Безопасность LiPo

LiPo (lithium polymer, литий-полимерный аккумулятор) — источник энергии всех дронов курса: whoop «Мини» летает на одной банке 1S 450 мА·ч, инженерная платформа «Модуль» — на сборке 6S 4200–5200 мА·ч с силовым разъёмом XT60. Запись «1S» означает одну ячейку, «6S» — шесть ячеек, соединённых последовательно: их напряжения складываются. Ёмкость в миллиампер-часах (мА·ч) говорит, какой ток батарея может отдавать и как долго: 5000 мА·ч — это час разряда током 5 А.

Опасность LiPo — в концентрации энергии и в химии. Плотность энергии у литий-полимерной химии высокая: большой запас в малой массе — то, что нужно летательному аппарату, и то, что опасно в нештатной ситуации. Электролит внутри пакета горюч. Пока оболочка цела, напряжение в рабочем окне и ток под контролем, батарея безопасна.

Но три события могут запустить термический разгон — лавинный саморазогрев, при котором реакция ускоряет сама себя: перезаряд ячейки выше 4.20 В; короткое замыкание (КЗ, короткое замыкание) силовых цепей; механическое повреждение пакета — прокол, пережатие, падение. Разогревшийся пакет вспучивается, дымит и загорается за секунды, а водой горящий литий-полимер тушить нельзя — это отдельное правило, дальше по модулю.

Состояние LiPo читается по напряжению одной ячейки — это главный прибор всего модуля. Четыре опорные точки. Заряд — до 4.20 В на ячейку (сокращённо В/эл — вольты на элемент), выше нельзя: перезаряд — триггер разгона. Хранение — 3.80 В/эл: компромисс, при котором химия стареет медленнее всего — полный заряд деградирует литий, глубокий разряд травмирует. Работа — 3.5–4.2 В/эл: рабочее окно полёта. Тревога — ниже 3.5 В/эл: ячейку снимают с полёта и ставят на землю. Шкала — на диаграмме выше; держите эти четыре числа в голове, они встречаются в каждом задании модуля.

На сборке 6S те же события умножаются на шесть ячеек, поэтому состояние сборки проверяют по напряжениям отдельных ячеек, а не по общему напряжению силового разъёма. Для этого у батареи есть второй разъём — балансирный; его устройство и работа — в следующем блоке.

Маркировка на пакете «Модуля» — «6S · 5000 mAh · 60C» — читается слева направо. 6S — шесть ячеек последовательно; 5000 mAh — ёмкость; 60C — C-рейтинг: максимальный ток разряда в «ёмкостях в час», здесь 60 × 5 А = 300 А. C-рейтинг — ключ ко всей батарейной арифметике: ток в 1C отдаёт полную ёмкость за час, поэтому для батареи 5000 мА·ч ток 1C — это 5 А, а для whoop-банки 450 мА·ч — 0.45 А. Тот же коэффициент задаёт и безопасный ток заряда — им занят калькулятор ниже.

Разъёмов у сборки два, и путать их нельзя. XT60 — силовой разъём: через него батарея отдаёт ток полёта и получает зарядный ток. JST-XH — балансирный разъём: тонкий шлейф, у 6S он семиконтактный (7-pin) — по проводу на каждую из шести ячеек плюс общий. Через балансир зарядник видит напряжение каждой ячейки отдельно и выравнивает — балансирует — их к концу заряда. Заряд без балансира запрещён: одна ячейка может уйти выше 4.20 В при внешне «полном» пакете.

И последнее про провода: у XT60 полярность защищена ключом корпуса, а вот паяные силовые цепи можно собрать криво — переполюсовка 6S сжигает регулятор мгновенно (предупреждение из гайда сборки «Модуля»), поэтому полярность проверяют мультиметром до первого подключения батареи.

Заряд LiPo — управляемая процедура, а не «воткнул и ушёл». Схема работы зарядника — CC/CV (constant current / constant voltage, «постоянный ток / постоянное напряжение»): сначала зарядник держит заданный ток, ячейки растут до 4.20 В; затем держит напряжение, и ток сам спадает к нулю — это доводка. При токе 1C заряд занимает чуть больше номинального часа; точная модель — в задании-калькуляторе.

Место и порядок важнее скорости. Заряжают на негорючем основании — плитка, металлический поддон, LiPo-пакет — вдали от горючих предметов и от путей эвакуации, и не оставляют без присмотра ни на минуту: не тот профиль, дефектная батарея или отказ зарядника развиваются за секунды. Первые две минуты — самые показательные: именно тогда виден нештатный нагрев или вздутие. Контрольное чувство — рука: норма на заряде — тёплая батарея; ориентир курса — корпус выше ~45 °C означает «горячая», это сигнал остановить заряд и снять батарею на негорючее.

Отдельная ловушка — хранение заряженной батареи. Отлетали — ставьте на хранение при 3.80 В/эл; собрались летать — зарядите в тот же день. Пакет, оставленный на 4.20 В на недели, деградирует и вздувается: у новичков это самая частая причина списания.

Повреждённая батарея узнаётся по трём признакам: вздутие (пакет пучит — оболочка уже не держит внутренние процессы), сладковатый «химический» запах, нагрев без нагрузки. Вздутую батарею не заряжают и не используют: её снимают с полётов, убирают в негорючее — песок, металлическое ведро, LiPo-пакет — и сдают в спецпункт приёма батарей. Прокалывать оболочку «чтобы вышел газ» — миф и прямой путь к разгону: прокол и есть триггер.

Штатно списанная батарея (не вздутая) уходит с площадки по протоколу из трёх шагов: разрядить до 0 В лампой подходящего напряжения или разрядником → проверить вольтметром ноль на силовом разъёме → сдать в спецпункт приёма батарей. В бытовой мусор литиевые батареи не выбрасывают никогда. Вздутую разряжать самостоятельно не нужно: её путь короче — негорючее и сразу спецпункт.

Если батарея всё же загорелась: воду не применять — горящий литий-полимер реагирует с ней и струя разносит горящий электролит; пламя засыпают песком или сбивают порошковым огнетушителем (специализированный для литиевых — класса D), людей выводят, помещение проветривают: дым токсичен. Остывшие остатки утилизируют как батарею.