Использование Li-ion батарей для FPV-дронов при полетах на дальние расстояния: плюсы, минусы и рекомендации

Полеты FPV-дронов на дальние расстояния требуют батарей с высокой энергетической плотностью, способных обеспечить длительное полетное время. Для этой цели отлично подходят литий-ионные (Li-ion) батареи. В этом руководстве мы обсудим преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов в сравнении с литий-полимерными (LiPo) батареями. Мы затронем такие аспекты, как вес, стоимость, влияние на производительность дрона и полетное время. Дополнительно мы рассмотрим варианты приобретения готовых литий-ионных батарей и процесс самостоятельного изготовления аккумулятора Li-ion с использованием высокоразрядных элементов 18650 или 21700.

Дальнейшее чтение: На нашем сайте вы можете ознакомиться с Руководством по FPV-полетам на дальние расстояния.

Различия между литий-полимерными и литий-ионными аккумуляторами

Литий-ионные комплекты батарей выступают в качестве альтернативы более распространенным литий-полимерным аккумуляторам.

Батареи этого типа выделяются тремя главными отличиями. Это:

1. Энергетическая плотность.
2. Скорость разряда.
3. Низкое безопасное напряжение.

Литий-полимерные батареи обладают более высокой скоростью разряда, чем литий-ионные, это значит, что они обеспечивают более высокий ток на выходе. Например, литий-полимерные батареи имеют, как правило, скорость непрерывного разряда около 50C, в то время как у литий-ионных источников питания этот показатель соответствует 5C. О том, что такое рейтинг C, вы можете прочитать в нашем руководстве по литий-полимерным батареям.

В видеоролике, размещенном ниже, 4-дюймовый дрон Flywoo Explorer, использующий 4-секционный литий-ионный комплект, смог достичь 30 минут полетного времени.

Другим отличием является безопасное напряжение разряда. Обычно вы можете безопасно разряжать LiPo-аккумулятор до напряжения 3,5 В на ячейку, в то время как литий-ионные батареи могут работать при более низком уровне, например, 3,0 В на ячейку. Оба типа аккумуляторов полностью заряжены при напряжении 4,2 В на ячейку.

Сильные и слабые стороны литий-ионных аккумуляторов

Повышенная плотность энергии и более длительное время полета

Литий-ионные аккумуляторы обладают более высокой энергетической плотностью, чем литий-полимерные батареи. Это означает, что они хранят больше энергии на единицу веса. В результате это увеличивает время полета FPV-дрона на большие расстояния. При сравнении аккумуляторов одинакового размера емкость литий-ионных батарей примерно вдвое выше, чем у литий-полимерных.

К примеру, при весе около 200 граммов 4-секционная батарея Li-ion 18650 имеет емкость 3400 мАч, в то время как 4S аккумулятор LiPo такой же массы имеет емкость лишь 1600 мАч. Теоретически, вы должны получить удвоенное время полета.

Более низкая скорость разряда

Литий-ионные батареи обычно имеют более низкую скорость разряда (рейтинг C), чем литий-полимерные аккумуляторы. Это означает, что они не способны обеспечить высокий ток, необходимый для агрессивного и высокоскоростного полета. Хотя литий-ионные батареи нельзя назвать популярным выбором для фристайла и гонок, они являются отличным вариантом для дальних перелетов, не требующих большого номинального тока при полной нагрузке. Если вы используете эффективную систему питания, литий-ионные элементы могут в достаточной степени удовлетворять ее требованиям.

Более высокая первоначальная стоимость

Поскольку литий-ионные батареи обладают более высокой энергетической плотностью, то они имеет почти удвоенную емкость по сравнению с литий-полимерными аккумуляторами при том же количестве ячеек. Поэтому изначальная стоимость литий-ионных батарей выше, чем у LiPo.

Что такое 4S1P и 4S2P

Если вы еще не знакомы с терминологией литий-полимерных аккумуляторов, которая разъясняется в нашем руководстве по батареям LiPo для новичков, то мы напомним, что значат буквы S и P в спецификациях аккумуляторов.

Буква S с цифрой представляет собой количество ячеек (секций), соединенных последовательно (4S означает 4 ячейки). А буква P, наоборот, указывает на число параллельных соединений. Конфигурация 4S1P состоит из 4 секций, соединенных последовательно, а конфигурация 4S2P содержит всего 8 секций. Хотя обе конфигурации имеют одинаковое номинальное напряжение, батарея 4S2P может предложить удвоенные силу тока, емкость и вес по сравнению с 4S1P (при условии, что оба аккумулятора используют идентичные ячейки).

Покупка готовых комплектов литий-ионных батарей

На рынке доступны готовые литий-ионные аккумуляторные блоки. Это более удобный вариант для тех, кто хочет быстро включить литий-ионные аккумуляторы в свою систему FPV-дрона для полетов на большие расстояния. На рынке можно найти такие комплекты:

2-секционные

• 2S 18650, емкость 2500 мАч (25-30 А);
• 2S 18650, 3000-3500 мАч (10-30 А);

• 2S2P 18650, 5000 мАч (50 А).

3-секционные

• 3S 18650, 2500-2600 мАч (25-35 А);
• 3S 18650, 3000 мАч (30 А);
• 3S 18650, 3500 мАч (10 А – для дронов с неподвижным крылом);
• 3S 21700, 4200 мАч (45 А).

