Akumulatory litowo-polimerowe (LiPo) zapewniają wysoki stosunek mocy do masy wymagany do pionowego startu i dynamicznego manewrowania w systemach dronów. Akumulator LiPo do bezzałogowych statków powietrznych (UAV) charakteryzuje się zazwyczaj laminowaną konstrukcją woreczkową, płaskim profilem rozładowania oraz zdolnością do utrzymania wysokiego obciążenia prądowego przy minimalnym spadku napięcia.
W tej kategorii przedstawiono dostawców akumulatorów LiPo do dronów, dostępnych w wersjach standardowych i wysokonapięciowych, zapewniających gęstość energii, niezawodną wydajność termiczną i wysoką szybkość rozładowania.
Przeczytaj Przegląd technologii
Innowacyjne technologie akumulatorowe | Wysokowydajne zestawy akumulatorów do dronów i systemów bezzałogowych
Niestandardowe baterie litowe do dronów i bezzałogowych statków powietrznych — baterie litowo-polimerowe i zestawy baterii LiPo
Zaawansowane zestawy akumulatorów i inteligentne rozwiązania BMS dla dronów i robotyki
Indywidualne i gotowe rozwiązania sprzętowe i programowe dla systemów pojazdów nowej generacji
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Baterie litowo-polimerowe (LiPo), Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Lohner Smart Battery, rozwiązanie LiPo o wysokiej gęstości energii, firmy Allocortech Inc.
Baterie litowo-polimerowe (LiPo) do dronów i systemów bezzałogowych zapewniają połączenie wysokiej gęstości energii, lekkiej konstrukcji i możliwości szybkiego rozładowania. W przeciwieństwie do sztywnej cylindrycznej konstrukcji standardowych ogniw litowo-jonowych, baterie LiPo do dronów zazwyczaj wykorzystują laminowaną folię. Ta konstrukcja typu „soft pack” jest standardem branżowym w przypadku dronów o wysokiej wydajności, ponieważ eliminuje martwą przestrzeń i ciężar metalowych obudów, umożliwiając stosowanie cienkich ogniw o dużej powierzchni, które skutecznie rozpraszają ciepło podczas pracy przy wysokim natężeniu prądu. Te pojedyncze ogniwa w woreczkach są zazwyczaj łączone w konfiguracjach szeregowych i równoległych, tworząc większe, wzmocnione mechanicznie pakiety akumulatorów odpowiednie dla średnich i dużych platform bezzałogowych.
W swej istocie bateria litowo-polimerowa do systemów dronów składa się z katody z tlenku kobaltu litowego (LiCoO2) lub niklu, manganu i kobaltu (NMC) oraz anody grafitowej. Termin „polimer” odnosi się do żelowej matrycy elektrolitu, która zapewnia bezpieczniejsze i bardziej stabilne środowisko dla transferu jonów niż elektrolity ciekłe.
Profesjonalni integratorzy coraz częściej stosują ogniwa wysokiego napięcia (LiHV), które zwiększają szczytowe napięcie ładowania z 4,2 V do 4,45 V. Zmiana ta przekłada się na znaczny wzrost gęstości energii, umożliwiając wydłużenie czasu trwania misji bez zwiększania masy startowej płatowca.
Wybór odpowiedniej baterii LiPo do drona wymaga analizy kompromisów w stosunku do konkurencyjnych technologii chemicznych. Chociaż ogniwa LiPo oferują jeden z najlepszych stosunków mocy do masy dla pionowego uniesienia, inne technologie chemiczne pełnią określone role:
| Technologia chemiczna | Gęstość energii (Wh/kg) | Szybkość rozładowania | Żywotność cyklu | Główne zastosowanie w bezzałogowych statkach powietrznych |
| Standardowe LiPo | 150–220 | Bardzo wysoka (do 100C) | 300–500 | FPV, wyścigi, taktyka wymagająca dużej zwrotności |
| LiHV o wysokim napięciu | 230–290 | Wysoka (15C–40C) | 300–400 | Komercyjne inspekcje, kinematografia |
| Li-ion (anoda krzemowa) | 300–450 | Niska do umiarkowanej (3C–10C) | 500–1000 | Długotrwałe ISR, mapowanie |
| LiFePO₄ | 90–140 | Umiarkowane | 2000+ | Wielkoskalowe zastosowania użytkowe/krytyczne dla bezpieczeństwa |
| Półprzewodnikowe | 350–400 (szacunkowo) | Umiarkowane | 800+ | Nowa generacja przemysłowa/duże udźwigi |
Zestaw 11 000 akumulatorów LiPo 6S 22,2 V do dronów firmy MaxAmps Lithium Batteries
Technologia akumulatorów litowo-polimerowych jest standardowym wyborem do zasilania dronów, ponieważ ich charakterystyka działania spełnia specyficzne wymagania lotu. Podczas gdy inne typy akumulatorów mają swoje zalety, akumulatory LiPo zapewniają niezbędną moc i oszczędność masy wymaganą w nowoczesnych systemach bezzałogowych.
