Дрондар қандай түрдегі аккумуляторларды пайдаланады?

Кіріспе

Дрондардың аккумуляторлары әрбір беспилотты ауа арқылы ұшатын аппараттың (БАА) негізі болып табылады. Олар ұшу үшін қажетті энергияны қамтамасыз етеді және ұшу уақытына, пайдалы жүктің салмағына, жалпы өнімділікке және қолдану қауіпсіздігіне тікелей әсер етеді. Дронды аэрофотосуреттер алу, ауыл шаруашылығы, геодезиялық түсірулер, тексерулер немесе демалыс мақсатында ұштырсаңыз да, дұрыс аккумуляторды таңдау – сіздің ең маңызды шешімдеріңіздің бірі болып табылады. Дұрыс таңдалған аккумулятор тек ұшу тиімділігін ғана жақсартпайды, сонымен қатар аккумулятор мен дронның қызмет көрсету мерзімін де ұзартады.

Қазірдің өзінде көпшілік дрондар литийлі аккумуляторлармен жұмыс істейді, себебі олар жеңіл салмақтылық, жоғары энергия тығыздығы және сенімді қуат шығысын қамтамасыз етеді. Алайда, әртүрлі литийлі аккумуляторлық технологиялар әртүрлі артықшылықтарға ие. Әрбір аккумулятор түрінің сипаттамаларын, сонымен қатар сыйымдылық, кернеу және разрядтау жылдамдығы сияқты негізгі техникалық сипаттамаларды түсіну пилоттар мен өндірушілерге өз қолданыстарына ең қолайлы аккумуляторды таңдауға мүмкіндік береді. Бұл нұсқаушы дрондар үшін негізгі аккумулятор түрлерін, аккумулятордың жұмыс істеу сапасын қалай өлшеуге болатынын, ұшу уақытын қалай бағалауға болатынын және аккумулятордың қауіпсіздігі мен қолданылуы бойынша ең жақсы тәжірибелерді түсіндіреді.

1-бөлім: Дрон аккумуляторларын түсіну

1. Дрон аккумуляторларының түрлері

1.1 Литий-полимерлі аккумуляторлар (LiPo)

Литий-полимерлік аккумуляторлар, жиі қолданылатын LiPo аккумуляторлары деп аталады, қазіргі заманғы дрондарда ең көп таралған аккумуляторлар болып табылады. Олардың жеңіл салмағы мен өте жақсы разрядтау қабілеті күшті және тез қуат беруді талап ететін қолданбалар үшін идеалды болып табылады. LiPo аккумуляторлары әртүрлі пішіндер мен өлшемдерде шығарылуы мүмкін, сондықтан дрон өндірушілері үшін компактты және жеңіл ұшақтарды жобалауда кеңірек икемділік береді.

LiPo аккумуляторларының ең ірі артықшылығы – олардың жоғары токты тез ғана беру қабілеті. 40C, 50C немесе 70C сияқты разрядтау рейтингі бар аккумуляторлар қуатты тұрақты токты электрқозғалтқыштардың талаптарын оңай қанағаттандырады, бұл дрондардың тез үдеуін және қатты маневрлер кезінде тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Бұл LiPo аккумуляторларын FPV жарыс дрондары, аэрофотосуретке түсіру дрондары, ауыл шаруашылығының ұшу аппараттары (UAV) және көптеген өнеркәсіптік платформалар үшін негізгі таңдауға айналдырады.

Жақсы жұмыс істеуіне қарамастан, LiPo аккумуляторларына дұрыс қамқорлық керек. Оларды әрқашан сәйкес баланс зарядтағышпен зарядтау керек, артық зарядталу мен терең разрядталудан қорғау керек және ұзақ уақыт қолданылмайтын кезде ұсынылатын кернеуде сақтау керек. Дұрыс қамқорлық аккумулятордың қызмет көрсету мерзімін ғажайып түрде ұзартады және мүмкін болатын қауіпсіздік қаупін азайтады.

