Скільки існує типів акумуляторів для дронів

Розвиток технології дронів тісно пов'язаний з досягненнями в галузі хімії акумуляторів. Джерело живлення є основою безпілотних літальних апаратів (БПЛА), визначаючи тривалість польоту, радіус дії та загальні можливості. Для пілотів — від ентузіастів до професіоналів — розуміння характеристик, переваг і обмежень основних типів акумуляторів є важливим для вибору правильного обладнання та його безпечного та ефективного використання. У цій статті розглядаються три основні типи акумуляторів для дронів: літій-полімерні (LiPo), літій-іонні (Li-ion) та нікель-кадмієві (NiCd).

Літій-полімерні (LiPo) акумулятори: джерело живлення підвищеної продуктивності

Літій-полімерні акумулятори стали стандартом для багатьох побутових і високопродуктивних дронів, особливо в авіагонках, трюковому польоті та професійній кінозйомці. Їхня популярність пояснюється властивостями, які відповідають високим вимогам сучасних дронів.

● Хімія та конструкція: На відміну від літій-іонних акумуляторів, які використовують рідкий електроліт, акумулятори LiPo використовують напівтверді або гелеподібні полімерні електроліти. Зазвичай їх упаковують у м'які плівкові пакети з алюмінієво-пластикових матеріалів, а не в жорсткі металеві циліндри. Ця гнучка конструкція дозволяє виробникам створювати легкі акумулятори різної форми, що добре підходить для компактних та обтічних корпусів дронів.
● Переваги експлуатації: Акумулятори LiPo мають високу енергоємність (зазвичай 150–250 Вт·год/кг) та високі показники розряду. Це забезпечує триваліший час польоту та можливість швидкого надання потужності для прискорення, маневреності та двигунів із високим тяговим зусиллям. Їх низький рівень саморозряду також допомагає зберігати енергію під час простою.
● Специфікації та маркування: Ємність вимірюється в міліампер-годинах (mAh) або ампер-годинах (Ah). Напруга залежить від кількості послідовно з'єднаних елементів (S), кожен елемент забезпечує 3,7 В. Наприклад, пакет 3S дає 11,1 В, тоді як пакет 6S забезпечує 22,2 В. Коефіцієнт C вказує на безпечну постійну розрядну здатність; батарея 30С, 5000 mAh може постійно подавати 150 А.
● Заходи обережності та техніка безпеки: Літій-полімерні батареї чутливі до неправильного використання. Перезаряджання понад 4,2 В на елемент або розряджання нижче 3,2 В може призвести до постійних пошкоджень, набряку або навіть пожежі. Для них потрібні спеціальні зарядні пристрої з функцією балансування та уважний контроль. Термін служби становить зазвичай 150–300 циклів, що менше, ніж у літій-іонних батарей. Щоб продовжити термін служби, їх слід зберігати приблизно на 50% заряду в прохолодному, сухому середовищі.

Літій-іонні (Li-ion) акумулятори: чемпіон за довговічністю

Акумулятори Li-ion є ще однією поширеною літієвою хімією, яку обирають для застосувань, що вимагають тривалого часу польоту та довшого терміну експлуатації, а не максимальної вихідної потужності.

● Хімія та конструкція: Акумулятори Li-ion використовують рідкий електроліт і зазвичай виконані у вигляді жорстких циліндричних (наприклад, елементи 18650) або призматичних блоків, що робить їх міцними та довговічними.
● Переваги експлуатації: Вони забезпечують високу енергоємність, яка часто порівнянна з акумуляторами LiPo або перевершує її. Це робить їх ідеальними для дронів, що використовуються в картографуванні, огляді, спостереженні та фотографії, де важлива тривалість роботи. Акумулятори Li-ion зазвичай витримують 300–500 циклів, а передові версії — 500–1000 циклів. Вони більш стабільні, менше схильні до пухнення та безпечніші в звичайних умовах експлуатації.
● Компроміси: Літій-іонні акумулятори, як правило, мають нижчі максимальні струми розряду порівняно з LiPo-пакетами, що робить їх менш придатними для гонок або дронів для виконання трюків. Вони також можуть бути трохи важчими при тій самій ємності. Однак інновації, такі як літієві акумулятори з високою енергоємністю (до 400 Вт·год/кг), розширюють межі можливого, забезпечуючи довший час польоту та стабільну роботу в широкому температурному діапазоні (-40 °C до 60 °C).

Нікель-кадмієві (NiCd) акумулятори: міцні та надійні ветерани

NiCd-акумулятори представляють собою застарілу технологію, яка в основному замінена літійовими аналогами в побутових дронах, проте вони залишаються корисними в окремих застосуваннях завдяки своїй міцності.

● Хімія та історія: NiCd-акумулятори використовують електроди з кадмію та гідроксиду нікелю з лужним електролітом. Їхня енергоємність значно нижча (40–60 Вт·год/кг), що робить їх важчими та громіздкішими порівняно з літійовими акумуляторами.
● Переваги: NiCd акумулятори чудово працюють в екстремальних умовах, надійно функціонуючи в діапазоні від -20°C до 60°C (іноді від -30°C до 50°C). Вони краще, ніж літієві акумулятори, витримують фізичні удари, вібрації, перезарядку та глибоке розрядження. Крім того, вони забезпечують високі струми розряду і, як правило, є дешевшими.
● Недоліки та обслуговування: Акумулятори NiCd страждають від «ефекту пам'яті», коли повторні часткові цикли заряду/розряду зменшують ємність. Для підтримки продуктивності необхідні регулярні повні розряди. Вони також мають високий рівень саморозряду та містять токсичний кадмій, що викликає екологічні побоювання. Зарядка триває довше (10–16 годин при капельному заряджанні), хоча швидке заряджання при струмі 1C можливе приблизно за годину.

Висновок: Вибір правильного джерела живлення

● Акумулятори LiPo є найкращим варіантом для високопродуктивних дронів, що використовуються в гонках, трюках або саморобних конструкціях, оскільки забезпечують вибухову потужність і легку конструкцію, але вимагають обережного поводження.
● Акумулятори Li-ion ідеально підходять для комерційних, фотозйомок та тривалих польотів дронів, забезпечуючи баланс між густиною енергії, безпекою та довгим терміном служби.
● Акумулятори NiCd підходять лише для певних промислових, військових або застарілих застосувань, де екстремальна міцність і стійкість до температур переважають над їхніми недоліками.

Оскільки технологія акумуляторів продовжує розвиватися, з'являються вищі густини енергії, поліпшена безпека та краща адаптація до температур. Компроміс між потужністю, витривалістю та міцністю залишатиметься ключовим у авіації дронів. Розуміючи ці основні типи акумуляторів, пілоти та оператори можуть приймати обґрунтовані рішення, забезпечуючи своїм дронам потрібне «серце» для виконання завдання.