无人机电池安装

经过多年来制造和飞行数百架无人机,我了解到如何固定电池比许多飞行员意识到的要重要得多。本指南探讨了将锂聚合物和锂离子电池安装到无人机机架上的各种方法,并深入了解哪些方法最适合不同的飞行风格和情况。

简介:为什么电池安装很重要

正确的电池安装会影响无人机性能和安全的几个关键方面:

• 重心:电池位置直接影响飞行特性
• 抗撞性:安全安装可防止撞击时弹出
• 减震:某些安装方法可减少振动
• 重量分布:影响操控性,尤其是在激烈的机动中
• 快速取用:可在野外高效更换电池
• 热量管理:正确安装有助于电池冷却
• 机架应力:不正确的安装会给机架带来压力或损坏

我见过无数无人机因飞行中电池移位或机动时弹出而坠毁。松动的电池可能导致灾难性故障——从突然断电到电池引线甩动损坏电子设备。花时间进行适当的电池安装是您可以采取的最具成本效益的安全措施之一。

常见的电池安装方法

有几种固定电池的方法,每种方法都有明显的优点和局限性:

1. 绑带系统

电池绑带是最常见的安装方法,尤其是在FPV社区:

对于我的大多数自由式搭建,我使用20mm硅胶背绑带,它提供了出色的抓力,同时仍允许快速更换电池。对于每克都很重要的竞速搭建,我可能会选择更轻的尼龙绑带,为了减重而接受略微降低的安全性。

绑带放置技巧

绑带的布线和张力方式显著影响其有效性:

1. 交叉绑带法:两条绑带呈X形
   • 提供最大安全性
   • 防止各个方向的移动
   • 最适合激进的飞行风格
2. 平行绑带法:两条或更多平行绑带
   • 均匀分布压力
   • 更容易更换电池
   • 适用于大多数应用
3. 穿环法:绑带穿过机架开口
   • 与机架非常牢固地连接
   • 防止绑带移动
   • 需要兼容的机架设计

我发现对于自由式和长距离飞行,在电池两端各用一条平行绑带可以在安全性和便利性之间取得最佳平衡。对于竞速,由于高G机动更容易弹出,交叉绑带法提供了额外的安全性。

2. 基于垫片的系统

各种垫片材料可单独使用或与绑带结合使用:

垫片系统通过在电池和安装面之间产生摩擦来工作。它们特别有效用于:

• 减少传递到电池的振动
• 防止横向移动
• 在极端温度下提供隔热

对于我的电影搭建,减震至关重要,我使用3mm硅胶垫片和绑带。垫片将电池与机架振动隔离,而绑带提供安全性。

3. 机架集成解决方案

许多现代机架包括专为电池安装设计的功能:

