Akumulatory litowo-jonowe do bezzałogowych statków powietrznych do długotrwałych lotów, dronów i systemów stałopłatów

Dlaczego warto stosować akumulatory litowo-jonowe w UAV?

W wielu misjach UAV priorytetem są czas działania, zasięg i użyteczna energia misji, a nie wielokrotne przyspieszanie z maksymalną mocą. Statki powietrzne do kartografii, platformy inspekcyjne, UAV typu stałopłat i inne systemy ukierunkowane na długi czas lotu mogą zatem być dobrymi kandydatami do zasilania akumulatorami litowo-jonowymi.

Nowoczesne cylindryczne ogniwa litowo-jonowe mogą zapewnić dużą ilość zgromadzonej energii w stosunku do masy akumulatora. Gdy statek powietrzny działa wydajnie, energia ta może umożliwić dłuższy lot przelotowy, zawis lub czas realizacji misji bez projektowania akumulatora przede wszystkim pod kątem ekstremalnej wydajności prądowej w krótkich impulsach, charakterystycznej dla pakietów LiPo o wysokim współczynniku C.

Kompromis polega na konieczności starannego dopasowania wydajności prądowej do statku powietrznego. Start, wznoszenie, zawis, korekta toru lotu pod wpływem wiatru i zmiany ładunku mogą powodować większe zapotrzebowanie na energię elektryczną niż w normalnych warunkach lotu przelotowego.

Które zastosowania UAV są odpowiednie dla akumulatorów litowo-jonowych?

Sam typ UAV nie określa przydatności akumulatora. Rzeczywiste obciążenie układu napędowego, masa statku powietrznego i profil misji są ważniejsze niż samo zaklasyfikowanie platformy jako drona kartograficznego, UAV typu stałopłat lub statku powietrznego do inspekcji.

Pojemność akumulatorów UAV: od kompaktowych pakietów do 19000 mAh

Pojemność akumulatora UAV powinna być dostosowana do statku powietrznego, a nie po prostu zwiększana za każdym razem, gdy pożądany jest dłuższy czas lotu. Większe pakiety zapewniają więcej zgromadzonej energii, ale zwiększają również masę akumulatora, przez co statek powietrzny musi zużywać dodatkową energię podczas całej misji tylko po to, aby go przenosić.

Te zakresy pojemności określają kierunek rozwoju produktów, a nie sztywne zasady dotyczące rozmiaru statku powietrznego. Akumulatora należy używać wyłącznie wtedy, gdy jego napięcie, wydajność prądowa, wymiary i masa po zamontowaniu są dopasowane do całego systemu UAV.

Akumulatory litowo-jonowe do bezzałogowych statków powietrznych 10000 mAh i 12700 mAh

Klasa pojemności 10 000 mAh i 12 700 mAh zapewnia ważne rozwiązanie pośrednie dla zastosowań UAV wymagających długiego czasu lotu. Te większe konfiguracje równoległe oferują znacznie więcej zgromadzonej energii niż kompaktowe akumulatory 1P, pozostając jednocześnie mniejsze i lżejsze od największych systemów 3P.

W ramach platformy CNHL 21700 wariant 10 000 mAh bazuje na bardziej zrównoważonej pod względem mocy i energii platformie ogniwa 50D, natomiast wariant 12 700 mAh wykorzystuje bardziej energetyczną architekturę 65E.

Oznacza to, że wariant 10 000 mAh jest lepszym punktem wyjścia, gdy misja nadal obejmuje pracę przy znacznym obciążeniu, natomiast wariant 12 700 mAh staje się szczególnie interesujący tam, gdzie priorytetem jest maksymalna ilość zgromadzonej energii oraz wydajne przelotowe lub zawisowe działanie.

Akumulatory Li-ion 15 000 mAh i 19 000 mAh do dużych UAV

Pakiety Li-ion 6S o pojemności 15 000 mAh i 19 000 mAh reprezentują obecnie najwyższy poziom pojemności w gamie CNHL 21700. Oba wykorzystują architekturę 6S3P z osiemnastoma cylindrycznymi ogniwami i są przeznaczone do znacznie większych statków powietrznych, a nie do zwykłych kompaktowych dronów.

