Виды аккумуляторов для дронов

В качестве бортовых источников питания на дронах используют легкие и компактные аккумуляторы с большой удельной емкостью и высокой токоотдачей. Этим требованиям соответствуют литий-ионные и литий-полимерные АКБ. Они обеспечивают хорошую автономность без критического утяжеления конструкции и не перегреваются, отдавая большие токи моторам летательных аппаратов. Рассмотрим подробнее, на каких аккумуляторах работают дроны и чем отличаются АКБ разных типов.

Li-ion батареи

По литий-ионной технологии производятся аккумуляторы разных подвидов, с различными катодными материалами. Для питания моторов FPV дронов используют высокотоковые модели – способные обеспечивать стабильно высокую токоотдачу без перегрева, риска возгорания и других проблем. Например, к высокотоковым относятся Li-ion аккумуляторы:

• с катодом из литий-марганцевой шпинели LiMn2O4 (краткое обозначение LNO) – бывают с зарядными токами до 3С и разрядными до 10С, а кратковременно – до 50С;
• с катодом из оксида LiNiMnCoO2 (обозначаются NMC или NCM) – благодаря минимальному внутреннему сопротивлению стабильно выдерживают разрядные токи до 10С и выше, а в импульсном режиме – до 50 С.

Номинальное напряжение таких ячеек составляет 3,7 В на элемент, а рабочий диапазон – от 4,2 В в полностью заряженном состоянии до 3 В в разряженном. Плюсы и минусы таких ячеек приведены в таблице:

При производстве Li-ion элементов катодный материал наносится на алюминиевую фольгу, а анодный материал (графит) – на фольгу из меди. Между ними прокладывается пористый сепаратор с пропиткой из электролита. Затем фольга сворачивается, и образуется аккумулятор, чаще всего – цилиндрической формы. Его помещают в прочный металлический корпус. Электроды в такой электрохимической системе соединяются токоснимающими клеммами, а заряд переносят ионы лития, которые легко встраиваются в кристаллические решетки катодных и анодных материалов.

Li-Pol батареи

Литий-полимерные АКБ производятся по той же литий-ионной технологии, но с некоторыми отличиями:

1. Вместо металлического корпуса они имеют фольгированную полимерную оболочку. Она обеспечивает аккумам меньшую массу, но по защитным свойствам уступает металлическому корпусу. Например, мягкая оболочка может быть повреждена острым предметом.
2. Вместо традиционного скручивания в рулон и получения цилиндрических ячеек – LiPo аккумуляторы имеют вид плоских прямоугольных «пакетов».
3. Вместо стандартизированных типоразмеров и сборки АКБ из отдельных цилиндрических ячеек – LiPo элементы бывают всевозможных размеров, толщиной от 1 мм. Это позволяет по максимуму использовать пространство аккумуляторного отсека коптера или другого устройства.
4. Аккумуляторы Li-Polymer представлены в продаже меньшим ассортиментом, в то время как Li-ion элементы в изобилии производят многие бренды.
5. Обычно производители комплектуют квадрокоптеры батареями Li-Pol, которые изготавливаются на заказ по заданным размерам. Но в качестве сменных аккумуляторных батарей пользователи все чаще используют аналоги, собранные из высокотоковых Li-ion ячеек.

По большинству параметров аккумуляторы Li-Pol идентичны высокотоковым аналогам Li-ion типа. Их объединяет высокая удельная емкость, хорошая токоотдача, номинальное напряжение 3,7 В на ячейку, ресурс около 1000 циклов, малый саморазряд и отсутствие выраженного эффекта памяти. И Li-ion, и Li-Pol аккумы отлично подходят для комплектации дронов, т.к. они обеспечивают солидный запас емкости и стабильно высокие разрядные токи без увеличения взлетного веса.

Слабые стороны у них также аналогичны: неприемлемость глубокого разряда и перезаряда, временное падение емкости и просадка напряжения на морозе, ухудшение характеристик при длительном хранении. Из-за отсутствия жесткого корпуса элементы Li-Polymer более подвержены механическим повреждениям. При долгом пребывании в разряженном состоянии они вздуваются, что наглядно говорит о неполадках в структуре АКБ. Использовать раздутые ячейки нельзя из-за риска внутреннего короткого замыкания и возгорания.

Какие аккумуляторы лучше выбирать для коптеров?

Для оснащения беспилотных летательных аппаратов подходит только 2 вида аккумуляторных батарей – литий-полимерные и литий-ионные модели с увеличенными токами разряда (порядка 10С в постоянном режиме). Остальные виды аккумуляторов для дронов не подходят, т.к. они не могут обеспечить стабильное питание мощных моторов и приемлемое время полета (15–30 минут) без основательного утяжеления конструкции.

Поэтому выбор сводится к 2 группам элементов питания – «пакетам» Li-Pol и «банкам» Li-ion. Для получения батареи нужного вольтажа их соединяют последовательно. Например, если взять ячейки Li-ion Sony US 18650 VTC5A (напряжение 3,7 В на элемент, тип химии LiNiMnCoO2) и соединить их по схеме 3S1P, получим батарею вольтажом 11,1 В. Если же соединить последовательно 4 такие ячейки (по схеме 4S1P), получим АКБ напряжением 14,8 В. По емкости и токоотдаче она будет идентична 1 ячейке: допустимые разрядные токи 35 A, емкость 2600 мА·ч.

Какие АКБ для коптеров лучше использовать – Li-Pol или Li-ion – зависит от имеющихся предпочтений, особенностей эксплуатации дрона, параметров его батарейного отсека и других факторов. Литий-полимерные аккумуляторы бывают сверхтонкими, разных размеров. Литий-ионные элементы более устойчивы к повреждениям и представлены широким ассортиментом. В остальном они практически идентичны.

Главное – выбирать АКБ с подходящими характеристиками. Они должны соответствовать штатной батарее по напряжению и току отдачи, иметь достаточный запас емкости для продолжительного полета, не превышать допустимую массу и свободно помещаться в аккумуляторный отсек. В интернет-магазине Shura-Master.ru можно приобрести емкие и мощные Li-ion аккумуляторы для различных дронов с доставкой по всей России.

Ранее в нашем блоге вышла статья о видах гидравлических тележек, их особенностях и назначении.