аккумулятора ниже 3.5 вольт. Этот аккумулятор не переносит перегрева. Полимерные электролиты не требуют металлической оболочки для защиты, поэтому они весят на 40% меньше, чем литиевые аккумуляторы в стальном корпусе эквивалентной емкости, и на 20% меньше, чем аккумулятор в алюминиевом корпусе.

Литий-полимерные аккумуляторы имеют более высокую скорость разряда и силу тока, которые широко используются для фристайла, гонок и выполнения сложных трюков.

Перезарядка или чрезмерный их разряд вредит внутренним химическим веществам в аккумуляторе. Они менее защищены от физических повреждений, и часто после падений дрона загораются. Если дрон упал и аккумулятор на нем начал гореть, нужно срочно бежать к нему и быстро извлечь аккумулятор, потому что часто после дыма аккумулятор очень сильно вспыхивает и может полностью сжечь ваш дрон.

Если аккумулятор уже загорелся на дроне, один из вариантов — это немедленно выбить его ногой от него, чтобы спасти сам дрон, потому что взять в руки горящий дрон из-за высоких температур горения невозможно.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы обычно имеют намного большую емкость по сравнению с литий-полимерными аккумуляторами того же веса, но меньшую токоотдачу. Хотя литий-ионные аккумуляторы не являются популярным выбором для фристайла и гонок, они являются отличным выбором для дальних перелетов, которые не требуют большого потребления тока, таких как крейсерские и спокойные полеты благодаря большей емкости. Сравнивая аккумуляторы одинакового размера, литий-ионные имеют примерно вдвое большую емкость, чем литий-полимерные аккумуляторы, но меньшую токоотдачу.

Например, литий-ионный аккумулятор 4S емкостью 3000 мАч весит около 250 грамм, тогда как литий-полимерный аккумулятор 4S емкостью 1600 мАч имеет почти такой же вес, тогда как литий-ионные аккумуляторы имеют только около 5С.

Литий-ионные аккумуляторы могут разряжаться намного ниже по сравнению с литий-полимерными, например, до 3 вольт на 1 элемент. Оба типа аккумуляторов можно полностью зарядить до 4.2 вольта на элемент.

Литий-ионные аккумуляторы служат намного дольше, чем литий-полимерные. Во-первых, вы меньше разбиваетесь с литий-ионным аккумулятором, потому что полет, который вы выполняете с ним, обычно медленный и равномерный. Во-вторых, они имеют металлический корпус, что делает их намного прочнее против физического воздействия. Так что, в долгосрочной перспективе они фактически экономичнее.

Литий-ионные аккумуляторы обычно выдерживают от 400 до 700 циклов заряд-разряд, пока их емкость не уменьшится примерно на 20%. Однако, при правильных условиях эксплуатации и хранения они могут выдерживать до 1000 циклов и больше. В целом, литий-полимерные аккумуляторы несколько дороже примерно на 10-20% по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, но литий-ионный аккумулятор можно собрать дома, своими руками под свои требования и контролируя качество сборки.

LiPo High Voltage (HV)

Эти аккумуляторы являются разновидностью традиционных литий-полимерных аккумуляторов, но с ключевым отличием в химическом составе и напряжении. В то время как стандартные литий-полимерные элементы заряжаются до максимума 4.2 вольта на элемент, элементы Li-Ion High Voltage можно заряжать до 4.35 вольта на элемент.

Такое более высокое напряжение обеспечивает несколько преимуществ в производительности, что делает литий HV аккумуляторы привлекательным вариантом для 1S Tiny whoop, поскольку влияние высокого напряжения на работу дрона является значительным. Двигатели на дроне имеют максимальные обороты пропорциональные приложенному к ним напряжению. Аккумуляторы Li-Ion High Voltage обеспечивают более высокое напряжение, что приводит к увеличению тяги и скорости. Для гоночных дронов или высокопроизводительных акробатических дронов это может быть значительным преимуществом, предлагая быстрое время реакции и более мощные маневры.

