貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心 王 翀 王德賀 李仙琪 張俊偉

在使用過(guò)程中，多旋翼無(wú)人機(jī)電池的容量會(huì)隨著使用次數(shù)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，功率也會(huì)隨之減退，使無(wú)人機(jī)電池性能下降，并影響其安全性。本文針對(duì)無(wú)人機(jī)培訓(xùn)中廣泛使用的“大疆精靈4pro”系列無(wú)人機(jī)，對(duì)貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心大量廢舊電池進(jìn)行二次開發(fā)與利用，設(shè)計(jì)研制一款擴(kuò)容電池，有效提升了電池的續(xù)航能力，保證了電池功率的穩(wěn)定，維護(hù)了電池性能，保障了電池使用的安全性。

1 研發(fā)背景

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心結(jié)合貴州電網(wǎng)公司無(wú)人機(jī)培訓(xùn)需求，成立了專門的無(wú)人機(jī)取證培訓(xùn)基地，旨在結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)及專業(yè)技能提升培訓(xùn)質(zhì)量，降低無(wú)人機(jī)駕駛員培訓(xùn)成本，提高人員持證率及巡檢人員專業(yè)化水平，完善無(wú)人機(jī)培訓(xùn)體系，有效促進(jìn)輸配電線路“機(jī)巡+人巡”運(yùn)維模式轉(zhuǎn)變，保障巡檢工作的開展。

目前貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心無(wú)人機(jī)培訓(xùn)基地為了滿足日常飛行培訓(xùn)需求，需針對(duì)不同無(wú)人機(jī)型號(hào)匹配充足的電池，現(xiàn)有庫(kù)存各類電池?cái)?shù)量超過(guò)100塊，隨著使用次數(shù)的增加，電池的容量和續(xù)航能力會(huì)逐步衰減，當(dāng)電池容量衰減到60%以下，就無(wú)法滿足日常無(wú)人機(jī)飛行訓(xùn)練的需求。

無(wú)人機(jī)電池的容量和續(xù)航能力的衰減所帶來(lái)的損耗，對(duì)于培訓(xùn)基地維護(hù)成本也是一筆不小的費(fèi)用支出。解決無(wú)人機(jī)電池使用的效率問(wèn)題，針對(duì)廢舊電池進(jìn)行二次改造利用，并在參數(shù)安全的情況下對(duì)主要使用機(jī)型的電池進(jìn)行增容，可以很大程度上減少電池的更新?lián)Q代頻率，降低飛行訓(xùn)練成本。

2 研發(fā)內(nèi)容

設(shè)計(jì)研制一款針對(duì)目前主要使用機(jī)型——“大疆精靈4pro”的擴(kuò)容電池（如圖1所示）。主要是利用培訓(xùn)基地現(xiàn)有大量廢舊電池進(jìn)行二次開發(fā)。二次開發(fā)的重點(diǎn)是在擴(kuò)容后的電池與原裝電池參數(shù)相匹配的前提下，有效地提升電池的續(xù)航能力。大致的流程環(huán)節(jié)分為5個(gè)部分：

圖1 “大疆精靈4pro”的擴(kuò)容電池

（1）選電芯——匹配容量、電壓一致的；（2）電芯焊接——利用開發(fā)的焊接平衡板進(jìn)行全鋪焊錫連接；（3）原裝電路板電池保護(hù)輸出的二次使用；（4）針對(duì)雙電數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整測(cè)試；（5）根據(jù)電池外觀3D打印所設(shè)計(jì)的外殼。

經(jīng)過(guò)上述五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行電池的二次開發(fā)與利用，電池的續(xù)航能力理論數(shù)值可以達(dá)到原來(lái)的1.5倍以上，完全滿足日常的飛行訓(xùn)練需求，節(jié)約了大量的新電池更新費(fèi)用。

3 產(chǎn)品試驗(yàn)

為了解因使用次數(shù)增加而衰減的無(wú)人機(jī)電池在實(shí)際飛行訓(xùn)練中的特性，校驗(yàn)新研發(fā)電池在實(shí)際飛行訓(xùn)練中的可行性，使用電池容量與功率不同程度衰減的無(wú)人機(jī)電池進(jìn)行了8次飛行試驗(yàn)；使用本文研發(fā)的擴(kuò)容電池進(jìn)行了3次飛行試驗(yàn)。記錄了試驗(yàn)中無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)，分析了已衰減電池的安全隱患，對(duì)本文研發(fā)的擴(kuò)容電池提供了可行性依據(jù)。

試驗(yàn)顯示：

因已衰減電池輸出功率不穩(wěn)定，無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中遇風(fēng)表現(xiàn)出的不平穩(wěn)幅度與頻率顯著高于新研發(fā)擴(kuò)容電池；

已衰減電池在無(wú)人機(jī)爬升過(guò)程中爬升，因最大輸出功率不足，無(wú)法支持較快爬升速度；

水平前飛和緩慢降高時(shí)，已衰減電池與新研發(fā)電池表現(xiàn)基本持平；

已衰減電池掉電速度較新研發(fā)電池更快，在飛行過(guò)程中，出現(xiàn)失控現(xiàn)象，有一定墜落風(fēng)險(xiǎn)，新研發(fā)擴(kuò)容電池在正常飛行過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

無(wú)人機(jī)電池是多旋翼無(wú)人機(jī)在巡檢工作與崗前培訓(xùn)中的技術(shù)重點(diǎn)，有力的支持了無(wú)人機(jī)在各種實(shí)際工作與培訓(xùn)中的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。本文研發(fā)的擴(kuò)容電池，完美匹配了“大疆精靈4pro”系列無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，大幅提高了單次飛行時(shí)長(zhǎng)，正常飛行訓(xùn)練所消耗的電池功率穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)間滿足無(wú)人機(jī)的工作負(fù)荷，提升無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力與安全性。在多次試驗(yàn)中，驗(yàn)證了該擴(kuò)容電池的應(yīng)用可行性與安全性。該擴(kuò)容電池的生產(chǎn)成本，遠(yuǎn)低于重新采購(gòu)原裝電池所產(chǎn)生的成本，大大減少了培訓(xùn)基地的維護(hù)費(fèi)用，有利于無(wú)人機(jī)培訓(xùn)工作的持續(xù)展開與南方電網(wǎng)公司無(wú)人機(jī)線路巡檢工作的可持續(xù)發(fā)展。

加工：

（1）3D外觀打??；

（2）電芯焊接（需要根據(jù)電池參數(shù)定制開發(fā)焊接平衡板，進(jìn)行全鋪焊錫連接）；

（3）電池保護(hù)輸出pcb板開發(fā)。

測(cè)試：

（1）雙電數(shù)據(jù)測(cè)試與調(diào)整優(yōu)化；

（2）電池保護(hù)輸出pcb板穩(wěn)定測(cè)試；

（3）電池改造后起飛認(rèn)證數(shù)據(jù)測(cè)試。