LiPo vs. Li-Ion Drone-akut: energiatiheys, teho ja lentoaika

Valinta litiumpolymeeriakun ja litiumioniakun välillä on tärkeä päätös drone-valmistajille, tuoteinsinööreille ja hankintatiimeille. Akun kemia vaikuttaa tehoon, lentoaikaan, painoon, lämpökäyttäytymiseen, pakkauksen rakenteeseen, käyttöikään ja dronin yleiseen suunnitteluun.

Termejä LiPo ja Li-ion käytetään usein ikään kuin ne kuvaavat täysin erilaisia ​​akkuperheitä. Käytännössä molemmat ovat litiumionipohjaisia ​​ladattavia teknologioita. Kaupallisilla drone-markkinoilla käytetään kuitenkin yleisesti sanaa 'LiPo' kuvaamaan kevyitä pussikennoja, jotka on suunniteltu korkealle virtateholle, kun taas 'Li-ion' viittaa usein lieriömäisiin tai prismaattisiin kennoihin, jotka on suunniteltu varastoimaan enemmän energiaa tietyllä painolla tai tilavuudella.

Litiumpolymeeriakkudrooniratkaisu voi sopia FPV-kilpailuihin, nopeaan kiihdytykseen ja suurivirtaisiin maataloustöihin. Litiumioniakku voi sopia paremmin pitkäkestoisiin kartoitus-, tarkastus- tai valvontatehtäviin, joissa keskimääräinen tehontarve on pienempi ja lentoaika tärkeämpi kuin lyhyet tehopurskeet.

Kumpikaan kemia ei ole yleisesti ottaen parempi. Oikea valinta riippuu dronin propulsiojärjestelmästä, hyötykuormasta, lentoprofiilista, nykyisestä tarpeesta, käyttölämpötilasta, akun mitoista ja kaupallisista vaatimuksista.

Tässä oppaassa verrataan LiPo- ja Li-ion-akkuja erityisesti drone-sovelluksiin. Se keskittyy kemian valintaan sen sijaan, että toistaisi energiatiheyden ja tehotiheyden yleisiä määritelmiä. Katso näiden kahden käsitteen laajempi selitys ZERNEn olemassa olevasta artikkelista korkean energiatiheyden ja korkean tehotiheyden akut.

Pikavastaus

LiPo-akut ovat yleensä suositeltavia, kun drone vaatii suurta hetkellistä virtaa, nopeaa kiihtyvyyttä, vahvaa jännitteen säilymistä ja kevyttä pussimuotoa. Niitä käytetään laajasti FPV-kilpailuissa, freestyle-drooneissa ja suuritehoisissa UAV-sovelluksissa.

Li-ion-akkuja harkitaan usein, kun drone priorisoi pidempää kestävyyttä, enemmän varastoitua energiaa ja alhaisempaa keskimääräistä virrantarvetta. Niistä voi olla hyötyä kartoituksessa, tarkastuksissa, valvonnassa ja muissa pitkän lentomatkan sovelluksissa, mikäli akku pystyy toimittamaan vaaditun jatkuvan ja huippuvirran.

Lopullisen päätöksen tulisi perustua todellisiin virranmittauksiin, jännitteen laskuun, akun massaan, hyötykuormaan, lämpötilaan ja lentotestaukseen pelkkien kemiallisten merkintöjen sijaan.

Mitä eroa on LiPo- ja Li-Ion-droone-akuilla?

LiPo-akun rakenne

LiPo-akussa käytetään yleensä pussityyppistä kennoa, jossa on polymeeripohjainen elektrolyyttijärjestelmä. Pussimuoto voi tarjota korkean energia-painosuhteen ja antaa valmistajille mahdollisuuden mukauttaa pakkauksen paksuutta, pituutta ja leveyttä.

Drone-sovelluksiin LiPo-kennot on usein suunniteltu korkeaa purkauskykyä varten. Niiden alhainen sisäinen vastus voi auttaa akkua tuottamaan voimakasta virtaa lentoonlähdön, kiihdytyksen ja aggressiivisten liikkeiden aikana.

Tyypillisiä LiPo-etuja ovat:

• korkea nykyinen lähtö;

• vahva lyhyen aikavälin tehon toimitus;

• kevyt pussi rakentaminen;

• joustava pakkaus geometria;

• hyvä integrointi kompakteihin drone-kehyksiin;

• soveltuvuus tehokkaisiin propulsiojärjestelmiin.

