Wie baue ich einen Lipo-Akku?

Das Power-Herz von Drohnen: Enthüllung der Kunstfertigkeit hinter Lithium-Polymer-Akkus

Zusammenbau einesDrohnenbatteriePack ist eine Fertigkeit voller Herausforderungen und Belohnungen. Damit können Sie nicht nur Ausdauer und Leistung vollständig anpassen, sondern erhalten auch tiefe Einblicke in den Energiekern der Drohne. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein einfaches Lötspiel, sondern um eine präzise Kunst, die elektronisches Wissen, handwerkliches Geschick und Sicherheitsbewusstsein in Einklang bringt. Dieser Artikel führt Sie systematisch in die Welt der Konstruktion von LiPo-Akkus für Drohnen ein.

I. Grundprinzipien: Warum Reihen- und Parallelschaltungen?

Machen Sie sich vor dem Eintauchen mit der grundlegenden elektrischen Architektur von Batteriepacks vertraut. Wir erreichen unterschiedliche Ziele durch zwei Methoden:

Reihenschaltung: Erhöht die Spannung

Methode: Verbinden Sie den Pluspol einer Zelle mit dem Minuspol der nächsten Zelle.

Wirkung: Die Spannung steigt bei unveränderter Kapazität.

Drohnenanwendung: Eine höhere Spannung im Stromnetz reduziert die Stromaufnahme bei gleicher Ausgangsleistung, verbessert die Effizienz und sorgt für eine schnellere Leistungsreaktion. Herkömmliche 3S-Batterien liefern etwa 11,1 V, während 6S-Batterien etwa 22,2 V liefern.

Parallelschaltung: Kapazitätserhöhung

Methode: Verbinden Sie die Pluspole aller Zellen miteinander und die Minuspole miteinander.

Wirkung: Die Kapazität steigt bei gleichbleibender Spannung.

Drohnenanwendung: Verlängert direkt die Flugdauer. Beispielsweise ergibt die Parallelschaltung zweier 2000-mAh-Zellen eine Gesamtkapazität von 4000 mAh, während die Spannung einer einzelnen Zelle erhalten bleibt.

Die meisten Drohnenbatterien verwenden eine „seriell-parallele“ Struktur.

Beispiel: „6S2P“ besteht aus 6 in Reihe geschalteten Zellgruppen für Hochspannung, wobei jede Gruppe aus 2 parallel geschalteten Zellen zur Erhöhung der Kapazität besteht.

II. Vier Kernelemente von Akkupacks

Zellen: Qualität ist von grundlegender Bedeutung. Wählen Sie immer Stromzellen namhafter Marken mit einheitlichen Spezifikationen.

Konsistenz ist die Lebensader des Packaufbaus und umfasst Kapazität, Innenwiderstand und Selbstentladungsrate. Bevorzugt werden neue Zellen aus derselben Produktionscharge.

Nickelbinder: Die „leitenden Brücken“ zwischen Zellen. Wählen Sie geeignetes Material, Breite und Dicke basierend auf dem maximalen Dauerstrom der Batterie. Eine unzureichende Querschnittsfläche führt zu Überhitzung und birgt Sicherheitsrisiken.

Batteriemanagementsystem (BMS): Das „intelligente Gehirn“ des Batteriepakets.

Gehäuse und Verkabelung:

Drähte: Hauptentladungskabel (z. B. XT60-, XT90-Stecker) müssen ausreichend robust sein (z. B. 12 AWG Silikondraht), um hohe Ströme zu bewältigen.

Ausgleichskopf: Wird zum Anschluss an das BMS oder das Ausgleichsladegerät verwendet; muss der Anzahl der Zellen (S) entsprechen.

Gehäuse: Schrumpfschlauch oder starres Gehäuse sorgen für Isolierung, Feuchtigkeitsschutz und physische Abschirmung.

III. Praktische Schritte: Aufbau eines kompletten Systems von Grund auf

Vorbereitung:

Wichtige Werkzeuge: Punktschweißgerät, Multimeter, hitzebeständige Handschuhe, Schutzbrille.

Arbeitsumgebung: Gut belüfteter Bereich ohne brennbare Materialien; Arbeitsfläche mit einer antistatischen Matte bedeckt.