Аккумуляторы Li-Ion High Voltage, как правило, имеют несколько более высокую плотность энергии, что означает, что они предлагают больше мощности без значительного увеличения веса или размера по сравнению с эквивалентными литий-полимерными аккумуляторами, что потенциально приводит к более длительному времени полета. Несмотря на разницу в максимальном напряжении, аккумуляторы Li-Ion High Voltage в целом совместимы с большинством дронов, которые используют литий-полимерные аккумуляторы.

Благодаря этому пилотам легко перейти на Li-Ion High Voltage без необходимости обновления аппаратного обеспечения. Для зарядки аккумуляторов Li-Ion High Voltage нужно зарядное устройство, которое поддерживает более высокое напряжение. Хотя многие современ зарядные устройства это делают, важно проверить это, прежде чем пытаться заряжать Li-Ion High Voltage. Вы можете безопасно заряжать Li-Ion High Voltage аккумуляторы на зарядном устройстве, поддерживающем этот режим.

Выбор аккумулятора по типу полета

При выборе аккумулятора для вашего FPV-дрона необходимо учитывать несколько факторов, включая тип дрона, его размеры, мощность двигателей и назначение: соревнования, фристайл, видеосъемка и так далее. Вот некоторые общие рекомендации по весу аккумуляторов для различных типов FPV-дронов.

Для фристайла

Чтобы выбрать подходящий вес для вашего дрона, нужно определиться с типом полета. Для фристайла оптимальны аккумуляторы с емкостью от 1300 до 2200 миллиампер в час. Высокий рейтинг разряда позволяет аккумулятору выдерживать высокие токи, необходимые для выполнения сложных маневров. Выбирайте аккумуляторы с рейтингом разряда не менее 75С или даже выше для интенсивного фристайла. Большее количество элементов увеличивает напряжение, что повышает мощность и скорость дрона.

4S аккумуляторы популярны для фристайла, но 6S обеспечат еще большей мощности и маневренности. Легкие аккумуляторы улучшают маневренность и уменьшают нагрузку на двигатели. Как правило, аккумулятор может весить примерно половину веса дрона для фристайла или гоночного дрона за исключением GoPro.

Для гонок

Для гонок важно подобрать аккумулятор с высоким рейтингом разряда, обычно не менее 75-100C. Это позволило дрону быстро набрать скорость и поддерживать высокую производительность во время гонок.

Оптимальная емкость для гоночного дрона обычно 1300-1800 миллиампер в час. Это обеспечит баланс между длительностью полета и весом. Обычно используют 4S или 6S аккумуляторы.

Для видеосъемки

Аккумуляторы для FPV-дронов, которые используются для видеосъемки, должны обеспечивать стабильную и длительную работу, чтобы позволить осуществлять качественные съемки. Можно использовать аккумулятор большей емкости, чтобы максимизировать время полета, где скорость реагирования и мощность не являются приоритетными.

Аккумулятор может быть таким же тяжелым, как сам дрон, или даже больше. Для видеосъемки оптимально использовать аккумуляторы с емкостью от 2000 до 4000 миллиампер в час в зависимости от размера и веса дрона. Для видеосъемки нужен умеренный рейтинг разряда, достаточный для стабильной работы дрона без больших пиковых нагрузок с газом примерно на 50%. Выбирайте аккумуляторы с рейтингом разряда 25-50C, чтобы иметь стабильный ток без перегрева. Важно, чтобы вес аккумулятора не превышал возможности двигателей поднять общий вес дрона и обеспечивать достаточное время полета.

Не забывайте перед тем, как приобрести аккумулятор для своего дрона, проверить размеры рамы, куда вы будете его монтировать. Новички очень часто этим пренебрегают и потом сталкиваются с проблемами монтажа аккумулятора, особенно когда используется еще экшн-камера на борту. Также существуют специальные переходники, которые позволяют использовать одновременно два параллельно соединенных аккумулятора для питания дрона, увеличивая общую емкость и токоотдачу. Так часто делают на дронах Long Range.

Зарядные станции и процесс зарядки

Чтобы заряжать аккумуляторы, вам понадобится специальное зарядное устройство, разработанное именно для них, из-за их строгих требований к зарядке. Зарядные станции бывают следующих видов:

Одноканальные зарядные станции подходят для зарядки одного аккумулятора, они компактнее и дешевле.

Мультиканальные зарядные станции могут заряжать несколько аккумуляторов одновременно, что уменьшает время общей зарядки большого количества аккумуляторов.

