Батарея FPV-дрона является основным компонентом квадрокоптера и стоит выбирать ее с учетом баланса между производительностью и временем полета. Литиевые батареи являются наиболее распространенными батареями, используемыми для питания квадрокоптеров из-за их высокой плотности энергии и способности выдавать высокие токи. В этой статье будут рассмотрены различия между различными литиевыми батареями, спецификации батареи, а также даны некоторые основные рекомендации. После прочтения статьи вы сможете распознавать и понимать метки любой батареи квадрокоптера и иметь достаточную информацию для принятия обоснованного решения при выборе батареи для квадрокоптера.
Литий-полимерная (LiPo) и литий-высоковольтная (LiHV) батареи
Литий-полимерные аккумуляторы (LiPO) и литий-полимерные аккумуляторы высокого напряжения (LiHV) используются для питания квадрокоптеров. Основное различие между ними заключается в том, что литий-полимерные (LiPO) аккумуляторы имеют напряжение полностью заряженного элемента 4,2 в, тогда как литий-полимерные аккумуляторы высокого напряжения (LiHV) аккумулятор имеет напряжение 4,35 в при полной зарядке. LiPO имеет номинальное напряжение 3,7 В в режиме покоя, тогда как LiHV имеет напряжение хранения 3,8 В. Что касается производительности двух типов батарей, LiHV батарея изначально обеспечивает большую мощность, но резко снижает напряжение при разрядке, в то время как LiPO имеет более линейный разряд, что позволяет количественно оценить оставшееся время полета, наблюдая за напряжением. Обычные литий-полимерные аккумуляторы являются наиболее распространенными для квадрокоптеров всех размеров, однако LiHV-аккумуляторы достаточно популярны для использования на микродронах («малых Вупах»), поскольку дополнительное напряжение умеренно улучшает производительность квадрокоптера.
Элементы батарей для FPV-дронов и их напряжения
Напряжение батареи-это разность потенциальной энергии между положительной и отрицательной клеммами. Более высокое напряжение батареи FPV-дрона позволяет придавать больше мощности квадрокоптеру без увеличения силы тока (ток измеряется в амперах — а). Стандартная литий-полимерная ячейка имеет номинальное напряжение (хранение) 3,7 В. Для увеличения мощности, которую может выдать LiPo-аккумулятор, единичные элементы батареи соединяется последовательно (это означает, что минусовый вывод первой ячейки соединяется с положительным выводом следующего элемента, образуя последовательную цепь отдельных элементов) для увеличения общего напряжения батареи. LiPO-аккумуляторы обычно продаются в конфигурациях 1s, 2s, 3S, 4S, 5S или 6s, где цифра перед «S», обозначает количество элементов в аккумуляторной батарее. Чем больше элементов соединено последовательно, тем выше будет напряжение. Напряжение батареи важно, поскольку она влияет на максимальную скорость вращения пропеллеров квадрокоптера и максимальную его мощность. В целом большее напряжение аккумулятора позволяет моторам вращаться с большей скоростью (больше RPM, оборотов в минуту). По этой причине 4S LiPo-аккумуляторы чаще всего используются для гоночных квадрокоптеров, поскольку они обеспечивают баланс между скоростью и весом.
В таблице ниже обобщены напряжения и типичные приложения для различных конфигураций LiPO-ячеек. Важно отметить, что приведенные в таблице типичные примеры применений батарей в квадрокоптерах являются лишь одними из многих существующих вариантов сочетания аккумуляторов и квадрокоптеров. Существуют также экзотические настройки, например, гоночные квадрокоптеры с ячейками 5s и диаметром 150 мм или микрощеточные квадрокоптеры с батареей 2S, но они довольно редки.
