Wie viele Arten von Drohnenbatterien gibt es

Die Entwicklung der Drohnentechnologie ist eng mit Fortschritten in der Batteriechemie verbunden. Die Stromversorgung ist das Herzstück unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) und bestimmt Flugdauer, Leistungsumfang und die Gesamtfähigkeiten. Für Piloten, von Enthusiasten bis zu Profis, ist das Verständnis der Eigenschaften, Vorteile und Grenzen der wichtigsten Batterietypen entscheidend, um die richtigen Werkzeuge auszuwählen und sie sicher und effizient zu betreiben. Dieser Artikel beleuchtet drei Haupttypen von Drohnenbatterien: Lithium-Polymer (LiPo), Lithium-Ionen (Li-ion) und Nickel-Cadmium (NiCd).

Lithium-Polymer (LiPo)-Batterien: Hochleistungsstromquelle

LiPo-Batterien haben sich bei vielen Drohnen für den Consumer- und Leistungsbereich als Standard etabliert, insbesondere im Rennsport, beim Stuntflug und in der hochwertigen Filmmaterialaufnahme. Ihre Beliebtheit resultiert aus Eigenschaften, die den hohen Anforderungen moderner Drohnen gerecht werden.

● Chemie und Aufbau: Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien, die flüssige Elektrolyte verwenden, nutzen LiPo-Batterien halbfeste oder gelartige polymerbasierte Elektrolyte. Sie werden typischerweise in weichen Aluminium-Kunststoff-Folientaschen statt in starren Metallzylindern verpackt. Dieses flexible Design ermöglicht es Herstellern, leichte Batterien in verschiedenen Formen herzustellen, die sich an kompakte und aerodynamische Drohnenkarosserien anpassen lassen.
● Leistungsmerkmale: LiPo-Batterien bieten eine hohe Energiedichte (typischerweise 150–250 Wh/kg) und hohe Entladeströme. Dies führt zu längeren Flugzeiten und ermöglicht kurze Leistungsspitzen für Beschleunigung, Manövrierfähigkeit und Motoren mit hohem Schub. Ihre geringe Selbstentladung hilft zudem, die gespeicherte Energie im Nichtgebrauch zu bewahren.
● Technische Daten und Kennzeichnung: Die Kapazität wird in Milliamperestunden (mAh) oder Amperestunden (Ah) gemessen. Die Spannung hängt von der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen (S) ab, wobei jede Zelle 3,7 V bereitstellt. Beispielsweise liefert ein 3S-Pack 11,1 V, während ein 6S-Pack 22,2 V bereitstellt. Die C-Rate gibt die sichere kontinuierliche Entladefähigkeit an; eine 30C, 5000mAh-Batterie kann kontinuierlich 150 A liefern.
● Vorsichtsmaßnahmen und Sicherheit: LiPo-Batterien sind empfindlich gegenüber unsachgemäßer Verwendung. Überladen über 4,2 V pro Zelle oder Entladen unter 3,2 V kann dauerhafte Schäden, Aufquellen oder sogar Brände verursachen. Sie erfordern spezielle Ladegeräte mit Balancierungsfunktion und sorgfältige Überwachung. Ihre Lebensdauer beträgt typischerweise 150–300 Ladezyklen, was kürzer ist als bei Lithium-Ionen-Batterien. Um die Lebensdauer zu verlängern, sollten sie bei etwa 50 % Ladung in einer kühlen, trockenen Umgebung gelagert werden.

Lithium-Ionen (Li-ion)-Batterien: Ausdauer-Champion

Lithium-Ionen-Batterien sind eine weitere gängige Lithium-basierte Chemieform, die für Anwendungen gewählt wird, bei denen eine längere Flugzeit und eine verlängerte Betriebslebensdauer wichtiger sind als die maximale Leistungsabgabe.

