Квадрокоптер держится в воздухе благодаря движению лопастей пропеллеров, вращению моторов, работе полевых транзисторов в ESC, обработке и выдаче сигналов в полетном контроллере. Но в основе всех этих процессов лежит, в прямом смысле, аккумуляторная батарея. Без нее ничего никуда не полетит. Давайте разберемся в том как устроены батарейки дронов, какие у них существуют разновидности и каковы ключевые характеристики этих штуковин.
Одна сплошная химия
Аккумулятор для дрона по своей сути ничем не отличается от такового в айфоне, часах или кибертраке Илона Маска. Это, прежде всего, источник постоянного тока. Какие химические процессы происходят внутри этого источника, что такое катод, анод и электролит, вы можете почитать в Википедии и на других информативных сайтах. В этой статье мы будем касаться потребительских характеристик батарей, то есть тех, что напрямую влияют на полет дрона.
Для нас важно понять, что стандартом де-факто в мире дронов являются литий-полимерные аккумуляторы (LiPo). Почему? Да потому что у них фантастическое соотношение мощь(токоотдача)/вес, недоступное батареям с другим химическим составом. Литий-ионные батареи (LiIon) тоже становятся популярными в мире квадов, но все же их удел —это летающие далеко, тошнотно и долго коптеры разных размеров.
Число ячеек и напряжение
Самая базовая характеристика аккумулятора — это число ячеек, которое обозначается как 1S, 2S, 4S, 6S и так далее. Ячейки в батарейке соединяются последовательно и их напряжение суммируется (а емкость — нет). Поэтому две 1S ячейки емкостью 1000 мАч это и есть аккумулятор 2S 1000 мАч.
Чем больше ячеек — тем выше напряжение. У 1S батарейки будет номинальное напряжение 3.7 В, а у 6S — 22.2 В (3.7 x 6). Очевидно, что 1S-батарейки — самые дохлые и маломощные, поэтому их ставят только на вупы. В свою очередь, 6S это самый распространенный формат АКБ для средних и крупных дронов, так как их моторы требуют от батарейки высокой токоотдачи, чтобы вращаться с нужной скоростью. Хотя и 4S-аккумы используются очень широко.
Теперь чуть подробнее про напряжение аккумулятора. “Липоха” обычно работает в диапазоне 4.2-3.0 В для отдельно взятой ячейки. То есть, 4.2В это ее максимальное напряжение, а 3.0 В — минимальное. В ходе полета вы высаживаете аккумулятор с 4.2 В до 3.4 В и ставите другой.
Выше, на 4.35 В могут заряжаться специальные версии батарей, которые имеют соответствующую пометку — “HV”, то есть high voltage. Чаще всего они встречаются среди 1S-батарей. В свою очередь, ниже 3.0 В на ячейку могут разряжаться только те батарейки, которые пилот решил убить. Там, “ниже 3.0 В” в литий-полимерной батарее начинаются необратимые процессы деградации и она постепенно приходит в негодность.
Кстати, в FPV-дронах нет защиты от дурака — пилот может летать сколько влезет! Вплоть до момента, пока дрон не упадет на планету, а это обычно происходит ниже 3.3 В, хотя на практике бывает по-разному.
Li-Ion аккумуляторы, в отличие от своих LiPo-собратьев, могут падать (безопасно) по напряжению вплоть до 2.5 В и потому отлично подходят для полетов в дальние дали (но без внешней нагрузки).
Напомню, что от напряжения напрямую зависят обороты моторов на дроне. К примеру, мотор 2306 на 1800KV при подаче напряжения 4.2 В с 6S-батарейки сможет раскрутится примерно до 45 тысяч оборотов (1800 x 6 x 4.2), а когда заряд батарейки упадет до 3.5 В, то предельные обороты упадут до 38 тысяч оборотов. Вот почему на исходе емкости батарейки любой дрон ведет себя более вяло.
Емкость
Емкость АКБ измеряется в миллиампер-часах, например 4S 1500 мАч. Цифра емкости — X мАч — обозначает то количество энергии, которое можно получить от батарейки в течение 1 часа времени. То есть, 1500 мАч (1.5 Ач) батарейка сядет через час если брать от нее ток 1.5 А. Если удвоить токопотребление до 3 А, то такая батарейка сядет за полчаса, а если поставить ее на реальную пятерку и хорошенько повжаривать с полным газом (30 А и больше), то и время работы батарейки составит 3 минуты.
“Ну и ставим батки побольше и полетели, в чем проблема?” — скажет какой-нибудь двоечник. Очевидно, что чем выше емкость батареи, тем выше ее вес. Вес очень сильно влияет на время полета дрона, а также на его маневренность, а потому емкость батарейки нужно выбирать в разумных границах. К примеру, для 4S-пятерки нормальная емкость АКБ составляет 1200-2000 мАч. Дрон с батарейкой меньшей емкости будет летать совсем мало, а с батареей большей емкости — плохо, а с еще большей — и плохо, и мало.
Для подбора оптимальной емкости воспользуйтесь дедовским способом “глянуть на Алиэкспрессе лот с аналогичным дроном и внимательно изучить что там пишут в описании”.
