welche Akkus verwenden Drohnen

Drohnenbatterien beeinflussen direkt die Flugdauer, die Leistungsabgabe, die Nutzlastkapazität, die Flugstabilität und die Betriebssicherheit. Die meisten modernen Drohnen verwenden wiederaufladbare Lithium-Batterien, doch die am besten geeignete Batteriechemie und die optimalen Spezifikationen hängen von der Größe des Fluggeräts, den Motoren, der Nutzlast und dem vorgesehenen Einsatzgebiet ab.

In dieser Anleitung erfahren Sie, welche Batterien Drohnen verwenden, wie sich verschiedene Batterietypen vergleichen lassen, wie Sie die Flugdauer berechnen, und wie Sie eine Drohnenbatterie sicher auswählen, laden, lagern und warten.

Welche Arten von Batterien verwenden Drohnen?

Die meisten Consumer-, FPV-, Luftaufnahme- und professionellen Drohnen verwenden einen der folgenden Batterietypen:

– Lithium-Polymer-Batterien (LiPo)
– Lithium-Ionen-Batterien (Li-ion)
– Hochspannungs-Lithium-Polymer-Batterien (LiHV)
– Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4)
– Intelligente Batteriepacks mit integriertem Batteriemanagementsystem (BMS)
– Ältere Nickel-basierte Batterien sind mittlerweile unüblich, da sie schwerer sind und weniger Energie speichern.

1. Lithium-Polymer-Akkus (LiPo)

Lithium-Polymer-Akkus, allgemein als LiPo-Akkus bekannt, sind die am weitesten verbreitete Energiequelle für FPV-Drohnen, Renn-Drohnen, Drohnen für Luftaufnahmen sowie zahlreiche professionelle Fluggeräte.

LiPo-Zellen verwenden eine leichte Folienverpackung, wodurch Hersteller Akkus in verschiedenen Formen und Größen fertigen können. Sie liefern zudem den hohen Strom, der für schnelle Beschleunigung, Steigflug und anspruchsvolle Manöver erforderlich ist.

Vorteile von LiPo-Drohnen-Akkus

entladeraten

Leichtbauweise

Flexible Formen und Abmessungen

Starke Leistungsausgabe

Geeignet für Hochleistungsmotoren

Nachteile von LiPo-Drohnen-Akkus

– Empfindlich gegenüber Überladung und Tiefentladung

-Anfälliger für Quellen und mechanische Beschädigungen

-Erfordern ein kompatibles Balanceladegerät

-Stellen bei Beschädigung oder falscher Ladung ein höheres Brandrisiko dar

-LiPo-Akkus sind im Allgemeinen die beste Wahl für FPV-Racing, Freestyle-Flüge, Luftaufnahmen und andere Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf.

2. Lithium-Ionen-Akkus (Li-ion)

Lithium-Ionen-Akkus verwenden üblicherweise zylindrische Zellen wie 18650- oder 21700-Zellen. Sie bieten in der Regel eine höhere nutzbare Energiedichte und längere Einsatzdauer als Hochentladungs-LiPo-Akku-Packs, obwohl ihre maximale Stromabgabe geringer sein kann.

Vorteile von Lithium-Ionen-Drohnenakkus

-Lange Flugdauer

-Geringe Selbstentladung

-Gute Zykluslebensdauer

– Hohe Energiespeicherung im Verhältnis zum Gewicht

– Geeignet für Langstreckenflüge

Nachteile von Lithium-Ionen-Drohnenbatterien

– Geringere Entladeleistung als viele FPV-LiPo-Batterien

– Weniger geeignet für aggressives Beschleunigen

– Zylindrische Zellen beschränken die Formen von Batteriepacks

– Erfordern präzises Zell-Matching und durchdachtes Pack-Design

Lithium-Ionen-Batterien werden häufig in Drohnen mit langer Einsatzdauer, Kartierungsdrohnen, Inspektionsdrohnen und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen die Flugzeit wichtiger ist als maximale Kurzzeitleistung.

3. Hochspannungs-Lithium-Polymer-Batterien (LiHV)

Hochspannungs-Lithium-Polymer-Batterien, allgemein als LiHV-Batterien bezeichnet, sind für eine höhere maximale Ladespannung ausgelegt als Standard-LiPo-Batterien.

Eine Standard-LiPo-Zelle wird üblicherweise auf 4,20 V geladen, während eine LiHV-Zelle auf etwa 4,35 V geladen werden kann. Dadurch steht etwas mehr gespeicherte Energie zur Verfügung – allerdings nur dann, wenn Drohne und Ladegerät speziell für LiHV-Akkus ausgelegt sind.

