Что такое аккумулятор (АКБ)
Аккумулятор — устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Это одна из самых важных частей любого квадрокоптера. Ёмкость аккумулятора определяет время, которое беспилотник может провести в полёте. Однако правило «чем больше объём аккумулятора, тем дольше дрон может находиться в воздухе» здесь не работает, так как вместе с объёмом аккумулятора увеличивается и его вес.
Аккумуляторы могут иметь несколько ячеек (банок). В зависимости от способа объединения ячеек изменяются характеристики АКБ: увеличивается объем (мАч) или общее напряжение АКБ (вольт).
Также у аккумуляторов которые используются на дронах имеют два вида разъёмов: основной и балансировочный.
Основной разъём у аккумулятора должен подходить к разъёму коптера (обычно это разъем XT60, реже используются разъемы XT90 и XT60).
Балансировочный разъём служит для балансировки аккумулятора при зарядке, он нужен, чтобы убедиться, что все банки (ячейки) аккумулятора заряжены одинаковы.
Типы аккумуляторов
На сегодняшний день на разных видах дронов (наземных, воздушных, надводных, подводных) используется 6 основных типов аккумуляторов:
· Свинцово-кислотный аккумулятор
· Никель-кадмиевый аккумулятор
· Никель-металлогидридный аккумулятор
· Литий-полимерный аккумулятор
· Литий-железо-фосфатный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотные (Pb) аккумуляторы по отношению к БПЛА используются практически только как источник энергии для подзарядки в полевых условиях других типов аккумуляторов и как источник питания стартера и стартовой панели для силовых установок с ДВС.
Никель-кадмиевый аккумулятор
Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd) часто используются для питания передатчиков, а также как силовых установок в тех случаях, где важна высокая токоотдача и большой ресурс.
В зависимости от конструкции, режима работы (длительный или короткий разряд) и частоты используемых материалов, срок службы никель-кадмиевых аккумуляторов может составлять от 100 до 900 циклов заряда-разряда.
Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd), как и никель-солевые, могут храниться разряженными, в отличие от никель-металл-гидридных (NiMH) и литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов, которые должны храниться заряженными. Из-за содержания токсичного кадмия, эти аккумуляторы постепенно вытесняются из бытовой и промышленной сферы, уступая место литий-полимерным, литий-титанатным и никель-металл-гидридным. Однако они продолжают использоваться в военной аппаратуре из-за их способности работать при низких температурах.
Никель-металлогидридный аккумулятор
На смену никель-кадмиевым (NiCd) аккумуляторам пришли никель-металлогидридные (NiMh). Всё, что было сказано о NiCd, в целом справедливо и для NiMh.
Отличие NiMh в том, что они имеют, как правило, заметно большую ёмкость при том же весе, как и аналогичные NiCd. «Эффект памяти» у них менее выражен. Срок годности NiMh обычно меньше, чем NiCd.
Литий-ионный аккумулятор
Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом.
Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Корпус иногда оснащают предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление при аварийных ситуациях или нарушениях условий эксплуатации.
Преимущества:
- — Высокая энергетическая плотность (ёмкость);
- — Высокая токоотдача;
- — Большое число циклов заряд-разряд;
- — Не требуют обслуживания.
Недостатки:
- — Широко применяемые литий-ионные аккумуляторы при перезаряде, несоблюдении условий заряда или при механическом повреждении часто бывают чрезвычайно огнеопасными;
- — Огнеопасны;
- — Теряют работоспособность при переразряде;
- — Теряют ёмкость на холоде;
Аккумуляторы такого типа применяются в небольших дронах, где не требуется высокая токоотдача.
Литий-полимерный аккумулятор
Литий-полимерный аккумулятор (Li-Po) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал.
Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток, в 10 и даже 130 раз превышающий численное значение ёмкости в ампер/часах.
Именно такие АКБ широко применяются как источник питания для дронов.
Преимущества:
- — большая плотность энергии на единицу массы;
- — низкий саморазряд;
- — толщина элементов от 1 мм;
- — возможность получать очень гибкие формы;
- — слабо выраженный эффект памяти;
- — незначительный перепад напряжения по мере разряда;
- — диапазон рабочих температур литий-полимерных аккумуляторов довольно широкий: от —20° до +40°C по данным производителей.
Недостатки:
- — аккумуляторы пожароопасны при перезаряде и/или перегреве. Для борьбы с этим явлением все бытовые аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда. По этой же причине требуют специальных алгоритмов зарядки (зарядных устройств).
Литий-железо-фосфатный аккумулятор
Литий-железо-фосфатный аккумулятор (Li-Fe) — тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий-ионного аккумулятора, в котором используется фосфат железа в качестве катода.
Данный вид элементов питания считается одним из самых безопасных среди всех существующих видов аккумуляторов. Литий-фосфатные аккумуляторы имеют очень стабильную химию, и способны хорошо выдерживать большие нагрузки при разряде (в работе с низким сопротивлением) и заряде (при зарядке аккумулятора большими токами). Он активно применяется как буферный накопитель энергии в системах автономного электроснабжения с использованием ветрогенераторов и солнечных батарей, а также в складской технике, поломоечных машинах, водном транспорте, гольф-карах, электровелосипедах, электроскутерах и электромобилях.
LiFePO4 аккумуляторы происходят от литий-ионных, но имеют ряд существенных отличий.
Преимущества:
- — обеспечивает более длительный срок службы;
- — имеет более стабильное напряжение разряда. Напряжение на выходе остается близко к 3,2В во время разряда, пока заряд аккумулятора не будет разряжен полностью. Это может значительно упростить или даже устранить необходимость регулирования напряжения в цепях;
- — использование фосфатов позволяет избежать затрат кобальта и экологических проблем, в частности, при попадании кобальта в окружающую среду при неправильной утилизации;
- — имеет более высокий пиковый ток и, учитывая стабильность напряжения, пиковую мощность;
- — морозоустойчив;
- — медленнее теряет ёмкость;
- — термическая и химическая стабильность, что существенно повышает безопасность батареи.
Недостатки:
- — удельная плотность энергии (энергия/объём) нового аккумулятора LFP примерно на 14% ниже, чем у новых литий-ионных аккумуляторов;
- — более низкая скорость разряда, по сравнению со свинцово-кислотными или литий-ионными АКБ.
Таким образом, при выборе аккумуляторной батареи для дрона необходимо учитывать различные типы источников питания, а также их преимущества и недостатки. Однако, поскольку беспилотным летательным аппаратам требуется много энергии для работы своих систем и двигателей, самым распространённым источником питания является использование литий-полимерных аккумуляторных батарей с высоким показателем токоотдачи.
Автор статьи: Юханов П.А.
Присоединяйтесь к команде «Zона полета» https://t.me/Zona_Poleta