貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)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(xùn)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(zé)任公司培訓(xùn)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(zé)任公司培訓(xùn)與評價中心結(jié)合貴州電網(wǎng)公司無人機培訓(xùn)需求，成立了專門的無人機取證培訓(xùn)基地，旨在結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)及專業(yè)技能提升培訓(xùn)質(zhì)量，降低無人機駕駛員培訓(xùn)成本，提高人員持證率及巡檢人員專業(yè)化水平，完善無人機培訓(xùn)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(zé)任公司培訓(xùn)與評價中心無人機培訓(xùn)基地為了滿足日常飛行培訓(xùn)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(dāng)電池容量衰減到60%以下，就無法滿足日常無人機飛行訓(xùn)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(xùn)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(xùn)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(xùn)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(xùn)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(xùn)練中的特性，校驗新研發(fā)電池在實際飛行訓(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(fēng)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(fēng)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(xùn)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(xùn)中的應(yīng)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(xùn)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(yīng)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(xùn)基地的維護費用，有利于無人機培訓(xùn)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??；

（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。