1.2 Литий-ионды аккумуляторлар (Li-ion)

Литий-ионды аккумуляторлар LiPo аккумуляторларына қарағанда ұзақ қызмет көрсету және жоғары энергиялық тиімділік беруге арналған. Олардың жоғары энергиялық тығыздығы дрондардың ұқсас өлшемі мен салмағы бар аккумуляторларды пайдалана отырып, ауада ұзақ уақыт болуына мүмкіндік береді. Сондықтан литий-ионды аккумуляторлар ұзақ қашықтықты ұшулар мен коммерциялық дрон операциялары үшін барынша танымал болып келеді, мұнда ұшу ұзақтығы жылдам үдеуге қарағанда маңыздырақ.

Литий-иондық аккумуляторлардың тағы бір маңызды артықшылығы — ұзақ қызмет көрсету мерзімі. Олар әдетте қолданысқа берілетін қуаттың белгілі дәрежеде төмендеуіне дейін көп рет қайта зарядталуға қабілетті, сондықтан жиі ұшатын дрондардың операторлары үшін тиімді шешім болып табылады. Олардың төмен өзіндік разрядталу деңгейі дрондарды ұзақ уақыт сақтау кезінде жинақталған энергияны тиімдірек сақтауға мүмкіндік береді.

Дегенмен, литий-иондық аккумуляторлар литий-полимерлік (LiPo) аккумуляторларға қарағанда өте жоғары разрядталу тогын қамтамасыз ете алмайды. Осы шектеу себебінен олар жарыс дрондары немесе қатты қуат шығысын талап ететін ұшақтар үшін идеалды таңдау емес. Орнына олар әдетте ұшу уақытын максималды жағынан пайдалануға, ал ең жоғары жылдамдыққа емес, бағытталған тұтынушылық камералық дрондарда, карталау дрондарында, геодезиялық БАС-тарда және тексеру платформаларында кеңінен қолданылады.

1.3 Литий темір фосфатты аккумуляторлар (LiFePO4)

Литий-темір-фосфатты аккумуляторлар, яғни LiFePO4 аккумуляторлары, өзіндік ерекше қауіпсіздігі мен тұрақтылығымен танымал. Басқа литийлі аккумуляторлардың химиялық құрамымен салыстырғанда олар қызуға және жылулық шығуға көп дәрежеде төзімді болып келеді, сондықтан надежділік маңызды болатын қолданыстар үшін тартымды нұсқа болып табылады.

LiFePO4 аккумуляторлары өте ұзақ циклдық қызмет көрсету мерзімін ұсынады. Дұрыс жұмыс істеу шарттарында олар көбінесе дәстүрлі литийлі аккумуляторларға қарағанда бірнеше есе көп зарядтау циклдарын қамтамасыз етеді. Олардың тұрақты химиялық құрылымы оларды көп жыл бойы тұрақты жұмыс істеуін сақтай отырып, көп рет зарядтау мен разрядтауға шыдамды болуына мүмкіндік береді.

LiFePO4 аккумуляторларының негізгі кемшілігі – салыстырмалы түрде төмен энергия тығыздығы. Олар ұқсас сыйымдылыққа ие LiPo және Li-ion аккумуляторларына қарағанда ауыр болады, бұл оларды жеңіл тұтыну дрондарында қолдануды шектейді. Темен де, олар қауіпсіздік ең жоғары приоритет болатын өнеркәсіптік БАС, авариялық жауап беру дрондары, қауіпсіздік жүйелері және басқа да кәсіби қолданыстар үшін өте жақсы таңдау болып табылады.

2. Дрон аккумуляторының жұмыс сипаттамалары

Аккумулятордың техникалық сипаттамаларын түсіну дрон қолданушыларына әртүрлі аккумуляторларды салыстыруға және өз ұшағы үшін ең қолайлы қуат көзін таңдауға көмектеседі.

2.1 Сыйымдылық (мА·сағ / А·сағ)

Аккумулятордың сыйымдылығы — бұл аккумулятордың қанша электрлік энергияны сақтай алатынын көрсетеді және әдетте миллиампер-сағат (мА·сағ) немесе ампер-сағат (А·сағ) өлшем бірлігімен өлшенеді. Жалпы алғанда, сыйымдылығы жоғары аккумулятор дронды ұзақ уақыт бойы қуаттайды. Алайда, сыйымдылықты арттыру аккумулятордың салмағын да арттырады. Салмағы ауыр аккумуляторлар дронды ауада ұстап тұру үшін көбірек қуатты талап етеді, сондықтан ең үлкен аккумуляторды таңдау әрқашан да ең ұзақ ұшу уақытын қамтамасыз етпейді. Ең жақсы жалпы өнімділікті қамтамасыз ету үшін сыйымдылық пен салмақ арасындағы тиімді тепе-теңдікті табу маңызды.

