kateri akumulatorji se uporabljajo v brezpilotnih letalih

Baterije za brezpilotna letala neposredno vplivajo na čas leta, izhodno moč, nosilno zmogljivost, stabilnost leta in varnost obratovanja. Večina sodobnih brezpilotnih letal uporablja polnilne litijeve baterije, vendar je najprimernejša kemija in specifikacije baterije odvisna od velikosti letala, motorjev, koristnega bremena in namenjene uporabe.

Ta priročnik pojasnjuje, katere baterije uporabljajo brezpilotna letala, kako se različne vrste baterij med seboj primerjajo, kako izračunati čas leta ter kako varno izbrati, polniti, shranjevati in vzdrževati baterijo za brezpilotno letalo.

Katerih vrst baterij uporabljajo brezpilotna letala?

Večina potrošniških, FPV, zračnih fotografij in profesionalnih brezpilotnih letal uporablja eno od naslednjih vrst baterij:

– Litijeve polimerne baterije (LiPo)
– Litijeve ionske baterije (Li-ion)
– Litijeve polimerne baterije visoke napetosti (LiHV)
– Litijeve železofosfatne baterije (LiFePO4)
– Pametni baterijski paketi z integriranim sistemom za upravljanje baterije (BMS)
– Starejše nikljeve baterije so danes redke, saj so težje in shranjujejo manj energije.

1. Litijeve polimerne baterije (LiPo)

Litijeve polimerne baterije, znane tudi kot baterije LiPo, so najpogosteje uporabljeno energijsko vira za FPV brezpilotne letalnike, dirkarske brezpilotne letalnike, brezpilotne letalnike za zračno fotografijo in številne profesionalne letalnike.

Celice LiPo uporabljajo lahko embalažo v obliki vrečk, kar omogoča proizvajalcem izdelavo baterij različnih oblik in velikosti. Poleg tega lahko zagotavljajo visok tok, potreben za hitro pospeševanje, vzpenjanje in agresivne manevre.

Prednosti baterij LiPo za brezpilotne letalnike

razmerja razbija

Visoka lahkotnost konstrukcije

Prilagodljive oblike in dimenzije

Močan izhodni moči

Primernost za motorje visoke zmogljivosti

Nedostatki baterij LiPo za brezpilotne letalnike

– Občutljivost na prekomerno polnjenje in globoko razbijo

-Večja ranljivost za nabiranje in fizično poškodbo

-Za polnjenje potrebujejo uravnovežen polnilnik

-Pri poškodbah ali napačnem polnjenju predstavljajo višjo nevarnost požara

-Baterije LiPo so na splošno najbolj primerne za FPV dirkanje, svobodno letenje, zračno fotografijo in druge aplikacije, ki zahtevajo hitro dobavo moči.

2. Litij-ionske baterije (Li-ion)

Litij-ionske baterije pogosto uporabljajo cilindrične celice, kot so celice 18650 ali 21700. Običajno ponujajo višjo uporabno gostoto energije in daljšo trajnost kot baterijski paketi LiPo z visoko izhodno tokovno močjo, čeprav je njihova najvišja izhodna tokovna moč lahko nižja.

Prednosti litij-ionskih baterij za brezpilotne letalnike

-Dolga trajavnost leta

-Nizka samorazbija

-Dobra življenjska doba ciklov

– Visoka energijska gostota glede na maso

– Primerni za dolgotrajno letenje na daljavo

Nedostatki litij-ionskih baterij za brezpilotna letala

– Nižja iztočna zmogljivost kot pri mnogih LiPo baterijah za FPV

– Manj primerni za agresivno pospeševanje

– Cilindrične celice omejujejo oblike baterijskih sklopov

– Zahtevajo natančno ujemanje celic in zelo dobro načrtovanje sklopa

Litij-ionske baterije so pogosto uporabljene v brezpilotnih letalih z dolgo trajanjem leta, zračnih letalih za kartiranje, preglednih brezpilotnih letalih in drugih aplikacijah, kjer je prednostna dolžina leta namesto najvišje trenutne moči.

3. Litij-polimerne baterije visoke napetosti (LiHV)

Litij-polimerne baterije visoke napetosti, znane tudi kot baterije LiHV, so zasnovane za višjo največjo napetost polnjenja kot standardne LiPo baterije.