● Chemie und Aufbau: Lithium-Ionen-Batterien verwenden flüssige Elektrolyte und werden üblicherweise in starren zylindrischen (z. B. 18650-Zellen) oder prismatischen Packs angeboten, was sie robust und langlebig macht.
● Leistungsmerkmale: Sie bieten eine hohe Energiedichte, die oft mit der von LiPo-Batterien vergleichbar oder sogar höher ist. Dadurch eignen sie sich ideal für Drohnen im Bereich Vermessung, Inspektion, Überwachung und Fotografie, wo Ausdauer entscheidend ist. Lithium-Ionen-Batterien halten typischerweise 300–500 Zyklen, wobei fortschrittliche Formulierungen 500–1000 Zyklen erreichen können. Sie sind stabiler, weniger anfällig für Aufquellen und unter normalen Bedingungen sicherer.
● Kompromisse: Lithium-Ionen-Batterien haben im Allgemeinen niedrigere maximale Entladeströme als LiPo-Akkus, wodurch sie weniger geeignet für Renn- oder Stunt-Drohnen sind. Sie können zudem bei gleicher Kapazität etwas schwerer sein. Doch Innovationen wie Lithium-Batterien mit hoher Energiedichte (bis zu 400 Wh/kg) erweitern die Grenzen und ermöglichen längere Flugzeiten sowie einen stabilen Betrieb über weite Temperaturbereiche (-40 °C bis 60 °C).

Nickel-Cadmium (NiCd)-Batterien: Robuste und langlebige Veteranen

NiCd-Batterien stellen eine ältere Technologie dar, die in Verbraucher-Drohnen größtenteils durch Lithium-basierte Chemien ersetzt wurde, aber aufgrund ihrer Robustheit in bestimmten Anwendungen weiterhin nützlich sind.

● Chemie und Geschichte: NiCd-Batterien verwenden Cadmium- und Nickelhydroxid-Elektroden mit alkalischen Elektrolyten. Ihre Energiedichte ist deutlich geringer (40–60 Wh/kg), wodurch sie im Vergleich zu Lithium-Batterien schwerer und sperriger sind.
● Vorteile: NiCd-Akkus zeichnen sich unter extremen Bedingungen aus und arbeiten zuverlässig zwischen -20°C und 60°C (teilweise -30°C bis 50°C). Sie vertragen mechanische Stöße, Vibrationen, Überladung und Tiefentladung besser als Lithium-Akkus. Außerdem liefern sie hohe Entladeströme und sind in der Regel günstiger.
● Nachteile und Wartung: NiCd-Akkus leiden unter dem „Memory-Effekt“, bei dem wiederholte teilweise Lade-/Entladezyklen die Kapazität verringern. Regelmäßige vollständige Entladungen sind erforderlich, um die Leistung aufrechtzuerhalten. Sie weisen außerdem hohe Selbstentladungsraten auf und enthalten giftiges Cadmium, was ökologische Bedenken aufwirft. Das Laden ist langsamer (10–16 Stunden mit Erhaltungsladung), obwohl Schnellladen mit 1C in etwa einer Stunde möglich ist.

Fazit: Die richtige Energiequelle wählen

● LiPo-Akkus eignen sich am besten für Hochleistungs-Drohnen, die beim Racing, bei Stunts oder in Eigenbauten verwendet werden, und bieten explosive Leistung sowie ein leichtes Design, erfordern jedoch sorgfältige Handhabung.
● Li-Ionen-Batterien sind ideal für kommerzielle, fotografische und ausdauerorientierte Drohnen, da sie eine ausgewogene Kombination aus Energiedichte, Sicherheit und langer Zyklenlebensdauer bieten.
● NiCd-Batterien eignen sich nur für bestimmte industrielle, militärische oder veraltete Anwendungen, bei denen extreme Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit ihre Nachteile überwiegen.

Während sich die Batterietechnologie weiterentwickelt, zeichnen sich höhere Energiedichten, verbesserte Sicherheit und bessere Temperaturanpassungsfähigkeit ab. Der Kompromiss zwischen Leistung, Ausdauer und Robustheit bleibt zentral für die Drohnenaviatik. Indem Piloten und Betreiber diese grundlegenden Batterietypen verstehen, können sie fundierte Entscheidungen treffen und sicherstellen, dass ihre Drohnen das richtige „Herz“ für die Mission haben.