Оригінал: https://www.getfpv.com/learn/new-to-fpv/all-about-multirotor-fpv-drone-battery/

🫂	Нижче вичитаний людьми машнний український переклад оригіналу. Для VictoryDrones переклад вичитали: Oleg, Block. Хочете покращити переклад чи знайшли помилку? — Лишіть коментар (Ctrl+Alt+M або «Меню» > «Вставка» > «Коментар»). Ми теж живі люди (як і ви) і робим помилки. Роботи їх, до речі, також роблять 😉

Все про літієві батареї для мультироторних дронів

Батарея FPV-дрона є основним компонентом квадрокоптера і варто обирати її із урахуванням балансу між продуктивністю та часом польоту. Літієві батареї є найпоширенішими акумуляторами, які використовуються для живлення квадрокоптерів через їх високу щільність енергії та здатність видавати високі токи. У цій статті будуть розглянуті відмінності між різними літієвими батареями, специфікації батареї, а також надані деякі основні рекомендації. В кінці цієї статті ви будете розпізнавати і розуміти мітки будь-якої батареї квадрокоптера та мати достатню інформацію для прийняття обґрунтованого рішення при виборі батареї для квадрокоптера.

Зміст

Літій-полімерна (LiPo) та літій-високовольтна (LiHV) батареї

Елементи батарей для FPV-дронів та їх напруги

Ємність акумулятора FPV-дрона

Струмовіддача батарей FPV-дронів

Роз’єми акумуляторів FPV-дронів

Безпечне поводження з LiPo батареями

Утилізація батарей від FPV-дронів

Хто підключив батарею (поза чергою)?

Літій-полімерна (LiPo) та літій-високовольтна (LiHV) батареї

Літій-полімерні акумулятори (LiPO) та літій-полімерні акумулятори високого напруги (LiHV) використовуються для живлення квадрокоптерів. Основна відмінність між ними полягає в тому, що літій-полімерні (LiPO) акумулятори мають напругу повністю зарядженого елемента 4,2 В, тоді як літій-полімерні акумулятори високої напруги (LiHV) акумулятор має напругу 4,35 В при повному заряді. LiPO має номінальну напругу 3,7 В в режимі спокою, тоді як LiHV має напругу зберігання 3,8 В.

Щодо продуктивності двох типів акумуляторів, LiHV акумулятор спочатку надає більше потужності, але різко знижує напругу при розрядженні, тоді як LiPO має більш лінійний розряд, що дозволяє кількісно оцінювати залишковий час польоту спостерігаючи за напругою. Звичацні літій-полімерні акумулятори є найбільш поширеними для квадрокоптерів всіх розмірів, однак LiHV-акумулятори досить популярні для використання на мікродронах («Малих Вупах»), оскільки додаткова напруга помірно покращує продуктивність квадрокоптера.

Елементи батарей для FPV-дронів та їх напруги

Напруга акумулятора — це різниця потенціальної енергії між позитивною і негативною клемами. Вища напруга батареї FPV-дрона дозволяє надавати більше потужності квадрокоптеру без збільшення сили струму (струм вимірюється в амперах — А). Стандартна літій-полімерна комірка має номінальну напругу (зберігання) 3,7 В. Для збільшення потужності, яку може видати LiPO-акумулятор, одиничні елементи батареї з’єднується послідовно (це означає, що мінусовий вивід першої комірки з’єднується з позитивним виводом наступного елемента, утворюючи послідовний ланцюг окремих елементів) для збільшення загальної напруги батареї.

LiPO-акумулятори зазвичай продаються в конфігураціях 1S, 2S, 3S, 4S, 5S або 6S, де цифра перед «S», позначає кількість елементів в акумуляторній батареї. Чим більше елементів з’єднано послідовно, тим вища буде напруга.

Напруга батареї важлива, оскільки вона впливає на максимальну швидкість обертання пропелерів квадрокоптера і максимальну його потужність. Це пояснюється детальніше у статті про мотори / KV, але в цілому більша напруга акумулятора дозволяє моторам обертатися з більшою швидкістю (більше RPM, обертів за хвилину). Із цієї причини 4S LiPO-акумулятори найчастіше використовуються для гоночних квадрокоптерів, оскільки вони забезпечують баланс між швидкістю та вагою.