| Количество последовательных элементов (S) | Напряжение (В) | Типичное применение |
| 1S | 3.7 | Микро коллекторные квадрокоптеры (малые вупы) |
| 2S | 7.4 | 30-70мм микро квадрокоптеры бесколлекторные |
| 3S | 11.1 | 100-220мм бесколлекторные |
| 4S | 14.8 | 220 + мм бесколлекторные гоночные квадрокоптеры |
| 5S | 18.5 | 220+мм безколекторні гоночні квадрокоптери, фрістайл |
| 6S | 22.2 | 220+мм б220 + мм бесколлекторные |
Емкость аккумулятора FPV-дрона
Емкость аккумулятора измеряется в миллиампер-часах [англ.: mAh]. Емкость аккумулятора описывает ток, который аккумулятор может выдавать в течение определенного времени. Например, аккумулятор емкостью 1500mAh сможет выдать: 1500 миллиампер (или 1,5 А) тока в течение одного часа, 3000 мА (или 3А) тока в течение 30 минут, 6000 мА (6а) тока в течение 15 минут и так далее. Более высокий рейтинг миллиампер-часов означает, что батарея будет обеспечивать более длительное время полета без подзарядки. При выборе аккумулятора нужно делать компромисс между его размером и весом. Большая емкость аккумулятора обеспечивает более длительное время полета, но дополнительный вес ограничит производительность дрона, увеличивая его инерцию и делая его менее чувствительным к управлению.
В случае гоночных моделей, обычно выбирают аккумуляторы емкостью от 1000mAh до 1500mAh для квадрокоптеров размером 220мм, причем самыми распространенными являются аккумуляторы 1300mah. В среднем, 1300mah 4S аккумулятор обеспечивает продолжительность полета примерно три минуты для гоночного квадрокоптера, хотя время полета полностью зависит от стиля полета. Профессиональные пилоты, участвующие в гонках, могут легко разрядить аккумулятор емкостью 1300 мАч 4S менее чем за две минуты по сравнению с новичком, который летает медленнее и может получить до пяти минут полета с аналогичной батареей.
На соревнованиях по более длинным или быстрым трассам многие профессиональные гонщики фактически переходят с 1300mah 4S аккумулятора на более тяжелый аккумулятор емкостью 1500mAh, чтобы уменьшить потребность в контроле напряжения аккумулятора во время гонки. Для достижения более длительных полетов (5-8 минут) пилоты квадрокоптеров на большие расстояния будут использовать еще большие батареи до 2200 мАч, поскольку скорость полета менее важна, чем продолжительность полета.
Токоотдача батарей FPV-дронов
Формула токоотдачи: максимальный безопасный ток потребления (мА) = Емкость аккумулятора (mAh) * токоотдача (C-rating)
Формула преобразования миллиампер-часов мАч: 1000 мАч = 1 Ач (тысяча миллиампер-часов-это один ампер-час)
Другим применением формулы токоотдачи [англ. — C-rating] является расчет совместимости между различными моторами, пропеллерами, электронными регуляторами скорости (ESC) и аккумуляторами. Например, аккумулятор емкостью 1300мач и токоотдачей 100c будет иметь максимальный постоянный ток потребления 130а (130 000 мА).
Разделив это число на четыре (поскольку у квадрокоптера четыре мотора), видно, что максимальный постоянный ток потребления на каждый мотор из этого аккумулятора составляет 32,5 А. В соответствии с этим можно выбрать регулятор (ESC), чтобы учесть максимальный постоянный ток потребления (в этом случае наиболее подходящим будет ESC со значением 30-35а).