Kluczową zaletą baterii litowo-polimerowych do dronów jest ich zdolność do dostarczania wysokiego prądu. Ta szybkość rozładowania (wskaźnik C) zapewnia, że system napędowy może reagować na szybkie zmiany wymagane przez kontroler lotu. Stałe dostarczanie mocy ma kluczowe znaczenie dla utrzymania stabilności w warunkach turbulencji lub podczas agresywnych przejść VTOL, gdzie konieczne jest utrzymanie wysokiego ciągu bez opóźnień występujących w ogniwach litowo-jonowych o dużej pojemności.
Waga jest podstawowym ograniczeniem podczas lotu. Ogniwa LiPo zapewniają doskonały stosunek energii do masy dla formatu o wysokim rozładowaniu. Dzięki wyeliminowaniu ciężkiej metalowej obudowy stosowanej w ogniwach cylindrycznych, akumulatory LiPo pozwalają na wykorzystanie większej części masy startowej na czujniki, gimbale lub ładunek. Ta efektywność wagowa bezpośrednio przyczynia się do zwiększenia pułapu wysokościowego i poprawy prędkości wznoszenia.
Akumulator LiPo do bezzałogowych statków powietrznych utrzymuje stosunkowo płaską krzywą napięcia aż do ostatnich 10–15% swojej pojemności. Ta spójność zapewnia stabilną prędkość obrotową silnika i ogólną moc systemu podczas całej misji, umożliwiając pilotowi lub autopilotowi poleganie na przewidywalnych reakcjach przepustnicy od startu do końcowego podejścia.
Konstrukcja ogniw LiPo w formie woreczków pozwala na różnorodne konfiguracje projektowe. Producenci mogą określić cienkie, płaskie lub zakrzywione zestawy, które mieszczą się w kadłubie lub komorze ładunkowej, obniżając środek ciężkości i zmniejszając opór aerodynamiczny. Ta elastyczność pozwala na lepszą integrację z płatowcem niż w przypadku sztywnych ograniczeń cylindrycznych zestawów ogniw.
Technologia litowo-polimerowych akumulatorów do dronów ma zastosowanie w różnych scenariuszach operacyjnych, w których głównym ograniczeniem jest stosunek mocy do masy.
W misjach obronnych ISR (wywiad, nadzór i rozpoznanie) LiPo jest często preferowanym rozwiązaniem chemicznym pozwalającym zoptymalizować równowagę między wytrzymałością a ładownością. Wysoka wydajność rozładowania pozwala uzyskać moc potrzebną do podnoszenia ciężkich czujników wielospektralnych lub zestawów do wojny elektronicznej, a lekka konstrukcja woreczka zapewnia zwinność i przenośność płatowca dla jednostek rozmieszczonych w terenie.
Platformy logistyczne opierają się na wydłużonym czasie lotu dzięki zoptymalizowanej gęstości energii. Dzięki zastosowaniu akumulatorów LiHV o dużej pojemności drony przemysłowe mogą utrzymać ponad 30-minutowe okno misji, przenosząc jednocześnie znaczne ładunki, takie jak środki medyczne lub sprzęt inspekcyjny. Wysoka energia właściwa LiPo minimalizuje „ciężar własny” źródła zasilania, maksymalizując masę netto dostarczanych towarów.
Koordynacja setek jednostek wymaga rozproszonego zarządzania energią. Małe rozmiary i spójne krzywe rozładowania ogniw LiPo umożliwiają precyzyjne, zsynchronizowane manewry w całym roju. Zaawansowane kontrolery lotu wykorzystują szybką telemetrię z akumulatorów LiPo do zarządzania dystrybucją energii w całej flocie, zapewniając, że jednostki o niższym poziomie naładowania są wycofywane z pozycji o dużym oporze.
Współczesne tempo misji wymaga ciągłego lotu. Postępy w zakresie modułowości akumulatorów (w tym wzmocnione „inteligentne” obudowy i złącza typu blind-mate) umożliwiają wymianę modułów LiPo w ciągu kilku sekund. Ta modułowość umożliwia model „floty rolowanej”, w którym wyczerpane akumulatory są ładowane w centrach rozmieszczonych w terenie, podczas gdy nowe zestawy zapewniają ciągłą obecność w powietrzu.
Gotowość operacyjna zależy od wydajności infrastruktury ładowania. W przypadku flot przemysłowych obowiązkowe są następujące standardy:
Każdy akumulator litowo-polimerowy do dronów musi być ładowany w sposób zrównoważony. Nowoczesne inteligentne ładowarki monitorują napięcie poszczególnych ogniw za pomocą przewodu zrównoważenia, zapewniając, że żadne ogniwo nie przekroczy swojego maksymalnego progu. W środowiskach profesjonalnych ładowarki wykorzystujące interfejsy UAVCAN lub Bluetooth umożliwiają menedżerom flot rejestrowanie krzywych ładowania i wykrywanie wczesnego etapu degradacji ogniw.