Наступна таблиця узагальнює напругу і типові застосування для різних конфігурацій LiPO-комірок. Важливо зазначити, що наведені у таблиці типові приклади застосувань батарей у квадрокоптерах є лише одними з багатьох варіантів поєднання акумуляторів і квадрокоптерів, що існують. Існують також екзотичні налаштування, наприклад, гоночні квадрокоптери із комірками 5S і діаметром 150 мм чи мікрощіткові квадрокоптери із батареєю 2S, але вони є досить рідкісними.

Кількість послідовних елементів (S)	Напруга (В)	Типове застосування
1S	3.7	Мікро колекторні квадрокоптери (Малі Вупи)
2S	7.4	30-70мм мікро квадрокоптери безколекторні
3S	11.1	100-220мм безколекторні
4S	14.8	220мм гоночні квадрокоптери, фрістайл
5S	18.5	220+мм безколекторні гоночні квадрокоптери, фрістайл
6S	22.2	220+мм безколекторні

Ємність акумулятора FPV-дрона

Ємність акумулятора вимірюється у міліампер-годинах [англ.: mAh, укр.: мАг]. Ємність акумулятора описує струм, який акумулятор може видавати протягом певного часу. Наприклад, акумулятор ємністю 1500mAh зможе видати: 1500 міліампер (або 1,5А) струму протягом однієї години, 3000 мА (або 3А) струму протягом 30 хвилин, 6000 мА (6А) струму протягом 15 хвилин і так далі.

Вищий рейтинг міліампер-годин означає, що акумулятор забезпечуватиме більший час польоту на одному заряді. При виборі акумулятора потрібно робити компроміс між його розміром і вагою. Більша ємність акумулятора забезпечує більш тривалий час польоту, але додаткова вага обмежить продуктивність дрона, збільшуючи його інерцію і роблячи його менш чутливим до керування.

У випадку гоночних моделей, зазвичай вибирають акумулятори ємністю від 1000mAh до 1500mAh для квадрокоптерів розміром 220мм*,* причому найпоширенішими є акумулятори 1300mAh. В середньому, 1300mAh 4S акумулятор забезпечує тривалість польоту приблизно три хвилини для гоночного квадрокоптера, хоча час польоту повністю залежить від стилю польоту.

Професійні пілоти, які беруть участь у гонках, можуть легко розрядити 1300mAh 4S акумулятор за менше ніж дві хвилини, у порівнянні з початківцем, який літає повільніше і може отримати до п’яти хвилин польоту зі схожим акумулятором.

На змаганнях по більш довгих або швидких трасах багато професійних гонщиків фактично переходять з 1300mAh 4S акумулятора на важчий акумулятор ємністю 1500mAh, щоб зменшити потребу у контролі за напругою акумулятора під час гонки. Для досягнення більш тривалих польотів (5-8 хвилин) пілоти квадрокоптерів на велику відстань використовуватимуть ще більші акумулятори до 2200mAh, оскільки швидкість польоту менш важлива, ніж тривалість польоту.

Струмовіддача батарей FPV-дронів

Формула струмовіддачі: Максимальний безпечний струм споживання (мА) = Ємність акумулятора (mAh) * струмовіддача (C-rating)

Формула перетворення міліампер-годин мАг: 1000 мАг = 1 Аг
(тисяча міліампер-годин — це одна ампер-година)

Іншим застосуванням формули струмовіддачі [англ. — C-rating] є розрахунок сумісності між різними моторами, пропеллерами, електронними регуляторами швидкості (ESC) та акумуляторами. Наприклад, акумулятор ємністю 1300мАг і струмовіддачею 100C матиме максимальний постійний струм споживання 130А (130 000 мА).

Поділивши це число на чотири (оскільки у квадрокоптера чотири мотори), видно, що максимальний постійний струм споживання на кожний мотор з цього акумулятора становить 32,5А. Відповідно до цього можна вибрати регулятор(ESC), щоб врахувати максимальний постійний струм споживання (у цьому випадку найбільш підходящим буде ESC зі значенням 30-35А).