Зарядные станции могут быть как со встроенным блоком питания, так и с внешним блоком питания. Иногда продают только зарядную станцию без блока питания.

Во время выбора зарядной станции нужно обязательно посмотреть в ее описании, где будет написано выходную мощность зарядки на канал, какие виды аккумулятора она поддерживает, какой тип входного и выходного коннектора и заряжающее напряжение.

Например, я имею зарядную станцию без блока питания, и мне нужно правильно выбрать мощность будущего блока питания, чтобы заряжать свои аккумуляторы. В описании для этой зарядной станции написано, что 4 канала могут выдавать 250 Вт с силой тока в 15А каждый, то есть в сумме он может заряжать аккумуляторы с мощностью 1000 Вт.

Это означает, что мне для этой зарядной станции нужен блок питания с мощностью не менее 1000 Вт с входным коннектором XT-60, чтобы заряжать свои аккумуляторы.

Но прежде всего нужно посчитать мощность, которую действительно будут потреблять мои аккумуляторы, прежде чем покупать блок питания.

Например, я имею литий-полимерные аккумуляторы 6S емкостью 1300 миллиампер в час.

Заряженный 6S аккумулятор будет иметь напряжение 25.2 вольта. Для его зарядки напряжение зарядного устройства будет немного большим — 26 вольт. Чтобы перевести эти значения в мощность, которая измеряется в ваттах, нужно напряжение умножить на емкость. 26 умножить на 1.3 (Ач) = 33.8, это будет 33.8 ватт, которые нужны для зарядки одного аккумулятора. В моем случае я хочу заряжать одновременно 4 таких же аккумулятора, и это выйдет 135.2 ватт мощности, которые необходимы для одновременной зарядки моих 4 аккумуляторов на зарядном устройстве.

Для стабильной работы зарядной станции будет достаточно блока питания на 150 Вт, обязательно с запасом. Прежде чем начать заряжать аккумулятор, сначала нужно к нему подключить балансировочный кабель и потом силовой.

В моем случае, зарядная станция поддерживает аккумуляторы 6S, и поэтому балансировочный коннектор занимает весь ее порт. Но если вы имеете аккумуляторы с меньшим значением S, то их коннекторы нужно правильно подключать к зарядному устройству, потому что они имеют меньший размер балансировочного коннектора.

На устройствах для этого есть специальная подсказка в виде символа минус, который указывает, в каком направлении нужно подключать коннектор аккумулятора относительно его крайнего минуса.

Без балансировочного провода заряжать аккумулятор запрещено.

После того, как подключили балансировочный и силовой провода к зарядной станции, на ней нужно выбрать режим зарядки (Charge). Далее внимательно выбрать тип аккумулятора, у меня это литий-полимерный (LiPo). Далее выбираем количество элементов нашего аккумулятора, у меня 6S. И теперь нужно выбрать правильную силу тока, с которым будет заряжаться аккумулятор, и если в этом пункте не сделать ошибку и не выбрать слишком большую силу тока для вашего аккумулятора, он как минимум сильно начнет нагреваться, а при худшем сценарии взорвется.

Выбор силы тока для зарядки (C-рейтинг заряда)

Для того, чтобы правильно выбрать силу тока для вашего аккумулятора, нужно посмотреть на его значение емкости. В моем случае, это 1300 миллиампер в час или 1.3 ампера в час. Существует рейтинг заряда, который имеет следующий вид: Значение емкости аккумулятора равно 1С рейтингу заряда, то есть 1.3А в час — это 1С рейтинг его заряда. Рекомендуется заряжать аккумуляторы при рейтинге заряда в 1С или ниже, поскольку это значительно меньше нагружает аккумулятор и продлевает его ресурс. Если аккумулятор будет полностью разряжен, то он зарядится примерно за 1 час независимо от его емкости и напряжения.

Сейчас многие аккумуляторы поддерживают более быструю зарядку, например 3C или даже 5C. Прежде чем заряжать больше рейтингового заряда, нужно убедиться, что этот аккумулятор поддерживает такой рейтинг заряда. Об этом пишут в его описании или иногда на задней части аккумулятора. В моем случае мой аккумулятор поддерживает максимум 2C рейтинг заряда. Это означает, что его можно заряжать током вдвое большим от номинала, то есть током в 2.6 ампера в час.