Standardna LiPo celica se običajno polni do 4,20 V, medtem ko se LiHV celica lahko polni do približno 4,35 V. To zagotavlja nekoliko več shranjene energije, vendar le, kadar so brezposadni letalnik in polnilnik posebej zasnovani za LiHV baterije.

Nikoli ne polnite standardne LiPo baterije z nastavitvijo napetosti za LiHV. To lahko povzroči nabrekanje, pregrevanje, trajno poškodbo ali požar.

4. Baterije na osnovi litijevega železovega fosfata (LiFePO4)

Baterije na osnovi litijevega železovega fosfata oziroma LiFePO4 baterije so cenjene zaradi svoje toplotne stabilnosti, dolge življenjske dobe in zanesljivega delovanja.

V majhnih brezposadnih letalnikih so manj pogoste, saj običajno zagotavljajo manj energije na kilogram kot LiPo ali konvencionalne litijeve baterije. Vendar njihova varnost in vzdržljivost lahko naredita iz njih primerno rešitev za določene industrijske, raziskovalne in varnostno kritične platforme.

5. Baterije za brezposadne letalnike na osnovi niklja

Baterije na osnovi niklja in kadmija (NiCad) ter baterije na osnovi niklja in kovinskega hidrida (NiMH) so bile nekoč uporabljene v starejših radiokontroliranih letalih, vendar se za sodobne brezpilotne letalnike redko izbirajo.

Te baterije so težje in imajo nižjo energijsko gostoto kot litijeve baterije. Baterije na osnovi niklja in kadmija vsebujejo tudi toksični kadmij in so lahko podvržene problemom učinka spomina.

Še vedno se lahko pojavijo v starejši opremi, izobraževalnih letalih ali specializiranih sistemih, vendar so na splošno neprimerni za sodobne visoko zmogljive brezpilotne letalnike.

Razumevanje napetosti baterije brezpilotnega letalnika

Napetost baterije brezpilotnega letalnika je predvsem odvisna od števila celic, povezanih zaporedno. Črka »S« označuje število zaporedno povezanih celic.

Višja napetost omogoča motorju, da proizvede enako moč z manjšim tokom. Vendar morajo motorji brezpilotnega letalnika, elektronski regulatorji hitrosti, nadzorniki letenja in drugi sestavni deli podpirati izbrano napetost.

Nikoli ne zamenjajte akumulatorja z modelom z višjo napetostjo, razen če proizvajalec letala potrdi združljivost.

Kaj pomeni kapaciteta akumulatorja?

Kapaciteta akumulatorja je izmerjena v miliamper-urah (mAh) ali amper-urah (Ah). Kaže, koliko električnega naboja lahko akumulator shrani.

Akumulator z višjo kapaciteto lahko zagotovi daljši čas leta, vendar bo tudi večji in težji. Če je dodatna teža prevelika, morajo motorji porabiti več moči, da ohranijo brezposadno letalo v zraku, kar zmanjša pričakovano korist od podaljšanega časa leta.

Zato najboljši akumulator za brezposadno letalo ni vedno tisti z najvišjo kapaciteto. To je akumulator, ki zagotavlja najboljši uravnotežen razmerje med kapaciteto, težo, izhodno močjo in združljivostjo z letalom.

Kaj je C-ocena akumulatorja za brezposadno letalo?

C-ocena kaže, kako hitro se akumulator lahko varno razbije.

Največji stalni tok (A) = Kapaciteta akumulatorja (Ah) × C-ocena

Na primer, akumulator z 4000 mAh ima kapaciteto 4 Ah. Če je njegova nazivna stalna razbija 50C:

4 Ah × 50 C = 200 A

V praksi se oznake C, ki jih proizvajalci navajajo, ne merijo vedno po enakih preskusnih standardih. Kupci bi morali upoštevati tudi padec napetosti, notranjo odpornost, delovno temperaturo, omejitve priključkov in preskusne podatke proizvajalca.

Prekoračitev varnega iztočnega toka baterije lahko povzroči pregrevanje, nenadne padce napetosti, nabiranje, zmanjšano število ciklov ali trajno poškodbo.

Katere baterije so primerni za različne vrste brezpilotnih letalnikov?

FPV dirkalni in freestyle brezpilotni letalniki

FPV brezpilotni letalniki običajno uporabljajo LiPo baterije z visokim iztočnim tokom. Dirkaši potrebujejo lahke baterijske sklope, ki lahko zagotavljajo visok tok med nenadno pospeševanjem in hitrimi spremembami smeri.