W przypadku operacji poza siecią przenośne stacje ładowania DC-DC w dużej mierze zastąpiły generatory prądu przemiennego. Te „centra zasilania” eliminują zniekształcenia harmoniczne generatorów benzynowych, które mogą uszkodzić wrażliwe obwody ładowania. Wysokowydajne panele słoneczne są coraz częściej łączone z akumulatorami buforowymi, aby zapewnić ciągły strumień ładowania 1C w odległych lokalizacjach terenowych.
Standardem branżowym dla akumulatorów LiPo do bezzałogowych statków powietrznych jest 300 do 500 cykli, po których pojemność spada poniżej 80%. Aby to osiągnąć, do rutynowego użytkowania zaleca się stosowanie szybkości ładowania 1C. Ładowanie z wyższą prędkością (2C+) przyspiesza starzenie się elektrod. Ponadto utrzymanie „ładunku magazynowego” (3,80 V do 3,85 V) podczas gdy akumulatory są nieużywane przez ponad 24 godziny jest niezbędne, aby zapobiec wewnętrznej degradacji chemicznej.
Uszkodzone lub spuchnięte ogniwa stanowią katastrofalne zagrożenie pożarowe. Protokoły terenowe wymagają natychmiastowego wycofania z eksploatacji „spuchniętych” akumulatorów. W przypadku uderzenia lub zwarcia wewnętrznego akumulatory należy poddać kwarantannie w ognioodpornych workach LiPo lub pojemnikach wypełnionych piaskiem. Neutralizacja poprzez kąpiel w słonej wodzie (kontrola zacisku 0,0 V) jest standardowym warunkiem wstępnym utylizacji odpadów niebezpiecznych.
Interfejs między akumulatorem LiPo a płatowcem jest krytycznym punktem awarii. Skuteczne zarządzanie zasilaniem wymaga holistycznego podejścia do norm elektrycznych i architektury dystrybucji.
W platformach 6S do 12S stosuje się standardowe złącza wysokoprądowe w celu ograniczenia przegrzania. Zazwyczaj są one wyposażone w technologię przeciwiskrową, która minimalizuje powstawanie łuku elektrycznego podczas połączenia wysokiego napięcia. Zaawansowane wersje tych interfejsów integrują teraz dedykowane piny sygnałowe, umożliwiając systemowi zarządzania baterią (BMS) bezpośrednią wymianę danych z kontrolerem lotu. W przypadku platform klasy wojskowej okrągłe złącza zgodne ze specyfikacją MIL (MIL-DTL-38999) zapewniają szczelność środowiskową i doskonałą odporność na wibracje.
Prawidłowa integracja wymaga zapewnienia, że tranzystory polowe z tlenku metalu (MOSFET) elektronicznego regulatora prędkości (ESC) są przystosowane do szczytowego ładowania ogniw LiHV (4,45 V na ogniwo). Systemy o dużej mocy wymagają baterii kondensatorów o niskiej wartości ESR na wejściu ESC, aby wygładzić tętnienia napięcia generowane przez aktywne hamowanie silnika.
Aby zapewnić ochronę aktywów o wysokiej wartości, często stosuje się nadmiarowe magistrale zasilające. Obejmuje to równoległe połączenie dwóch zestawów akumulatorów za pomocą inteligentnego selektora zasilania. Jeśli w jednym zestawie dojdzie do awarii ogniwa, obciążenie przejmuje zestaw zapasowy. W systemach hybrydowych zestaw akumulatorów LiPo pełni rolę bufora, dostarczając prąd przejściowy potrzebny w fazach VTOL, podczas gdy ogniwo paliwowe lub silnik spalinowy zapewnia moc podczas lotu.
Profesjonalne zestawy akumulatorów LiPo do dronów zapewniają stały strumień danych do stacji kontroli naziemnej (GCS) za pośrednictwem protokołów MAVLink lub UAVCAN. Czujniki Halla zapewniają precyzyjną dokładność, umożliwiając komputerowi pokładowemu obliczanie zużycia mAh i stanu naładowania (SoC) w czasie rzeczywistym.
Branża zmierza w kierunku diagnostyki opartej na sztucznej inteligencji. Modele uczenia maszynowego analizują obecnie krzywe rozładowania podczas lotu, aby przewidzieć „koniec życia” akumulatora na kilka tygodni przed pojawieniem się fizycznych objawów.
Ponadto przejście na półstałe elektrolity zaczyna wypełniać lukę między tradycyjną technologią LiPo a prawdziwą technologią półprzewodnikową. Postępy te zapowiadają zmniejszenie ryzyka przegrzania, które tradycyjnie wiąże się z bateriami litowo-polimerowymi stosowanymi w dronach, jednocześnie zwiększając zasięg operacyjny specjalistycznych platform VTOL do trzech godzin.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.