Laden Sie niemals einen Standard-LiPo-Akku mit einer LiHV-Ladespannungseinstellung. Dies kann zu Aufquellen, Überhitzung, dauerhaften Schäden oder Brand führen.

4. Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LiFePO4)

Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LiFePO4) zeichnen sich durch hohe thermische Stabilität, lange Zykluslebensdauer und zuverlässige Leistung aus.

Sie kommen bei kleinen Drohnen seltener zum Einsatz, da sie im Allgemeinen weniger Energie pro Kilogramm liefern als LiPo- oder herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus. Ihre Sicherheit und Robustheit machen sie jedoch für bestimmte industrielle, forschungsorientierte und sicherheitskritische Plattformen geeignet.

5. Nickelbasierte Drohnenakkus

Nickel-Cadmium-(NiCad)- und Nickel-Metallhydrid-(NiMH)-Akkus wurden einst in älteren funkgesteuerten Flugzeugen verwendet, doch sie werden für moderne Drohnen nur noch selten ausgewählt.

Diese Akkus sind schwerer und weisen eine geringere Energiedichte als Lithium-Akkus auf. Nickel-Cadmium-Akkus enthalten zudem giftiges Cadmium und können unter dem Memory-Effekt leiden.

Sie kommen möglicherweise noch in älterer Ausrüstung, Lehrflugzeugen oder speziellen Systemen vor, sind jedoch im Allgemeinen für moderne Hochleistungsdrohnen ungeeignet.

Verständnis der Drohnen-Akku-Spannung

Die Spannung eines Drohnen-Akkus hängt hauptsächlich von der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen ab. Der Buchstabe „S“ steht für die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen.

Eine höhere Spannung ermöglicht es einem Motorensystem, bei geringerem Strom die gleiche Leistung zu erzeugen. Die Motoren, elektronischen Drehzahlregler, Flight-Controller und sonstigen Komponenten der Drohne müssen jedoch die gewählte Spannung unterstützen.

Ersetzen Sie niemals einen Akku durch ein Modell mit höherer Spannung, es sei denn, der Luftfahrzeughersteller bestätigt ausdrücklich die Kompatibilität.

Was bedeutet Batteriekapazität?

Die Batteriekapazität wird in Milliamperestunden (mAh) oder Amperestunden (Ah) gemessen. Sie gibt an, wie viel elektrische Ladung die Batterie speichern kann.

Eine Batterie mit höherer Kapazität kann möglicherweise eine längere Flugzeit ermöglichen, ist jedoch auch größer und schwerer. Falls das zusätzliche Gewicht zu hoch ist, müssen die Motoren mehr Leistung aufwenden, um die Drohne in der Luft zu halten, wodurch der erwartete Vorteil hinsichtlich Ausdauer verringert wird.

Daher ist die beste Drohnenbatterie nicht immer diejenige mit der höchsten Kapazität. Es ist vielmehr die Batterie, die das beste Gleichgewicht zwischen Kapazität, Gewicht, Leistungsabgabe und Kompatibilität mit dem Fluggerät bietet.

Was ist die C-Zahl einer Drohnenbatterie?

Die C-Zahl gibt an, wie schnell eine Batterie sicher entladen werden kann.

Maximaler Dauerstrom (A) = Batteriekapazität (Ah) × C-Zahl

Beispielsweise beträgt die Kapazität einer 4000-mAh-Batterie 4 Ah. Bei einer angegebenen kontinuierlichen Entladerate von 50C gilt:

4 Ah × 50C = 200 A

In der Praxis werden angegebene C-Werte nicht immer anhand einheitlicher Prüfnormen gemessen. Käufer sollten zudem Spannungseinbrüche, Innenwiderstand, Betriebstemperatur, Anschlussbeschränkungen sowie Hersteller-Prüfdaten berücksichtigen.

Das Überschreiten des sicheren Entladestroms der Batterie kann zu Überhitzung, plötzlichen Spannungseinbrüchen, Aufquellen, verkürzter Zyklenlebensdauer oder dauerhaften Schäden führen.

Welche Batterien eignen sich für welche Drohnentypen?

FPV-Racing- und Freestyle-Drohnen

FPV-Drohnen verwenden üblicherweise Hochentladungs-LiPo-Batterien. Racing-Piloten benötigen leichte Akkupacks, die während plötzlicher Beschleunigung und schneller Richtungswechsel hohe Ströme liefern können.

Häufig verwendete Konfigurationen sind 4S- und 6S-Packs; die richtige Spannung hängt jedoch von den Spezifikationen des Motors und des elektronischen Drehzahlreglers ab.

