Одним из ключевых элементов, определяющих эффективность и продолжительность полета FPV дрона, является источник питания. Традиционно в FPV дронах используются LiPo (литий-полимерные) аккумуляторы, однако в последнее время все больше внимания уделяется Li-ion (литий-ионным) сборкам.
Сегодня мы познакомимся с отечественным производителем Li-ion аккумуляторов - «26 - коптерный». Рассмотрим преимущества, недостатки и особенности применения Li-ion источников питания в FPV дронах.
Производство Li-ion аккумуляторов - «26 - коптерный» проходит в городе Ставрополь. Осмотрев внимательно рабочую зону, решили узнать подробности.
«В основе качественной сборки лежит использование высокомощной точечной сварки. Одним из главных ее преимуществ является способность минимизировать тепловое воздействие на окружающие материалы. В процессе работы температура в зоне сварки остается относительно низкой, что предотвращает перегрев и повреждение активных материалов ячеек. Это критически важно для Li-ion батарей, так как перегрев может привести к деградации материалов и сокращению срока службы аккумулятора. Для высокотоковых аккумуляторов, которые будут использоваться под большой нагрузкой используется не стандартный никель или никелированная сталь, а лента из чистой меди нашего Российского производства. В качестве проводника чистая медь в 6 раз лучше чем никелированная сталь и 3 раза чем никель», - рассказал руководитель проекта «26 - коптерный» Илья
Чтобы выбрать подходящую Li-ion сборку, важно научиться правильно интерпретировать ее характеристики.
Характеристики Li-ion аккумулятора: напряжение сборки
Батареи Li-ion состоят из отдельных элементов, каждый с номинальным напряжением 3,7 В. Напряжение всей сборки мы можем увидеть на этикетке.
Li-ion аккумулятор предназначен для безопасной работы в определенном диапазоне напряжения, обычно от 2,5 В до 4,2 В.
Перезарядка Li-ion батареи выше 4,2 В опасна и может привести к возгоранию. Разрядка ниже 2.5 В может привести к необратимому снижению производительности или повреждению батареи. Это минимальное напряжение также называется напряжением отключения. Как правило, рекомендуется прекратить разрядку, когда батарея достигает 2,5 В на ячейку, чтобы продлить срок ее службы. Кроме того для заряда Li-ion-аккумуляторов, состоящих из нескольких ячеек необходимо применять специальные зарядные устройства, обеспечивающие равномерный заряд ячеек.
Характеристики Li-ion аккумулятора: количество элементов сборки
Li-ion аккумуляторные батареи состоят из несколько элементов. Обозначение "S" на батарее указывает на количество ячеек соединенных последовательно. В нашем примере батарея 6S имеет шесть последовательных соединений, а батарея 4S имеет четыре и так далее.
Поскольку каждая ячейка имеет номинальное напряжение 3,7 В, батарея 4S имеет номинальное напряжение 4*3,7 В = 14,8 В, в то время как наша батарея 6S имеет номинальное напряжение 6*3,7 В = 22,2 В. Что мы и видим на этикетке батареи.
Напряжение, а так же параллельное соединение аккумулятора напрямую влияет на скорость двигателя и дальность полета, поэтому использование батареи с большим количеством ячеек может увеличить мощность вашего дрона, но добавление большего количества элементов также делает батарею тяжелее и дороже.
«Некоторые элементы квадрокоптера созданы под определенное напряжение, например моторы. Если моторы рассчитаны под напряжение 4S батареи, а туда поставить 6S, то электроника выйдет из строя. Но если сделать наоборот под моторы рассчитанные на 6S батарею, поставить 4S - дрон будет работать, но будет менее эффективным в полете. «Хранение АКБ в заряженном и особенно в разряженном виде значительно ухудшает состояние ячеек АКБ и даже может вывести их из строя. Мы настоятельно рекомендуем всегда приводить напряжение АКБ к 3.7 В на одну ячейку, если АКБ не будут пользоваться ближайшее время (1-2 суток)», - отметил руководитель проекта «26 - коптерный» Илья
Характеристики Li-ion аккумулятора: ёмкость сборки
Емкость Li-ion аккумулятора измеряется в мАч (миллиампер-час). Этот параметр указывает на количество тока, которое вы можете потреблять непрерывно в течение часа. В нашей батарее - 8000 мАч (8 Ач). Нам потребуется один час чтобы полностью разрядиться потребляя непрерывно ток равный 8 А. Соответственно ток в 16А ампер разрядит батарею за полчаса.
Незабываем: 1000 мАч = 1Ач
Аккумуляторы большой емкости могут обеспечить более высокие токи разряда. Рекомендуемый ток заряда 0,5 C, что составляет деленную на 2 емкость АКБ в Ач
(например, 8000 мАч = 8 Ач емкость / 2 = 4А - составляет ток зарядки).
«Аккумуляторы имеющие параллельное соединение (обозначается буквой "P", например как в нашем случае 6S2P) могут обеспечить более высокие токи разряда. Допускается зарядка более высоким током 1 С, если вам нужно срочно зарядить аккумулятор, но нужно понимать, что при таком заряде, емкости войдет немного меньше и такой способ уменьшает срок службы аккумулятора (например, 8000 мАч = 8 Ач емкость / 2 = 4А - составляет ток зарядки рекомендованный, либо же ускоренный 8 Ач емкость / 1 = 8А)», - поделился сотрудник проекта «26 - коптерный» Дмитрий
Характеристики Li-ion аккумулятора: максимальный разрядный ток (Токоотдача)
Токоотдача С - это показатель максимального тока, который можно безопасно извлекать из Li-ion аккумулятора, не нанося никаких повреждений.