Больше запрещено. При токе заряда 2.6 Ампера мой аккумулятор зарядится за полчаса. Это полезно в том случае, если вы спешите и нужно быстро зарядить все аккумуляторы. Но частое зарядка на высоких токах может ускорить деградацию внутренних компонентов аккумулятора, уменьшая его емкость и общий срок службы. Если вы сомневаетесь, просто заряжайте аккумулятор на 1С, поскольку зарядка на более высоких уровнях C увеличивает риск перегрева аккумулятора или возникновения пожара.

Если я начну заряжать свои 4 аккумулятора с рейтингом 2C, тогда мне понадобится уже блок питания на 300 ватт с запасом. Зарядка маленьких аккумуляторов 1С может несколько отличаться от зарядки больших аккумуляторов. Однако наиболее эффективным способом для их зарядки является использование специального зарядного устройства для аккумуляторов 1С или платы параллельной зарядки. Есть даже варианты зарядки через специальные адаптеры от пауэрбанка, что позволяет оперативно заряжаться в полевых условиях.

Безопасность при зарядке и хранении

Выберите специальное безопасное место для зарядки аккумуляторов. Очень важно заряжать аккумулятор в месте, где нет легковоспламеняющихся предметов и материалов. Если вы заряжаете в помещении, старайтесь делать это возле окна или дверей, чтобы в случае пожара можно было быстро выбросить аккумулятор. Ради безопасности я лично храню свои аккумуляторы в металлическом ящике для патронов. Прежде чем использовать коробки для боеприпасов для хранения аккумуляторов, снимите резиновый уплотнитель на крышке. Если возможно, просверлите пару небольших отверстий, чтобы воздух вышел в случае пожара, или убедитесь, что коробка не закрыта плотно, чтобы предотвратить повышение давления внутри герметичной металлической емкости, и она не взорвалась.

Существуют специальные переносные сумки, изготовленные из ткани, часто с металлической смесью, вплетенной в них, и обычно имеют молнию или застежку-липучку.

Они обеспечивают легкое и недорогое хранилище для транспортировки аккумулятора. Эти сумки могут замедлить возгорание аккумулятора, но они не эффективны для его остановки или локализации. Держите аккумуляторы вдали от прямых солнечных лучей. Храните его при комнатной температуре, чрезмерно холодные или горячие условия могут повлиять на срок службы и безопасность аккумулятора.

Всегда держите огнетушитель рядом, когда заряжаете аккумуляторы. Не уходите из комнаты на долгое время во время зарядки аккумуляторов и никогда не оставляйте аккумуляторы без присмотра. Многие пожары, связанные с аккумуляторами, возникают из-за того, что люди оставляют процесс зарядки без контроля. Регулярно проверяйте их температура, они должны оставаться прохладными. Если аккумулятор сильно нагревается, начинает вздуваться или вы чувствуете странный запах, немедленно прекратите зарядку и проверьте его.

Проблема может быть от перезарядки, или просто слишком быстрая зарядка для аккумулятора, или элемент полностью вышел из строя и не может принять ток. Важно отключать провода от зарядной станции за коннекторы, а не за провода, которые можно оторвать от хрупких паяных соединений. После полета дайте аккумуляторам полностью остыть, прежде чем заряжать их. Горячий аккумулятор во время зарядки имеет большой шанс загореться. Никогда не используйте и не заряжайте поврежденный или вздутый аккумулятор.

Хранение аккумуляторов (Режим Storage)

Если вы не планируете использовать аккумулятор в течение длительного периода, например, дольше двух недель, вам нужно перевести его в режим хранения (storage) для поддержания их долговечности и безопасности. Хранение аккумулятора при оптимальном уровне заряда обычно имеет 3.7-3.8 вольта на элемент. Это помогает снизить химическую деградацию и продлить его срок службы. Большинство современных зарядных устройств имеют функцию Storage, которая переводит ваш аккумулятор на соответствующее напряжение хранения.

