Iako je industrija dronova doživela nekoliko velikih "proboja" u poslednjih nekoliko godina, vreme leta drona je i dalje relativno kratko zbog ograničenja u vidu kapaciteta baterije.
Komercijalni dronovi danas obično koriste litijum jonske baterije visokog kapaciteta, koje su lagane i imaju visoku energetsku gustinu. Baterija drona pruža snagu potrebnu motorima za poletanje, i njene performanse značajno utiču na ukupno vreme leta, brzinu i stabilnost drona. Stoga, potražnja za baterijama visokog kvaliteta i kapaciteta za dronove - raste.
Izbor tipa baterije zavisi od različitih faktora kao što su veličina i težina drona, njegova namena, zahtevi trajanja leta i razmatranja troškova.
Baterije na bazi litijuma imaju veću gustinu energije u poređenju sa nikl-kadmijum ili nikl-metal-hidrid baterijama, što znači da mogu pružiti više energije za manju težinu.
Danas su najčešće u upotrebi dva tipa baterija:
Litijum-polimer (LiPo): Jedan od najčešćih izbora za hobi (FPV) dronove, pošto nude visoku energetsku gustinu, omogućavajući dronovima da postignu duže vreme leta u poređenju sa drugim tipovima baterija slične veličine i težine. LiPo baterije su lagane i dolaze u različitim kapacitetima, čineći ih pogodnim za širok spektar veličina i konfiguracija dronova.
Litijum-jon (Li-ion): postaju uobičajene u potrošačkim dronovima. Li-ion baterije se koriste i u profesionalnim ili industrijskim dronovima gde su potrebna duža vremena leta ili specifični sigurnosni zahtevi. Li-ion baterije nude sličnu energetsku gustinu kao LiPo baterije, ali su jednostavnije za punjenje i rukovanje jer dolaze obično u "smart" pakovanju koje podrazumeva i upravljačku elektroniku koja brine o baterijama.
Litijum-polimer (LiPo) baterije
Ove baterije su predstavljene negde polovinom 70-tih godina ali su primenu u potrošačkoj elektronici pronašle tek polovinom 90-tih godina. Do tada su imale široku primenu u vojnoj tehnologiji. LiPo baterije su nastale kao evolucija litijum-jonskih (Li-ion) baterija, a razlikuju se po tome što imaju čvrsti polimerni elektrolitni sastav umesto tečnog elektrolita. Anoda i katoda su odvojene elektrolitom koji reaguje sa anodom da bi generisao elektrone, što stvara gradijent naelektrisanja u ćeliji. Kako se anoda negativno naelektriše, elektroni putuju duž provodne žice do katode. Ceo sistem tako prolazi kroz elektrohemijsku redoks reakciju (redukcija/oksidacija): anoda gubi elektrone i oksiduje se dok katoda dobija elektrone i redukuje se.
Ova tehnologija se razvila kako bi se poboljšala sigurnost, kapacitet i performanse baterija. Njihova popularnost raste zbog veće energetske gustine i manje težine u poređenju sa tradicionalnim baterijama. LiPo baterije su postale široko korišćene u raznim uređajima kao što su dronovi, RC modeli, industrijski tableti i ostali prenosivi uređaji.
Glavni razlog za korišćenje LiPo baterija u dronovima je njihova visoka gustoća energije, što omogućava duže trajanje leta. Gustina energije LiPo baterija varira od 140 - 200+ Wh/kg u pogledu težine i 250 - 350+ Wh/L po zapremini. Zapreminska gustina energije je važna prilikom pravljenja odnosno konfigurisanja drona kako bi baterija stala na okvir, ali i za proračune performansi, gustina energije po težini je relevantnija. Sa većom gustinom dolazi i veća cena, pa vaš budžet takođe može biti ograničavajući faktor.
Takođe, LiPo baterije su relativno lake, što je ključno za dronove jer dodatna težina može značajno uticati na performanse leta. Njihova fleksibilna forma omogućava ugradnju u različite modele i konfiguracije dronova.
Za uobičajene LiPo baterije, nominalni ili prosečni napon je 3.7 V po ćeliji sa maksimalnim naponom od 4.2 V po ćeliji. Nakon što je ćelija potpuno napunjena, kratko će pružiti 4.2 V pre nego što padne na 3.7 V tokom većeg dela životnog veka baterije. Postaje opasno isprazniti bateriju nakon što je napon ćelije pao ispod 3.2 V jer se otpor u bateriji povećava, što dovodi do zagrevanja i bubrenja, što može prouzrokovati oštećenje.
