Плюсы, минусы и рекомендации для использования литий-ионных аккумуляторов для полетов FPV дронов на большие расстояния
- Различия между литий-полимерными и литий-ионными аккумуляторами
- Преимущества и недостатки использования литий-ионных аккумуляторных батарей
- Покупка готовых аккумуляторных батарей Li-ion
- Создание собственной литий-ионной батарейной установки
- Как создать свою батарею Li-ion
- Заключение
Для полетов беспилотника FPV на большие расстояния требуются аккумуляторы с высокой плотностью энергии, необходимой для увеличения времени полета, а как раз литий-ионные аккумуляторы являются отличным выбором для этой цели.
В этом руководстве мы обсудим плюсы и минусы использования литий-ионных аккумуляторов по сравнению с литий-полимерными батареями, уделив особое внимание летным характеристикам, весу, времени полета и,конечно же, стоимости. Кроме того, мы рассмотрим два варианта: приобретение готового литий-ионного аккумулятора или его самостоятельное изготовления с использованием литий-ионных элементов с высоким уровнем разряда типоразмеров 18650 или 21700.
Различия между литий-полимерными и литий-ионными аккумуляторами
Известно, что Литий-ионные аккумуляторы служат альтернативой более распространенным литий-полимерным батареям.
Эти типы батарей имеют три основных отличия:
- Плотность энергии
- Скорость разряда
- Самое низкое безопасное напряжение
Литий-полимерные аккумуляторы имеют гораздо более высокую скорость разряда, чем литий-ионные, что означает, что они могут обеспечивать значительно более высокий выходной ток. Например, литий-полимерные аккумулятор обычно имеет температуру непрерывного разряда около 50 ° C, в то время как литий-ионные аккумуляторы имеют температуру только около 5 °C (подробнее о степени разряда C читайте здесь: https://oscarliang.com/lipo-battery-guide/#C-Rating).
Ещё одним отличием является безопасное напряжение разряда. Как правило, вы можете безопасно разрядить литий-полимерный аккумулятор до 3,5 В на элемент, в то время как литий-ионные аккумуляторы могут разряжаться значительно ниже, например, до 3,0 В на элемент. Оба типа аккумуляторов могут быть полностью заряжены до 4,2 В на элемент.
Преимущества и недостатки использования литий-ионных аккумуляторных батарей
Увеличенная энергетическая плотность и время полета
Литий-ионные аккумуляторные батареи обладают более высокой энергетической плотностью по сравнению с LiPo-батареями, что означает, что они хранят больше энергии в единице веса. Это приводит к более длительному времени полета для дронов FPV дальнего радиуса действия. При сравнении батарей одинакового размера Li-ion имеет примерно вдвое большую емкость по сравнению с LiPo.
Например, Li-ion-батарея 4S 18650 3400 мАч весит около 200 г, тогда как 4S 1600 мАч LiPo имеет практически такой же вес. По идее, вы должны получить в два раза больше времени в полете!
Меньшая скорость разряда
Литий-ионные батареи обычно имеют меньшую скорость разряда по сравнению с LiPo-батареями. Это означает, что они могут не обеспечивать высокий ток, необходимый для активного и высокопроизводительного полета. Хотя Li-ion-батареи не являются популярным выбором для фристайла и гонок, они отлично подходят для дальнего радиуса действия, где не требуется большой ток. Если вы используете эффективную систему питания, то Li-ion-элементы как раз могут удовлетворить ваши требования.
Более высокая начальная стоимость
4S1P и 4S2P
Если вы не знакомы с терминологией LiPo-аккумуляторов из нашего руководства для начинающих, давайте еще раз рассмотрим значения S и P в спецификациях батареи.
S в 4S представляет собой количество последовательно соединенных элементов. Соответственно, P в 2P указывает, сколько элементов соединено параллельно. Конфигурация 4S1P состоит из 4 элементов, соединенных последовательно, в то время как конфигурация 4S2P содержит в общей сложности 8 элементов. Несмотря на то, что обе конфигурации имеют одинаковое номинальное напряжение, аккумулятор 4S2P может обеспечивать вдвое больший ток, емкость и вес по сравнению с аккумулятором 4S1P, при условии использования одинаковых элементов.