4-секционные

• 4S 18650, 2500-2600 мАч (25-35 А);
• 4S 18650, 3000 мАч (30 А);
• 4S 18650, 3500 мАч (10 А – для дронов с неподвижным крылом);
• 4S 21700, 4200 мАч (45 А);
• 4S 21700, 5000 мАч (10 А – для дронов с неподвижным крылом);
• 4S2P 21700, 8400 мАч (45 А).

6-секционные

• 6S 18650, 2600 мАч (35 А);
• 6S 18650, 3000 мАч (максимально 30 А);
• 6S 21700, 4200 мАч (45 А);
• 6S2P 18650, 5200 мАч (70 А);
• 6S2P 18650, 6000 мАч (30 А);
• 6S2P 21700, 8400 мАч (45 А).

Сборка собственного комплекта литий-ионных батарей

Литий-ионные аккумуляторы с отдельными ячейками 18650 или 21700, изготовленные своими руками, являются более экономичным и гибким решением. Выбрав определенные элементы и собрав аккумулятор самостоятельно, вы получаете полный контроль над качеством, емкостью, скоростью разряда и общей производительностью аккумулятора. Однако это требует приличных навыков пайки.

Ниже приведена соединительная схема литий-ионного аккумулятора 4S с коннектором XT60 и балансировочным разъемом.

Обратите пристальное внимание на порядок подключения проводов к балансировочному разъему.

FPV-пилоты чаще всего используют два типа литий-ионных ячеек: 18650 и 21700. Это одинаковый тип батарей, но разного размера. Эти цифры указывают на габариты: ячейки 21700 больше и тяжелее по весу, но они предлагают повышенную емкость и скорость разряда.

Для обеспечения оптимальной производительности и безопасности выбирайте высокоразрядные литий-ионные аккумуляторы 18650 или 21700 от известных производителей.

Популярные варианты ячеек 18650 включают: Molicel P28A, Sony VTC5A (US18650VTC5A) и VTC6 (US18650VTC6) емкостью 2800 мАч, 2600 мАч и 3000 мАч соответственно. Sony VTC5A имеет более высокую скорость разряда (25 А), чем VTC6 (20 А), но обеспечивает несколько меньшее время полета. Molicel P26A и P28A – это более новые элементы, которые предлагают производительность, аналогичную VTC5A, часто по более низкой цене. Из ячеек 21700 можно порекомендовать Molicel P42A.

Вам также потребуются провода (16AWG для разрядного кабеля, 20AWG или 22AWG для балансировочного кабеля), 5-пиновый балансировочный разъем, а также разъем XT30 или XT60. XT30 – это отличный выбор, поскольку он имеет меньший вес и способен работать с низким потребляемым током. Выберите XT60, если этот тип разъема используется на вашем дроне, или при необходимости используйте адаптер XT30-XT60.

• Разъемы XT30;
• Разъемы XT60;
• Провода 16 AWG;
• Балансировочный разъем;
• Термоусадочная трубка (86 мм для 4S 18650);
• Адаптеры XT30 – XT60.

Как сделать литий-ионную батарею своими руками

Предупреждение: Паяльные работы на аккумуляторах могут представлять определенную опасность. Если вы примете решение следовать приведенным инструкциям, делайте это на свой собственный страх и риск.

Начните с припаивания проводов к разъемам, используя более длинные провода, чем необходимо, поскольку вы можете их подрезать до желаемой длины позднее.

Затем припаяйте провода к аккумуляторным элементам 18650 в соответствии с приведенной схемой соединения. Используйте высококачественный припой с флюсовой сердцевиной. Старайтесь не использовать дополнительный флюс на кислотной основе (паяльную пасту), поскольку это может подвергнуть коррозии соединение/аккумулятор в долгосрочной перспективе.

Перед пайкой поцарапайте наждачной бумагой верхнюю и нижнюю стороны элементов. Это поможет припою лучше приклеиться к металлической поверхности.

Покройте тонким слоем припоя обе стороны батарей и дождитесь, пока металл остынет, прежде чем припаивать провода.

 

Постарайтесь свести к минимуму время прикосновения паяльника к полюсам батареи. Чем дольше паяльник находится в контакте с ячейкой, тем больше она нагревается. Для успешного результата используйте мощный паяльник с функцией контроля температуры. Менее мощный паяльник не будет поддерживать свою температуру так эффективно, поскольку тепло будет поглощаться при пайке крупных металлических частей.

Вот так выглядит верхняя сторона.

Вот так выглядит нижняя сторона.

Обмотайте все паяные соединения изолентой, а затем оберните весь блок узел термоусадочной пленкой. Хотя можно использовать более короткий разрядный кабель, чтобы снизить вес на пару граммов, мы рекомендуем сделать его чуть длиннее, как на картинке.

Готовая батарея 4S 18650 весит около 200 граммов и обеспечивает примерно 30 минут полета на 4-дюймовом дроне Flywoo Explorer LR (ролик размещен в начале статьи).

Заключение

Литий-ионные аккумуляторные батареи предлагают значительные преимущества для полетов FPV-дронов на большие расстояния, такие как как увеличенная энергетическая плотность и более длительное полетное время. Несмотря на некоторые компромиссные моменты, такие как более низкая скорости разряда и более высокая начальная стоимость, преимущества в большинстве случаев перевешивают недостатки. Сборка собственного литий-ионного аккумуляторного блока может стать экономичным и гибким решением для тех, кто хочет оптимизировать производительность своего дрона. Однако для тех, у кого нет опыта пайки, приобретение готовых аккумуляторов является более безопасным и удобным вариантом.