Загалом, більшість акумуляторів можуть тимчасово перевищувати свій максимальний постійний струм безпечно протягом близько десяти секунд [струмовіддача, яку акумулятор може витримати протягом цього короткого періоду маркується позначкою BURST, наприклад 95C discharge, 180C — burst]. Це означає, що комбінація мотора і гвинта підходить для використання з акумулятором, якщо середнє споживання струму мотором знаходиться в межах розрахованого максимального постійного струму на кожний мотор. Можна припустити, що для більшості польотів середнє положення регулятора тяги буде максимум 75%. Виходячи з цієї логіки, комбінація мотора і лопатей буде придатною для використання на квадрокоптері, якщо 75% від максимального споживання мотором струму не буде перевищувати максимальний постійний струм батареї в перерахунку на кожний мотор. Повертаючись до поточного прикладу, комбінація мотора, яка має зазначене максимальне споживання струму, наприклад, 40А, фактично підходить для використання з акумулятором ємністю 1300mAh і C-рейтингом 100C, оскільки середнє споживання струму з того мотора становить 30А (0,75 * 40А), що менше розрахованого максимального постійного струму на кожний мотор - 32,5А. Веб-сайт: https://www.miniquadtestbench.com/ є корисним ресурсом при виконанні цих обчислень, оскільки надає дані, що порівнюють максимальне споживання струму та силу тяги для багатьох різних комбінацій мотора та пропелера.

Струмовіддача [англ — C-rating] є характеристикою батарей, що вказує, який максимальний струм акумулятор може видавати протягом тривалого часу під час розряду. Простіше кажучи, чим вища струмовіддача акумулятора*[англ - C-rating]*, тим більший струм може постійно видавати батарея. Для збірок 2P, 3P, щоб порахувати струмовіддачу збірки, треба множити струмовіддачу однієї комірки на кількість комірок, таким чином ви отримаєте максимальну струмовіддачу збірки з паралельними коміркам (P). Акумулятори більшої ємності зазвичай можуть постачати більше струму, оскільки внутрішні електроди таких батарей мають більшу площу поверхні. Наприклад, за допомогою формул струмовіддачі і перетворення міліампер-годин, акумулятор ємністю 1800мАг і струмовіддачею 100C зможе постачати більше струму для квадрокоптера, ніж акумулятор ємністю 1300мАг і струмовіддачею 100C (максимальний безперервний струм 180 000 мА / 180 А проти максимального безперервного струму 130 000 мА / 130 А відповідно). Якщо ви змушуєте ваш акумулятор видавати більше струму протягом значного часу, ніж вказує його струмовіддача (C-Rating), це може пошкодити акумулятор, спричинити набрякання комірок, скоротити загальну тривалість його служби, спричинити надмірне нагрівання [яке теж пришвидшує старіння акумулятора] і, з часом, може призвести до займання батареї. З цієї причини важливо використовувати акумулятори зі струмовіддачею, що відповідатимуть навантаженню. Для більшості квадрокоптерів розміром 220мм, зазвичай рекомендуються акумулятори з струмовіддачею 70C або вище, але квадрокоптери з високою сталою обертів на вольт KV та / або великими моторами можуть потребувати ще більших показників струмовіддачі акумуляторів.

Роз’єми акумуляторів FPV-дронів

Існує цілий ряд доступних роз'ємів для акумуляторів LiPO. Найпоширенішим роз'ємом є жовтий XT60, який використовується на близько 95% квадрокоптерів розміром 220 мм, що працюють з акумуляторами 3S-6S LiPO. Мікродрони, такі як Малі Вупи, зазвичай використовують роз'єм JST-XH, оскільки він забезпечує більший потік струму від акумулятора порівняно з меншим роз’ємом JST-PH. Наступна таблиця підсумовує найбільш поширені роз'єми для акумуляторів:

Назва	Зображення	Рекомендовані елементи	Застосування в квадрокоптерах
JST-PH		1S	Мікродрони
JST-XH		1S	Мікродрони (наприклад, Малі Вупи)
JST		2S-3S	Мікродрони з безколекторними моторами
XT30		3S-4S з ємністю акумуляторів до 800 мАг	Дрони 100-150мм з безколекторними моторами
XT60		3S-6S	220мм з безколекторними моторами
XT90		4S-6S	300мм+
EC3		2S-4S	250мм безколекторні мотори (використовується рідше ніж XT60)
T-подібний (Deans)		2S-4S	250мм безколекторні (використовуються рідше ніж XT60)