Da bi se to izbeglo, mnogi proizvođači motora su dodali zaštitu od prekomernog pražnjenja (LVC) na svoje kontrolere, koji ih sprečavaju da crpe struju nakon određenog praga, obično u rasponu od 3.2 - 3.4 V. Prekomerno punjenje LiPo baterije je podjednako opasno i može dovesti do pregrevanja, pa čak i eksplozije.
Naravno, ta vrsta baterija nije savršena. One imaju i mana. Osetljive su na ekstremne temperature i imaju relativno kraći životni vek u poređenju sa nekim drugim vrstama baterija. Poseduju potencijalnu nestabilnost i osetljivost na prekomerno pražnjenje ili punjenje, kao i mogućnost paljenja ili eksplozije ako se ne koriste ispravno ili ako su oštećene. Ako se baterija isprazni ispod određenog nivoa ili ako se puni iznad preporučenih granica, to može dovesti do trajnog oštećenja baterije, smanjenja kapaciteta ili čak rizika od eksplozije.
Ako se LiPo baterije oštete ili neispravno koriste, postoji rizik od samozapaljenja ili eksplozije. Ova opasnost je posebno izražena ako se baterija probuši, pregreje ili se koristi s nekompatibilnim punjačem.
Efekat starenja dovodi do smanjenja kapaciteta i performansi tokom vremena, što zahteva redovnu zamenu baterija.
Iako litijum-polimerske baterije imaju mnoge prednosti koje ih čine popularnim izborom za razne primene, važno je da korisnici budu svesni njihovih potencijalnih mana i pridržavaju se sigurnosnih uputstava kako bi se minimizovali rizici i osiguralo sigurno korištenje.
Litijum-jon (Li-ion)
Litijum-jonska baterija se sastoji od četiri glavna dela:
Anoda (negativna elektroda) - Obično je napravljena od grafita.
Katoda (pozitivna elektroda) - Najčešće je napravljena od litijum-kobalt oksida (LiCoO2), ali mogu se koristiti i drugi materijali kao što su litijum-gvožđe fosfat (LiFePO4) ili litijum-mangan oksid (LiMn2O4).
Elektrolit - Sadrži litijumove soli otopljene u organskom rastvaraču, što omogućava kretanje litijumovih jona između anode i katode.
Separator - Tanka plastična folija koja sprečava direktan kontakt između anode i katode, ali omogućava prolaz jona.
Proces stvaranja struje u litijum-jonskoj bateriji može se objasniti kroz ciklus punjenja i pražnjenja:
1. Punjenje
Kada se baterija puni, električna struja iz punjača prolazi kroz bateriju, što izaziva sledeće:
Litijumovi joni (Li⁺) se kreću sa katode ka anodi kroz elektrolit.
Elektroni (e⁻) se kreću spoljnim putem kroz električni krug ka anodi, gde se spajaju sa litijumovim jonima.
U ovom procesu, litijumovi joni se ugrađuju u strukturu grafitne anode (interkalacija).
2. Pražnjenje
Kada baterija napaja uređaj, događa se suprotan proces:
Litijumovi joni se kreću sa anode ka katodi kroz elektrolit.
Elektroni se kreću spoljnim putem kroz električni krug ka katodi, stvarajući električnu struju koja napaja uređaj.
Litijumovi joni se ugrađuju u strukturu katode (deinterkalacija).
Litijum-jon (Li-ion) baterije su postale nezamenljiv deo tehnologije bespilotnih letelica. Ove baterije su prvi put komercijalno lansirane 1992. godine od strane kompanije Sony, a njihova primena u dronovima je višestruko unapredila mogućnosti i performanse ovih uređaja.
Razlog zašto su Li-ion baterije postale standard u industriji dronova leži u njihovoj visokoj energetskoj gustini, što znači da mogu da skladište više energije u manjem prostoru. Osim toga, imaju nižu stopu samopražnjenja i mogu se brzo napuniti, što ih čini idealnim za uređaje koji zahtevaju česte punjenja. Takođe, Li-ion baterije su relativno male i lake, što je ključno za mobilne uređaje poput dronova.