C-rating
На типовой 6S-батарейке для пятерки можно увидеть надпись а ля “6S 25.2V 100С”. С первыми двумя вам уже все должно быть понятно, а последнее есть ни что иное как С-rating. Если по-простому, то C-рейтинг обозначает величину энергии, которую батарея может безопасно отдать. Эта величина является произведением от общей емкости батареи.
К примеру, у нас есть батарейка 1500 мАч c рейтингом 30C. Умножаем 1.5 ампера (1.5 Ач) батарейки на ее рейтинг (30С) и получаем 45 А, которые она готова отдавать стабильно и без вопросов.
В FPV, да и не только, C-rating отвечает за ширину вашей улыбки во время полета. Батарейка с более высоким “си-рейтингом” отдает на ESC больше энергии в единицу времени, если тот об этом попросит, а значит и моторы крутятся веселее. АКБ с высоким С-рейтингом меньше подвержен падению напряжения под нагрузкой (когда моторы крутят на полную). Эта способность поддерживать более высокое и стабильное напряжение — самое главное условие для резких и дерзких полетов в гонках и фристайле. В свою очередь, дальнолетам-блинолетам высокий C-рейтинг совершенно ни к чему — чтобы лететь по прямой на 30-50% газа от батарейки не требуется большой производительности.
Многие в FPV справедливо считают C-рейтинг обычной маркетинговой уловкой, чтобы поднять продажи. Производители лепят фантастические цифры "150C", которые в реальности нужно делить на два, а то и на три. Недавно Крисс Россер провел тесты популярных АКБ для гонок/фристайла. Этот инструментальный тест дает нам понять реальную картину.
Внутреннее сопротивление
У каждой ячейки есть внутреннее сопротивление — этот показатель демонстрирует то с какой “охотой” батарейка отдает ток на потребитель. Чем выше внутреннее сопротивление (ВС) ячейки, тем хуже производительность батарейки в целом. Высокое внутреннее сопротивление в прямом смысле мешает аккумулятору отдавать требуемое напряжение, что особенно заметно в режиме “газ в пол”. Моторы не получают то, что запрашивает для них ESC у батарейки и дрон ведет себя вяло, становится неповоротливым. Кстати, литий-ионные батарейки, те, что вы все знаете в виде 18650 и 21700 аккумуляторов изначально имеют более высокое ВС с завода.
Для типового 1200-1300 мАч аккумулятора для дрона значение ВС в 10mΩ и менее — отличный показатель, от 10mΩ до 20mΩ — нормальный, выше 20mΩ — так себе. Чем меньше емкость ячейки, тем большее ВС считается нормой и наоборот. Число ячеек значения не имеет, только емкость.
А еще ВС растет со временем и батарейка работает все хуже. При достижении предельного значения ВС, батарейку проще утилизировать, чем мучать полетами. Современные зарядные устройства умеют замерять ВС на ячейках, но зарядники мы обсудим в отдельном материале. Отмечу только то, что ВС нужно замерять на полностью заряженном АКБ (4.2 В).
Разъемы: XT60, XT30, BT 2.0 и другие
От батарейки идут два “жирных” провода, обычно красный и черный, подключенные к разъему, который, в свою очередь, втыкается в разъем для ESC (папа и мама). Два самых распространенных типа коннекторов как со стороны батарейки, так и со стороны регулятора — это XT60 и XT30. Производители АКБ не дураки и с завода ставят такие разъемы, которые соответствуют токоотдаче батареи. Очевидно, что чем крупнее моторы, то тем больше их токопотребление, и тем больший размер разъема им требуется, чтобы все работало как надо.
Поэтому, XT60 используется на дронах от типоразмера 4 и выше, а на “мелкаши” ставят XT30. XT90 используют на гигантских 5000 мАч АКБ и выше для дронов типоразмера 9-10’. На вупах (комнатно-дворовые дроны) используются коннекторы BT 2.0, PH 2.0 и A30.
Производители
Как и среди любых других комплектующих для FPV-дронов, в мире аккумуляторов есть свой luxury, средний класс и дешман. В классе топовых батареек лидируют бренды Tattu и Dogcom. Это просто-напросто самые дорогие и эффективные батарейки на рынке. Если у вас есть лишние деньги, то вы покупаете какую-нибудь Tattu R-line V5 или Dogcom UCELL в количестве от 1 шт. до бесконечности и радуетесь жизни. Эти великолепные АКБ держат напряжение насмерть и всецело отдают себя во имя полета на больших скоростях и со сложным, техничным фристайлом. Главное, чтобы вы понимали, что набор из 6-7 батареек стоимостью как целая пятерка — это расходник.
Для тех, кто предпочитает философию разумной достаточности существует продукция CNHL, Ovonic и GNB. Это отличные батарейки, которые можно брать не задумываясь. И, положа руку на сердце, вряд ли вы заметите разницу в производительности батареек этих брендов и элитных "таттушек", если только вы не топовый гонщик/фристайлер.
Ну а бюджетный сегмент наполнен различными полубезымянными изделиями от бесконечного числа брендов. Возможно, среди них есть и настоящий жемчуг, но чтобы это выяснить, нужно пробовать.
В следующей части материала мы обсудим как правильно заряжать и хранить аккумуляторы. Спасибо за внимание! Пишите в комментариях какие еще технические характеристики батарей вы считаете важными, о своих ошибках в подборе емкости и разъемов и все, что угодно еще. Спасибо за внимание!
