Miksi dronit käyttävät lipo-akkua

I. Litium-ionin ja litium-polymeeriakkujen yleiskatsaus

1.1 Mitä litium-ionin akut (Li-ion) ovat?

• Rakenne ja energiatiheys
Litium-ionin akut käyttävät tyypillisesti lieriö- tai suorakulmaisia metallikuoria, jotka on täytetty nestemäisellä elektrolyytillä. Niiden ominaisuuksiin kuuluu:
Erinomainen tilavuusenergiatiheys (Wh/kg)
Korkean rakenteellisen vahvuuden ja vakauden
Hieman raskaampi paino
Alhaisempi purkautumiskyky verrattuna LiPo-akkuihin
Korkean energiatiheyden ansiosta litium-ionin akkuja käytetään laajalti:
Kannettavat tietokoneet
Sähköajoneuvot
Ilmakuvauslennot
Pitkäkestoisissa järjestelmissä

• Litiumioniakun avainominaisuudet
Suuri energiatiheys, joka mahdollistaa pidemmät lentokerrat
Pitkä syklivertaus (~300–500 kierrosta)
Kustannustehokkaampi samaan kapasiteettiin nähden
Stabiilimpi kemiallinen koostumus, turvallisempi käyttää
Alhaisempi purkautumisnopeus, rajoitettu hetkellinen virta
Ihanteellinen:
Ilmakuvauksessa käytettävät dronit, pitkän kantaman FPV-dronit, tutkimusdronit, siipidronit.

1.2 Mitä ovat litiumpolyymeriakut (LiPo)?

• Rakenne ja joustavuus
LiPo-akut käyttävät geelityyppistä polymeerielektrolyyttiä ja pehmeää säiliöpakkauksia, mikä tarjoaa merkittäviä etuja:
Erittäin kevyt
Joustava koko / helposti räätälöitävissä
Alhaisempi sisäinen vastus
Erittäin korkeat purkautumisnopeudet (25C–150C)
Näin ollen LiPo-akut hallitsevat:
FPV-ratasuunnistuslenokoneet
Freestyle-lenokoneet
RC-lentokoneet

• LiPo:n avainominaisuudet
Erittäin voimakas purkautumiskyky
Alhainen sisäinen vastus ja erinomainen jännitestabiilisuus
Kevyt, joustava muotoilu
Alhaisempi energiatiheys
Lyhyempi käyttöikä ja altis turpoamiselle
Ihanteellinen:
Korkean suorituskyvyn ja nopean reagoinnin dronnisovellukset.

1.3 Tärkeimmät erot litium-ioni- ja litium-polymeeribatterioiden välillä

• Energiantiheyden ja painon vertailu
Taulukko 1 — Litium-ioni vs. LiPo yleiskatsaus

Litium-ioni = "lentää pidempään"
LiPo = ”lentää voimakkaammin ja nopeammin”
• Purkautumisnopeus ja lentosuorituskyky
Taulukko 2 — Purkautumisnopeuden vertailu

LiPo:n erittäin korkea purkautumiskyky on keskeinen syy, miksi kilpadroneissa ei voida käyttää Li-ion-akkuja.

II. Li-ion- ja LiPo-akkujen käyttöikä

2.1 Lataus- ja purkautumissyklien vertailu

• Li-ion-akun käyttöiän suorituskyky
300–500 kierrosta
Vahva resistenssi varastointikatkoksia vastaan
Harvoin paisuu
Hidas kapasiteetin menetys alhaisella/keskisellä purkamisella
Yleisesti ottaen pidempi käyttöikä kuin LiPo-akulla

• LiPo-akun käyttöiän suorituskyky
150–300 kierrosta (vaihtelee käyttöintensiteetin mukaan)
Suuri purkamisvirta kiihdyttää vanhenemista
Altis paisumiselle
Tiukat lataus/varastointivaatimukset
Korkea suorituskyky → lyhyempi käyttöikä.

2.2 Akun käyttöiän kannalta keskeiset tekijät

• Lataus- ja purkustottumukset
Vältä ylilatausta (enintään 4,2 V/kenno)
Vältä syvää purkautumista (alle 3,3 V/kenno)
Tasapainottava lataus on välttämätön
Säilytysjännite 3,75–3,85 V/kenno
Syvä purkautuminen on erityisen haitallista LiPo-akulle.

• Ympäristöolosuhteet
Korkea lämpötila kiihdyttää vanhenemista/puhkeamista
Alhainen lämpötila heikentää purkautumiskykyä
Pitkäaikainen täytlataus tai tyhjennys lisää käyttöikävauriota
LiPo-akut ovat herkempiä ympäristöolosuhteille.

III. Tekijät, jotka liittyvät dronin suorituskykyyn

3.1 Energiaetiheys ja lentoaika

• Kestävyysvaikutus
Korkeampi energiaetiheys → pidempi lentoaika
Li-ion: Paras kestävyys
LiPo: Suuri teho, mutta lyhyempi käyttöaika
Siksi pitkän kantaman droneissa käytetään yleensä Li-ion-akkua.

• Mikä akku tarjoaa pidemmän lentoajan?
Voittaja: Litium-ioniakut
Sopii parhaiten:
Ilmakuvaus
Mittaus
Pitkän matkan FPV
Siipidronnit
LiPo sopii lyhyille, mutta tehokkaiksi lentomatkoiksi.