Покупка готовых аккумуляторных батарей Li-ion
Готовые аккумуляторные батареи Li-ion доступны для приобретения, что предоставляет удобный вариант для тех, кто хочет быстро использовать литий-ионные аккумуляторы в своем дроне:
Создание собственной литий-ионной батарейной установки
Самостоятельное создание батарейной установки Li-ion с использованием отдельных аккумуляторных элементов типоразмеров 18650 или 21700 может быть экономичным и гибким решением. Выбирая определенные элементы и самостоятельно собирая батарейную установку, вы получаете полный контроль над качеством, емкостью, скоростью разряда и общей производительностью батареи. Однако для этого необходимы навыки хорошей пайки.
Справа представлена схема подключения для 4S батарейной установки Li-ion с разъемами XT60 и балансными разъемами.
Обратите внимание на порядок подключения проводов на балансных разъемах.
В FPV дронах часто используют два типа Li-ion-элементов: 18650 и 21700. Они являются одним и тем же типом аккумуляторов, но отличаются размерами. Числа указывают на размеры элемента, при этом элементы типоразмера 21700 более крупные и тяжелые, но обладают большей емкостью и скоростью разряда.
Для достижения оптимальной производительности и безопасности рекомендуется выбирать высокоскоростные 18650 или 21700 Li-ion от известных производителей.
Популярными вариантами 18650-элементов являются Molicel P28A, Sony VTC5A (US18650VTC5A) и VTC6 (US18650VTC6) с емкостями 2800 мАч, 2600 мАч и 3000 мАч соответственно. У VTC5A скорость разряда (25A) выше, чем у VTC6 (20A), но время полета немного меньше. Molicel P26A и P28A — это более новые варианты, которые обеспечивают сопоставимую производительность с VTC5A, часто по более низкой цене. Поскольку, не все производители на данный момент присутствуют в изобилии на отечественном рынке, то ниже мы предлагаем альтернативные варианты:
- Macroson вместо Molicel
- Sony
- Sony VTC6
- Рекомендуемые коннекторы
- Провода
- Термоусадочная трубка
Для подключения вам также понадобятся провода (рекомендуется использовать провод 16AWG для вывода разряда и провод 20AWG или 22AWG для балансного вывода), 5-контактный балансный разъем и разъемы XT30 или XT60. Разъем XT30 является отличным выбором благодаря его небольшому весу и способности справляться с низким током потребления. Если ваш дрон использует разъем XT60, выберите его, или воспользуйтесь адаптером XT30 к XT60 при необходимости.
Как создать свою батарею Li-ion
Стоит обратить внимание! Пайка на батареях может быть опасной. Если вы решите следовать инструкциям в этой статье, то соблюдайте все меры предосторожности.
Начните с пайки проводов к разъемам, используя провода длиннее, чем необходимо, чтобы впоследствии обрезать их до нужной длины.
Затем пайкой подключите провода к 18650 элементам в соответствии с предоставленной схемой подключения. Используйте качественную паяльную проволоку с флюсом, избегайте использования дополнительного кислотного флюса (паяльной пасты), так как они могут привести к коррозии соединений и батареи в долгосрочной перспективе.
Перед пайкой используйте наждачную бумагу, чтобы протереть верхнюю и нижнюю стороны элемента. Это поможет лучше припаять провода.
«Припойте» обе стороны батарей небольшим количеством припоя, дайте ему остыть, прежде чем приступать к пайке проводов.
Сократите время контакта паяльника с выводами батареи до минимума. Чем дольше паяльник находится в контакте с батареей, тем больше тепла накапливается. Для этого используйте мощный паяльник с терморегулятором. Менее мощный паяльник не будет так эффективно поддерживать температуру, так как его тепло будет поглощаться при пайке крупных металлических деталей.
Закройте все места пайки изолентой, а затем оберните всю сборку термоусадочной трубкой. Вы можете использовать более короткий вывод разряда, чтобы сэкономить несколько граммов, но я сделал его намеренно длинным.
Готовая 4S 18650 батарея весит около 200 г и обеспечивает более 30 минут полетного времени (на примере дрона Flywoo Explorer LR 4.)
Заключение
Батареи Li-ion предлагают значительные преимущества для дальнего полета FPV-дронов, такие как повышенная энергетическая плотность и продолжительное время полета. Несмотря на некоторые компромиссы, такие как более низкие скорости разряда и более высокая начальная стоимость, преимущества часто перевешивают недостатки. Создание собственной батареи Li-ion может быть экономически выгодным и более гибким решением для тех, кто стремится оптимизировать производительность своего дрона. Однако для тех, кто не имеет опыта в пайке, приобретение готовых батарейных установок в магазинах может быть более безопасным и удобным вариантом.