Haittoja voivat olla suurempi herkkyys mekaanisille vaurioille, turvotus, väärä lataus, liiallinen lämpö ja sopimattomat säilytysolosuhteet. Todellinen suorituskyky riippuu kennon suunnittelusta, pakkauksen rakenteesta, suojajärjestelmästä ja käyttöolosuhteista.

Li-Ion-akun rakenne

Termiä Li-ion-akku käytetään usein lieriömäisistä tai prismaattisista kennoista, mukaan lukien muodot, kuten 18650 ja 21700. Nämä kennot on yleensä suunniteltu tarjoamaan runsaasti varastoitua energiaa ja vakaata suorituskykyä pidempien käyttöjaksojen aikana.

Droneissa Li-ion-pakkauksia voidaan harkita, jos sovelluksessa on:

• kohtalainen keskimääräinen virta;

• pitkä risteily tai leijuusjakso;

• voimakas tarve pidentää lentoaikaa;

• rajoitetut mahdollisuudet akun vaihtoon tai lataamiseen;

• riittävästi tilaa valitulle solumuodolle.

Li-ion kennot eivät ole automaattisesti pienitehoisia kennoja. Jotkut suuritehoiset lieriömäiset kennot voivat tuottaa huomattavaa virtaa. Tarkka virtakapasiteetti on kuitenkin vahvistettava valmistajan teknisistä tiedoista ja validoitava tarkoitetuissa käyttöolosuhteissa.

LiPo vs. Li-Ion: avainten vertailu

Tämä vertailu on pikemminkin lähtökohta kuin yleinen sääntö. Solun kemia, elektrodisuunnittelu, sisäinen vastus, pakkauksen asettelu ja testiolosuhteet voivat muuttaa tulosta.

Energiatiheys ja lentoaika

Energiatiheys kuvaa kuinka paljon energiaa akku varastoi suhteessa painoonsa tai tilavuuteensa. Se ilmaistaan ​​yleensä yksikköinä Wh/kg tai Wh/l.

Akun likimääräinen nimellisenergia voidaan arvioida käyttämällä:

Energia (Wh) = nimellisjännite (V) × kapasiteetti (Ah)

Esimerkiksi 14,8V, 5Ah akussa on noin:

14,8V × 5Ah = 74Wh

Todellinen lentoaika riippuu dronin keskimääräisestä virrankulutuksesta:

Teoreettinen lentoaika (tuntia) = akun energia (Wh) ÷ keskimääräinen teho (W)

Todellisessa käytössä tulokseen vaikuttavat:

• hyötykuorma;

• moottorin ja potkurin tehokkuus;

• tuuli;

• lentotila;

• lämpötila;

• akun varaus;

• jännitteen lasku;

• akun ikääntyminen;

• nousu- ja laskusyklit.

Korkeamman energiatiheyden omaava akku voi pidentää lentoaikaa, mutta kapasiteetin lisääminen lisää myös painoa. Lisäpaino lisää korkeuden ylläpitämiseen vaadittavaa työntövoimaa ja voi lisätä virrankulutusta.

Katso täydellinen keskustelu akun kapasiteetista, keskimääräisestä tehosta ja todellisesta käyttöajasta drone-akun lentoaikaopas.

Tehon tiheys ja korkean virran drone-suorituskyky

Tehon tiheys kuvaa kuinka nopeasti akku pystyy toimittamaan energiaa suhteessa sen painoon tai tilavuuteen. Se ilmaistaan ​​yleensä W/kg tai W/L.

Tehotiheydellä on merkitystä, kun drone tarvitsee:

• nopea lentoonlähtö;

• korkea työntövoima;

• nopea kiihtyvyys;

• äkilliset suunnanmuutokset;

• raskaan hyötykuorman nosto;

• nopeat FPV-liikkeet;

• jatkuva toiminta suurella virralla.

LiPo-akut valitaan usein näihin sovelluksiin, koska nopeat pussikennot voivat tuottaa huomattavaa virtaa suhteellisen pienellä sisäisellä resistanssilla. Akun on kuitenkin oltava oikean kokoinen. Korkea C-luokitus ei kompensoi väärin valittua jännitettä, riittämätöntä kapasiteettia tai huonoa lämmönhallintaa.