Не рекомендуется использовать больший ток, чем указано в показателе C, так как батарея может перегреться, увеличить внутреннее сопротивление, сократить срок службы или загореться.
«Все привыкли ориентироваться на такой показатель как "C" . Но к сожалению, многие производители пишут не корректный данный показатель. Такое в основном встречается на Li-Po аккумуляторах китайского производства, например 6s 12000 мАч 100С/200С , обозначает что данный аккумулятор может выдать 1200А, а в пике 2400А. В наших реалиях это невозможно», - отметил сотрудник проекта «26 - коптерный» Дмитрий
Батареи с более высоким показателем C, как правило, тяжелее и больше даже при равной емкости.
Так-же встречается обозначение двух значений С на аккумуляторе - это непрерывный ток и пиковый. Пиковое значение указывает на максимальный ток который может отдать батарея за короткий промежуток времени (около 10 секунд).
«По сравнению с литий-полимерными, у литий-ионных аккумуляторов меньше токоотдача, но их можно сильней разряжать и у них меньше вес. Старайтесь лететь аккуратно, на крейсерской скорости, без сильных ускорений и перегазовок. Минимальное общее для всех банок напряжение литий-ионного АКБ 6S, когда коптер уже совсем не тянет, ~15 В (2.5 В на банку). Тяга начинает заметно проседать после ~16 В (желательно считать условно минимальным это значение). Напряжение аккумулятора в полете с 16 В до 15 В проседает значительно быстрее, учитывайте это. Данные могут отличаться в зависимости от конфигурации вашего коптера и веса груза, погодных условий», - отметил руководитель проекта «26 - коптерный» Илья
Характеристики Li-ion аккумулятора: внутреннее сопротивление
Все электрические компоненты имеют сопротивление, включая аккумуляторы. Сопротивление внутри батареи называется внутренним сопротивлением (IR), которое указывает на то, насколько батарея сопротивляется потоку тока. Внутреннее сопротивление может быть использовано для измерения производительности батареи Li-ion. Низкий уровень IR означает, что батарея может более эффективно работать.
Сопротивление Li-ion аккумуляторов находится в диапазоне от 2.5 до 45 мОм. Аккумуляторы с сопротивлением 2.5-15 мОм способны обеспечить высокие токи разряда. Такие аккумуляторы еще называют высокотоковыми.
Контроль внутреннего сопротивления с течением времени полезен для определения того, когда батарея выйдет из строя.
Следующие действия могут ускорить старение батареи:
- Частая перезарядка;
- Разряд батареи при более высоком токе, чем рассчитано, в течение длительного периода времени;
- Перегрев.
Самым большим фактором, влияющим на скорость разряда аккумулятора, является его внутреннее сопротивление. Высокое внутренне сопротивление приводит к более быстрому падению напряжения при увеличении оборотов мотора. По мере снижения напряжения моторы начинают терять обороты.
Характеристики Li-ion аккумулятора: разъемы аккумулятора
Все Li-ion аккумуляторы имеют два комплекта разъемов: силовой разъем (основной провод) и балансировочный разъем (балансировочный провод). Сборка 1S имеет только разъем разрядки, так как балансировка не требуется для 1 ячейки.
Силовой разъем обычно состоит из двух толстых красных и черных проводов, используемых для питания беспилотного аппарата FPV.
Наиболее распространенным силовым разъемом является XT60, в основном используемый в 5-дюймовых FPV-дронах или больше.
Для небольших дронов часто используется XT-30, уменьшенная версия XT-60, а для больших дронов могут использоваться ХT-90, увеличенная версия XT-60. Они имеют одинаковые формы, но отличаются по размерам и параметрам.
Балансировочный разъем имеет количество проводов зависящее от количества элементов в батарее. Li-ion аккумуляторы с более чем одним элементом всегда будут иметь балансировочный разъем, который подходит для мониторинга и балансировки напряжения элемента.
Преимущества и недостатки Li-ion аккумуляторов перед LiPo
Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы имеют свои преимущества и недостатки. Рассмотрим основные из них.
- Преимущества Li-ion аккумуляторов:
1. Большая плотность энергии: Li-ion аккумуляторы обычно имеют более высокую плотность энергии, что позволяет им хранить больше энергии при меньшей массе сборки.
2. Долгий срок службы: Они могут выдерживать больше циклов зарядки и разрядки (обычно от 500 до 1500 циклов) по сравнению с LiPo.
3. Стабильность: Li-ion аккумуляторы более устойчивы к внешним воздействиям, к минусовой температуре и менее склонны к повреждениям.
4. Широкое применение: Возможно использовать не только с FPV дронами но и с радиостанциями, ретрансляторами и другими приборами.
5. Меньшая вероятность возгорания: В отличие от LiPo, Li-ion имеют меньшую вероятность возгорания при повреждении.
6. Меньшая стоимость: Дешевле чем Li-Po аккумуляторы с аналогичной емкостью.
- Недостатки Li-ion аккумуляторов:
1. Форма и размер: Обычно они имеют фиксированную форму и размер, что может ограничивать их использование в компактных устройствах.
2. Медленное зарядное время: Они могут заряжаться медленнее по сравнению с LiPo.
3. Не высокая токоотдача: если подобрать Li-Ion сборку под определенную задачу, то этого минуса достаточно легко избежать.
Примеры аккумуляторных Li-Ion сборок оппонента:
Li-ion аккумуляторы — это отличная альтернатива LiPo для FPV дронов, особенно в случаях, где важны длительность полета и стабильность работы. Однако их применение ограничено в гоночных и высокомощных дронах из-за низкой токоотдачи. При правильном выборе и эксплуатации Li-ion аккумуляторы могут значительно расширить возможности вашего дрона, сделав его более эффективным и долговечным.
