Batterie agli ioni di litio per UAV a lunga autonomia, droni e sistemi ad ala fissa

Why Use Li-ion Batteries for UAVs?

Perché utilizzare batterie agli ioni di litio per gli UAV?

Molte missioni UAV privilegiano tempo operativo, autonomia e energia utile per la missione rispetto ad accelerazioni ripetute alla massima potenza. Gli aeromobili per mappatura, le piattaforme per ispezioni, gli UAV ad ala fissa e altri sistemi orientati all’autonomia possono quindi essere buoni candidati per l’alimentazione con batterie agli ioni di litio.

Le moderne celle cilindriche agli ioni di litio possono fornire una notevole quantità di energia immagazzinata rispetto alla massa della batteria. Quando l’aeromobile opera in modo efficiente, tale energia può supportare una crociera, un hovering o una durata della missione più lunghi, senza progettare la batteria principalmente in funzione della capacità di corrente impulsiva estrema associata ai pacchi LiPo ad alto C.

Il compromesso consiste nel dover abbinare con attenzione la capacità di corrente all’aeromobile. Decollo, salita, hovering, correzione della deriva causata dal vento e variazioni del carico utile possono creare una richiesta elettrica superiore a quella delle normali condizioni di crociera.

Il solo tipo di UAV non determina l’idoneità della batteria. Il carico propulsivo effettivo, il peso dell’aeromobile e il profilo della missione sono più importanti della semplice classificazione della piattaforma come drone per mappatura, UAV ad ala fissa o aeromobile per ispezioni.

Capacità della batteria UAV: dai pacchi compatti a 19000 mAh

La capacità della batteria dell’UAV dovrebbe essere proporzionata all’aeromobile, invece di aumentare semplicemente ogni volta che si desidera un tempo di volo più lungo. I pacchi batteria più grandi forniscono più energia immagazzinata, ma aggiungono anche massa, obbligando l’aeromobile a consumare ulteriore energia durante l’intera missione semplicemente per trasportarli.

Questi intervalli di capacità descrivono l’orientamento del prodotto, non regole rigide basate sulle dimensioni dell’aeromobile. Una batteria deve essere utilizzata solo quando tensione, capacità di corrente, dimensioni e peso installato sono compatibili con l’intero sistema UAV.

Batterie agli ioni di litio per UAV da 10000 mAh e 12700 mAh

La classe di capacità 10000mAh e 12700mAh offre un importante compromesso per le applicazioni UAV a lunga autonomia. Queste configurazioni parallele più grandi forniscono molta più energia immagazzinata rispetto alle batterie 1P compatte, rimanendo tuttavia al di sotto delle dimensioni e della massa dei sistemi 3P più grandi.

Nella piattaforma CNHL 21700, la configurazione da 10000mAh si basa sulla piattaforma di celle 50D, più equilibrata tra potenza ed energia, mentre quella da 12700mAh utilizza l'architettura 65E, più orientata all'energia.

Ciò rende la configurazione da 10000mAh un punto di partenza più solido quando la missione prevede ancora operazioni significative con carichi elevati, mentre la configurazione da 12700mAh diventa particolarmente interessante quando le priorità sono la massima energia immagazzinata e una crociera o un volo stazionario efficienti.

Batterie Li-ion da 15000mAh e 19000mAh per UAV di grandi dimensioni

I pacchi Li-ion 6S da 15000mAh e 19000mAh rappresentano il livello di capacità più elevato nell'attuale gamma CNHL 21700. Entrambi utilizzano architetture 6S3P con diciotto celle cilindriche e sono destinati ad aeromobili significativamente più grandi, anziché ai normali droni compatti.

La piattaforma 15000mAh 50D mantiene il carattere più equilibrato tra potenza ed energia della cella 50D, aumentando al contempo la condivisione della corrente grazie alla sua architettura 3P. Ciò la rende adatta ad applicazioni UAV e ad ala fissa di grandi dimensioni che richiedono una notevole energia immagazzinata, mantenendo al contempo un margine di potenza utilizzabile maggiore.

La piattaforma 19000mAh 65E si orienta ulteriormente verso la massima energia per la missione e autonomia. È meglio considerarla una batteria specializzata per sistemi UAV o ad ala fissa grandi ed efficienti, in cui l'aeromobile possa trasportare proficuamente un pacco da diciotto celle ottimizzato per l'energia.

Nessuna delle due batterie dovrebbe essere considerata un semplice aggiornamento della capacità per un aeromobile più piccolo. È necessario valutare prima la capacità di carico, il peso totale, l'efficienza della propulsione, il volume della batteria e la richiesta di corrente.