Pogoste konfiguracije vključujejo 4S in 6S sklope, čeprav je ustrezna napetost odvisna od specifikacij motorja in elektronskega regulatorja hitrosti.

Aerofotografija in potrošniški brezpilotni letalniki

Letalski aparati za zračno fotografijo običajno uporabljajo lastne pametne litijeve baterijske sklope. Te baterije lahko vsebujejo elektroniko, ki spremlja temperaturo, napetost, število ciklov, uravnoteženost celic in preostalo kapaciteto.

Nekatere pametne baterije ponujajo tudi samodejno funkcijo razbijanja za shranjevanje.

Letalski aparati z dolgo trajanjem leta

Letalski aparati z dolgo trajanjem leta pogosto uporabljajo litijeve baterijske sklope, saj je čas leta pomembnejši od najvišje izhodne moči. Motorji in propelerji morajo delovati učinkovito znotraj trenutnih omejitev baterije.

Kmetijski in industrijski letalski aparati

Letalski aparati za kmetijsko pršenje, kartiranje, dostavo in pregled potrebujejo večje baterijske sklope za podporo težjih koristnih tovorov.

– Te baterije lahko vključujejo:

– Celice za visok tok

– Ojačane ohišja

– Temperaturne senzorje

– Vmesniki za komunikacijo

– Sistemi za upravljanje baterij

– Prilagojeni priključki

– Zaščita pred udarci in vibracijami

Specializirani brezpilotni letalniki

Specializirani brezpilotni letalniki lahko zahtevajo prilagojene baterije za ekstremne temperature, vibracije, udarce, podaljšano vzdržljivost ali delovanje na velikih višinah.

Kako izračunati čas leta brezpilotnega letalnika

Poenostavljen ocenjen čas leta je mogoče izračunati z energijo baterije in povprečno porabo moči:

Čas leta (ure) = Kapaciteta baterije (Ah) × Nazivna napetost (V) × Učinkovitost sistema ÷ Povprečna poraba moči (W)

Na primer baterija 5 Ah, 14,8 V shrani približno:

5 Ah × 14,8 V = 74 Wh

Če dron porabi povprečno 500 W in je učinkovitost sistema ocenjena na 80 %:

74 Wh × 0,8 ÷ 500 W = 0,118 ure

To je približno sedem minut.

Dejansko letalno čas lahko vplivajo naslednji dejavniki:

– teža letala

– koristni breme

– hitrost vetra

– učinkovitost propelerjev

– hitrost letenja

– Agresivno pospeševanje

– Zunanja temperatura

– Starost baterije

– Notranji upor

– Zahtevana rezervna energija za pristajanje

Piloti bi se običajno morali pristati, preden se baterija popolnoma izprazni. Ohranjanje razumne rezerve zmanjša tveganje nenadnih padcev napetosti in pomaga zaščititi celice.

Varno polnjenje baterije za brezpilotno letalo

Vedno uporabljajte polnilnik, ki je zasnovan za kemijo, napetost in število celic vaše baterije.

Za standardno LiPo baterijo za FPV:

1. Preverite baterijo za povečanje prostornine, preboje, poškodovane kable ali ohlapne priključke.

2. Potrdite pravilno sestavo baterije in število celic v vrsti na polnilniku.

3. Pri uravnoteženem polnjenju priključite tako glavni napotni kabel kot tudi uravnoteževalni priključek.

4. Izberite ustrezno polnilno tok. Pogosto se uporablja hitrost 1C, razen če proizvajalec določa drugače.

5. Baterijo polnite na nezgorljivi površini v dobro prezračevanem prostoru.

6. Med celotnim postopkom polnjenja ostanite v bližini.

7. Odklopite baterijo, ko je polnjenje končano.

Polnjenje z 1C ne pomeni vedno, da bo baterija popolnoma napolnjena natanko v eni uri. Končna uravnoteževalna in konstantno-napetostna faza lahko podaljšata skupni čas polnjenja.

Kako naj se shranjujejo baterije za brezpilotne letalnike?

Litijeve baterije ne smejo ostati dolgo časa popolnoma napolnjene ali globoko izpraznjene.

