无人机废旧电池二次开发与利用

贵州电网有限责任公司培训与评价中心 王 翀 王德贺 李仙琪 张俊伟

在使用过程中，多旋翼无人机电池的容量会随着使用次数出现衰减现象，功率也会随之减退，使无人机电池性能下降，并影响其安全性。本文针对无人机培训中广泛使用的“大疆精灵4pro”系列无人机，对贵州电网有限责任公司培训与评价中心大量废旧电池进行二次开发与利用，设计研制一款扩容电池，有效提升了电池的续航能力，保证了电池功率的稳定，维护了电池性能，保障了电池使用的安全性。

1 研发背景

贵州电网有限责任公司培训与评价中心结合贵州电网公司无人机培训需求，成立了专门的无人机取证培训基地，旨在结合现场作业及专业技能提升培训质量，降低无人机驾驶员培训成本，提高人员持证率及巡检人员专业化水平，完善无人机培训体系，有效促进输配电线路“机巡+人巡”运维模式转变，保障巡检工作的开展。

目前贵州电网有限责任公司培训与评价中心无人机培训基地为了满足日常飞行培训需求，需针对不同无人机型号匹配充足的电池，现有库存各类电池数量超过100块，随着使用次数的增加，电池的容量和续航能力会逐步衰减，当电池容量衰减到60%以下，就无法满足日常无人机飞行训练的需求。

无人机电池的容量和续航能力的衰减所带来的损耗，对于培训基地维护成本也是一笔不小的费用支出。解决无人机电池使用的效率问题，针对废旧电池进行二次改造利用，并在参数安全的情况下对主要使用机型的电池进行增容，可以很大程度上减少电池的更新换代频率，降低飞行训练成本。

2 研发内容

设计研制一款针对目前主要使用机型——“大疆精灵4pro”的扩容电池（如图1所示）。主要是利用培训基地现有大量废旧电池进行二次开发。二次开发的重点是在扩容后的电池与原装电池参数相匹配的前提下，有效地提升电池的续航能力。大致的流程环节分为5个部分：

图1 “大疆精灵4pro”的扩容电池

（1）选电芯——匹配容量、电压一致的；（2）电芯焊接——利用开发的焊接平衡板进行全铺焊锡连接；（3）原装电路板电池保护输出的二次使用；（4）针对双电数据进行调整测试；（5）根据电池外观3D打印所设计的外壳。

经过上述五个环节进行电池的二次开发与利用，电池的续航能力理论数值可以达到原来的1.5倍以上，完全满足日常的飞行训练需求，节约了大量的新电池更新费用。

3 产品试验

为了解因使用次数增加而衰减的无人机电池在实际飞行训练中的特性，校验新研发电池在实际飞行训练中的可行性，使用电池容量与功率不同程度衰减的无人机电池进行了8次飞行试验；使用本文研发的扩容电池进行了3次飞行试验。记录了试验中无人机飞行状态，分析了已衰减电池的安全隐患，对本文研发的扩容电池提供了可行性依据。

试验显示：

因已衰减电池输出功率不稳定，无人机飞行过程中遇风表现出的不平稳幅度与频率显著高于新研发扩容电池；

已衰减电池在无人机爬升过程中爬升，因最大输出功率不足，无法支持较快爬升速度；

水平前飞和缓慢降高时，已衰减电池与新研发电池表现基本持平；

已衰减电池掉电速度较新研发电池更快，在飞行过程中，出现失控现象，有一定坠落风险，新研发扩容电池在正常飞行过程中没有出现失控现象。

无人机电池是多旋翼无人机在巡检工作与岗前培训中的技术重点，有力的支持了无人机在各种实际工作与培训中的应用范围的扩大。本文研发的扩容电池，完美匹配了“大疆精灵4pro”系列无人机的动力系统，大幅提高了单次飞行时长，正常飞行训练所消耗的电池功率稳定，可长时间满足无人机的工作负荷，提升无人机的续航能力与安全性。在多次试验中，验证了该扩容电池的应用可行性与安全性。该扩容电池的生产成本，远低于重新采购原装电池所产生的成本，大大减少了培训基地的维护费用，有利于无人机培训工作的持续展开与南方电网公司无人机线路巡检工作的可持续发展。

加工：

（1）3D外观打印；

（2）电芯焊接（需要根据电池参数定制开发焊接平衡板，进行全铺焊锡连接）；

（3）电池保护输出pcb板开发。

测试：

（1）双电数据测试与调整优化；

（2）电池保护输出pcb板稳定测试；

（3）电池改造后起飞认证数据测试。