Ile rodzajów baterii do dronów istnieje

Rozwój technologii dronów jest ściśle związany z postępem w dziedzinie chemii baterii. Zasilanie jest rdzeniem bezzałogowych statków powietrznych (UAV), decydując o czasie lotu, zasięgu działania i ogólnych możliwościach. Dla pilotów, od entuzjastów po profesjonalistów, zrozumienie cech, zalet i ograniczeń głównych typów baterii jest niezbędne do wyboru odpowiednich narzędzi oraz bezpiecznej i efektywnej ich eksploatacji. W artykule tym omówione są trzy główne typy baterii do dronów: litowo-polimerowe (LiPo), litowo-jonowe (Li-ion) oraz niklowo-kadmowe (NiCd).

Baterie litowo-polimerowe (LiPo): Źródło energii o wysokiej wydajności

Baterie LiPo stały się standardem dla wielu dronów użytkowych i tych skierowanych na wydajność, szczególnie w zawodach, wykonywaniu akrobacji i profesjonalnej fotografii filmowej. Ich popularność wynika z cech odpowiadających na wymagające potrzeby nowoczesnych dronów.

● Chemia i struktura: W przeciwieństwie do baterii litowo-jonowych, które wykorzystują ciekły elektrolit, baterie LiPo używają półstałych lub żelowych polimerowych elektrolitów. Są one zazwyczaj pakowane w miękkie folie aluminiowo-plastikowe zamiast w sztywne metalowe cylindry. Ta elastyczna konstrukcja pozwala producentom na wytwarzanie lekkich baterii w różnych kształtach, dostosowanych do kompaktowych i aerodynamicznych korpusów dronów.
● Przewagi wydajności: Baterie LiPo oferują wysoką gęstość energii (zazwyczaj 150–250 Wh/kg) oraz wysokie natężenie rozładowania. Przekłada się to na dłuższy czas lotu oraz możliwość dostarczania szybkich impulsów mocy potrzebnych do przyspieszania, manewrowania i silników o wysokiej ciągu. Niski współczynnik samorozładowania pomaga również w utrzymaniu zgromadzonej energii, gdy bateria nie jest używana.
● Specyfikacje i oznaczenia: Pojemność jest mierzona w miliamperogodzinach (mAh) lub amperogodzinach (Ah). Napięcie zależy od liczby ogniw połączonych szeregowo (S), przy czym każde ogniwo dostarcza 3,7 V. Na przykład zestaw 3S dostarcza 11,1 V, podczas gdy zestaw 6S zapewnia 22,2 V. Współczynnik C wskazuje bezpieczną ciągłą wydajność rozładowania; bateria 30C o pojemności 5000 mAh może dostarczać ciągle 150 A.
● Zasady ostrożności i bezpieczeństwo: Baterie LiPo są wrażliwe na nieprawidłowe użytkowanie. Przeladowywanie powyżej 4,2 V na ogniwo lub rozładowywanie poniżej 3,2 V może spowodować trwałe uszkodzenie, pęcznienie lub nawet pożar. Wymagają one dedykowanych ładowarek z funkcją równoważenia oraz starannego monitorowania. Ich żywotność cyklowa wynosi zazwyczaj 150–300 cykli, co jest krótsze niż w przypadku baterii litowo-jonowych. Aby wydłużyć żywotność, należy przechowywać je w suchym, chłodnym miejscu, naładowane w ok. 50%.

Baterie litowo-jonowe (Li-ion): mistrz wytrzymałości

Baterie litowo-jonowe to kolejna powszechna odmiana chemii litowej, wybierana w zastosowaniach wymagających dłuższego czasu lotu i dłuższej żywotności eksploatacyjnej zamiast maksymalnej mocy wyjściowej.

