milyen akkumulátorokat használnak a drónok

A drónok akkumulátorai közvetlenül befolyásolják a repülési időt, a teljesítménykimenetet, a hasznos teher kapacitását, a repülési stabilitást és az üzemeltetés biztonságát. A legtöbb modern drón újratölthető, lítiumalapú akkumulátorokat használ, de az optimális akkumulátor-kémia és -specifikációk az adott repülőgép méretétől, motorjaitól, hasznos teherétől és céljától függenek.

Ez az útmutató elmagyarázza, milyen akkumulátorokat használnak a drónok, hogyan hasonlíthatók össze a különböző akkumulátor-típusok, hogyan számítható ki a repülési idő, valamint hogyan válasszunk, töltsünk, tároljunk és karbantaláljunk drónakkumulátorokat biztonságosan.

Milyen típusú akkumulátorokat használnak a drónok?

A legtöbb fogyasztói, FPV-, légifotózási és professzionális drón az alábbi akkumulátor-típusok egyikét használja:

- Lítium-polimer akkumulátorok (LiPo)
- Lítium-ion akkumulátorok (Li-ion)
- Nagyfeszültségű lítium-polimer akkumulátorok (LiHV)
- Lítium-vas-foszfát akkumulátorok (LiFePO4)
- Okos akkupakkok integrált akkumulátor-kezelő rendszerrel (BMS)
- A régebbi nikkelalapú akkumulátorok ma már ritkák, mert nehezebbek és kevesebb energiát tárolnak.

1. Lítium-polimer akkumulátorok (LiPo)

A lítium-polimer akkumulátorokat, amelyeket általában LiPo akkumulátorokként ismernek, az FPV drónok, versenydrónok, légifotózásra használt drónok és számos professzionális repülőgép leggyakrabban alkalmazott energiatermelő forrásaként használják.

A LiPo elemek könnyű, zacskós csomagolást használnak, így a gyártók különféle alakú és méretű akkumulátorokat tudnak gyártani. Emellett képesek olyan magas áramerősséget szolgáltatni, amely szükséges a gyors gyorsításhoz, emelkedéshez és erőteljes manőverekhez.

A LiPo drónakkumulátorok előnyei

kisütési sebességek

Könnyű szerkezet

Rugalmas alakzatok és méretek

Erős teljesítménykimenet

Megfelelő nagy teljesítményű motorokhoz

A LiPo drónakkumulátorok hátrányai

– Érzékenyek a túltöltésre és mélykisülésre

-Érzékenyebbek a duzzadásra és a fizikai károsodásra

-Kompatibilis egyensúlyozó töltőt igényelnek

-Magasabb tűzveszélyt jelentenek sérülés vagy helytelen töltés esetén

-A LiPo akkumulátorok általában a legjobb választás FPV versenyhez, szabad stílusú repüléshez, légi fényképezéshez és más, gyors teljesítményszolgáltatást igénylő alkalmazásokhoz.

2. Lítium-ion akkumulátorok (Li-ion)

A lítium-ion akkumulátorok gyakran hengeres cellákat használnak, például 18650-es vagy 21700-as cellákat. Általában magasabb hasznos energiasűrűséget és hosszabb üzemidejű működést nyújtanak, mint a nagy kisütési áramú LiPo akkumulátorcsomagok, bár maximális áramkimenetük alacsonyabb lehet.

A lítium-ion drónakkumulátorok előnyei

-Hosszú repülési idő

-Alacsony önkisülés

-Jó ciklusélettartam

– Magas energiatárolás a tömeghez képest

– Megfelelő hosszú távú repülésre

A lítium-ion drónakkuk hátrányai

– Alacsonyabb kisütési teljesítmény, mint sok FPV LiPo-akknál

– Kevesebb alkalmas agresszív gyorsításra

– A hengeres cellák korlátozzák az akkupakk formáját

– Pontos cellapárosításra és pakktervezésre van szükség

A lítium-ion akkumulátorokat gyakran használják hosszú üzemidejű drónokban, térképező repülőgépekben, ellenőrző drónokban és más olyan alkalmazásokban, amelyeknél a repülési idő fontosabb, mint a maximális rövidtávú teljesítmény.

3. Nagyfeszültségű lítium-polimer akkumulátorok (LiHV)

A nagyfeszültségű lítium-polimer akkumulátorokat, amelyeket általában LiHV-akkuként ismernek, magasabb maximális töltési feszültségre tervezték, mint a szokásos LiPo-akkuk.