В целом, большинство батарей могут временно безопасно превышать максимальный постоянный ток в течение примерно десяти секунд [токоотдача, которую батарея может выдержать в течение этого короткого периода маркируется меткой BURST, например 95c discharge, 180C — burst]. Это означает, что комбинация мотора и винта подходит для использования с аккумулятором, если среднее потребление тока мотором находится в пределах рассчитанного максимального постоянного тока на каждый мотор. Можно предположить, что для большинства полетов среднее положение регулятора тяги будет максимум 75%. Исходя из этой логики, комбинация мотора и лопастей будет пригодной для использования на квадрокоптере, если 75% от максимального потребления мотором тока не будет превышать максимальный постоянный ток батареи в пересчете на каждый мотор. Возвращаясь к текущему примеру, комбинация мотора, которая имеет указанное максимальное потребление тока, например, 40а, фактически подходит для использования с аккумулятором емкостью 1300mah и C-rating 100c, поскольку среднее потребление тока с того мотора составляет 30а (0,75 * 40а), что меньше рассчитанного максимального постоянного тока на каждый мотор — 32,5 А.
Веб-сайт: https://www.miniquadtestbench.com/ является полезным ресурсом при выполнении этих вычислений, поскольку предоставляет данные, сравнивающие максимальное потребление тока и силу тяги для многих различных комбинаций мотора и пропеллера.
Токоотдача [англ-C-rating] является характеристикой батарей, указывающей, какой максимальный ток аккумулятор может выдавать в течение длительного времени во время разряда. Проще говоря, чем выше токоотдача аккумулятора [англ — C-rating], тем больший ток может постоянно выдавать батарея. Для сборок 2P, 3P, чтобы посчитать токоотдачу сборки, надо умножать токоотдачу одной ячейки на количество ячеек, таким образом вы получите максимальную токоотдачу сборки с параллельными ячейкам (P). Аккумуляторы большей емкости обычно могут обеспечивать больший ток, поскольку внутренние электроды таких батарей имеют большую площадь поверхности. Например, с помощью формул токоотдачи и преобразования миллиампер-часов, аккумулятор емкостью 1800мач и токоотдачей 100c сможет поставлять больше тока для квадрокоптера, чем аккумулятор емкостью 1300мач и токоотдачей 100c (максимальный непрерывный ток 180 000 мА / 180 а против максимального непрерывного тока 130 000 мА / 130 а соответственно). Если вы заставляете аккумулятор выдавать больше тока в течение значительного времени, чем указывает его токоотдача (C-Rating), это может повредить аккумулятор, вызвать набухание ячеек, сократить общую продолжительность его службы, вызвать чрезмерное нагревание [которое тоже ускоряет старение аккумулятора] и, со временем, может привести к возгоранию батареи. По этой причине важно использовать аккумуляторы с токоотдачей, которые будут соответствовать нагрузке. Для большинства квадрокоптеров размером 220мм обычно рекомендуются аккумуляторы с токоотдачей 70C или выше, но квадрокоптеры с высокой постоянной оборотов на вольт KV и / или большими моторами могут нуждаться в еще больших показателях токоотдачи аккумуляторов.
Емкость батареи
Разъемы аккумуляторов FPV-дронов
Существует ряд доступных разъемов для аккумуляторов LiPO. Наиболее распространенным разъемом является желтый XT60, который используется примерно на 95% квадрокоптеров 220 мм, работающих с батареями LiPO 3S-6s. Микродроны, такие как маленькие Вупы, обычно используют разъем JST-XH, поскольку он обеспечивает больший ток от батареи по сравнению с меньшим разъемом JST-PH. В следующей таблице приведены наиболее распространенные разъемы для аккумуляторов:
| Название | Изображение | Рекомендуемые элементы | Применение в квадрокоптерах |
| JST-PH |  | 1S | Микродроны |
| JST-XH |  | 1S | Микродроны (например, маленькие Вупы) |
| JST |  | 2S-3S | Микродроны с бесколлекторными моторами |
| XT30 |  | 3S-4S с емкостью аккумуляторов до 800 мАч | Дроны 100-150мм с бесколлекторными моторами |
| XT60 |  | 3S-6S | 220мм с бесколлекторными моторами |
