Як початківець у світі дронів, ви, мабуть, цікавитеся, як вибрати акумулятор для дрона? Які відмінності між різними типами акумуляторів? На що слід звернути увагу під час їх використання?
У цій статті ми розглянемо різні типи акумуляторів та їхні характеристики.
Як працюють акумулятори для дронів
Акумулятори складаються з матеріалів позитивного та негативного електродів, сепаратора та електроліту.
Під час розряду акумулятора електрони переміщуються від негативного до позитивного електрода, генеруючи електричний струм. У цьому процесі потік електронів створює електричну енергію.
Які відмінності між різними типами акумуляторів для дронів?
Акумулятор складається з матеріалів позитивного та негативного електродів, сепаратора та електроліту.
Акумулятори для дронів із вологим електролітом
Свинцево-кислотні акумулятори є поширеним типом акумуляторів із вологим електролітом. Матеріал позитивного електрода — діоксид свинцю, матеріалу негативного електрода — металевий свинець, а електролітом є розчин сульфатної кислоти.
Зазвичай використовуються як пускові акумулятори для автомобілів, у системах зв'язку, автоматичного керування та як резервні джерела живлення для аварійного обладнання.
Переваги: низька вартість, довговічність і надійність. Недоліки: велика вага, низька енергоємність і необхідність регулярного обслуговування.
Акумулятори для дронів із сухим електролітом
Акумулятори із сухим електролітом використовуються найчастіше, зокрема неперезаряджувані та акумуляторні батареї.
Неперезаряджувані батареї, такі як лужні та вуглецеві, неможливо перезарядити після використання, і вони широко застосовуються в побутовій електроніці;
До поширених акумуляторів належать літій-залізо-фосфатні, полімерні літієві, літій-іонні та нікель-кадмієві акумулятори.
Літій-залізо-фосфатний акумулятор (LiFePO4): має стабільні хімічні властивості, високий рівень безпеки та велику кількість циклів заряджання, але низьку енергоємність.
Зазвичай використовується в електроінструментах, електромобілях та системах накопичення енергії.
Полімерний літієвий акумулятор (Li-po): має високу енергоємність, але потребує суворого контролю безпеки для запобігання надмірному заряджанню та розряду.
Зазвичай використовується в дронах, моделювальних літаках та іншому обладнанні з високим споживанням потужності.
Літій-іонний акумулятор (Li-ion): має нижчу енергоємність, ніж Li-po, але більшу кількість циклів заряджання та вищий рівень безпеки.
Зазвичай використовується в електронних пристроях, таких як смартфони та ноутбуки.
Нікель-кадмієвий акумулятор (NiCd): використовувався в ранніх мобільних телефонах, простий у обслуговуванні, але поступово витісняється через ефект пам'яті та екологічні проблеми.
Зазвичай використовується в професійному інструменті, аварійному освітленні та іншому обладнанні.
Що таке енергоємність акумуляторів для дронів?
Енергоємність — це енергія, що зберігається в одиниці об'єму або маси, і зазвичай вимірюється в МДж/л або МДж/кг. При однаковому об'ємі чим вища енергоємність, тим більше енергії можна отримати.
Наприклад, щоб нагріти 1 літр води з 20°C до 100°C, потрібно приблизно 0,3135 МДж енергії. Отже, 1 МДж енергії може закип'ятити приблизно 6 пляшок води об'ємом 500 мл.
Енергоємність різних речовин наведена нижче
(об'ємна енергоємність: МДж/л)
Бензин: 32
Дизельне паливо: 35,8 Авіаційне паливо: 34
Вугілля: 22-24
Літій-залізо-фосфатний акумулятор: 0,792-1,26
Літій-іонний акумулятор: 0,9-1,62
Полімерний літієвий акумулятор: 1,08-1,8
З огляду на вищезазначені характеристики акумуляторів, для безпілотних літальних апаратів зазвичай обирають полімерні літієві акумулятори (Li-po) та літій-залізо-фосфатні акумулятори (LiFePO4).