The suuren purkautumisnopeuden litiumpolymeeriakkuratkaisu on olennainen dronejärjestelmille, jotka vaativat suurvirran nopeaa purkausta. Akun tarkka soveltuvuus on silti tarkistettava moottorin, ESC:n, potkurin, hyötykuorman ja lentoprofiilin suhteen.

LiPo- ja Li-Ion-droone-akkujen C-luokituksen ymmärtäminen

C-luokitus kuvaa akun virrankapasiteettia suhteessa sen kapasiteettiin.

Yksinkertaistettu nykyinen kaava on:

Maksimivirta (A) = kapasiteetti (Ah) × C-luokitus

Esimerkiksi esimerkinomaisen 5 Ah:n akun, jonka nimellisarvo on 30 C, teoreettinen virta-arvo olisi:

5Ah × 30C = 150A

Tämä laskelma on vain viite. Todellinen jatkuva ja purskevirta riippuu:

• kuinka valmistaja määrittelee C-luokituksen;

• testin kesto;

• katkaisujännite;

• akun lämpötila;

• solujen ikä;

• pakkauskokoonpano;

• jäähdytysolosuhteet;

• hyväksyttävä jännitteen lasku.

LiPo-pakkaus voi tarjota korkean C-luokituksen vaativiin drone-liikkeisiin, kun taas korkean energian Li-ion-pakkauksella voi olla alhaisempi virtaluokitus, joka sopii paremmin kohtalaisen tehon risteilylennolle.

Yksityiskohtainen selvitys jatkuvasta ja purskepurkauksesta on kohdassa drone-akun C-luokitusopas.

Lentoaika: LiPo vs. Li-Ion

Pisimmän lentoajan tarjoava akku riippuu täydellisestä dronin suunnittelusta.

Kun LiPo voi tarjota paremman käytännön suorituskyvyn

LiPo voi tarjota paremman käytännön suorituskyvyn, kun drone vaatii suurta tehoa koko tehtävän ajan. Akku, jolla on voimakas virransyöttö, voi ylläpitää jännitettä kuormitettuna ja antaa propulsiojärjestelmän toimia tehokkaasti.

Tämä voi olla tärkeää:

• FPV kilpa;

• freestyle droonit;

• nopea kiipeily;

• raskas maatalouden ruiskutus;

• toimitusdroonit, joissa on toistuva nousu ja lasku;

• suuria hyötykuormia kuljettavat teolliset UAV:t.

LiPo-pakkauksella voi olla lyhyempi teoreettinen lentoaika kuin korkean energian Li-ion-pakkauksella, mutta LiPo-pakkaus voi olla parempi vaihtoehto, jos Li-ion-pakkaus ei pysty tarjoamaan tarpeeksi virtaa ilman vakavaa jännitteen laskua tai ylikuumenemista.

Kun Li-Ion voi tarjota paremman käytännön suorituskyvyn

Li-ion voi tarjota paremman käytännön suorituskyvyn, kun drone viettää suurimman osan tehtävästään suhteellisen vakaalla ja kohtuullisella tehotasolla.

Tämä voi sisältää:

• ilmakartoitus;

• infrastruktuurin tarkastus;

• valvonta;

• ympäristön seuranta;

• viestintä rele;

• pitkän matkan kuvantaminen;

• hidas autonominen lento.

Näissä tapauksissa akkuun varastoitunut energia voi olla tärkeämpää kuin lyhyet tehopursket. Suunnittelijan on kuitenkin vahvistettava, että solut kestävät lentoonlähdön, nousun, tuulen kompensoinnin ja hätäohjauksen.

Sovelluspohjainen valintaopas

Tätä taulukkoa tulee käyttää vain alustavaan arviointiin. Lopullinen valinta vaatii mitattua dataa varsinaisesta dronista.

LiPo vs. Li-Ion FPV-drooneille

FPV-droonit vaativat usein nopeita muutoksia moottorin nopeudessa ja suurta virtaa kiihdytyksen, sukellusten, jyrkän käännöksen ja palautumisen aikana. Nämä käyttöolosuhteet suosivat akkuja, joilla on vahva virransyöttö ja matala jännite.

Korkeatasoinen LiPo-paketti on usein käytännöllinen lähtökohta, koska:

• pussimuoto voi vähentää pakkauksen painoa;

• kenno voidaan suunnitella korkealle virralle;

• paketti voi tukea nopeita muutoksia tehontarpeessa;

• akku voidaan integroida kompakteihin kehyksiin;

• jännitteen säilyttäminen voi parantaa vastetta.

