构建无人机锂离子电池组

格氏电池

在构建锂离子电池组时，请检查机构批准的要求。

构建锂离子电池组首先要满足电压和运行时要求，然后考虑负载，环境，尺寸和重量限制。消费产品的便携式设计需要纤薄的外形，并且选择是棱柱形或袋形电池。如果空间允许，圆柱形电池如18650通常在比能量，安全性和耐用性方面提供最低成本和最佳性能。

大多数用于医疗设备，电动工具，电动自行车甚至电动汽车（EV）动力系统的电池组均基于18650.这似乎不切实际，但小电池效果很好，因为它是最成熟的锂离子电池格式之一，大批量生产，每个Wh的成本低。

圆柱形电池不理想，因为它在多电池配置中留下空的空间。当考虑灵活性和冷却时，这种缺点变成优势。特斯拉S85 EV使用7,000多个电池，并联开关以提升电流并串联以增加电压。如果一个电池串联打开，总功率损耗最小; 如果一个并联短路，保险丝保护将电池从电路中移除。因此可以在不降低电池的情况下消除故障电池。

电动汽车制造商并没有统一选择电池，但是有一种趋势是采用更大的格式来减少支持电子产品，使成品电池组增加20-25％。然而，对于更大的电池，由于更高的电流处理，电子元件变得更加昂贵。根据2015年的报告，使用18650时，特斯拉S 85的每千瓦时成本最低。其他电动车的棱柱电池数量更多，单位成本更高。表1比较了kWh成本。

制作和模型细胞类型每千瓦时的成本比能量

特斯拉S 85,90kWh（2015）*

18650

$ 260℃/千瓦时

250Wh / kg的

特斯拉48kWh第三代

18650

$ 260℃/千瓦时

250Wh / kg的

最佳实践DoE / AABC）

袋/棱柱

$ 350 /千瓦时

150-180Wh / kg的

日产Leaf，30kWh（2016）*

袋/棱柱

$ 455 /千瓦时

80-96Wh / kg的

宝马i3

袋/棱柱

N / A

120Wh / kg的

EV电池的价格比较。批量生产允许使用18650电池的低价格。
* 2015/16特斯拉S 85将电池电量从85kWh增加到90kWh; 日产Leaf从25kWh到30kWh。

电池的设计应允许在没有灾难性事件的情况下发生故障。所有能源最终都会失败，电池也不例外。在发生意外事件后，美国联邦航空局要求将波音梦想飞机787的锂离子电池放入金属容器中，并向外部排气。特斯拉通过在底部添加一个重型钢板来增强EV电池，从而提供额外的保护，防止来自道路的抛射物。

用于电源应用的大型电池被冷却。一些使用杆系统将热量带到外面，另一些使用强制空气或使用液体冷却。液体冷却是优越的，虽然更昂贵，但EV电池倾向于这种形式的冷却。

符合安全认证

信誉良好的电池制造商不向未经认证的电池组装商提供锂离子电池。考虑到锂离子电池可能在保护电路不足的情况下充电和放电超出安全限制，这种预防措施是可以理解的。

为商业市场和航空运输授权电池组的成本可能在10,000美元到20,000美元之间。如此高的价格令人不安，因为他们知道电池制造商会停止使用较旧的电池，以支持更高容量的更换。使用新电池的电池组即使被指定为直接替代品，也需要新的认证。

常见的问题是，“为什么在电池已经批准后需要进行额外的测试？”简单的答案是电池批准不能转移到包装上，因为监管机构将安全确认放在成品而不是组件上。必须对完成的电池进行测试和注册，以确保正确组装并符合安全标准。

作为测试要求的一部分，成品电池必须经过电气和机械评估，以符合“ 危险货物运输建议书”用于航空运输的锂离子电池，由联合国（UN）制定的规则。联合国运输测试（UN / DOT 38.3）与美国联邦航空管理局（FAA），美国运输部（US DOT）和国际航空运输协会（IATA）*合作。该认证适用于一次和二次锂电池。

UN 38.3测试包括：

T1 - 海拔高度模拟：低压模拟15,000米的未加压货舱。
T2 - 热测试：通过在-40°C和+ 75°C下保持电池6小时的温度极限。
T3 - 振动：在7Hz至200Hz的运输过程中模拟振动长达3小时。
T4 - 冲击：在与电池尺寸相关的给定G力下模拟运输过程中的振动。
T5 - 外部短路：50°C时短路，<0.1Ω。表壳不能超过170°C。
T6 - 冲击：> 20mm圆柱形电池经过冲击试验; <20mm细胞类型经过粉碎测试。
T7 - 过充电：充电时间为推荐电流的两倍，持续24小时（仅限二次电池）
T8 - 强制放电：与T7相同，强制放电使用一次和二次电池。

测试电池必须通过测试而不会造成伤害，但此后包装不需要运行。该测试严格用于安全而非消费者耐力。授权实验室需要24个电池样品，包括12个新包装和12个循环50次的样品。IATA希望确保所讨论的电池适航且具有现场完整性; 在测试满足此要求之前，将包装循环50次。

高认证成本阻碍了小型制造商将锂离子电池用于小批量产品，企业家可能会选择镍基系统。这些电池不需要进行空气传输的锂基产品测试。虽然信誉良好的公司遵循指示，但规则正在被打破，处罚也很严厉。

使用锂离子电池的简单指南

• 处理和测试锂离子电池时要小心。
• 不要短路，过充电，挤压，掉落，毁损，渗入异物，反极性，暴露在高温下或拆卸包装和电池。
• 仅使用带指定保护电路和认可充电器的锂离子电池。
• 如果电池组温度在正常充电时升高超过10ºC（18ºF），请停止使用电池和/或充电器。
• 电解液是高度易燃的，电池破裂会导致人身伤害。
  

* IATA（国际航空运输协会）与航空公司和航空运输业合作，促进安全，可靠，安全和经济的航空旅行。

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