Batterie Li-ion 4S per UAV

Una batteria UAV Li-ion 4S può essere adatta agli aeromobili progettati intorno a un sistema elettrico a quattro celle in serie. I pacchi 4S compatti possono supportare aeromobili attenti al peso, mentre le configurazioni parallele più grandi forniscono più energia immagazzinata per UAV orientati all'autonomia e piattaforme ad ala fissa.

Nella piattaforma CNHL 21700, la capacità 4S va dalle batterie 1P da 5000mAh e 6350mAh alle configurazioni 2P da 10000mAh e 12700mAh. Le batterie 2P sono particolarmente indicate quando una maggiore energia per la missione e la condivisione del carico in parallelo giustificano le celle aggiuntive.

Per gli utenti che confrontano in particolare la piattaforma 21700, consultare la gamma di batterie agli ioni di litio 4S 21700.

Batterie agli ioni di litio 6S per UAV

Le batterie agli ioni di litio 6S offrono la gamma di capacità più ampia dell’attuale piattaforma CNHL 21700, dalle compatte batterie 6S1P alle configurazioni 6S2P ad autonomia estesa, fino ai grandi sistemi energetici 6S3P.

I pacchi 6S2P da 10000mAh e 12700mAh costituiscono una fascia intermedia pratica per applicazioni UAV di mappatura, ispezione e ad ala fissa, mentre i pacchi 6S3P da 15000mAh e 19000mAh si rivolgono a piattaforme sostanzialmente più grandi, dove i wattora totali della missione diventano un requisito progettuale centrale.

Confronta le batterie agli ioni di litio 6S 21700 in base alla capacità, alla configurazione in parallelo e al connettore quando progetti un sistema basato sulla nuova piattaforma con celle cilindriche.

1P vs 2P vs 3P per le batterie UAV

La configurazione in parallelo influisce sia sull’energia totale sia sulla capacità di corrente utilizzabile a livello di pacco. Quando si aggiungono celle in parallelo, il carico elettrico può essere distribuito su un numero maggiore di celle, ma la batteria diventa anche più grande e pesante.

Il numero di celle in parallelo dovrebbe quindi essere scelto nell’ambito del bilancio energetico e di peso del velivolo, anziché essere considerato semplicemente un modo per massimizzare la capacità.

50D vs 65E per applicazioni UAV

Nella piattaforma CNHL da 21700, le famiglie di celle 50D e 65E offrono due approcci diversi alla progettazione delle batterie per UAV.

La 65E, con capacità maggiore, non è automaticamente la batteria migliore per UAV. Un velivolo con una richiesta di corrente superiore può trarre maggiore vantaggio dall’equilibrio tra potenza ed energia della 50D, mentre una piattaforma altamente efficiente può sfruttare meglio l’energia aggiuntiva disponibile dalla 65E.

Wattora delle batterie per UAV vs mAh

Per la pianificazione delle batterie per UAV, i wattora sono spesso più utili dei soli mAh. La capacità in mAh descrive la carica, mentre i wattora tengono conto sia della capacità della batteria sia della tensione per descrivere l’energia nominale immagazzinata.

Questo diventa particolarmente importante quando si confrontano diversi numeri di S. Una batteria da 10000mAh a una determinata tensione non contiene la stessa quantità di energia di una batteria da 10000mAh a un’altra tensione.

La pianificazione della missione dovrebbe quindi considerare i wattora utilizzabili insieme ai requisiti di riserva, alla corrente operativa effettiva e al peso della batteria completa.

Perché gli Wh/kg sono importanti per gli UAV a lunga autonomia

Wh/kg descrive l’energia nominale immagazzinata nella batteria in rapporto alla massa della batteria. Può essere particolarmente utile nella progettazione di UAV, perché ogni grammo di batteria deve essere trasportato dall’aeromobile stesso.

Una batteria con un valore totale di Wh più elevato potrebbe non migliorare l’autonomia se l’aumento corrispondente di peso fa crescere eccessivamente la potenza necessaria per l’hovering o la crociera. Per questo, l’aumento della capacità può portare a rendimenti decrescenti.

Il confronto utile, quindi, non riguarda semplicemente la batteria che immagazzina più energia, ma quella che offre all’aeromobile la combinazione migliore di energia per la missione, capacità di corrente e massa installata.

Batterie Li-ion per UAV ad ala fissa

Gli UAV ad ala fissa sono tra le applicazioni più adatte alle batterie Li-ion orientate all’autonomia, perché la portanza aerodinamica efficiente può ridurre sostanzialmente la potenza richiesta durante la normale crociera rispetto agli aeromobili che restano continuamente in hovering.

Ciò rende i pacchi ad alta capacità particolarmente interessanti per missioni di mappatura, rilevamento e autonomia a lunga distanza. Le batterie 2P e 3P più grandi possono fornire un’energia significativa per la missione quando la fusoliera dispone di spazio sufficiente per la batteria e la cellula può mantenere un centro di gravità adeguato.