Schritt 1: Sortieren und Testen

Testen und sortieren Sie alle Zellen mit einem Kapazitätstester und einem Innenwiderstandsmessgerät. Stellen Sie sicher, dass die Parameter der Zellen in jeder Parallel- oder Seriengruppe so konsistent wie möglich sind. Dies bildet die Grundlage für einen späteren effektiven BMS-Ausgleich.

Schritt 2: Planung und Layout

Planen Sie das physische Zellenlayout basierend auf Ihrer Zielkonfiguration. Isolieren Sie die Zellen mit isolierenden Abstandshaltern, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Schritt 3: Punktschweißverbindungen

Paralleles Gruppenschweißen: Zunächst werden die parallel zu verbindenden Zellen mit Nickelstreifen verschweißt. Stellen Sie sicher, dass die Verbindung fest ist und einen geringen Widerstand aufweist.

Reihenschaltung: Behandeln Sie die parallelen Gruppen als eine Einheit. Verbinden Sie sie dann mithilfe von Nickelstreifen in Reihe und verbinden Sie positive und negative Anschlüsse, um vollständige „Zellenstränge“ zu bilden.

Schweißen der Hauptabtastleitungen: Schweißen Sie die BMS-Spannungsabtastbandkabel an die positiven und negativen Anschlüsse jedes Zellenstrangs.

Schritt 4: BMS-Installation und abschließendes Schweißen

Befestigen Sie das BMS an der vorgesehenen Position.

Führen Sie zunächst das Probenahme-Flachbandkabel in das BMS ein. Verwenden Sie ein Multimeter, um die richtige Spannung für jeden Zellenstrang zu überprüfen.

Nach der Bestätigung schweißen Sie die positiven (P+) und negativen (P-) Anschlüsse des Hauptentladungskabels an die entsprechenden Anschlüsse am BMS.

Schritt 5: Isolierung und Kapselung

Umwickeln Sie die Zellenbaugruppe mit Isoliermaterialien wie Kraftpapier oder Epoxidharzplatten, um interne Kurzschlüsse zu verhindern.

Schieben Sie einen Schrumpfschlauch über die Baugruppe und erhitzen Sie ihn gleichmäßig mit einer Heißluftpistole, um eine dichte Abdichtung um den Akku zu bilden.

Installieren Sie den Ausgleichsstecker und den Hauptentladungsstecker.

Schritt 6: Erstaktivierung und Test

Schließen Sie den zusammengebauten Akku an ein Ausgleichsladegerät an und führen Sie den ersten Ladevorgang bei niedrigem Strom (z. B. 0,5 °C) durch.

Überwachen Sie kontinuierlich die Spannung jeder Zelle, um die ordnungsgemäße BMS-Ausgleichsfunktion zu überprüfen.

Lassen Sie den Akku nach Abschluss des Ladevorgangs mehrere Stunden lang ruhen. Überprüfen Sie die Spannungen erneut, um sicherzustellen, dass keine ungewöhnlichen Spannungsabfälle vorliegen.

IV. Sicherheitsrichtlinien

Tragen Sie immer eine Schutzbrille: Schützen Sie Ihre Augen vor Lichtbögen oder Explosionen, die bei jedem Betrieb durch unbeabsichtigte Kurzschlüsse verursacht werden.

Vermeiden Sie physische Einstiche: Gehen Sie mit den Zellen äußerst vorsichtig um, als wären sie Eier.

Verwenden Sie explosionsgeschützte Beutel: Die ersten Tests und Aufladungen müssen in explosionsgeschützten Beuteln durchgeführt werden.

Werkzeuge isolieren: Stellen Sie sicher, dass alle Werkzeuggriffe aus Metall isoliert sind, um einen gleichzeitigen Kontakt mit Plus- und Minuspolen zu verhindern.

V. Zukünftige Trends: Upgrade-Anweisungen für LiPo-Akkus

Momentan,Drohnen-LiPo-AkkuAkkus entwickeln sich in Richtung „hohe Energiedichte + intelligente Funktionalität“: Halbfeste LiPo-Zellen haben eine Energiedichte von 400 Wh/kg erreicht (eine Steigerung von 50 % gegenüber herkömmlichen Zellen) und ermöglichen künftig „doppelte Ausdauer bei gleichem Gewicht“. Intelligente BMS-Systeme umfassen Temperaturwarnungen und die Überwachung des Zellzustands und liefern Echtzeit-Feedback zum Batteriestatus über Apps, um Sicherheitsrisiken weiter zu mindern.