無人機廢舊電池二次開發(fā)與利用

貴州電網(wǎng)有限責任公司培訓與評價中心 王 翀 王德賀 李仙琪 張俊偉

在使用過程中，多旋翼無人機電池的容量會隨著使用次數(shù)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，功率也會隨之減退，使無人機電池性能下降，并影響其安全性。本文針對無人機培訓中廣泛使用的“大疆精靈4pro”系列無人機，對貴州電網(wǎng)有限責任公司培訓與評價中心大量廢舊電池進行二次開發(fā)與利用，設(shè)計研制一款擴容電池，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)有限責任公司培訓與評價中心結(jié)合貴州電網(wǎng)公司無人機培訓需求，成立了專門的無人機取證培訓基地，旨在結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)及專業(yè)技能提升培訓質(zhì)量，降低無人機駕駛員培訓成本，提高人員持證率及巡檢人員專業(yè)化水平，完善無人機培訓體系，有效促進輸配電線路“機巡+人巡”運維模式轉(zhuǎn)變，保障巡檢工作的開展。

目前貴州電網(wǎng)有限責任公司培訓與評價中心無人機培訓基地為了滿足日常飛行培訓需求，需針對不同無人機型號匹配充足的電池，現(xiàn)有庫存各類電池數(shù)量超過100塊，隨著使用次數(shù)的增加，電池的容量和續(xù)航能力會逐步衰減，當電池容量衰減到60%以下，就無法滿足日常無人機飛行訓練的需求。

無人機電池的容量和續(xù)航能力的衰減所帶來的損耗，對于培訓基地維護成本也是一筆不小的費用支出。解決無人機電池使用的效率問題，針對廢舊電池進行二次改造利用，并在參數(shù)安全的情況下對主要使用機型的電池進行增容，可以很大程度上減少電池的更新?lián)Q代頻率，降低飛行訓練成本。

2 研發(fā)內(nèi)容

設(shè)計研制一款針對目前主要使用機型——“大疆精靈4pro”的擴容電池（如圖1所示）。主要是利用培訓基地現(xiàn)有大量廢舊電池進行二次開發(fā)。二次開發(fā)的重點是在擴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個部分：

圖1 “大疆精靈4pro”的擴容電池

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

經(jīng)過上述五個環(huán)節(jié)進行電池的二次開發(fā)與利用，電池的續(xù)航能力理論數(shù)值可以達到原來的1.5倍以上，完全滿足日常的飛行訓練需求，節(jié)約了大量的新電池更新費用。

3 產(chǎn)品試驗

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

試驗顯示：

因已衰減電池輸出功率不穩(wěn)定，無人機飛行過程中遇風表現(xiàn)出的不平穩(wěn)幅度與頻率顯著高于新研發(fā)擴容電池；

已衰減電池在無人機爬升過程中爬升，因最大輸出功率不足，無法支持較快爬升速度；

水平前飛和緩慢降高時，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，在飛行過程中，出現(xiàn)失控現(xiàn)象，有一定墜落風險，新研發(fā)擴容電池在正常飛行過程中沒有出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

無人機電池是多旋翼無人機在巡檢工作與崗前培訓中的技術(shù)重點，有力的支持了無人機在各種實際工作與培訓中的應用范圍的擴大。本文研發(fā)的擴容電池，完美匹配了“大疆精靈4pro”系列無人機的動力系統(tǒng)，大幅提高了單次飛行時長，正常飛行訓練所消耗的電池功率穩(wěn)定，可長時間滿足無人機的工作負荷，提升無人機的續(xù)航能力與安全性。在多次試驗中，驗證了該擴容電池的應用可行性與安全性。該擴容電池的生產(chǎn)成本，遠低于重新采購原裝電池所產(chǎn)生的成本，大大減少了培訓基地的維護費用，有利于無人機培訓工作的持續(xù)展開與南方電網(wǎng)公司無人機線路巡檢工作的可持續(xù)發(fā)展。

加工：

（1）3D外觀打印；

（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，進行全鋪焊錫連接）；

（3）電池保護輸出pcb板開發(fā)。

測試：

（1）雙電數(shù)據(jù)測試與調(diào)整優(yōu)化；

（2）電池保護輸出pcb板穩(wěn)定測試；

（3）電池改造后起飛認證數(shù)據(jù)測試。