Platforma 15 000 mAh 50D zachowuje bardziej zrównoważony charakter ogniwa 50D pod względem mocy i energii, a dzięki architekturze 3P zapewnia dodatkowe współdzielenie prądu. Dzięki temu sprawdza się w dużych zastosowaniach UAV i stałopłatowych, które wymagają znacznej ilości zgromadzonej energii, zachowując jednocześnie większy użyteczny zapas mocy.

Platforma 19 000 mAh 65E jest jeszcze bardziej ukierunkowana na maksymalną energię misji i długi czas lotu. Najlepiej traktować ją jako specjalistyczny akumulator do dużych, wydajnych systemów UAV lub stałopłatów, w których statek powietrzny może efektywnie przenosić pakiet 18-ogniwowy nastawiony na wysoką energię.

Żadnego z tych akumulatorów nie należy traktować jako prostego zwiększenia pojemności dla mniejszego statku powietrznego. Najpierw należy ocenić udźwig, masę całkowitą, sprawność napędu, objętość akumulatora oraz zapotrzebowanie na prąd.

Akumulatory Li-ion 4S do UAV

Akumulator UAV Li-ion 4S może pasować do statków powietrznych zaprojektowanych z myślą o układzie elektrycznym z czterema ogniwami połączonymi szeregowo. Kompaktowe pakiety 4S mogą zasilać statki powietrzne, w których masa ma kluczowe znaczenie, natomiast większe konfiguracje równoległe zapewniają więcej zgromadzonej energii dla UAV i platform stałopłatowych nastawionych na długi czas lotu.

W ramach platformy CNHL 21700 pojemności konfiguracji 4S obejmują akumulatory 1P o pojemności 5000 mAh i 6350 mAh oraz konfiguracje 2P o pojemności 10 000 mAh i 12 700 mAh. Akumulatory 2P są szczególnie przydatne tam, gdzie większa energia misji i współdzielenie obciążenia równolegle uzasadniają zastosowanie dodatkowych ogniw.

Użytkownicy porównujący konkretnie platformę 21700 mogą przejrzeć gamę akumulatorów litowo-jonowych 4S 21700.

Baterie litowo-jonowe 6S dla UAV

Baterie litowo-jonowe 6S zapewniają najszerszy zakres pojemności w obecnej platformie CNHL 21700 — od kompaktowych baterii 6S1P, przez konfiguracje 6S2P o wydłużonym czasie lotu, po duże systemy energetyczne 6S3P.

Pakiety 6S2P o pojemności 10000 mAh i 12700 mAh tworzą praktyczny segment pośredni dla zastosowań w kartografii, inspekcjach i UAV ze stałym skrzydłem, natomiast pakiety 6S3P o pojemności 15000 mAh i 19000 mAh są przeznaczone dla znacznie większych platform, w których całkowita liczba watogodzin misji staje się kluczowym wymaganiem projektowym.

Porównuj baterie litowo-jonowe 6S 21700 pod względem pojemności, konfiguracji równoległej i złącza podczas projektowania systemu opartego na nowszej platformie z ogniwami cylindrycznymi.

1P a 2P a 3P w bateriach UAV

Konfiguracja równoległa wpływa zarówno na całkowitą energię, jak i użyteczną wydajność prądową całego pakietu. Gdy dodatkowe ogniwa są łączone równolegle, obciążenie elektryczne może być rozłożone na większą liczbę ogniw, ale bateria staje się również większa i cięższa.

Liczbę ogniw połączonych równolegle należy zatem dobierać jako element bilansu energii i masy statku powietrznego, a nie postrzegać jej wyłącznie jako sposobu na maksymalizację pojemności.

50D a 65E w zastosowaniach UAV

W ramach platformy CNHL 21700 rodziny ogniw 50D i 65E oferują dwa różne podejścia do projektowania baterii UAV.

Akumulator 65E o większej pojemności nie jest automatycznie lepszym akumulatorem do UAV. Statek powietrzny o większym zapotrzebowaniu na prąd może bardziej skorzystać z równowagi mocy i energii oferowanej przez 50D, podczas gdy wysoce wydajna platforma misyjna może lepiej wykorzystać dodatkową energię dostępną w 65E.

Watogodziny baterii UAV a mAh

W planowaniu baterii UAV watogodziny są często bardziej przydatne niż same mAh. Pojemność w mAh opisuje ładunek, natomiast watogodziny uwzględniają zarówno pojemność baterii, jak i napięcie, opisując nominalnie zmagazynowaną energię.

