Les batteries à semi-conducteurs (SSB) sont des systèmes avancés de stockage d'énergie électrochimique qui remplacent les électrolytes liquides par des matériaux solides afin d'améliorer la sécurité, la densité énergétique et la durabilité des plateformes sans pilote. Dans les applications UAV, les SSB répondent aux principales contraintes liées au risque d'incendie, à l'endurance limitée et à la dégradation lors d'un fonctionnement à haut taux de charge.
Ce guide présente les fournisseurs de batteries à semi-conducteurs pour drones qui équipent les plateformes multirotors, à voilure fixe et VTOL utilisées dans les missions ISR, de cartographie, de logistique et de longue endurance, offrant une capacité de charge utile plus élevée et des performances plus prévisibles sur une large plage de températures.
Lire le Présentation de la technologie
Drones VTOL et à voilure fixe avancés | Technologies de pointe pour les aéronefs sans pilote et autonomes
Batteries de pointe et solutions BMS intelligentes pour drones et robotique
Si vous concevez, construisez ou fournissez Batteries à semi-conducteurs, Créez un profil pour mettre en avant vos compétences et entrer en contact avec des visiteurs qui recherchent activement vos solutions.
Les batteries à semi-conducteurs (SSB) représentent un changement fondamental dans le stockage électrochimique de l’énergie, remplaçant les électrolytes liquides ou gélifiés inflammables utilisés dans les batteries conventionnelles lithium-ion (Li-ion) et lithium-polymère (LiPo) conventionnelles par des matériaux solides. Pour les drones et les systèmes sans pilote, cette transition répond directement aux contraintes les plus persistantes de la densité de puissance actuelle : risques pour la sécurité, plateaux de densité énergétique et dégradation dans des conditions d’utilisation exigeantes à taux de charge élevé.
Dans une batterie à semi-conducteurs, les ions lithium migrent à travers un électrolyte solide (généralement en céramique, en polymère, à base de sulfure ou hybride) plutôt que dans un milieu liquide. Cette architecture permet l’intégration de matériaux d’anode à plus haute énergie, tels que le lithium métallique, tout en réduisant considérablement le risque d’emballement thermique. Pour les véhicules aériens sans pilote (UAV) opérant dans des environnements caractérisés par de fortes vibrations, des cycles de décharge rapides et des variations de température induites par l’altitude, ces caractéristiques offrent un avantage critique en termes de performances.
À mesure que les plateformes de drones tendent vers une endurance accrue, des capacités de charge utile plus importantes et une plus grande autonomie, le stockage d’énergie à l’état solide évolue, passant d’une mise à niveau progressive à une technologie habilitante essentielle pour la prochaine génération de systèmes sans pilote.
Batterie Li-ion à semi-conducteurs de 120 Ah pour drone par Austars Model.
Le stockage d’énergie est sans doute la contrainte de conception la plus importante dans l’ingénierie des drones. Chaque gramme supplémentaire alloué au bloc-batterie réduit la capacité de charge utile, la marge d’endurance ou la redondance du système. Parallèlement, ces blocs doivent fournir une puissance de pointe élevée lors du lancement, de la montée et des manœuvres agressives, tout en restant prévisibles en situation de combat ou de stress industriel.
Les batteries à semi-conducteurs répondent directement à ces exigences techniques :
Ces avantages s’inscrivent dans le cadre de l’évolution vers des missions BVLOS (Beyond Visual Line of Sight) et une surveillance persistante, où les systèmes énergétiques doivent fonctionner de manière fiable avec une intervention humaine minimale.
L’électrolyte solide est l’élément déterminant d’une batterie SSB, et le choix du matériau dicte les performances de la batterie.
Le passage à un électrolyte solide permet d’utiliser des anodes en lithium métallique, qui offrent une capacité théorique bien supérieure à celle du graphite utilisé dans les cellules standard. Pour les drones, cela se traduit par une augmentation spectaculaire de la densité énergétique gravimétrique.
Le principal défi technique reste l’interface électrode-électrolyte. Il est essentiel de maintenir une faible résistance et d’empêcher la croissance des dendrites (filaments microscopiques de lithium pouvant provoquer des courts-circuits) pour garantir un fonctionnement fiable, en particulier pendant les phases de décharge à haut taux de C requises par les plates-formes multirotors.
Le facteur le plus déterminant pour l’adoption des batteries à semi-conducteurs est la durée de vol. Les premiers déploiements pilotes montrent que la technologie SSB peut considérablement étendre l’autonomie des drones cargo pour une charge utile donnée. Pour les missions de renseignement, de surveillance et de reconnaissance (ISR) et de cartographie, cela permet des sorties de plusieurs heures qui n’étaient auparavant possibles qu’avec des piles à combustible ou des moteurs à combustion interne.