2.2 Кернеу (В)

Кернеу дронның қозғалтқыштары мен электрондық жүйелеріне берілетін электрлік қуаттың мөлшерін анықтайды. Дрондардың аккумуляторлары әдетте бірнеше литийлік элементтерді тізбектей қосу арқылы жасалады. Кеңінен қолданылатын аккумулятор конфигурацияларына 2S (7,4 В), 3S (11,1 В), 4S (14,8 В), 6S (22,2 В) және 18S (66,6 В) дейін жететін ірі жүйелер кіреді. Жоғары кернеулі жүйелер әдетте тиімділікті жақсартады, себебі олар қажетті қуатты аз ток тұтыну арқылы береді, нәтижесінде жылу бөлінуі мен энергия шығыны азаяды.

2,3 C рейтингі

C бағасы аккумулятордың сақталған энергиясын қаншалықты тез және қауіпсіз босатуын өлшейді. Жоғары C бағасы аккумуляторға электр қозғалтқыштарына көбірек ток беруге мүмкіндік береді, ол қуатты үдеу мен жақсарған көтерілу қабілетін қамтамасыз етеді. Жоғары өнімділікті дрондар әдетте жоғары C бағасы бар аккумуляторларды талап етеді, ал орташа жылдамдықпен ұшатын тұтынуға арналған дрондар көбінесе төмен босату жылдамдығында да тиімді жұмыс істейді. Талап етілетін ұшу шарттары кезінде тұрақты кернеуді сақтау үшін сәйкес C бағасы бар аккумуляторды таңдау маңызды.

2.4 Зарядтау циклы

Зарядтау циклы — бұл аккумулятордың толық разрядталуы мен қайтадан зарядталуы. Уақыт өте келе литийлі аккумуляторлардың әрқайсысы қалыпты химиялық старение нәтижесінде біртіндеп сыйымдылығын жоғалтады. Көптеген дрон аккумуляторлары пайдаланылатын сыйымдылығы айтарлықтай төмендей бастағанша шамамен 300–500 зарядтау циклын қамтамасыз ете алады. Дұрыс зарядтау дағдылары, орташа жұмыс температуралары және дұрыс сақтау жағдайлары аккумулятордың қызмет көрсету мерзімін әлдеқайда ұзартуға көмектеседі.

2.5 Аккумулятордың пайдалы әсер коэффициенті

Аккумуляторлық жүйенің ешқайсысы сақталған энергияның барлығын пайдалы қуатқа айналдырмайды. Энергияның біраз бөлігі дрон ішіндегі ішкі кедергі мен электронды компоненттер себебінен жылу ретінде табиғи түрде жоғалады. Көптеген заманауи дрон аккумуляторлық жүйелері шамамен 80–90 пайыздық пайдалы әсер коэффициентімен жұмыс істейді. Аккумулятордың пайдалы әсер коэффициентін ескере отырып, қалыпты жұмыс істеу жағдайларындағы нақты ұшу уақытын бағалауға тиімдірек баға беруге болады.

2.6 Дрон қуатын тұтыну

Дронның жалпы қуатын тұтынуы оның қозғалтқыштары, ұшу бақылаушысы, камера, GPS, бейне беру жүйесі және кез келген қосымша жүк сияқты бірнеше факторға тәуелді. Ауыр жабдықтарды көтеретін ірі дрондар жеңіл серуендік модельдерге қарағанда табиғи түрде көбірек қуат тұтынады. Өндірушілер жиі орташа қуат тұтыну көрсеткіштерін жариялайды, ал дәлірек өлшеулер ваттметр сияқты арнайы сынақ құралдарын қолдану арқылы алынады.

3. Дрон ұшу уақытын есептеу

Ұшу уақытын бағалау дрон операторларына миссияларға дайындалуға және батареяның қолданылуын тиімдірек басқаруға көмектеседі. Жиі қолданылатын формула батарея сыйымдылығы, батарея кернеуі, жүйе тиімділігі мен орташа қуат тұтынуы негізінде ұшу уақытын есептейді.