Za mnoge LiPo baterije je shranitvena napetost približno 3,7–3,85 V na celico primerna. Vedno sledite navodilom proizvajalca baterije, saj pametne baterije morda samodejno upravljajo izpraznjevanje za shranjevanje.

Za varnejše shranjevanje:

1. Po ohladitvi odstranite baterijo iz brezpilotnega letalnika.

2. Shranjujte jo na hladnem, suhem in dobro prezračevanem mestu.

3. Izogibajte se neposredni sončni svetlobi in virjem toplote.

4. Zaščitite priključke pred nenamernimi kratek stiki.

5. Baterijo držite stran od vnetljivih materialov.

6. Shranjene baterije redno pregledujte za povečanje prostornine ali nenormalen padec napetosti.

Kdaj je treba zamenjati baterijo brezpilotnega letalnika?

– Prenehajte uporabljati baterijo, če opazite:

– Povečanje prostornine ali mehurčke

- Razpoke, preboji ali stisnjena območja

- Iztekanje elektrolita

- Poškodovani priključki ali žice

- Neobičajno segrevanje med polnjenjem ali uporabo

- Hudo neuravnoteženost napetosti celic

- Hitro zmanjševanje letalnega časa

- Prevelik padec napetosti

- Značilno povečana notranja odpornost

Ne prebijajte, ne stiskajte, ne goreti in ne testirajte litijeve baterije, ki je vidno poškodovana. Varno jo izolirajte in jo odnesite v pooblaščeno obrato za recikliranje baterij ali za nevarne odpadke v skladu z lokalnimi predpisi.

Ali lahko dronske baterije vzamemo na letalo?

Letalske družbe uporabljajo stroga pravila za litijeve baterije. Rezervne baterije za brezpilotna letala se običajno morajo prevažati v ročni prtljagi, ne pa v registriranem prtljagi. Poleg tega je treba njihove priključke zaščititi pred krajkim stikom.

Omejitve za baterije so običajno temeljile na vaturnih urah:

Vaturne ure (Wh) = nazivna napetost (V) × kapaciteta (Ah)

Pravila se lahko razlikujejo glede na letalsko družbo, državo, velikost baterije in potovanje. Pred potovanjem preverite trenutne zahteve letalske družbe in ustrezne letalske oblasti. Poškodovane ali nabrkle baterije nikoli ne prevažajte.

Kako izbrati proizvajalca baterij za brezpilotna letala

Za komercialne in prilagojene projekte z brezpilotnimi letali ne smete ocenjevati proizvajalca baterij izključno na podlagi cene.

Pomembni dejavniki so:

– Izkušnje z baterijskimi paketi LiPo in litij-ionskimi baterijami

– Vzpostavitev dobavnih verig za celice in sledljivost

– Skladnost napetosti, kapacitete in notranje odpornosti

– Razvoj sistema za upravljanje baterij

– Možnosti za po meri izdelane oblike in priključke

– Načrtovanje varnostne vezja

– Možnosti za izdelavo prototipov in preskušanje

– Proizvodna zmogljivost in nadzor dobav

– Postopki upravljanja kakovosti

– Tehnična podpora in storitve garancije

V skladu z izdelkom in ciljnim trgom lahko ustrezna dokumentacija vključuje UN38.3, MSDS, IEC 62133, CE, RoHS ali druge specifične potrditve in preskusne poročila.

Profesionalni proces prilagajanja običajno vključuje potrditev zahtev, električno načrtovanje, konstrukcijsko načrtovanje, izdelavo vzorcev, preskušanje zmogljivosti, preverjanje varnosti, optimizacijo ter serijsko proizvodnjo.

Prihodnje tehnologije baterij za brezpilotne letalnike

Litij-ionske in LiPo baterije bodo še naprej široko uporabljane, vendar nekaj novih tehnologij lahko izboljša trajanje leta in varnost brezpilotnih letalnikov.

Polprevodniške baterije

Trdne baterije nadomestijo konvencionalne tekoče ali želatinozne elektrolite z trdnimi materiali. Njihove morebitne prednosti vključujejo izboljšano varnost in višjo energijsko gostoto, čeprav ostajajo izzivi glede proizvodnih stroškov in komercializacije na veliko skalo.

Litij-sulfurne baterije

Litij-sulfurna tehnologija lahko zagotovi višjo specifično energijo kot konvencionalne litij-ionske baterije. Raziskuje se za uporabo v letalskih aplikacijah z dolgo vzdržljivostjo, vendar je še vedno potrebno izboljšati življenjsko dobo ciklov, stabilnost in komercialno razširljivost.