| XT90 |  | 4S-6S | 300мм+ |
| EC3 |  | 2S-4S | 250мм бесколлекторные моторы |
| T-образный (Deans) |  | 2S-4S | 250мм бесколлекторные (используются реже чем XT60) |
Аккумуляторы LiPO (за исключением 1S) также имеют балансировочный разъем. Это стандартный разъем JST-XH с 3-7 контактами, который используется для выравнивания заряда элементов аккумуляторной батареи. Балансировочный разъем имеет один положительный контакт для каждой ячейки аккумуляторной сборки и отрицательный контакт (обычно обозначаемый черным проводом). Через балансировочный разъем можно подключить устройство проверки батареи, чтобы отслеживать напряжение каждой отдельной ячейки LiPO, упрощая процесс определения заряженных и разряженных батарей. [Также эти контакты используются при балансировке ячеек в зарядке с балансировкой-когда напряжения ячеек выравниваются чтобы предотвратить ранний выход аккумулятора из строя]
Безопасное обращение с LiPo батареями
Опасность аккумуляторов LiPO — это то, что многие люди недооценивают, но ее нельзя игнорировать. Литиевые батареи хранят большое количество энергии в небольшом корпусе и иногда могут загореться. Это редкий случай, который скорее всего возникнет во время зарядки, разрядки или при повреждении аккумулятора. Несмотря на низкие шансы, пожар от батареи LiPO может привести к разрушению домов, травмам или повреждению оборудования. По этой причине для всех пилотов важно хранить и, в идеале, заряжать литиевые батареи квадрокоптеров в огнестойкой сумке или ящике для LiPO . Если вы уже потратили несколько сотен долларов на оборудование FPV, то несколько дополнительных сотен долларов, чтобы спасти вас от потенциально более значительных убытков, того стоит.
Утилизация батарей от FPV-дронов
Аккумуляторы LiPO представляют собой одноразовые изделия с ограниченным сроком службы, составляющим около 150-250 циклов (по данным Battery University 2017), хотя это число полностью зависит от ухода и способа использования. Основными факторами, влияющими на срок службы батареи LiPO, являются чрезмерная разрядка и оставление пакетов в заряженном или разряженном состоянии на длительный период времени [а еще температура батареи, особенно перегрев под действием высоких токов — именно тех, близких к максимальным токам, о которых писали пару разделов назад]. Чтобы увеличить срок службы батареи LiPO, рекомендуется хранить ее при напряжении 3,8 В на ячейку и приземлять квадрокоптер при минимальном напряжении около 3,5 В на ячейку (хотя приземление при 3,65 В на ячейку является самым безопасным вариантом). Когда аккумулятор LiPO приближается к концу своего жизненного цикла, при попытке резкого увеличения тяги [которые требуют большого потребления энергии — и больших токов, соответственно] происходят заметные падения напряжения, из-за чего квадрокоптер становится не способен быстро разогнать моторы. Кроме того, будет расти процент потери емкости аккумулятора, что приводит к сокращению времени полета. Чтобы правильно утилизировать аккумулятор LiPO, самый безопасный вариант — сначала разрядить аккумулятор с помощью зарядного устройства, а затем подключить лампу накаливания 12 В [н-д от машины] к выводам питания на несколько часов. Это гарантирует полную разрядку аккумулятора LiPO до 0 В. нецелесообразно утилизировать аккумулятор LiPO путем его прокалывания или повреждения — он может взорваться. После полной разрядки аккумулятора LiPO желательно закрыть контакты аккумулятора (изолентой) и сдать батарею в ближайший пункт сбора аккумуляторов для дальнейшей переработки с целью уменьшения общего воздействия на окружающую среду.
Кто подключил батарею (вне очереди)?
В заключение следует добавить, что во время соревнований или полета с другими пилотами общая этика общества FPV заключается в том, что вы оставляете батареи квадрокоптера отключенными от оборудования в то время, когда дроны других пилотов находятся в воздухе. Это предотвращает ситуацию, когда пилот теряет контроль над дроном из-за активации вашего видеопередатчика и способствует более дружественному ходу соревнований.