Egy szokásos LiPo elemet általában 4,20 V-ra töltünk fel, míg egy LiHV elemet körülbelül 4,35 V-ra. Ez enyhén növeli a tárolt energiamennyiséget, de csak akkor, ha a drón és a töltő kifejezetten LiHV akkumulátorokhoz van tervezve.

Soha ne töltse egy szokásos LiPo akkumulátort LiHV feszültségbeállítással. Ezt megteheti duzzadást, túlmelegedést, végleges károsodást vagy tüzet okozhat.

4. Lítiumvas-foszfát akkumulátorok (LiFePO4)

A lítiumvas-foszfát akkumulátorokat – vagy LiFePO4 akkumulátorokat – hőmérsékleti stabilitásuk, hosszú cikluséletük és megbízható teljesítményük miatt értékelik.

Kevesebb gyakoriak kis drónokban, mert általában kevesebb energiát biztosítanak kilogrammonként, mint a LiPo vagy a hagyományos lítium-ion akkumulátorok. Ugyanakkor biztonságosságuk és tartósságuk miatt alkalmasak lehetnek egyes ipari, kutatási és biztonsági szempontból kritikus platformokra.

5. Nikkelalapú drónakkumulátorok

A nikkel-kadmium (NiCad) és a nikkel-fémhidrid (NiMH) akkumulátorokat korábban használták régi rádióvezérelt repülőgépekben, de modern drónokhoz már ritkán választják őket.

Ezek az akkumulátorok nehezebbek és alacsonyabb energiasűrűségűek, mint a litiumalapú akkumulátorok. A nikkel-kadmium akkumulátorok továbbá toxikus kadmiumot tartalmaznak, és emlékezet-hatásra is hajlamosak lehetnek.

Lehet, hogy még megjelennek régi berendezésekben, oktatási célú repülőgépekben vagy speciális rendszerekben, de általában nem alkalmasak modern, nagy teljesítményű drónokhoz.

Drónakkumulátor-feszültség értelmezése

A drónakkumulátor feszültsége főként a sorba kapcsolt cellák számától függ. Az „S” betű a soros kapcsolásban lévő cellák számát jelöli.

A magasabb feszültség lehetővé teszi, hogy egy motorrendszer ugyanannyi teljesítményt adjon le kisebb áramerősséggel. Ugyanakkor a drón motorjai, elektronikus sebességszabályozói (ESC), repülésvezérlője és egyéb alkatrészei támogatniuk kell a kiválasztott feszültséget.

Soha ne cseréljen ki egy akkumulátort magasabb feszültségű modellre, kivéve, ha a repülőeszköz gyártója megerősíti a kompatibilitást.

Mi a jelentése a telep kapacitásának?

A telep kapacitását milliamperórában (mAh) vagy amperórában (Ah) mérik. Ez azt jelzi, mennyi elektromos töltést képes tárolni a telep.

Egy nagyobb kapacitású telep hosszabb repülési időt biztosíthat, de egyben nagyobb és nehezebb is lesz. Ha a plusz tömeg túlzott, a motorok több energiát fogyasztanak a drón levegőben tartásához, csökkentve ezzel a várható üzemidő-növekedést.

Ezért a legjobb drón-telep nem feltétlenül az, amelyiknek a legnagyobb a kapacitása. Az a telep a legjobb, amely a legjobb egyensúlyt teremti meg a kapacitás, a tömeg, a teljesítménykimenet és a repülőgép kompatibilitása között.

Mi a C-érték egy drón-telepnél?

A C-érték azt mutatja meg, milyen gyorsan tud egy telep biztonságosan kisülni.

Maximális folyamatos áram (A) = Telep kapacitása (Ah) × C-érték

Például egy 4000 mAh-os telep kapacitása 4 Ah. Ha a megadott folyamatos kisülési aránya 50C:

4 Ah × 50C = 200 A

Gyakorlatban a hirdetett C-értékeket nem mindig azonos tesztelési szabványok szerint mérik. A vásárlóknak figyelembe kell venniük a feszültségcsökkenést, a belső ellenállást, az üzemelési hőmérsékletet, a csatlakozók korlátozásait és a gyártó tesztadatait.

A telep biztonságos kisütési áramának túllépése túlmelegedést, hirtelen feszültségesést, duzzadást, ciklusélettartam-csökkenést vagy maradandó károsodást eredményezhet.

Mely akkumulátorok alkalmasak különböző típusú drónokhoz?

FPV verseny- és szabadstílusú drónok

Az FPV drónok általában nagy kisütési teljesítményű LiPo akkumulátorokat használnak. A versenypilóták könnyű akkupakkokat igényelnek, amelyek képesek nagy áramot szolgáltatni a hirtelen gyorsítás és gyors irányváltoztatás során.