Luftaufnahmen und Consumer-Drohnen

Drohnen für Luftaufnahmen verwenden üblicherweise proprietäre intelligente Lithium-Akkupacks. Diese Akkus können Elektronik enthalten, die Temperatur, Spannung, Ladezyklen, Zellenausgleich und verbleibende Kapazität überwacht.

Einige intelligente Akkus bieten zudem eine automatische Entlade-Funktion für die Lagerung.

Langstreckendrohnen

Langstreckendrohnen verwenden häufig Lithium-Ionen-Akkupacks, da die Flugdauer wichtiger ist als maximale Kurzzeitleistung. Die Motoren und Propeller müssen innerhalb der Stromgrenzen des Akkus effizient arbeiten.

Landwirtschaftliche und industrielle Drohnen

Drohnen für landwirtschaftliches Besprühen, Kartierung, Lieferung und Inspektion benötigen größere Akkupacks, um schwerere Nutzlasten zu unterstützen.

– Zu diesen Akkus gehören möglicherweise:

– Hochstromzellen

– Verstärkte Gehäuse

– Temperatursensoren

- Kommunikationsschnittstellen

- Batteriemanagementsysteme

- Kundenspezifische Steckverbinder

- Schutz vor Stößen und Vibrationen

Spezialdrohnen

Spezialdrohnen erfordern möglicherweise kundenspezifische Akkus für extreme Temperaturen, Vibrationen, Stöße, verlängerte Ausdauer oder Hochlagenbetrieb.

So berechnen Sie die Flugzeit einer Drohne

Eine vereinfachte Schätzung der Flugzeit lässt sich mithilfe der Batterieenergie und des durchschnittlichen Leistungsverbrauchs berechnen:

Flugzeit (Stunden) = Akkukapazität (Ah) × Nennspannung (V) × Systemwirkungsgrad ÷ Durchschnittlicher Leistungsverbrauch (W)

Beispielsweise speichert ein 5-Ah-, 14,8-V-Akku etwa:

5 Ah × 14,8 V = 74 Wh

Wenn die Drohne durchschnittlich 500 W verbraucht und der Systemwirkungsgrad auf 80 % geschätzt wird:

74 Wh × 0,8 ÷ 500 W = 0,118 Stunden

Das entspricht ungefähr sieben Minuten.

Die tatsächliche Flugzeit kann beeinflusst werden durch:

– Flugzeuggewicht

– Nutzlast

– Windgeschwindigkeit

– Propellereffizienz

– Fluggeschwindigkeit

- Aggressives Beschleunigen

- Umgebungstemperatur

- Alter der Batterie

- Innener Widerstand

- Erforderliche Lande-Reserve

Piloten sollten normalerweise landen, bevor die Batterie vollständig entladen ist. Die Aufrechterhaltung einer angemessenen Reserve verringert das Risiko plötzlicher Spannungseinbrüche und schützt die Zellen.

Sicheres Laden eines Drohnenakkus

Verwenden Sie stets ein Ladegerät, das für die Chemie, die Spannung und die Zellanzahl der Batterie ausgelegt ist.

Für einen Standard-FPV-LiPo-Akku:

1. Prüfen Sie den Akku auf Schwellung, Durchstiche, beschädigte Kabel oder lose Steckverbindungen.

2. Bestätigen Sie die richtige Batteriechemie und die Anzahl der Zellen in Serie am Ladegerät.

3. Schließen Sie sowohl die Hauptstromleitung als auch den Ausgleichsanschluss an, wenn ein Ausgleichsladen erforderlich ist.

4. Wählen Sie einen geeigneten Ladestrom. Eine Laderate von 1C wird üblicherweise verwendet, es sei denn, der Hersteller gibt etwas anderes vor.

5. Laden Sie die Batterie auf einer nicht brennbaren Oberfläche in einem gut belüfteten Bereich.

6. Bleiben Sie während des gesamten Ladevorgangs in der Nähe.

7. Trennen Sie die Batterie nach Abschluss des Ladevorgangs ab.

Ein Laden mit 1C bedeutet nicht immer, dass die Batterie genau innerhalb einer Stunde vollständig geladen ist. Die abschließenden Ausgleichs- und Konstantspannungsphasen können die gesamte Ladezeit verlängern.

Wie sollten Drohnenbatterien gelagert werden?

Lithiumbatterien sollten weder über längere Zeit vollständig geladen noch tiefentladen bleiben.

Für viele LiPo-Batterien ist eine Lagervoltzahl von etwa 3,7–3,85 V pro Zelle geeignet. Befolgen Sie stets die Anweisungen des Batterieherstellers, da intelligente Batterien die Entladung für die Lagerung möglicherweise automatisch steuern.

