电池充电与保养的安全方法及优化技巧

2023-07-05 理论教育版权反馈

【摘要】：首先根据电池种类选择对应的充电程序，比如图5.62的示例中是对LiPo电池进行充电，就用上下选择键调整到对应LiPo的充电程序，按下“确认”键即可进入充电界面。充电器的说明书一般会注明各种类电池的建议最大允许充电电流值。电池的日常保养需要贯穿无人机飞行前、飞行中、飞行后的整个流程。无人机飞行前该时间段对应电池的充电过程。以常用的LiPo电池为例，每个电芯的电压

对于任何无人机系统而言，能量单元都是系统中的重要成本来源。（请思考问题：在你使用过或者见过的无人机系统中，成本主要来自哪些方面？）尤其在一些行业应用中，要通过多台无人机协同，长时间无间断交互作业才能保证任务高效完成，因此要预备大量的电池组。而一般航电电池的充放电次数是有一定限制的，如果能够通过正确使用、充电、保养等方式来对电池进行最大限度的维护就在很大程度上降低系统成本。本书提醒读者注意那些需要持续付出努力并且看上去略为死板的工作，判断无人机从业者对机器熟悉程度的重要方法之一就是看他是否注意系统的日常维护，尤其是针对电池的维护与保养。越是经验丰富的无人机从业者越能深刻体会无人机系统尤其是能量单元保养所能带来的价值。我们需要在意识上把能量单元对于无人机系统的影响从飞行过程中延续到飞行任务以外。

1）充电器选择

图5.58 小型无人机航电电池对充电器的功能要求是比较固定的

无人机航电电池充电要用到专门的电池充电器，对于电池充电器而言，牌子很多，原理上大同小异，但大家在选择充电器时还是要注意确认其能否满足我们在使用时的功能要求以及是否与已有电池匹配。前者很容易理解，比如当某些任务中需要对充电温度进行监控时，就需要购买具有温度传感器接口的充电器。至于电池匹配方面，一般充电器都会在产品表面或说明书中标注该充电器支持的电池种类与规格。如本书以SKYRC的IMAX B6AC2（后文简称IB2）为例，该充电器能够匹配LiPo（Lithium-Polymer Battery，锂聚合物电池），但要求充电电池的串联电芯在1～6个范围内，而对于其他类型的电池与匹配也有专门的标注，大家在购买时需要留意这些细节。

2）充电器接口

图5.59 充电器两侧接口

IB2左右两面共有6组接口，其中左侧共4组接口。从左至右依次是交流电源输入端：电压区间为100V～240V，频率区间为50Hz～60Hz；直流电源输入端：电压区间为11V～18V；电脑或WIFI模块接口；温度传感器接口。右边两组接口，从左至右分别为电源输出充电端、平衡充接口。

3）电池接口类型

图5.60 各类型接口及XT60-T型接口转换插头

国内的电池电源线常见接口种类为：XT60接口和T型接口。大家在充电或无人机搭建时要注意电池电源线与充电器电源输出线以及机身分电板电源接口的匹配。如果已采购的产品接线不匹配只要额外购买对应接头进行焊接或者采购转换插头即可。

4）充电接线

图5.61 平衡充接线

在大多数电池充电过程中只需要关注三个接口：电源输入接口、电源输出接口、平衡充接口。连接电源输入接口时，要清楚地了解所在国家或者所使用的外部电源对应参数，由于正负极连接线颜色区分明显，一般不会出现连接错误：红色配红色，黑色配黑色，蓄电池注意正负极。但在电池连接时还要注意选择与电池接口对应的类型。充电器产品除了电源输出线外一般会附送三类接头，因此一共有四类接口用来匹配不同种类的电池，如XT60、T头、蓄电池充电夹、遥控器电池充电插针。

读者在为航电电池充电时一定要使用平衡充。电池的平衡充接线要与充电器对应接口连接，整个过程非常简单，IB2充电器已经在接口上侧标注了各个接口对应的航电电池电芯数目，并且不同数目的接口是无法连接的。

5）充电模式选择

IB2充电器上只有四个按键，它们对应的功能从左至右依次为：停止/电池种类选择；上一栏；下一栏；确认键。当我们将充电器与待充电电池连接完毕后，接通外部输入电源后充电器屏幕就会亮起来。

首先根据电池种类选择对应的充电程序，比如图5.62的示例中是对LiPo电池进行充电，就用上下选择键调整到对应LiPo的充电程序，按下“确认”键即可进入充电界面。

随后进入充电模式选择界面，一共有5种待选模式：充电、平衡充电、快速充电、储电模式、放电模式。读者在充电过程中必须使用平衡充模式，通过平衡充模式可以使电池的多个电芯在充电后基本保证电压一致，而不会出现某个电芯过放的情况，放电与储电模式都涉及电池的保养。