Gyakori konfigurációk a 4S és a 6S pakkok, bár a megfelelő feszültség a motor és az elektronikus sebességszabályozó (ESC) specifikációitól függ.

Légifotózás és fogyasztói drónok

A légifotózáshoz használt drónok általában saját fejlesztésű intelligens lítium-akkumulátor-csomagokat használnak. Ezek az akkumulátorok elektronikát is tartalmazhatnak, amelyek figyelik a hőmérsékletet, feszültséget, ciklusszámot, cellaegyensúlyt és a maradék kapacitást.

Egyes intelligens akkumulátorok tárolás céljából automatikus kisütési funkciót is biztosítanak.

Hosszú üzemidejű drónok

A hosszú üzemidejű drónok gyakran lítium-ion akkumulátor-csomagokat használnak, mivel a repülési idő fontosabb, mint a maximális rövidtávú teljesítmény. A motoroknak és propellereknek hatékonyan kell működniük az akkumulátor áramkorlátain belül.

Mezőgazdasági és ipari drónok

A mezőgazdasági permetezéshez, térképezéshez, szállításhoz és ellenőrzéshez használt drónok nagyobb akkumulátor-csomagokat igényelnek a nehezebb hasznos teher támogatásához.

– Ezek az akkumulátorok tartalmazhatnak:

– Nagyáramú cellákat

– Erősített burkolatot

– Hőmérséklet-érzékelőket

– Kommunikációs interfészek

– Akkumulátorkezelő rendszerek

– Testreszabott csatlakozók

– Ütés- és rezgésvédelem

Specializált drónok

A specializált drónok szélsőséges hőmérsékleti viszonyok, rezgés, ütés, megnövelt üzemidő vagy nagy magasságú működés miatt egyedi akkumulátorokat igényelhetnek.

Hogyan számítsuk ki a drón repülési idejét

Egy leegyszerűsített repülési idő-becslés kiszámítható az akkumulátor energiatartalma és az átlagos teljesítményfelvétel alapján:

Repülési idő (órában) = Akkumulátor kapacitása (Ah) × Névleges feszültség (V) × Rendszerhatékonyság ÷ Átlagos teljesítményfelvétel (W)

Például egy 5 Ah, 14,8 V-os akkumulátor körülbelül ennyi energiát tárol:

5 Ah × 14,8 V = 74 Wh

Ha a drón átlagosan 500 W teljesítményt fogyaszt, és a rendszer hatásfoka kb. 80%:

74 Wh × 0,8 ÷ 500 W = 0,118 óra

Ez körülbelül hét perc.

A tényleges repülési időt befolyásolhatja:

– A repülőgép tömege

– A hasznos teher

– A szélsebesség

– A propeller hatásfoka

– A repülési sebesség

– Agresszív gyorsítás

– Környezeti hőmérséklet

– Akkumulátor életkora

– Belső ellenállás

– Szükséges leszállási tartalék

A pilótáknak általában a teljes kisülés előtt kell leszállniuk. A megfelelő tartalék fenntartása csökkenti a hirtelen feszültségesés kockázatát, és segít megóvni az akkumulátorcellákat.

Hogyan töltsünk drónakkumulátort biztonságosan

Mindig olyan töltőt használjunk, amelyet az akkumulátor kémiai összetétele, feszültsége és cellaszáma alapján terveztek.

Szokásos FPV LiPo akkumulátor esetén:

1. Ellenőrizzük az akkumulátort duzzadás, átlyukadás, sérült vezetékek vagy laza csatlakozók szempontjából.

2. Erősítse meg a töltőn a megfelelő akkumulátor-kémiai összetételt és a sorba kapcsolt elemek számát.

3. Csatlakoztassa mind a fő tápkábelt, mind az egyenlítő csatlakozót, ha egyenlítő töltésre van szükség.

4. Válasszon megfelelő töltőáramot. A 1C-es áramot gyakran használják, kivéve, ha a gyártó másként rendelkezik.

5. Töltse az akkumulátort nem éghető felületen, jól szellőző helyiségben.

6. Maradjon a töltési folyamat során a közelben.

7. Húzza ki az akkumulátort a töltés befejezése után.

A 1C-es töltés nem mindig jelenti azt, hogy az akkumulátor pontosan egy óra alatt teljesen feltöltődik. A végleges egyenlítési és állandó feszültségű szakaszok megnövelhetik a teljes töltési időt.

Hogyan tároljuk a drónakkumulátorokat?

A lítium-akkumulátorokat hosszabb ideig ne hagyja teljesen feltöltött vagy mélyen lemerült állapotban.