Оскільки безпілотні літальні апарати чутливі до ваги, зазвичай використовуються полімерні літієві акумулятори з високою енергоємністю; безпілотні літальні апарати не дуже чутливі до ваги, тому можуть використовувати літій-залізо-фосфатні акумулятори.
Основні параметри акумуляторів для дронів
Важливі параметри акумуляторів включають струм заряджання та розряду, ємність і напругу.
Струм заряджання та розряду акумулятора вказує на швидкість заряджання або розряду акумулятора.
Струм заряджання — це максимальний зарядний струм акумулятора. Аналогічно, струм розряду вказує на максимальний струм розряду.
Наприклад: якщо ємність акумулятора становить 5300 мА·год,
струм заряджання 2C означає, що максимальний зарядний струм акумулятора становить 10,6 А.
* [5300 мА·год (5,3 А·год) * 2 = 10,6 А]
струм розряду 10C означає, що максимальний струм розряду акумулятора становить 53 А.
* [5300 мА·год (5,3 А·год) * 10 = 53 А]
Розрахунок заряду та ємності акумулятора для дрона
Акумулятори з високою ємністю (мА·год або А·год) не обов'язково містять більше енергії. На основі основних параметрів акумулятора ми можемо визначити енергоємність різних акумуляторів.
Формула розрахунку енергії акумулятора:
Енергія (Вт·год) = Ємність (А·год) × Напруга (В)
Наприклад:
Акумулятор А: ємність 2000 мА·год, напруга 4,2 В, отже енергія акумулятора = 2 А·год × 4,2 В = 8,4 Вт·год
Акумулятор Б: ємність 2000 мА·год, напруга 12,6 В, отже енергія акумулятора = 2 А·год × 12,6 В = 25,2 Вт·год
Умови використання та застереження для акумуляторів дронів
Робоча температура навколишнього середовища:
Висока температура (понад 65 градусів) спричинить розкладання електроліту, виділення газу, підвищення внутрішнього тиску, скорочення терміну служби та навіть вибух. Висока температура також прискорить побічну реакцію між електролітом та матеріалами позитивного й негативного електродів, збільшить внутрішній опір і знизить продуктивність.
Низька температура підвищить в'язкість електроліту, знизить провідність, вплине на ємність розряду та загальну ємність, а також знизить ефективність заряджання.
У повсякденному житті також трапляються такі ситуації, як акумулятор мобільного телефону взимку розряджається не так довго, як влітку, або продуктивність електромобілів на півночі знижується через низькі температури взимку.
Застереження:
Акумулятор необхідно заряджати за кімнатної температури в сухому середовищі за допомогою професійного зарядного обладнання.
Повна напруга полімерного літієвого акумулятора (Li-po) та літій-іонного акумулятора (Li-ion) становить 4,2 В. Повна напруга літій-залізо-фосфатного акумулятора (LiFePO4) становить 3,6 В. (Детальніше див. у посібнику до акумулятора від виробника)
Нижче наведено кількість циклів заряджання та розряду кожного акумулятора за нормальних умов:
Полімерний літієвий акумулятор (Li-po): від 300 до 500 разів
Літій-іонний акумулятор (Li-ion): 500 разів
Літій-залізо-фосфатний акумулятор (LiFePO4): 5000 разів
Примітка щодо зберігання акумулятора: якщо акумулятор довго не використовується, напругу літієвого акумулятора необхідно зарядити до 3,8-3,85 В, а літій-залізо-фосфатного акумулятора (LiFePO4) — до 3,2-3,3 В.
Загалом, обираючи акумулятор для дрона, слід розрахувати необхідну ємність акумулятора відповідно до конкретних потреб дрона (навантаження, час польоту тощо), а також обрати відповідний тип і конфігурацію акумулятора. Водночас звертайте увагу на вагу, безпеку та продуктивність акумулятора, щоб досягти найкращого результату польоту.