Для этого нужно выбрать задачу storage, далее выбрать тип аккумулятора, Далее до какого напряжения перевести аккумулятор в режим хранения, выбрать количество элементов и выбрать вручную силу тока. Этот параметр означает, что если аккумулятор будет ниже 3.8 вольта на один элемент, то он начнет сценарий зарядки до 3.8 вольт с этим выбранным током. Если значение будет выше 3.8 вольт, он спускает напряжение маленьким током где-то в 0.5 ампера. Аккумуляторы после режима хранения очень быстро можно дозарядить. Не оставляйте их полностью заряженными или пустыми в течение длительного времени. Аккумуляторы, которые не соответствуют напряжению хранения, со временем изнашиваются быстрее.

Эксплуатация в холодную погоду и срок службы

Холодная погода негативно влияет на производительность аккумулятора, что приводит к падению напряжения и сокращению времени полета. Держите аккумуляторы в тепле перед полетом, например, положив их в карманы. На морозе пульт может внезапно выключиться, и поэтому советую использовать подключенный к нему пауэрбанк во время полета.

Производительность аккумулятора Li-Po постепенно снижается со временем и использованием. Он не имеет срока годности. Рекомендуется заменять литий-полимерные аккумуляторы каждые 200-300 циклов зарядки или каждые 2-3 года, в зависимости от того, что наступит раньше, предполагая, что они не повреждены до конца срока службы. Вы можете и далее продолжать использовать аккумуляторы, пока это безопасно, однако вы будете чувствовать больше просадок напряжения из-за более высокого внутреннего сопротивления, а его емкость будет ниже, что приведет к сокращению времени полета.

Перезарядка или чрезмерный разряд могут ускорить процесс деградации. Однако, одной из самых больших проблем полимерных аккумуляторов, которые активно используются, является повышенное внутреннее сопротивление, которое вызывает значительное падение напряжения.

Новые аккумуляторы почти всегда работают лучше, чем старые, даже если они просто стоят и не используются. Аккумуляторы возрастом от 12 до 18 месяцев начинают демонстрировать заметное снижение производительности. Никогда не выбрасывайте аккумуляторы в ведро для мусора или на улицу. В этом случае они могут оказаться на свалке и попасть в грунт и воду, что нанесет вред окружающей среде и здоровью людей.

Утилизация аккумуляторов

Перед утилизацией аккумуляторов в домашних условиях необходимо принять превентивные меры, поскольку такие аккумуляторы могут быть опасными при неправильной обработке. Сначала нужно полностью разрядить аккумулятор до 0 вольт. Для этого можно использовать устройство, которое потребляет электроэнергию, например, лампочку или радиоприемник, или с помощью зарядной станции, где есть функция разрядки.

После этого можно разобрать аккумулятор и извлечь силовые и балансировочные провода, которые часто нужны для других задач. Сам аккумулятор необходимо утилизировать в соответствии с местными правилами и рекомендациями. Некоторые магазины, которые продают аккумуляторы, могут принимать старые аккумуляторы для утилизации.

Важные предупреждения и заключение

Никогда не прокалывайте аккумуляторы, поскольку это может вызвать пожар. Образование газа в литий-ионных аккумуляторах является нормальным. Даже если вы не злоупотребляете током во время полета, даже обычное ежедневное использование аккумулятором приводит к образованию газа через процесс, который называется разложением электролита.

Разложение электролита — это необратимый процесс, когда электролит внутри аккумулятора химически разрушается. Когда электролит разрушается, образуется литий и кислород. Это образует оксид лития на аноде и катоде в зависимости от того, заряжаете или разряжаете. Но вы также получаете избыток кислорода, который не прилипает к аноду или катоду. Этот избыток кислорода является частью причины разбухания аккумулятора, а кислород любит гореть и взрывоопасен.

Песок может эффективно потушить пожар. Не используйте воду. Литий, содержащийся в аккумуляторах, может реагировать с водой, создавая газообразный водород и тепло. Это может привести к взрыву или еще большему вспышке.

Если бросить в воду горящий аккумулятор, это не поможет, он будет и под водой гореть. Используйте огнетушители класса D, которые специально разработаны для тушения металлических пожаров, включая Литий.

```

Таблица выбора оптимальной емкости аккумулятора

• Обучение Обучение | Курсы
• Вторник, 02 сентября 2025