Sok LiPo-akkumulátor esetében kb. 3,7–3,85 V/elemben ajánlott a tárolási feszültség. Mindig kövesse az akkumulátor gyártójának utasításait, mivel az intelligens akkumulátorok automatikusan kezelhetik a tárolási kisütést.

Biztonságosabb tárolás érdekében:

1. Távolítsa el az akkumulátort a dróntól, miután lehűlt.

2. Tárolja hűvös, száraz és jól szellőző helyen.

3. Kerülje a közvetlen napfényt és a hőforrásokat.

4. Védje az elektródákat a véletlen rövidzárlattól.

5. Tartsa az akkumulátort gyúlékony anyagoktól távol.

6. Időnként ellenőrizze a tárolt akkumulátorokat duzzadás vagy rendellenes feszültségcsökkenés jelei után.

Mikor kell kicserélni egy drón akkumulátorát?

– Hagyja abba az akkumulátor használatát, ha a következőket észleli:

– Duzzadás vagy buborék képződés

– Repedések, lyukak vagy összenyomott területek

– Elektrolit szivárgás

– Sérült csatlakozók vagy vezetékek

– Szokatlan hőfejlődés töltés vagy használat közben

– Súlyos cellafeszültség-egyensúlytalanság

– Gyorsan csökkenő repülési idő

– Jelentős feszültségcsökkenés

– Jelentősen növekedett belső ellenállás

Ne szúrja át, ne nyomja össze, ne égessen el és ne teszteljen láthatóan sérült lítiumakkumulátort. Válassza el biztonságosan, majd vigye el egy engedélyezett akkumulátor-újrahasznosító vagy veszélyes hulladék-kezelő létesítménybe a helyi szabályozások szerint.

Vihetők-e drónakkumulátorok repülőgépre?

A légitársaságok szigorú szabályokat alkalmaznak a lítiumelemekre. A tartalék drónakku-kat általában kézibagázsként, nem pedig regisztrált csomagként kell szállítani. A kapcsolódó kivezetéseket rövidzárlattól is védeni kell.

Az akkumulátorra vonatkozó korlátozások általában a wattórán alapulnak:

Wattóra (Wh) = Névleges feszültség (V) × Kapacitás (Ah)

A szabályok eltérhetnek a légitársaságtól, az országtól, az akkumulátor méretétől és az útvonaltól függően. Az utazás előtt ellenőrizze a légitársaság és a vonatkozó légiközlekedési hatóság jelenleg érvényes előírásait. Soha ne szállítson sérült vagy duzzadt akkumulátort.

Hogyan válasszon drónakku-gyártót

Kereskedelmi és egyedi drónprojektek esetén az akkumulátor-gyártót nem szabad kizárólag az ár alapján értékelni.

Fontos tényezők:

– Tapasztalat LiPo- és lítiumion-akkupakkok gyártásában

– Cellák beszerzése és nyomon követhetősége

– Feszültség, kapacitás és belső ellenállás egyenletessége

– Akkumulátorkezelő rendszer fejlesztése

-Egyedi alak és csatlakozó lehetőségek

-Védőáramkör-tervezés

-Prototípus-készítési és tesztelési képességek

-Gyártási kapacitás és szállítási irányítás

-Minőségirányítási eljárások

-Műszaki támogatás és garanciális szerviz

A terméktől és a célpiacon alapulóan a megfelelő dokumentációk közé tartozhatnak például az UN38.3, az MSDS, az IEC 62133, a CE, a RoHS vagy más alkalmazásspecifikus tanúsítványok és vizsgálati jelentések.

Egy professzionális testreszabási folyamat általában a követelmények megerősítését, az elektromos tervezést, a szerkezeti tervezést, a minták gyártását, a teljesítményvizsgálatokat, a biztonsági ellenőrzéseket, az optimalizálást és a tömeggyártást foglalja magában.

Jövőbeli drónakkumulátor-technológiák

A litium-ion és a LiPo akkumulátorok továbbra is széles körben használatosak lesznek, de több új technológia is megjelenhet, amelyek javíthatják a drónok üzemidejét és biztonságát.

Nátrium-ion akkumulátorok

A szilárdtest-akkumulátorok a hagyományos folyadék- vagy zselés elektrolitokat szilárd anyagokkal helyettesítik. Lehetőséget kínálnak a biztonság javítására és a magasabb energiasűrűségre, bár a gyártási költségek és a nagyobb léptékű kereskedelmi bevezetés továbbra is kihívást jelentenek.

Lítium-kén akkumulátorok

A lítium-kén technológia magasabb fajlagos energiát nyújthat, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok. Hosszú távú repülési alkalmazásokra vizsgálják, de a ciklusélet, az állóság és a kereskedelmi méretek elérése továbbra is fejlesztés alatt áll.