图5.62 停留在选择功能“pro-gram”界面，点击“确认”后将进入设置界面

在选择充电模式之后按下“确定”键，就会进入具体的充电参数调整界面，这里要调整的参数包括充电电流大小与电池芯数（充电器会自动调整电池电压）。相信每位无人机使用者都希望自己的电池可以实现快速充电，毕竟无人机是属于蓝天的，电池和充电器在功能上完全支持快速充电与放电，前文中提到的电池放电倍数可以应用在这种情况下。但是建议大家在充电时不要让充电电流超过1C，举例来说，示例图片中的电池电量为5200mA·h，1C的充电电流就是0.52A，因此对这个电池充电时充电电流应当小于0.52A。充电器的说明书一般会注明各种类电池的建议最大允许充电电流值。

电池芯数的选择一般不会出错，但无人机除了机载电池外还有遥控器电池也同样需要充电，因此读者在充电过程中要留心不同种类电池芯数的差别，不要在更换充电电池时忘记调整电池芯数值。

在一切参数都确定后，长按“确认”键，就正式开始充电了。其中并没有什么难以理解之处，读者只要结合本节内容，再操作一次就会驾轻就熟了。

6）电池保养

无人机的飞行情况与电池的状态关系很大，好比一个人无论再怎么聪明，再怎么有想法，身体素质很差，坐一会就腰酸背痛难以集中注意力，工作情况也不会好到哪里去。对于无人机而言，再好的飞控，精度再高的传感器模块，再好的数据融合算法，再友好的飞行环境，如果配上了一组不注意保养，状态很差的航电电池，也很难达到期望的飞行效果。

电池的日常保养需要贯穿无人机飞行前、飞行中、飞行后的整个流程。

无人机飞行前

该时间段对应电池的充电过程。充电中需要注意的内容已经在前面写得比较详细，这里总结一下要点：采用平衡充功能，充电电流不要大过1C。

无人机飞行中

表5.1 电池类型、电池动作数值查询表

在无人机飞行过程中，操作者肯定希望能够尽量延长无人机的续航时间，因此有些爱好者喜欢把电池的电量尽可能用完，但是航电电池的电压值是有上下限要求的，一旦超过上限或者低于下限都会给航电电池带来不良影响。以常用的LiPo电池为例，每个电芯的电压值上限约为4.2V，下限约为3.0V～3.3V，因此在无人机飞行过程中飞手一旦看到电池电压接近下限电压值，就应该拉回无人机，尽快安全降落。飞手需要时刻关注电池电量，很多专业应用团队中往往需要一个人来专门监控电池电压值。如果读者并没有团队，只有自己一人操作无人机，还可以设定相应的飞控功能来保证电压安全，如将低电警报数值设置的大于电池电压下限，预留出足够的降落时间。

无人机飞行后

在无人机飞行后，电池如果要进行长期储藏，一样需要注意保养。充电器功能中会有“储电”的模式，如LiPo电池芯的标称电压值一般为3.7V，储电功能会将电池芯的电压充到3.8V左右，在此电压下电池存放不会产生不良影响。因此经常检查电池电压，保持电压值在标称值附近应当成为一个无人机爱好者或从业人员的良好习惯。

7）电池安全

以航电电池为例，在使用前需要注意充电接线正负极不要接错。前文提到过，现在的充电器和电池都会按照红色为正，黑色为负的规格进行提示，这些方面问题不大，但是无人机工程师或者使用者往往在给蓄电池充电时会使用带夹头的充电线，如果是自己携带的夹头线，则可能由于长时间使用造成颜色不易辨识，很有可能因此导致电池短接，这对于任何种类的电池而言都是非常危险的情况。

在无人机进行外场测试或执行任务时，往往需要通过车辆携带众多设备，并且由于放飞场地一般都在远离市区的偏远地区，车辆行驶路况往往不太理想，很容易遇到颠簸不平或急转弯等情况，如果安全意识较低或在设备放置时不太注意，将电池与其他危险物品堆放在一处，就有可能在运输过程中造成事故。因此在外场试验中，合理的设备安置是工程人员必须重视的问题。

在无人机飞行前要检查电池电压，并配合飞行的外部环境结合电池情况进行任务规划。比如当外部气温较低时电池很有可能无法充分放电，因此传感器传回电压即使还在50%以上，后面的飞行也可能面临快速掉电，如果操作团队没有提前为这类的情况进行备案，就有可能因为突然掉电导致返航时间不够，造成炸机事故。

在飞行任务结束后，除了定期的电池保养外，电池应当存储在安全袋中或者放置在阴凉干燥的环境里，避免高温、高湿环境对电池造成损坏或引发事故。

良好的安全习惯与规范的操作，详细的预案是无人机从业人员素质的集中体现。如果在这些关乎设备安全，团队安全，项目安全的事情上不注意或者觉得无所谓，那么在未来的研究项目中也实在是难堪大任。世间万事往往以小见大，各位读者一定不要马虎大意。

电池充电与保养的安全方法及优化技巧

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