框架集成解决方案通常提供最整洁和最安全的安装方式，但以灵活性为代价。选择框架时，请考虑其电池安装系统如何适应您首选的电池。

我特别欣赏设计精巧的绑带通道的框架，它可以防止绑带滑动，同时仍然允许针对不同电池尺寸进行一些调整。

4. 笼子和托盘系统

对于最大安全性或特殊应用，封闭式系统具有以下优势：

这些系统通常比绑带或垫子方法增加更多重量，但提供更高的安全性。它们特别适用于：

• 商业运营，电池弹出将是灾难性的
• 在极端条件下飞行（大风，湍流）
• 需要非常频繁更换电池的应用

对于远离家的长距离构建，我有时会使用轻质 TPU 打印的部分笼子和绑带，接受小的重量损失以换取额外的安全性。

5. 混合方法

大多数有经验的飞行员最终会开发出结合多种方法的混合安装系统：

我个人对大多数构建的偏好是以下组合：

1. 电池底部的硅胶垫
2. 两条硅胶背绑带
3. 边缘处的小型 TPU 电池保险杠

这种组合在减震和保护电池边缘免受撞击的同时提供出色的安全性。

不同无人机类型的电池安装

不同的无人机类型和飞行风格对电池安装有独特的要求：

竞速无人机

对于竞速，优先事项是：

• 最小重量：每克都很重要
• 安全安装：高 G 转弯和潜在撞击
• 快速更换：热赛之间快速更换电池

推荐方法：

• 轻质但强韧的绑带（通常宽度为 20 毫米）
• 最小填充以节省重量
• 考虑使用 TPU 电池保险杠以防止撞击时弹出
• 定位电池以获得最佳重心

自由式无人机

自由式飞行要求：

• 非常安全的安装：倒飞、翻转、滚转
• 抗撞性：在不可避免的撞击中提供保护
• 平衡的重量分布：用于可预测的操控

推荐方法：

• 交叉图案的硅胶背绑带
• TPU 电池板或保险杠
• 下方的防滑垫
• 定位电池以实现略微前重的平衡

长航时无人机

长航时设置需要：

• 绝对可靠性：远距离时故障不是一个选项
• 高效冷却：延长飞行时间会产生热量
• 重量效率：每克都会影响航程

推荐方法：

• 安全绑带和 TPU 支架的组合
• 允许电池周围有一些空气流通以进行冷却
• 考虑电池位置以获得最佳空气动力学
• 冗余安装（辅助保留系统）

航拍无人机

为了获得平稳的镜头，优先事项是：

• 减震隔离：防止镜头中的果冻效应
• 绝对安全：保护昂贵的相机设备
• 平衡精度：保持完美的云台性能

推荐方法：

• 厚硅胶/凝胶垫,用于减震
• 宽而安全的绑带(25-30mm)
• 电池位置要能完美平衡云台
• 考虑快拆系统以提高生产效率

电池位置和重心

电池放置的位置显著影响飞行特性:

水平定位

垂直定位

电调叠放位置

对于大多数自由式机架,我通常将电池放在略靠前的中心位置,这提供了略微头重的平衡,有助于前飞稳定性,同时仍保持良好的灵活性。对于竞速机架,我将电池放在更靠前的位置,以改善前飞特性。

DIY电池安装方案

定制方案可以满足特定需求或限制:

3D打印选项

如果你可以使用3D打印机,可以考虑这些定制方案:

1. TPU电池板
   • 根据你的机架和电池定制尺寸
   • 可以包括绑带槽和保护圈等特性
   • 柔性材料可吸收冲击
2. 电池保护圈/护罩
   • 保护电池边角
   • 防止撞击时弹出
   • 可针对特定电池尺寸设计
3. 快拆机构
   • 根据你的特定需求定制设计
   • 可兼顾安全性和快速更换
   • 通常结合打印件和五金件使用

我为我的机架设计了几个TPU电池板,包括集成的保护圈和绑带槽。这些提供了出色的保护,同时确保电池始终保持完美定位。

改装材料

没有3D打印机?试试这些替代品:

1. 手工泡沫+双面胶
   • 便宜的减震方式
   • 可以切割成所需的确切尺寸
   • 增重极少
2. 硅胶厨房垫
   • 出色的防滑性能
   • 可以切割成合适尺寸
   • 耐热且耐用
3. 橡胶置物垫
   • 防滑性好,易于获得
   • 便宜且易于加工
   • 有各种厚度可选
4. 旧鼠标垫
   • 防滑和缓冲性能都不错
   • 通常免费(改装)
   • 易于切割和塑形

我最喜欢的一个DIY方案是从硅胶厨房垫上切下小块,制作定制尺寸的电池垫。这以最低的成本提供了出色的防滑和减震效果。

商用电池安装产品

许多专门设计的产品比DIY方案有优势:

虽然DIY方案可以很好地工作,但商用产品通常提供更精致的设计,值得它们的成本。我特别推荐投资高质量的硅胶背衬绑带,因为与基本的尼龙绑带相比,它们有显著改进。

常见的电池安装错误

避免这些我观察到的(偶尔我自己也会犯的)常见错误:

张力不足

问题: 绑带太松,导致电池移位
解决方案: 确保绑带足够紧,电池不能移动,但又不能太紧以致损坏电池

完全依赖魔术贴/尼龙搭扣

问题: 剧烈动作时粘合剂会失效
解决方案: 将魔术贴作为辅助系统,绑带作为主要固定方式

阻碍电池散热

问题: 完全包裹电池会阻碍散热
解决方案: 确保电池周围有一定的空气流通,特别是长时间飞行时

绑带布置不当

问题: 飞行中绑带从电池边缘滑落
解决方案: 使用带绑带槽的机架或添加TPU导向件以保持绑带位置

忽视电池保护

问题：电池在碰撞中损坏
解决方案：使用 TPU 保险杠或保护壳添加边缘保护

忽视平衡问题

问题：电池位置造成操控问题
解决方案：测试不同位置以找到最佳重心

我曾经因为使用磨损的绑带导致电池在翻转过程中移位，造成灾难性坠机而损失了一架昂贵的无人机。从那时起，我定期检查绑带，一旦发现磨损迹象就立即更换。

极端条件下的电池安装

特殊情况需要额外考虑：

高振动环境

对于在工业设备附近或使用不平衡螺旋桨的无人机：

• 使用厚硅胶垫（3-5mm）
• 考虑双层减震系统
• 使用软安装将电池与机架隔离

极端温度

对于非常炎热或寒冷的环境：

• 在高温下允许额外的冷却空间
• 在极寒条件下对电池进行隔热
• 使用耐温安装材料
• 考虑在电池和机架之间使用隔热屏障

高冲击应用

对于竞速或激进的自由式飞行：

• 使用冗余安装系统
• 在电池所有角落添加 TPU 保护
• 考虑全封闭或部分封闭的保护架系统
• 使用防割的凯夫拉绑带

水/湿气暴露

对于在水域附近作业：

• 使用非吸水性安装材料
• 确保进水时有排水通道
• 考虑在电池连接处使用三防涂层
• 使用耐腐蚀硬件

在瑞士阿尔卑斯山的冬季飞行中，我使用隔热垫和防风电池包的组合来维持电池温度，并使用即使在极寒条件下也能保持弹性的硅胶背绑带。

来自经验的专业提示

经过多年的实验，以下是我关于电池安装的顶级见解：

1. 飞行前检查：起飞前务必用力拉扯电池，以验证安装是否牢固
2. 绑带维护：一旦绑带出现任何磨损或弹性下降的迹象，请立即更换
3. 垫片更换：当防滑垫开始积聚碎屑或失去粘性时，请清洁或更换
4. 温度考虑：在寒冷天气下使用稍微松一些的绑带，因为电池在温暖时可能会膨胀
5. 坠机检查：在任何坠机后再次飞行之前，务必检查安装系统
6. 电池尺寸标准化：如果可能，在您的机队中标准化使用 1-2 种电池尺寸，以实现一致的安装
7. 起落架间隙：确保电池安装不会干扰起落架压缩
8. 线缆管理：布置电池线缆，以防止在安装/拆卸电池过程中受到拉伸或损坏
9. 绑带宽度选择：对于较大的电池，使用较宽的绑带（25-30mm），对于较小的机型，使用较窄的绑带（15-20mm）
10. 备用固定：对于关键操作，考虑使用安全绳等辅助固定系统

常见问题解答：关于电池安装的常见问题

哪种更好：一条厚绑带还是两条较薄的绑带？

即使单条绑带更厚，两条绑带几乎总是比一条好。两条绑带可以防止电池围绕单一轴旋转，并在一条绑带失效时提供冗余。我建议大多数机型使用两条 20mm 宽的绑带，而不是一条 30mm 宽的绑带。

电池绑带应该系到多紧？

绑带应该系到电池在受到中等力时无法移动的程度，但不要太紧以至于变形电池或使拆卸困难。你应该能够用力将手指伸到绑带下面。过度拧紧会随着时间的推移损坏电池电芯。

在电池安装系统中使用金属硬件安全吗？

只要金属硬件（螺钉、螺母等）不会接触到电池的电气连接或刺穿电池包装，就可以安全使用。我建议在任何金属部件和电池本身之间使用 TPU 或塑料保护。为了最大限度地提高安全性，请避免在电池安装系统中使用裸露的金属。

如何判断我的电池安装是否足够牢固？

飞行前进行以下测试：在无人机关闭电源的情况下，牢牢握住它并在所有方向上用力摇晃。然后将其倒置并再次摇晃。如果电池有任何移动，则需要改进您的安装系统。对于自由式飞行或竞速，测试应该更加严格。

对于不同类型的电池（锂聚合物 vs 锂离子），我应该使用不同的安装方法吗？

是的。锂离子电芯（尤其是在没有硬壳的电池组中）比锂聚合物电池更容易受到物理损坏。它们可以从额外的保护中受益，如 TPU 外壳或保险杠。此外，锂离子电池组通常更重，可能需要更强大的安装系统。我对锂离子电池组使用更全面的保护，特别是在长航时机型上。

结论

正确的电池安装是无人机制造和维护中至关重要但经常被忽视的一个方面。正确的安装解决方案取决于您的特定无人机、飞行风格和操作环境。通过了解本指南中概述的原则和选项，您可以开发一个提供安全性、便利性和适当保护的电池安装系统。

请记住，电池安装直接影响安全性——脱落的电池可能导致灾难性故障和潜在伤害。投入时间开发和维护可靠的安装系统，并将其检查纳入飞行前例行程序。

我发现电池安装的小细节——绑带的质量、垫片的位置、边缘保护的添加——通常将一架仅仅功能齐全的无人机与一架真正可靠且令人愉悦的无人机区分开来。这些细节值得认真对待。

参考资料和延伸阅读

内部参考

• 无人机飞行前检查清单
• 无人机布线指南：了解线规、类型和最佳实践
• 无人机电池类型和化学成分概述
• 无人机机架：尺寸、材料和选择

外部资源

• 无人机电池安全指南
• 3D 可打印电池支架仓库