Мысалы, 5000 мА·сағ (5 А·сағ) сыйымдылығы бар батареямен, 14,8 В кернеуде жұмыс істейтін, орташа тиімділігі 85 пайыз болатын және шамамен 150 Вт қуат тұтыратын дронның бағаланған ұшу уақыты шамамен 25 минутқа тең. Бұл есептеу пайдалы бағыттаушы болса да, нақты ұшу уақыты ұшудың стиліне, ауа райы жағдайларына, жүктеме салмағына және батареяның жағдайына байланысты өзгереді.

Күшті жел қозғалтқыштардың қосымша жұмыс істеуін талап етеді, бұл ұшу мерзімін қысқартады. Ауыр камералар мен сенсорларды тасымалдау да энергия шығынын көбейтеді. Суық ауа-райы аккумуляторлардың тиімділігін төмендетеді, ал қатты ұшу және жиі тез үдеу энергияны салыстырмалы түрде салыстырмалы түрде тегіс, тұрақты ұшуға қарағанда әлдеқайда тез тұтынады. Қауіпсіздік пен аккумулятордың қызмет ету мерзімін ұзарту үшін көптеген өндірушілер аккумуляторды толығымен разрядтау орнына кемінде 20 пайыз заряд қалдырып қонуға ұсынатын.

4. Аккумулятордың қауіпсіздігі мен қауп-қатерлері

Аккумуляторды қауіпсіз ұстау сіздің жабдықтарыңызды қорғау мен қауіпсіз ұшу операцияларын қамтамасыз ету үшін маңызды. Көптеген аккумуляторлардың ақауы зарядтау кезіндегі қателер, дұрыс емес сақтау тәжірибелері немесе механикалық зақымдану нәтижесінде пайда болады, ал өндірістік ақаулар сирек кездеседі.

Уысыну

Қызу – бұл аккумуляторлардағы ең көп тараған проблемалардың бірі. Ол астам разрядтау тогынан, ұшудан кейінгі дереу зарядтаудан, жоғары сыртқы температурадан немесе астам зарядтаудан пайда болуы мүмкін. Артық қызу аккумулятордың қартаюын жеделдетеді және ауыр жағдайларда жылулық тізбектің бұзылуына әкелуі мүмкін. Зарядтаудың алдында аккумуляторларды табиғи түрде салқындату және оларды ұсынылған температура ауқымында пайдалану осы қаупті азайтады.

Аккумулятордың ісінуі

Аккумулятордың ісінуі, әдетте, ішкі элементтердің зақымданғанын немесе тозғанын көрсетеді. Астам зарядтау, терең разрядтау, механикалық соққы немесе жоғары температурада ұзақ уақыт болу аккумулятордың ісінуіне себеп болуы мүмкін. Ісінген аккумуляторды ұшу үшін ешқашан пайдаланбау керек, өйткені ол кенеттен істен шығуы мүмкін немесе қауіп-қатер туғызуы мүмкін. Зақымданған аккумуляторларды уақтылы ауыстыру – ең қауіпсіз нұсқа.

Аккумуляторды дұрыс пайдаланбау

Батареяның қызмет ету мерзімін қысқартуға әртүрлі зарядтағыштарды пайдалану, батареяларды ұзақ уақыт бойы толық зарядталған күйде сақтау, оларды ылғалды ортаға ұшырату немесе оларды ұсынылған кернеуден төмен деңгейге дейін разрядтау себеп болуы мүмкін. Әрбір ұшу алдында батареяларды ретті түрде тексеру, оларды салқын және құрғақ орында сақтау және өндірушінің зарядтау нұсқауларын орындау — бұл қарапайым іс-әрекеттер, олар қызмет көрсету сапасы мен қауіпсіздікті әлдеқайда жақсартады.