La corrente richiesta durante il decollo, il lancio e la salita deve comunque essere verificata, perché queste fasi della missione a maggiore potenza possono sottoporre la batteria a carichi ben superiori alla richiesta costante della crociera. Per una gamma più ampia di applicazioni ad ala fissa, consulta le batterie Li-ion per aeroplani RC e aeromobili ad ala fissa.

Batterie Li-ion per UAV multirotore

Un multirotore deve generare continuamente portanza, perciò la massa della batteria e la corrente sostenuta sono particolarmente importanti. Per questo motivo, una batteria Li-ion più grande non offre automaticamente lo stesso vantaggio in termini di autonomia che potrebbe offrire su un aeromobile ad ala fissa efficiente.

Quando si valuta una batteria Li-ion per un UAV multirotore, confrontare la corrente in hovering al peso totale previsto, la richiesta di potenza durante il decollo e la salita, il margine rispetto al vento, il carico utile e la temperatura della batteria. I pacchi 2P e 3P più grandi sono più sensati quando l’aeromobile è progettato specificamente tenendo conto dell’energia e della massa aggiuntive.

I multirotori efficienti per riprese cinematografiche e autonomia possono essere buoni candidati, mentre i sistemi molto aggressivi o ad alta spinta possono richiedere una chimica della batteria e un design del pacco con una maggiore capacità di erogare ripetutamente correnti elevate.

Batterie Li-ion per UAV: XT60 vs XT90

I pacchi batteria Li-ion CNHL sono disponibili con connettori diversi, così da adattarsi a vari ecosistemi elettrici per UAV. XT60 è comune in molti sistemi efficienti per droni e ad ala fissa, mentre XT90 viene utilizzato frequentemente nelle installazioni UAV più grandi.

XT90 non dovrebbe essere considerato una versione dalle prestazioni superiori di una batteria Li-ion altrimenti identica. Quando il modello della cella e la configurazione S/P non cambiano, le celle mantengono gli stessi limiti elettrici fondamentali. Scegliere il connettore in base all'intero sistema di alimentazione dell'UAV.

18650 vs 21700 per batterie UAV

Per le applicazioni UAV, 18650 e 21700 sono scelte tecniche del formato della cella, non categorie applicative separate. Entrambi possono essere adatti quando la batteria finita soddisfa i requisiti elettrici, energetici, di peso e dimensionali dell'aeromobile.

Il formato 18650 più piccolo può essere utile nei design compatti di batterie con celle cilindriche. Le moderne celle 21700 offrono un volume interno maggiore e possono garantire una capacità per singola cella più elevata o diversi compromessi tra energia e capacità di corrente.

Il confronto corretto dovrebbe quindi considerare i wattora, i Wh/kg, la capacità di corrente, le dimensioni e il peso del pacco finito, invece di presumere che un formato cilindrico sia universalmente migliore per l'uso sugli UAV.

Li-ion vs LiPo per applicazioni UAV

Nessuna delle due chimiche è universalmente migliore. La scelta della batteria per UAV dovrebbe riflettere il carico elettrico e il profilo della missione, invece di presumere che una maggiore autonomia richieda automaticamente Li-ion o che una potenza elevata richieda automaticamente LiPo.

Come scegliere una batteria Li-ion per un UAV

Prima di scegliere una batteria Li-ion per UAV, confrontare la missione completa con i requisiti dell’aeromobile:

• Tensione / numero di S: verificare che l’effettivo intervallo di tensione operativa corrisponda al sistema di propulsione.
• Corrente in hovering o in crociera: determinare il normale carico elettrico continuo.
• Richiesta al decollo e in salita: tenere conto delle fasi della missione che richiedono una corrente maggiore.
• Carico utile: calcolare i requisiti della batteria al peso operativo previsto, non al peso dell’aeromobile vuoto.
• Capacità e wattora: confrontare l’energia totale della missione, non solo i mAh.
• Wh/kg: considerare quanta energia si ottiene rispetto alla massa della batteria trasportata.
• 1P, 2P o 3P: bilanciare l’energia immagazzinata e la condivisione del carico con dimensioni e peso.
• Dimensioni: verificare che la batteria sia adatta al vano o al sistema di montaggio e lasciare spazio sufficiente per i cavi e il flusso d’aria.
• Connettore: scegliere XT60, XT90 o un altro connettore appropriato per il sistema UAV e verificare la polarità.
• Temperatura: mantenere la batteria entro i limiti termici specificati per il pacco finito.
• Riserva per la missione: non progettare il funzionamento normale in modo da consumare l’intera capacità teorica della batteria.