Litijevi bateriji

Litij-kovinske celice lahko znatno povečajo shranjeno energijo brez sorazmernega povečanja mase baterije. Vendar ostajajo pomembni izzivi pri varnosti, življenjski dobi ciklov, nastajanju dendritov in doslednosti proizvodnje.

Hidrogenski gorivni članki

Vodikove gorilne celice lahko zagotovijo daljšo vzdržljivost za določene industrijske brezpilotne letalnike. Zahtevnejše so od ponovno polnljivih baterijskih paketov in zahtevajo shranjevanje vodika, podporno opremo ter specializirane obratovalne postopke.

Inteligentno upravljanje z baterijo

Prihodnje baterije za brezpilotne letalnike bodo vse bolj uporabljale pametno spremljanje za oceno preostalega časa leta, zaznavanje neujemanja med celicami, napovedovanje staranja baterije in preprečevanje nevarne obratovanja.

Pogosto zastavljena vprašanja

Katerih baterij večina brezpilotnih letalnikov uporablja?

Večina sodobnih brezpilotnih letalnikov uporablja litijeve polimerne ali litijeve ionske baterije. FPV brezpilotni letalniki pogosto uporabljajo LiPo pakete z visoko iztočno močjo, dolgotrajna letala pa lahko uporabljajo litijeve ionske pakete.

Ali lahko v svojem brezpilotnem letalniku uporabim baterijo z višjo kapaciteto?

Le, če so njena napetost, dimenzije, teža, priključek, iztočna zmogljivost in vpliv na težišče letala združljivi z brezpilotnim letalnikom.

Ali lahko zamenjam 4S baterijo z 6S baterijo?

Ne, razen če so motorji, elektronski nadzorniki hitrosti in druga elektronska oprema posebej izdelani za napetost 6S.

Kako dolgo traja baterija drona?

Čas leta se lahko giblje od le nekaj minut pri dirkalnih brezpilotnih letalnikih do več kot 30 minut pri učinkovitih brezpilotnih letalnikih za zračno fotografijo ali dolgotrajna letala.

Življenjska doba baterije je odvisno od delovne temperature, globine razbijanja, navad polnjenja, pogojev shranjevanja in delovne obremenitve.

Zakaj se baterija mojega drona hitro izprazni?

Možni vzroki vključujejo nizke zunanje temperature, težko koristno obremenitev, močan veter, agresivno letenje, neustrezne propelerje, staranje celic, povečano notranjo upornost ali neprimerno specifikacijo baterije.

Zaključek

Katerih baterij torej uporabljajo droni? Večina dronov uporablja litijeve polimerne (LiPo) baterije zaradi visoke moči in fleksibilne oblike ohišja ali litijeve ionske (li-ion) baterije za daljšo delovno dobo. LiHV in LiFePO4 baterije zadostijo bolj specializiranim zahtevam, medtem ko lahko nove tehnologije v prihodnosti podprejo letala z izjemno dolgo delovno dobo.

Izbira ustrezne baterije za dron zahteva več kot samo ujemanje napetosti in kapacitete. Prav tako morate upoštevati število celic, hitrost razbijanja, težo, dimenzije, tip priključka, delovno temperaturo, močno obremenitev letala, način polnjenja ter varnostne zaščitne mehanizme.

Tri pravila so še posebej pomembna:

1. Nikoli ne pustite litijeve baterije polniti brez nadzora.

2. Nikoli ne nadaljujte z uporabo nabiralnika, ki je razširjen, izteka ali fizično poškodovan.

3. Nabiralnik shranite pri napetosti, ki jo priporoča proizvajalec, na hladnem, suhem in zaščitenem mestu.

Ta popoln vodnik obravnava vrste nabiralnikov za brezpilotne letalnike, merila zmogljivosti, varnost in vzdrževanje. Pojasnjuje nabiralnike LiPo, Li-ion, LiHV in LiFePO4, napetost, kapaciteto, C-oceno, izračun časa leta, polnjenje, shranjevanje in znake, ki kažejo na potrebo po zamenjavi. Prav tako raziskuje prihodnje tehnologije, kot so trdno stanje, litij-sulfur in litij-kovinski nabiralniki za daljšo vzdržljivost.