2-бөлім: Дрондар үшін арнайы батареялар

Арнайы дрон батареяларын алу үшін қадамдар

Дрондар технологиясы әрі қарай дамып келе жатқан сайын, көптеген өндірушілер мен коммерциялық операторлар стандартты өнімдер ұсына алмайтын батарея шешімдерін талап етеді. Арнайы дрон батареялары белгілі бір қызмет көрсету талаптарын қанағаттандыру үшін әзірленген, олар ұшу аппараттарына ұзақ ұшу уақытын, жақсарған тиімділікті немесе ерекше орналасу өлшемдерін қамтамасыз етеді.

Қатысты қосымша батареяны дамытудың бірінші қадамы — қажетті сыйымдылықты, жұмыс кернеуін, физикалық өлшемдерді және салмақ шектеулерін анықтау. Бұл факторлар дронның қозғалтқыш жүйесі мен орналастыруға болатын орынға сай келуі тиіс және тұрақты ұшу үшін дұрыс салмақ таратылуын сақтауы қажет.

Коннекторды таңдау — тағы бір маңызды фактор. Батарея дронның электрлік жүйесімен сәйкес келетін және күтілетін токты қауіпсіз тасымалдай алатын коннекторларды қолдануы тиіс. Сонымен қатар, көптеген қатысты батареялар қосымша қорғау функцияларын (мысалы, аккумуляторларды басқару жүйелері (BMS), элементтерді теңестіру, артық зарядтан қорғау, артық разрядтан қорғау, температураны бақылау және қысқа тұйықталудан қорғау) интеграциялайды. Тәжірибелі батарея өндірушісімен ынтымақтастық осы батареяның қажетті жұмыс сапасын қамтамасыз етуін және халықаралық қауіпсіздік стандарттарына сай келуін қамтамасыз етеді.

3-бөлім: Жиі қойылатын сұрақтар

Дрон батареясыңыз үшін үшінші тараптың зарядтағышын қолдануға бола ма?

Батареяның химиялық құрамы, кернеуі, элементтер саны және зарядтау сипаттамаларымен толық сәйкес келетін жағдайда үшінші тараптың зарядтағышын пайдалануға болады. Литийлі батареялар үшін арнайы жасалған жоғары сапалы теңестіру зарядтағыштары әдетте ұсынылады, себебі олар әрбір элементті теңдей зарядтайды және батареяның қауіпсіздігін арттыруға көмектеседі.

Дрон батареяларын ұшаққа алып келе ме?

Көптеген авиакомпаниялар литийлі батареяларды 100 Вт·сағ-тан төмен қуаты бар қол жәшігінде тасымалдауға рұқсат етеді, бірақ ережелер елдер мен авиакомпаниялар бойынша әртүрлі болуы мүмкін. Қосымша батареяларды қысқа тұйықталудан дұрыс қорғау керек, ал әуе саяхатына шығар алдында жолаушылар әрқашан соңғы авиакомпания саясатын тексеруі керек.

Неге дрон батареясының сыйымдылығы уақыт өте келе азаяды?

Батареяның сыйымдылығы батареяның кесірінен табиғи түрде азаяды. Зарядтау циклдарының қайталануы, жоғары температураға ұшырау, артық зарядтау, терең разрядтау және дұрыс емес сақтау – барлығы сыйымдылықтың жоғалуына әкеледі. Дұрыс зарядтау және сақтау тәжірибелерін ұстану бұл кесіру процесін әлдеқайда баяулатуға көмектеседі.

Дрон батареясының разрядталуы қалай жүзеге асады?

Типтік LiPo аккумулятордың номиналды кернеуі әрбір ұяшық үшін шамамен 3,7 В болады және толық зарядталған кезде әрбір ұяшық үшін 4,2 В-қа жетеді. Ұшу кезінде аккумулятор кернеуі разрядтау циклының соңына қарай тез төмендейтін алдында біртіндеп төмендейді. Аккумулятордың денсаулығын қорғау және қауіпсіз жұмыс істеу үшін пилоттар аккумуляторды толық разрядтаудан аулақ болуы керек және қалған сыйымдылық өте төмен деңгейге дейін түспес бұрын қонуы керек.

Дрон аккумуляторларының түрлері, негізгі өнімділік көрсеткіштері, ұшу уақытын есептеу әдістері, қауіпсіздікке арналған кеңестер мен дрон өнімділігін арттыру және аккумулятор қызмет көрсету мерзімін ұзарту үшін қосымша аккумулятор шешімдері туралы танысыңыз.