Staje się to szczególnie ważne przy porównywaniu różnych wartości S. Akumulator 10000 mAh przy jednym napięciu nie zawiera tyle samo energii co akumulator 10000 mAh przy innym napięciu.

Planowanie misji powinno zatem uwzględniać użyteczne watogodziny wraz z wymaganiami dotyczącymi rezerwy, rzeczywistym prądem roboczym oraz masą gotowego akumulatora.

Dlaczego Wh/kg ma znaczenie w przypadku UAV-ów o długim czasie lotu

Wh/kg opisuje nominalną ilość zmagazynowanej energii akumulatora w stosunku do jego masy. Może być szczególnie przydatne przy projektowaniu UAV, ponieważ każdy gram akumulatora musi być przenoszony przez statek powietrzny.

Akumulator o większej całkowitej wartości Wh może nie poprawić czasu lotu, jeśli odpowiadający mu wzrost masy spowoduje zbyt duży wzrost mocy potrzebnej do zawisu lub lotu przelotowego. Dlatego zwiększanie pojemności może z czasem przynosić coraz mniejsze korzyści.

Użyteczne porównanie nie polega więc wyłącznie na sprawdzeniu, który akumulator przechowuje najwięcej energii, lecz który zapewnia statkowi powietrznemu najlepsze połączenie energii na misję, możliwości prądowych i masy zamontowanego akumulatora.

Akumulatory Li-ion do UAV-ów o stałym skrzydle

UAV-y o stałym skrzydle należą do najlepszych zastosowań akumulatorów Li-ion ukierunkowanych na wysoką energię, ponieważ wydajne unoszenie aerodynamiczne może znacznie zmniejszyć moc wymaganą podczas normalnego lotu przelotowego w porównaniu ze statkami powietrznymi pozostającymi nieustannie w zawisie.

Dzięki temu pakiety o dużej pojemności są szczególnie interesujące w przypadku misji kartograficznych, pomiarowych i autonomicznych lotów na duże odległości. Większe akumulatory 2P i 3P mogą zapewnić znaczną ilość energii na misję, jeśli kadłub ma wystarczająco dużo miejsca na akumulator, a płatowiec może zachować odpowiednie położenie środka ciężkości.

Prąd podczas startu, wznoszenia i nabierania wysokości nadal trzeba sprawdzić, ponieważ te fragmenty misji o wyższym zapotrzebowaniu na moc mogą powodować obciążenie akumulatora znacznie większe niż podczas ustalonego lotu przelotowego. W szerszej gamie zastosowań w samolotach o stałym skrzydle zobacz akumulatory Li-ion do samolotów RC i statków powietrznych o stałym skrzydle.

Akumulatory Li-ion do wielowirnikowych UAV

Wielowirnikowiec musi nieustannie wytwarzać siłę nośną, dlatego masa akumulatora i długotrwały pobór prądu są szczególnie istotne. Z tego powodu większy akumulator Li-ion nie zapewnia automatycznie takiej samej korzyści w zakresie czasu lotu, jaką może oferować w wydajnym samolocie o stałym skrzydle.

Przy wyborze akumulatora Li-ion do wielowirnikowego UAV porównaj prąd zawisu przy przewidywanej masie całkowitej, zapotrzebowanie podczas startu i wznoszenia, rezerwę na wiatr, ładowność oraz temperaturę akumulatora. Większe pakiety 2P i 3P mają największy sens, gdy statek powietrzny został specjalnie zaprojektowany z uwzględnieniem dodatkowej energii i masy.

Wydajne wielowirnikowce do ujęć filmowych i lotów długotrwałych mogą być dobrymi kandydatami, natomiast wysoce agresywne systemy lub systemy o dużym ciągu mogą wymagać technologii chemicznej akumulatora i konstrukcji pakietu zapewniających większą zdolność do powtarzających się obciążeń dużym prądem.

Akumulatory Li-ion UAV z XT60 a XT90

Pakiety akumulatorów Li-ion CNHL są dostępne z różnymi złączami, dzięki czemu mogą pasować do różnych ekosystemów elektrycznych UAV. XT60 jest powszechne w wielu wydajnych dronach i konstrukcjach stałopłatowych, natomiast XT90 jest często stosowane w większych instalacjach UAV.