Većina proizvođača dronova koristi Li-ion baterije zbog njihovih prednosti u odnosu na druge tipove baterija. Međutim, nije svaki dron dizajniran da koristi Li-ion baterije, a neki specijalizovani modeli mogu koristiti alternativne tipove baterija u zavisnosti od specifičnih zahteva za performansama.
Međutim, Li-ion baterije nisu bez mana. One mogu biti osetljive na ekstremne temperature i mogu imati problema sa dugovečnošću nakon određenog broja ciklusa punjenja. Litijum jonske baterije obično imaju nižu stopu pražnjenja (C-ocena) u poređenju sa LiPo baterijama. To znači da možda neće moći da zadovolje visoke zahteve potrebne za agresivno letenje i manevrisanje kod FPV letelica, na primer. Litijum-jonske baterije su skuplje u poređenju sa LiPo baterijama. Međutim, mogu biti ekonomičnije na duže staze zbog njihovog dužeg radnog veka. Sve zavisi od vaših potreba.
Uprkos ovim nedostacima, litijum-jonske baterije postaju održiva opcija za dronove, posebno one usmerene na let na duge staze i efikasnost, a ne na visokoperformansne letove. Prilikom odabira izvora napajanja za dron neophodno je pažljivo razmatranje specifičnih zahteva i ograničenja svake vrste baterije.
U svetlu ovih informacija, jasno je da Li-ion baterije predstavljaju trenutni vrhunac tehnologije baterija za dronove, ali isto tako, buduće inovacije će nastaviti da oblikuju pejzaž bespilotnih letelica, donoseći nove mogućnosti i izazove. Kao što je tehnologija dronova evoluirala od vojnih aplikacija do širokog spektra civilnih upotreba, tako će i tehnologija baterija nastaviti da se razvija, omogućavajući dronovima da lete dalje, duže i efikasnije.
Solid-state baterije - budućnost?
Što se tiče budućnosti, tehnologija baterija za dronove neprestano napreduje. Solid-state baterije se smatraju naslednicima Li-ion baterija, obećavajući veću sigurnost i energetsku gustinu. Očekuje se da će ove baterije doneti značajne promene u industriji dronova, posebno u visoko-rizičnim okruženjima. Solid-state baterije predstavljaju značajan napredak u tehnologiji baterija. One su izrađene od čvrstih elektrolita, kao što su keramika, sulfidi ili polimeri, umesto tečnih ili gel elektrolita koji se koriste u konvencionalnim baterijama. Ove baterije nude brojne prednosti u odnosu na tradicionalne litijum-jonske baterije, uključujući veću energetsku gustinu, brže punjenje, duži vek trajanja i manji rizik od požara zbog odsustva tečnih elektrolita. Međutim, postoje i izazovi koji uključuju visoke troškove proizvodnje, složenost proizvodnje i potrebu za razvojem pouzdanih čvrstih elektrolita.
Što se tiče primene u dronovima, solid-state baterije bi mogle omogućiti duže vreme leta i brže punjenje, što je ključno za operacije koje zahtevaju dugotrajnu autonomiju. Iako je tehnologija još uvek u razvoju, očekuje se da će prve primene solid-state baterija u dronovima početi u skorijoj budućnosti, s obzirom na to da su neke kompanije već najavile njihovo testiranje i implementaciju.
Među kompanijama koje trenutno prednjače u razvoju solid-state baterija su Toyota i QuantumScape. Toyota je prepoznata po značajnim dostignućima u ovoj tehnologiji i planira da lansira električna vozila sa solid-state baterijama do 2030. godine. QuantumScape, s druge strane, već dostavlja prototipove svojih solid-state ćelija proizvođačima automobila, što je važan korak ka komercijalizaciji i implementaciji u električnim vozilima.
Ove kompanije su samo neki od igrača koji intenzivno rade na istraživanju i razvoju solid-state baterija, što ukazuje na potencijalnu revoluciju u industriji električnih vozila i dronova. Dodatno, postoji i niz startapova koji takođe doprinose razvoju ove tehnologije, kao što su Ampcera, GQenergy, Printed Energy, PJP Eye i Intecells, koji razvijaju inovativne pristupe u proizvodnji solid-state baterija koristeći napredne materijale i tehnike.
Comments