Lítium-fém akkumulátorok

A lítium-fém elemek jelentősen növelhetik a tárolt energiát anélkül, hogy arányosan megnövelnék az akkumulátor tömegét. A biztonság, a ciklusélet, a dendritképződés és a gyártási egyenletesség azonban továbbra is fontos fejlesztési kihívások.

Hidrogén üzemanyagcellák

A hidrogén-üzemanyagcellás rendszerek biztosíthatnak hosszabb üzemidőt egyes ipari drónok számára. Bonyolultabbak, mint az újratölthető akkumulátorcsomagok, és hidrogén-tárolást, támogató berendezéseket valamint speciális üzemeltetési eljárásokat igényelnek.

Intelligens Akkumulátorkezelés

A jövőbeli drónakkuk egyre inkább intelligens felügyeletet fognak használni a maradék repülési idő becslésére, az elemek egyensúlytalanságának észlelésére, az akkuk öregedésének előrejelzésére és a biztonságtalan üzemeltetés megelőzésére.

Gyakran ismételt kérdések

Milyen akkukat használnak legtöbbször a drónok?

A legtöbb modern drón lítium-polimer (LiPo) vagy lítium-ion (Li-ion) akkukat használ. Az FPV drónok gyakran nagy kisütési teljesítményű LiPo akkupakkokat használnak, míg a hosszú távú repülésre képes járművek lítium-ion akkupakkokat alkalmaznak.

Használhatok-e nagyobb kapacitású akkut a drónomhoz?

Csak akkor, ha a feszültsége, méretei, tömege, csatlakozója, kisütési képessége és a repülőgép súlypontjára gyakorolt hatása kompatibilis a drónnal.

Lehet-e egy 4S akkut 6S akkura cserélni?

Nem, kivéve, ha a motorok, az elektronikus sebességszabályzók (ESC-k) és egyéb elektronikus alkatrészek kifejezetten 6S feszültségre vannak tervezve.

Mennyi ideig tart egy drón akkumulátor élettartama?

A repülési időtartam néhány perctől (versenydrónok esetében) több mint 30 percig is elérheti (hatékony légifotózáshoz vagy hosszú távú repülésre képes drónoknál).

Az akkumulátor szolgáltatási élettartama az üzemelési hőmérséklettől, a kisütés mélységétől, a töltési szokásoktól, a tárolási körülményektől és az üzemelési terheléstől függ.

Miért merül le gyorsan a drónom akkumulátora?

Lehetséges okok közé tartozik a hideg időjárás, a nagy teherbírás, az erős szél, a heves repülés, a hatékonytalan propellerek, az öregedő cellák, a növekedett belső ellenállás vagy a megfelelőtlen akkumulátor-műszaki adatok.

Összefoglalás

Milyen akkumulátorokat használnak a drónok? A legtöbb drón LiPo-akkumulátorokra támaszkodik a magas teljesítmény és a rugalmas csomagolás érdekében, vagy litium-ion akkumulátorokra a hosszabb üzemidő érdekében. A LiHV és a LiFePO4 akkumulátorok speciálisabb igényeket elégítenek ki, míg az új technológiák támogathatják a jövő hosszú üzemidejű repülőgépeit.

A megfelelő drónakkumulátor kiválasztása többet jelent, mint a feszültség és a kapacitás egyeztetése. Figyelembe kell venni a cellák számát, a kisütési áramot, a súlyt, a méreteket, a csatlakozó típusát, az üzemelési hőmérsékletet, a repülőgép teljesítményigényét, a töltési módszert és a biztonsági védelmet is.

Három szabály különösen fontos:

1. Soha ne hagyjon felügyelet nélkül töltődő litium-akkumulátort.

2. Soha ne folytassa a duzzadt, szivárgó vagy fizikailag sérült akkumulátor használatát.

3. Az akkumulátort a gyártó által ajánlott feszültségen, hűvös, száraz és védett helyen tárolja.

Ez a teljes útmutató áttekintést nyújt a drónok akkumulátorainak típusairól, teljesítménymutatóiról, biztonságáról és karbantartásáról. Magyarázatot ad a LiPo-, Li-ion-, LiHV- és LiFePO4-akkumulátorokról, a feszültségről, kapacitásról, C-értékről, a repülési idő kiszámításáról, töltésről, tárolásról és cserére utaló jelekről. Emellett bemutatja a jövő technológiáit is, például a szilárdtest-, litium-kén- és litium-fém-akkumulátorokat hosszabb üzemidő érdekében.