3.2 Purkautumiskyky ja teho

• Suorituskykyvaatimukset
Kilpadronneissa tarvitaan:
Nopea kiihtyvyys
Rullaukset, sommittelut, terävät käännökset
Korkean nopeuden syöksyt
Välitön kaasunvaste
LiPo-akut tarjoavat voimakkaan välittömän virran.

• Li-ion vs. LiPo kilpadroneissa
Taulukko 3 — Kilpailusuorituksen vertailu

Kilpadroneissa on käytettävä LiPo-akkuja.

3.3 Painon ja koon vaikutus

• Pituus ja lentosuorituskyky
Kevyemmät lennokit hyötyvät:
Nopeammasta kiihtyvyydestä
Korkeammasta kääntökyvystä
Paremmasta moottorin tehokkuudesta
LiPo:n pehmeä pakkausrakenne → ideaali painoherkille lennokkeille.

• Edut pienille lennokkeille
LiPo voidaan muotoilla:
Ohuiksi pussikeksi
Neliöiksi/nelikulmaisiksi kennoiksi
Mukautetut koot
Mikä tahansa sarja-/rinnakkaiskytkentä
Ideaali mikro-droneihin ja kompakteihin FPV-rakennuksiin.

IV. Litium-ionti- ja litium-polymeerikkujen turvallisuus

4.1 Yleinen riskianalyysi

• Litium-ionin riskit
Sisäinen oikosulku
Lämpötilan hallitsematon nousu
Korkean lämpötilan vaikutus
Fyysinen vahinko
Virheellinen lataus

• Metallikuori → lisää suojaa.

• Litium-polymeerikkujen riskit
LiPo:n pehmeä pussi on herkempi:
Helppo paisuma
Aristuva puristukseen/pieruttamiseen
Ylikatoaminen = tulipalovaara
Korkeampi termisen läpilöytymisen riski
LiPo vaatii huolellisempaa käsittelyä.

4.2 Turvallisuusohjeet

• Oikea lataus ja säilytys
Käytä tasapainolaturia
Älä ylitä arvoa 4,2 V/kenno
Varastosähköjännite ~3,8 V
Käytä tulenvästäisiä LiPo-laukkuja
Älä koskaan ladata valvomatta

• Päivittäinen huolto
Tarkista paisumista ennen jokaista lentoa
Vältä pudottamista/murskaamista
Anna akun jäähtyä ennen lataamista
Lopeta käyttö, jos vaurioitunut
Sekä litium-ioniettä litium-polymeeriakut voivat olla turvallisia oikeilla käytännöillä.

V. Miten valita oikea akku lennokkiisi

5.1 Paras ratkaisu kilpadrooneihin — miksi LiPo on paras

Kilpadronneissa tarvitaan:
Erittäin suuri huippoteho
Nopea jännitevaste
Erittäin kevyt
Joustavat muodot
LiPo täyttää kaikki vaatimukset → toimialan standardi FPV:lle.

5.2 Paras ratkaisu ilmakuvaukseen — miksi Li-ion on ideaali

Ilmakuvauksessa tarvitaan:
Pitkä lentoaika
Vakaa jänniteulos
Matalampi jatkuva virta
Li-ion tarjoaa:
Pitemmän kestoajan
Paremman käyttöiän
Stabiilimman suorituskyvyn
Monet ammattidronnit (esim. DJI) käyttävät Li-ion- tai hybridiliittymiä LiPo-HV-järjestelmissä.

5.3 Suorituskyvyn ja käyttöiän tasapainottaminen

Valitse LiPo, jos tarvitset:
Korkeaa tehoa
Nopeaa kaasunvastetta
Maksimaalista ketteryyttä
Kilpailusuoritus tai freestyle
Valitse Li-ion, jos tarvitset:
Pitempi lentoaika
Pitkän matkan risteily
Tehokas alhaisen tehon käyttö
Ilmakuvaus / teollisuuskäyttö

Lopullinen johtopäätös: Miksi LiPo-akut ovat yleisiä dronnoissa?
LiPo-akut hallitsevat dronnikäyttöjä seuraavista syistä:
Erittäin korkea purkautumisnopeus
Kevyt rakenne
Matala sisäinen resistanssi
Voimakas ponnahdusteho
Sopii suurta hallittavuutta vaativaan lentämiseen
Li-ion-paketit tarjoavat pidemmän kestoajan ja pitemmän käyttöiän, mutta ne eivät pysty toimittamaan tarvittavaa hetkellistä virtaa kilpa- ja freestyle-lentämiseen, mikä tekee LiPo-akut vaihtamattomiksi FPV-droneissa.

Kuvaus: Dronet käyttävät LiPo-akkueita, koska ne ovat kevyitä, tarjoavat erittäin korkeat purkautumisnopeudet ja tuottavat voimakkaat tehonpiikit nopeaa kiihdytystä ja hallittavuutta varten. LiPo-solut tarjoavat alhaisen sisäisen vastuksen ja nopean jännitevasteen, mikä tekee niistä ihanteellisia FPV-kilpailuun ja suorituskykyisten dronien käyttöön.