Акумулятори LiPO (за винятком 1S) також мають балансувальний роз'єм. Це стандартний роз'єм JST-XH з 3-7 контактами, який використовується для вирівнювання заряду елементів акумуляторної батареї. Додаткову інформацію про зарядки з балансуванням можна знайти тут [вставити гіперпосилання на статтю про зарядку/балансування заряду]. Роз’єм з балансуванням має один плюсовий контакт для кожної комірки акумуляторної збірки і мінусовий контакт (зазвичай позначається чорним дротом). Через роз'єм балансування можна підключити пристрій для перевірки акумулятора, щоб відстежувати напругу кожної окремої комірки LiPO, спрощуючи процес визначення заряджених та розряджених акумуляторів. [Також ці контакти використовуються при балансуванні комірок в зарядці з балансуванням - коли напруги комірок вирівнюються щоб запобігти ранньому виходу акумулятора з ладу]

Безпечне поводження з LiPo батареями

Небезпека акумуляторів LiPO - це щось, що багато людей недооцінюють, але її не варто ігнорувати. Літієві акумулятори зберігають велику кількість енергії в невеликому корпусі і іноді можуть спалахнути. Це рідкісний випадок, який скоріше за все виникне під час заряджання, розряджання або при пошкодженні акумулятора. Незважаючи на низькі шанси, вогонь з акумулятора LiPO може призвести до знищення будинків, травм або пошкодження обладнання. З цієї причини для всіх пілотів важливо зберігати і, в ідеалі, заряджати літієві акумулятори своїх квадрокоптерів у вогнезахисній сумці або ящику для LiPO. Якщо ви вже витратили кілька сотень доларів на обладнання для FPV, то кілька додаткових сотень долларів, щоб врятувати вас від потенційно більш значних збитків, того варте.

Утилізація батарей від FPV-дронів

Акумулятори LiPO є одноразовими виробами з обмеженим терміном служби, що становить близько 150-250 циклів (за інформацією Battery University 2017), хоча це число повністю залежить від догляду та способу використання. Основними факторами, що впливають на тривалість життя акумулятора LiPO, є надмірне розряджання та залишання пакетів у зарядженому або розрядженому стані на тривалий період часу [а ще температура батареї, особливо перегрів під дією високих струмів - так-так, саме тих, близьких до максимальних струмів, які автор статті пропагував пару розділів тому]. Щоб збільшити термін служби акумулятора LiPO, рекомендується зберігати його при напрузі 3,8 В на комірку та приземляти квадрокоптер при мінімальній напрузі близько 3,5 В на комірку (хоча приземлення при 3,65 В на клітину є найбезпечнішим варіантом). Коли акумулятор LiPO наближається до кінця свого життєвого циклу, при спробі різкого збільшення тяги [які вимагають великого споживання енергії - і великих струмів, відповідно] відбуваються помітні падіння напруги, через що квадрокоптер стає не здатний швидко розігнати мотори. Крім того, буде зростати відсоток втрати ємності акумулятора, що призводить до скорочення часу польоту. Для належної утилізації акумулятора LiPO найбезпечнішим варіантом є спочатку розрядити акумулятор за допомогою зарядного пристрою, а потім підключити лампу розжарювання 12 В [н-д від машини] до виводів живлення на кілька годин. Це гарантуватиме повне розрядження акумулятора LiPO до 0 В. Не розумно утилізувати акумулятор LiPO шляхом проколювання або пошкодження його - він може вибухнути. Після повного розрядження акумулятора LiPO бажано закрити контакти акумулятора (ізолентою) та здати батарею до найближчого пункту збору акумуляторів для подальшої переробки з метою зменшення загального впливу на навколишнє середовище (Battery University 2017).

Хто підключив батарею (поза чергою)?

На кінець слід додати, що під час змагань або польоту з іншими пілотами, загальною етикою товариства FPV є те, що ви залишаєте акумулятори квадрокоптера відключеними від апаратури в той час, коли дрони інших пілотів знаходяться в повітрі. Це запобігає ситуації, коли пілот втрачає контроль за дроном через активацію вашого відеопередавача і сприяє більш дружньому перебігу змагань.