● Chemia i struktura: Baterie litowo-jonowe wykorzystują ciekły elektrolit i zazwyczaj występują w sztywnych cylindrycznych (np. ogniwach 18650) lub pryzmatycznych zestawach, co czyni je solidnymi i trwałe.
● Przewagi wydajności: Charakteryzują się wysoką gęstością energii, często porównywalną lub przewyższającą baterie LiPo. Dzięki temu są idealne do zastosowań w dronach używanych w geodezji, inspekcji, obserwacji i fotografii, gdzie kluczowe znaczenie ma wytrzymałość. Baterie litowo-jonowe zwykle wytrzymują 300–500 cykli, a zaawansowane formuły osiągają 500–1000 cykli. Są bardziej stabilne, mniej narażone na spuchanie i bezpieczniejsze w normalnym użytkowaniu.
● Wady: Baterie litowo-jonowe zazwyczaj charakteryzują się niższymi maksymalnymi prądami rozładowania niż pakiety LiPo, przez co są mniej odpowiednie do dronów wyścigowych lub wykonywania akrobacji. Mogą również być nieco cięższe przy tej samej pojemności. Jednak innowacje, takie jak baterie litowe o wysokiej gęstości energii (do 400 Wh/kg), przesuwają granice możliwości, umożliwiając dłuższy czas lotu i stabilną pracę w szerokim zakresie temperatur (-40°C do 60°C).

Baterie niklowo-kadmowe (NiCd): Wytrzymałe i trwałe weterany

Baterie NiCd to starsza technologia, która została w większości zastąpiona chemią litową w dronach konsumenckich, jednak nadal znajdują zastosowanie w specyficznych przypadkach dzięki swojej trwałości.

● Chemizm i historia: Baterie NiCd wykorzystują elektrody z kadmu i wodorotlenku niklu oraz elektrolit alkaliczny. Ich gęstość energii jest znacznie niższa (40–60 Wh/kg), przez co są cięższe i bardziej gabarytowe w porównaniu z bateriami litowymi.
● Zalety: Akumulatory NiCd doskonale sprawdzają się w ekstremalnych warunkach, działając niezawodnie w zakresie od -20°C do 60°C (czasem od -30°C do 50°C). Odpierają szoki mechaniczne, wibracje, przeładowanie oraz głębokie rozładowanie lepiej niż akumulatory litowe. Zapewniają również wysokie natężenie rozładowania i są zazwyczaj tańsze.
● Wady i konserwacja: Akumulatory NiCd cierpią na tzw. efekt pamięci, w wyniku którego powtarzanie częściowych cykli ładowania/rozładowania zmniejsza pojemność. Aby utrzymać wydajność, konieczne są regularne pełne rozładowania. Posiadają również wysoki współczynnik samorozładowania i zawierają toksyczny kadm, co budzi obawy środowiskowe. Ładowanie trwa dłużej (10–16 godzin przy ładowaniu kroplistym), choć możliwe jest szybkie ładowanie przy prądzie 1C w ciągu około godziny.

Podsumowanie: wybór odpowiedniego źródła zasilania

● Akumulatory LiPo są najlepsze dla dronów o wysokiej wydajności stosowanych w wyścigach, trikach lub niestandardowych konstrukcjach, oferując eksplozyjną moc i lekką budowę, ale wymagają ostrożnego obchodzenia się.
● Baterie litowo-jonowe są idealne dla dronów użytkowych, fotograficznych i tych skupionych na wytrzymałości, ponieważ zapewniają optymalny balans gęstości energii, bezpieczeństwa oraz długiego cyklu życia.
● Baterie NiCd nadają się wyłącznie do konkretnych zastosowań przemysłowych, wojskowych lub starszych urządzeń, w których ekstremalna trwałość i odporność na temperatury są ważniejsze niż ich wady.

W miarę jak rozwija się technologia baterii, pojawiają się wyższe gęstości energii, poprawione bezpieczeństwo i lepsza adaptacja do różnych temperatur. Kompromis między mocą, wytrzymałością i odpornością pozostanie kluczowym aspektem lotnictwa dronów. Poprzez zrozumienie podstawowych typów baterii piloci i operatorzy mogą podejmować świadome decyzje, zapewniając swoim dronom odpowiednie „serce” dla danej misji.