Per la gamma completa di batterie cilindriche, oltre ai prodotti specifici per UAV, consulta la gamma di batterie Li-ion CNHL. La nuova famiglia nei formati di celle può essere esplorata anche tramite le nostre batterie Li-ion 21700.

Ricarica e sicurezza delle batterie Li-ion per UAV

Utilizzare un caricabatterie e una modalità di ricarica appropriati per la specifica batteria agli ioni di litio. Rispettare la tensione massima di carica e la corrente di carica consigliata indicate per il pacco finito, invece di presumere che tutte le batterie al litio utilizzino impostazioni identiche.

Anche il monitoraggio della batteria e la strategia per la bassa tensione devono essere adeguati all’effettivo sistema agli ioni di litio. Non riutilizzare automaticamente le soglie di avviso o di interruzione sviluppate per un’altra chimica della batteria senza aver verificato che siano appropriate per il pacco selezionato.

Ispezionare il pacco batteria, i cavi, il montaggio e il connettore prima della ricarica o dell’utilizzo. Non utilizzare una batteria danneggiata, eccessivamente calda o elettricamente anomala e non superare mai i limiti di tensione, corrente o temperatura specificati per il pacco batteria finito.

FAQ: batterie Li-ion per UAV

Le batterie agli ioni di litio sono adatte agli UAV?

Possono essere un'ottima scelta per gli UAV progettati per una maggiore autonomia, quando l'energia immagazzinata e la durata della missione sono importanti. La batteria deve comunque fornire corrente sufficiente per il funzionamento normale, il decollo, la salita e le variazioni del carico utile o delle condizioni del vento.

Quali applicazioni UAV sono più adatte alle batterie Li-ion?

La mappatura, i rilievi, le ispezioni, le riprese aeree e le missioni efficienti con aeromobili ad ala fissa sono applicazioni particolarmente adatte alle batterie Li-ion. Anche le piattaforme multirotore progettate per una maggiore autonomia possono trarne vantaggio, quando la corrente di hovering e il peso della batteria restano adeguati.

Quanta capacità della batteria serve a un UAV?

Non esiste un requisito di capacità universale. Scegli una batteria in base ai wattora della missione, alla corrente operativa, al carico utile, all'efficienza dell'aeromobile, al peso della batteria e alla riserva richiesta, invece di scegliere il valore di mAh più elevato disponibile.

Per un UAV è meglio una batteria da 10000 mAh o da 12700 mAh?

Nessuna delle due è universalmente migliore. All'interno della piattaforma CNHL 21700, la versione da 10000 mAh con celle 50D offre un'opzione più equilibrata tra potenza ed energia, mentre la versione da 12700 mAh con celle 65E privilegia la massima energia immagazzinata. La scelta corretta dipende dal fabbisogno di corrente e dall'efficienza della missione.

A cosa sono destinate le batterie Li-ion da 15000 mAh e 19000 mAh?

Si tratta di configurazioni di batterie 6S3P di grandi dimensioni, destinate ad aeromobili e sistemi UAV che richiedono un'autonomia considerevole. La loro architettura a diciotto celle offre una notevole quantità di energia immagazzinata, ma anche una massa significativa del pacco, quindi l'aeromobile deve essere progettato per trasportarle in modo efficiente.

Il formato 21700 è migliore del formato 18650 per le batterie per UAV?

Non automaticamente. Si tratta di formati di celle. Confronta i wattora effettivi della batteria, il peso, la capacità di corrente, le dimensioni e il rapporto energia/peso, invece di scegliere esclusivamente in base al formato delle celle.

XT90 è migliore di XT60 per una batteria per UAV?

Non automaticamente. XT90 è comune sui sistemi UAV più grandi, mentre XT60 è ampiamente utilizzato su molti droni efficienti e aeromobili ad ala fissa. Scegli in base all'impianto elettrico e al fabbisogno di corrente; cambiare il connettore non aumenta le prestazioni delle celle contenute nella batteria.

Una batteria per UAV di capacità maggiore offre sempre un tempo di volo più lungo?

No. Una capacità maggiore aumenta l'energia, ma anche la massa della batteria. Il tempo di volo o di missione migliora solo quando l'aeromobile riesce a trasportare la batteria aggiuntiva in modo abbastanza efficiente da compensare, con l'energia immagazzinata in più, l'aumento del fabbisogno energetico.

Una batteria Li-ion per UAV può sostituire una batteria LiPo?

Non presumere l'intercambiabilità diretta basandoti solo su tensione, numero di celle S o connettore. Confronta l'intervallo di tensione effettivo, la richiesta di corrente continua e di picco, il peso della batteria, le dimensioni, i requisiti di ricarica, il comportamento a bassa tensione e i limiti termici prima di cambiare la chimica della batteria.