XT90 nie należy traktować jako wydajniejszej wersji identycznego pod każdym innym względem akumulatora Li-ion. Gdy model ogniwa i konfiguracja S/P pozostają niezmienione, ogniwa zachowują te same podstawowe ograniczenia elektryczne. Złącze należy dobrać do całego systemu zasilania UAV.

18650 a 21700 w akumulatorach UAV

W zastosowaniach UAV 18650 i 21700 to wybór technicznego formatu ogniw, a nie odrębne kategorie zastosowań. Każdy z nich może być odpowiedni, jeśli gotowy akumulator spełnia wymagania elektryczne, energetyczne, masowe i wymiarowe statku powietrznego.

Mniejszy format 18650 może być przydatny w kompaktowych konstrukcjach akumulatorów z ogniwami cylindrycznymi. Nowoczesne ogniwa 21700 mają większą objętość wewnętrzną i mogą oferować większą pojemność pojedynczego ogniwa lub inne proporcje między energią a możliwościami prądowymi.

Dlatego właściwe porównanie powinno uwzględniać watogodziny gotowego pakietu, Wh/kg, możliwości prądowe, wymiary i masę, zamiast zakładać, że jeden format cylindryczny jest uniwersalnie lepszy do zastosowań UAV.

Li-ion czy LiPo w zastosowaniach UAV

Żadna z tych technologii chemicznych nie jest uniwersalnie lepsza. Wybór akumulatora UAV powinien uwzględniać obciążenie elektryczne i profil misji, zamiast zakładać, że długi czas lotu automatycznie wymaga technologii Li-ion, a duża moc — LiPo.

Jak wybrać akumulator Li-ion do UAV

Przed wyborem akumulatora Li-ion do UAV porównaj wymagania dotyczące całej misji i statku powietrznego:

• Napięcie / liczba S: potwierdź, że rzeczywisty zakres napięcia roboczego odpowiada systemowi napędowemu.
• Prąd podczas zawisu lub przelotu: określ normalne, długotrwałe obciążenie elektryczne.
• Zapotrzebowanie podczas startu i wznoszenia: uwzględnij części misji wymagające wyższego prądu.
• Ładunek: oblicz zapotrzebowanie na akumulator przy zakładanej masie roboczej, a nie masie pustego statku powietrznego.
• Pojemność i watogodziny: porównuj całkowitą energię misji, a nie tylko mAh.
• Wh/kg: weź pod uwagę, ile energii uzyskuje się w przeliczeniu na masę przenoszonego akumulatora.
• 1P, 2P lub 3P: zachowaj równowagę między zmagazynowaną energią i współdzieleniem obciążenia a rozmiarem i masą.
• Wymiary: sprawdź dopasowanie do komory akumulatora lub mocowania i pozostaw odpowiedni odstęp na przewody oraz przepływ powietrza.
• Złącze: dobierz XT60, XT90 lub inne odpowiednie złącze do systemu UAV i potwierdź właściwą polaryzację.
• Temperatura: utrzymuj akumulator w określonych dla gotowego pakietu granicach termicznych.
• Rezerwa na misję: podczas normalnej pracy nie planuj zużycia całkowitej teoretycznej pojemności akumulatora.

Pełną ofertę cylindrycznych akumulatorów wykraczającą poza produkty przeznaczone do UAV znajdziesz w ofercie akumulatorów Li-ion CNHL. Nowszą rodzinę ogniw można również poznać, przeglądając nasze akumulatory Li-ion 21700.

Ładowanie i bezpieczeństwo akumulatorów Li-ion do UAV

Używaj ładowarki i trybu ładowania odpowiednich dla konkretnego akumulatora Li-ion. Przestrzegaj maksymalnego napięcia ładowania i zalecanego prądu ładowania określonych dla gotowego pakietu, zamiast zakładać, że wszystkie akumulatory litowe mają identyczne ustawienia.

System monitorowania akumulatora i strategia ochrony przed niskim napięciem powinny być również dopasowane do konkretnego systemu Li-ion. Nie stosuj automatycznie ostrzeżeń ani założeń dotyczących odcięcia opracowanych dla innej chemii akumulatora bez potwierdzenia, że są odpowiednie dla wybranego pakietu.