Densité de puissance et taux de décharge
Les plateformes VTOL (à décollage et atterrissage verticaux) nécessitent une puissance de pointe considérable. La technologie à semi-conducteurs peut être conçue pour gérer ces taux de décharge élevés sans les pics de température rapides observés dans les cellules LiPo, ce qui réduit les chutes de tension et améliore le contrôle lors de la transition critique entre le vol stationnaire et le vol vers l’avant.
Batterie Li-ion à semi-conducteurs Ares de T-DRONES.
La sensibilité à la température est l’un des principaux points faibles des batteries au lithium. Les modèles à semi-conducteurs offrent une plage de fonctionnement plus large, en conservant leur intégrité structurelle et des courbes de décharge prévisibles dans des conditions arctiques ou en haute altitude (jusqu’à -40 °C) sans nécessiter de systèmes de chauffage actifs lourds.
Les cellules à semi-conducteurs sont intrinsèquement plus résistantes à la dégradation chimique et à la génération de gaz qui affectent les électrolytes liquides. Pour les systèmes autonomes ou déployés à distance, cela réduit la charge de maintenance et augmente la disponibilité opérationnelle tout au long du cycle de vie de la flotte.
Pour les UAS des groupes 1 et 2, les batteries à semi-conducteurs pour drones permettent de modifier l’équation SWaP (taille, poids et puissance). En augmentant la densité énergétique, les opérateurs peuvent soit prolonger le temps de « présence sur site » pour la surveillance, soit réduire l’encombrement de la batterie afin de transporter des charges utiles avancées de renseignement d’origine électromagnétique (SIGINT) ou de guerre électronique (EW). De plus, l’architecture à semi-conducteurs réduit considérablement les signatures acoustiques et thermiques du système d’alimentation, ce qui est essentiel pour les opérations secrètes.
Dans des secteurs tels que l’inspection des infrastructures, l’énergie offshore et l’agriculture de précision, la principale valeur ajoutée d’une batterie à semi-conducteurs réside dans sa fiabilité et sa conformité réglementaire. La technologie à semi-conducteurs atténue le risque d’incendie lors de la charge et du transport à haute tension, ce qui est essentiel pour les missions BVLOS au-dessus de zones peuplées. Pour les exploitants de flottes, le coût initial plus élevé d’un pack de batteries à semi-conducteurs est compensé par un coût total de possession (TCO) inférieur, grâce à une durée de vie bien supérieure à celle des cellules à électrolyte liquide traditionnelles.
Les HAPS sont particulièrement sensibles au froid extrême de la stratosphère. Les cellules au lithium standard souffrent d’une augmentation massive de leur résistance interne à ces températures. Les batteries à électrolyte céramique et les conceptions hybrides spécifiques maintiennent la mobilité ionique de manière beaucoup plus efficace dans ces environnements. Cela permet aux HAPS de maintenir un vol continu pendant des semaines ou des mois, tout en réduisant leur dépendance aux systèmes de gestion thermique massifs et lourds requis par les compositions chimiques des batteries traditionnelles.
En supprimant le milieu liquide inflammable, le risque d’« emballement thermique » est pratiquement éliminé. Il s’agit d’une avancée majeure en matière de sécurité pour les drones opérant dans des environnements à « risque », tels que les centres urbains ou l’intérieur d’installations industrielles.
Les batteries à semi-conducteurs sont structurellement plus stables et résistantes aux vibrations et aux déformations. En cas d’atterrissage brutal ou de collision, l’absence de liquide empêche les fuites et les risques d’incendie qui compliquent les interventions d’urgence et la récupération de la cellule.
Du point de vue de la certification, les compositions chimiques plus sûres des batteries facilitent l’obtention des autorisations réglementaires pour les opérations complexes. Pour les utilisateurs du secteur de la défense, les batteries à semi-conducteurs améliorent la « disponibilité de stockage », c’est-à-dire la capacité à maintenir les systèmes à un niveau de charge élevé pendant de longues périodes sans les risques de gonflement ou d’incendie associés au stockage LiPo traditionnel.
Alors que la batterie entièrement à semi-conducteurs est actuellement en train de passer des percées en laboratoire aux essais pilotes en usine, la trajectoire est claire. L’industrie considère actuellement l’intégration des batteries semi-solides comme une technologie de transition, offrant des densités énergétiques proches de 300 à 350 Wh/kg. À mesure que la production se développera et que les coûts se stabiliseront, le stockage d’énergie entièrement à l’état solide deviendra la source d’énergie fondamentale pour la prochaine génération de systèmes sans pilote à haute endurance et haute fiabilité, y compris les systèmes sous-marins et terrestres tels que les véhicules télécommandés (ROV), les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et les véhicules terrestres sans pilote (UGV).
Recherche d'entreprises et de produits
S'abonner à l'eBrief hebdomadaire
Les derniers développements techniques et d'ingénierie directement dans votre boîte aux lettres électronique - rejoignez les milliers d'ingénieurs qui la reçoivent.