Für eine sicherere Aufbewahrung:

1. Entfernen Sie den Akku nach dem Abkühlen von der Drohne.

2. Bewahren Sie ihn an einem kühlen, trockenen und gut belüfteten Ort auf.

3. Vermeiden Sie direkte Sonneneinstrahlung und Wärmequellen.

4. Schützen Sie die Pole vor unbeabsichtigten Kurzschlüssen.

5. Halten Sie den Akku von brennbaren Materialien fern.

6. Überprüfen Sie gelagerte Akkus regelmäßig auf Aufquellen oder ungewöhnlichen Spannungsverlust.

Wann sollte ein Drohnenakku ausgetauscht werden?

– Hören Sie auf, einen Akku zu verwenden, wenn Sie Folgendes bemerken:

– Aufquellen oder Blasenbildung

- Risse, Durchstiche oder eingedrückte Bereiche

- Elektrolyt-Austritt

- Beschädigte Stecker oder Kabel

- Ungewöhnliche Wärmeentwicklung beim Laden oder im Betrieb

- Starke Zellspannungs-Unausgewogenheit

- Rasch abnehmende Flugzeit

- Starke Spannungseinbrüche

- Deutlich erhöhter Innenwiderstand

Punkten, zerdrücken, verbrennen oder an einer sichtbar beschädigten Lithium-Batterie testen Sie nicht. Isolieren Sie sie sicher und bringen Sie sie gemäß lokaler Vorschriften zu einer autorisierten Batterie-Recycling- oder Sonderabfall-Einrichtung.

Dürfen Drohnen-Akkus im Flugzeug mitgenommen werden?

Fluggesellschaften wenden strenge Regeln für Lithiumbatterien an. Ersatz-Drohnenbatterien müssen in der Regel im Handgepäck und nicht im aufgegebenen Gepäck mitgeführt werden. Ihre Anschlüsse müssen zudem vor Kurzschlüssen geschützt sein.

Batteriebeschränkungen beruhen üblicherweise auf der Angabe in Wattstunden:

Wattstunden (Wh) = Nennspannung (V) × Kapazität (Ah)

Die Regeln können je nach Fluggesellschaft, Land, Batteriegröße und Flugstrecke variieren. Prüfen Sie vor Ihrer Reise die aktuellen Vorgaben der jeweiligen Fluggesellschaft sowie der zuständigen Luftfahrtbehörde. Beschädigte oder aufgequollene Batterien dürfen niemals mitgenommen werden.

So wählen Sie einen Drohnenbatterie-Hersteller aus

Bei kommerziellen und kundenspezifischen Drohnenprojekten sollte ein Batteriehersteller nicht allein nach dem Preis bewertet werden.

Wichtige Faktoren sind:

- Erfahrung mit LiPo- und Lithium-Ionen-Batteriepacks

- Zellbeschaffung und Rückverfolgbarkeit

- Konsistenz von Spannung, Kapazität und Innenwiderstand

- Entwicklung von Batteriemanagementsystemen

-Individuelle Form- und Steckerverbindungs-Optionen

-Schaltungsschutz-Design

-Prototypen- und Testmöglichkeiten

-Produktionskapazität und Liefersteuerung

-Qualitätsmanagementverfahren

-Technischer Support und Garantieservice

Je nach Produkt und Zielmarkt können relevante Unterlagen UN38.3, MSDS, IEC 62133, CE, RoHS oder andere anwendungsspezifische Zertifizierungen und Prüfberichte umfassen.

Ein professioneller Individualisierungsprozess umfasst normalerweise die Bestätigung der Anforderungen, das elektrische Design, das konstruktive Design, die Herstellung von Mustern, die Leistungsprüfung, die Sicherheitsverifikation, die Optimierung sowie die Serienfertigung.

Zukünftige Drohnenbatterietechnologien

Lithium-Ionen- und LiPo-Akkus werden weiterhin weit verbreitet sein, doch mehrere neuartige Technologien könnten die Flugdauer und Sicherheit von Drohnen verbessern.

Festkörperbatterien

Feststoffbatterien ersetzen herkömmliche flüssige oder gelartige Elektrolyte durch feste Materialien. Zu ihren potenziellen Vorteilen zählen verbesserte Sicherheit und eine höhere Energiedichte, doch bleiben Herstellungskosten und großtechnische Kommerzialisierung weiterhin Herausforderungen.