Przed ładowaniem lub użyciem sprawdź pakiet, okablowanie, mocowanie i złącze. Nie używaj akumulatora, który jest uszkodzony, nadmiernie nagrzany lub wykazuje nieprawidłowości elektryczne, i nigdy nie przekraczaj limitów napięcia, prądu ani temperatury określonych dla gotowego akumulatora.

FAQ: Akumulatory Li-ion do UAV

Czy akumulatory Li-ion nadają się do UAV?

Mogą być doskonałym wyborem dla UAV nastawionych na długi czas lotu, w których ważne są zgromadzona energia i czas trwania misji. Akumulator nadal musi zapewniać wystarczający prąd do normalnej pracy, startu, wznoszenia oraz zmiennych warunków związanych z ładunkiem lub wiatrem.

Jakie zastosowania UAV najlepiej nadają się do akumulatorów Li-ion?

Mapowanie, pomiary, inspekcje, obrazowanie lotnicze i wydajne misje samolotów stałopłatowych to obszary, w których Li-ion sprawdza się szczególnie dobrze. Platformy wielowirnikowe o wydłużonym czasie lotu również mogą na tym skorzystać, jeśli prąd zawisu i masa akumulatora pozostają odpowiednie.

Jakiej pojemności akumulatora potrzebuje UAV?

Nie ma uniwersalnego wymogu dotyczącego pojemności. Wybierz akumulator na podstawie zapotrzebowania misji na watogodziny, prądu roboczego, ładunku, efektywności statku powietrznego, masy akumulatora i wymaganej rezerwy, zamiast wybierać największą dostępną wartość mAh.

Czy dla UAV lepsza jest pojemność 10000mAh czy 12700mAh?

Żaden z nich nie jest uniwersalnie lepszy. W ramach platformy CNHL 21700 wariant 10000mAh 50D zapewnia bardziej zrównoważone połączenie mocy i energii, natomiast wariant 12700mAh 65E kładzie większy nacisk na maksymalną ilość zgromadzonej energii. Właściwy wybór zależy od zapotrzebowania na prąd i efektywności misji.

Do czego przeznaczone są akumulatory Li-ion 15000mAh i 19000mAh?

Są to duże konfiguracje akumulatorów 6S3P przeznaczone do większych statków powietrznych i systemów UAV nastawionych na długi czas lotu. Ich architektura z osiemnastoma ogniwami zapewnia znaczną ilość zgromadzonej energii, ale także znaczną masę pakietu, dlatego statek powietrzny musi być zaprojektowany tak, aby efektywnie ją przenosić.

Czy 21700 jest lepsze od 18650 w akumulatorach UAV?

Nie zawsze. To wybór formatu ogniw. Zamiast wybierać wyłącznie na podstawie formatu ogniw, porównaj rzeczywistą pojemność akumulatora w watogodzinach, masę, obciążalność prądową, wymiary oraz stosunek energii do masy.

Czy XT90 jest lepsze od XT60 w akumulatorze UAV?

Nie zawsze. XT90 jest powszechny w większych systemach UAV, natomiast XT60 jest szeroko stosowany w wielu wydajnych dronach i samolotach stałopłatowych. Wybierz złącze odpowiednio do układu elektrycznego i wymaganego prądu; zmiana złącza nie zwiększa możliwości ogniw znajdujących się wewnątrz akumulatora.

Czy akumulator UAV o większej pojemności zawsze zapewnia dłuższy czas lotu?

Nie. Większa pojemność zwiększa ilość energii, ale także masę akumulatora. Czas lotu lub misji wydłuża się tylko wtedy, gdy statek powietrzny może wystarczająco efektywnie przenosić dodatkowy akumulator, aby dodatkowa zgromadzona energia przewyższała zwiększone zapotrzebowanie na moc.

Czy akumulator Li-ion do UAV może zastąpić akumulator LiPo?

Nie zakładaj bezpośredniej zamienności wyłącznie na podstawie napięcia, liczby ogniw S lub samego złącza. Przed zmianą chemii akumulatora porównaj rzeczywisty zakres napięcia, ciągły i szczytowy pobór prądu, masę akumulatora, wymiary, wymagania dotyczące ładowania, zachowanie przy niskim napięciu oraz limity termiczne.