Lithium-Schwefel-Batterien

Die Lithium-Schwefel-Technologie könnte eine höhere spezifische Energie als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien liefern. Sie wird für Langstrecken-Anwendungen in der Luftfahrt untersucht, doch müssen Lebensdauer, Stabilität und kommerzielle Skalierbarkeit noch verbessert werden.

Lithium-Metall-Batterien

Lithium-Metall-Zellen könnten die gespeicherte Energie erheblich steigern, ohne das Batteriegewicht entsprechend zu erhöhen. Sicherheit, Zyklenlebensdauer, Dendritenbildung und Fertigungskonsistenz bleiben jedoch wichtige Entwicklungs-Herausforderungen.

Wasserstoff-Brennstoffzellen

Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme können bestimmten industriellen Drohnen eine längere Einsatzdauer ermöglichen. Sie sind komplexer als wiederaufladbare Batteriepacks und erfordern Wasserstoffspeicherung, unterstützende Ausrüstung sowie spezielle Betriebsverfahren.

Intelligente Batterie-Management

Zukünftige Drohnenbatterien werden zunehmend intelligente Überwachungssysteme nutzen, um die verbleibende Flugzeit abzuschätzen, Zellungleichgewichte zu erkennen, Alterungsprozesse vorherzusagen und unsicheren Betrieb zu verhindern.

Häufig gestellte Fragen

Welche Batterien verwenden die meisten Drohnen?

Die meisten modernen Drohnen verwenden Lithium-Polymer- oder Lithium-Ionen-Batterien. FPV-Drohnen verwenden üblicherweise Hochentladungs-LiPo-Akkus, während Langstreckenfluggeräte möglicherweise Lithium-Ionen-Akkus einsetzen.

Darf ich eine Batterie mit höherer Kapazität in meiner Drohne verwenden?

Nur, wenn Spannung, Abmessungen, Gewicht, Stecker, Entladefähigkeit sowie die Auswirkung auf den Schwerpunkt des Fluggeräts mit der Drohne kompatibel sind.

Darf ich eine 4S-Batterie durch eine 6S-Batterie ersetzen?

Nein, es sei denn, Motoren, elektronische Drehzahlregler und andere elektronische Komponenten sind ausdrücklich für die 6S-Spannung zugelassen.

Wie lange hält ein Drohnen-Akku?

Die Flugzeit kann von nur wenigen Minuten bei Renn-Drohnen bis zu mehr als 30 Minuten bei effizienten Luftaufnahmedrohnen oder Langstrecken-Drohnen reichen.

Die Lebensdauer der Batterie hängt von der Betriebstemperatur, der Entladetiefe, den Ladegewohnheiten, den Lagerbedingungen und der Betriebslast ab.

Warum entlädt sich mein Drohnenakku so schnell?

Mögliche Ursachen sind kaltes Wetter, eine hohe Nutzlast, starke Winde, aggressives Fliegen, ineffiziente Propeller, alternde Zellen, erhöhter Innenwiderstand oder ungeeignete Akkuspezifikationen.

Fazit

Welche Akkus verwenden Drohnen also? Die meisten Drohnen setzen auf LiPo-Akkus für hohe Leistung und flexible Verpackung oder auf Lithium-Ionen-Akkus für längere Einsatzdauer. LiHV- und LiFePO4-Akkus erfüllen spezialisierte Anforderungen, während neuartige Technologien zukünftige Langstreckenfluggeräte unterstützen könnten.

Die Auswahl des richtigen Drohnenakkus erfordert mehr als nur die Übereinstimmung von Spannung und Kapazität. Sie müssen außerdem die Zellanzahl, die Entladerate, das Gewicht, die Abmessungen, den Steckertyp, die Betriebstemperatur, den Strombedarf des Fluggeräts, die Lademethode und den Sicherheitsschutz berücksichtigen.

Drei Regeln sind besonders wichtig:

1. Lassen Sie niemals einen Lithium-Akku unbeaufsichtigt laden.

2. Verwenden Sie eine aufgeblähte, undichte oder mechanisch beschädigte Batterie niemals weiter.

3. Lagern Sie die Batterie bei der vom Hersteller empfohlenen Spannung an einem kühlen, trockenen und geschützten Ort.

Dieser umfassende Leitfaden behandelt Drohnenbatterietypen, Leistungskennwerte, Sicherheit und Wartung. Er erläutert LiPo-, Li-ion-, LiHV- und LiFePO4-Batterien sowie Spannung, Kapazität, C-Rating, Berechnung der Flugzeit, Laden, Lagerung und Anzeichen für einen Batterieaustausch. Außerdem werden zukünftige Technologien wie Feststoff-, Lithium-Schwefel- und Lithium-Metall-Batterien für längere Einsatzdauer vorgestellt.