LiPo FPV -akku tarvitsee kuitenkin edelleen asianmukaisen latauksen, varastoinnin, tarkastuksen ja lämpötilan hallinnan. Suurvirtapakkaus voi tuottaa merkittävää lämpöä vaativan lennon aikana.

LiPo vs. Li-Ion teollisuusdrooneille

Teollisissa droneissa on usein kamerat, LiDAR, monispektrianturit, ruiskutuslaitteet tai viestintälaitteet. Niiden akkuvalikoima on monimutkaisempi, koska akun on tasapainotettava energia, teho, paino, mekaaninen integrointi ja luotettavuus.

ZERNE:n pieni teollisuusdroone-akku esittelee teollisuusakkuja useissa jännite- ja kapasiteettikokoonpanoissa. Tämä havainnollistaa, miksi teollisuusakku tulisi määrittää täydellisen sovelluksen mukaan sen sijaan, että se valitaan vain kemian perusteella.

Arvioi teollisuusprojektissa:

• hyötykuorman paino;

• keskimääräinen teho;

• huippuvirta;

• tehtävän kesto;

• lentoonlähtö- ja laskutaajuus;

• ympäristön lämpötila;

• akkutilan mitat;

• liitin ja asennusjärjestelmä;

• vaadittu suoja;

• kuljetus- ja asiakirjavaatimukset.

Turvallisuus- ja lämpönäkökohdat

Sekä LiPo- että Li-ion-akut vaativat huolellista käsittelyä. Kemian valinta ei poista turvallisten lataus-, varastointi-, kuljetus- ja käyttömenetelmien tarvetta.

Tärkeitä huomioita ovat mm.

• älä lataa vaurioitunutta tai turvonnutta akkua;

• tarkasta pakkaus ennen käyttöä;

• estää murskaantumista, puhkaisua ja hankausta;

• suojaa pussisoluja mekaanisilta vaurioilta;

• tarjota asianmukaiset lämpöpolut;

• vältä käyttöä määritellyn lämpötila-alueen ulkopuolella;

• käytä akkukokoonpanon kanssa yhteensopivaa laturia;

• tarkkaile epätavallista lämpöä, hajua, vuotoa tai turvotusta;

• poista vaurioituneet akut käytöstä.

LiPo-akut voivat olla erityisen herkkiä mekaanisille vaurioille pussirakenteensa vuoksi. Li-ionin lieriömäisillä kennoilla on selkeämpi ulkorakenne, mutta koko paketti vaatii silti suojan iskuja, oikosulkuja, ylikuumenemista ja kennojen epätasapainoa vastaan.

Lämpötila vaikuttaa myös sisäiseen vastukseen, virransyöttöön ja käyttökapasiteettiin. Jos drone on alttiina kuumille tai kylmille olosuhteille, ota yhteyttä drone-akun lämpötilan hallintaopas.

Akun ikääntyminen ja käyttöikä

Akun valinnassa tulee ottaa huomioon ensimmäisen lennon suorituskyvyn lisäksi myös se, kuinka akku toimii toistuvan käytön jälkeen.

Akun ikääntymistä voidaan nopeuttaa:

• korkea purkausvirta;

• korkea solun lämpötila;

• syväpurkaus;

• pitkä varastointi sopimattomassa lataustilassa;

• toistuva ylikuormitus;

• lataus suositeltujen olosuhteiden ulkopuolella;

• mekaaniset vauriot;

• huono solusovitus.

LiPo- ja Li-ion-akuissa voi esiintyä erilaisia ​​ikääntymiskuvioita kennojen suunnittelusta ja sovelluksesta riippuen. Akku, jota käytetään jatkuvasti lähellä maksimivirtaansa, voi menettää tehonsa nopeammin kuin akku, jota käytetään alhaisemmalla kuormituksella.

Määritä OEM-projekteille hyväksyttävät käyttöiän päättymiskriteerit ennen massatuotantoa. Näitä voivat olla:

• pienin jäljellä oleva kapasiteetti;

• suurin sisäinen vastus;

• enimmäislämpötila;

• jännitteen johdonmukaisuus;

• syklien määrä;

• fyysisen tarkastuksen tulokset;

• kyky täyttää vaadittu huippuvirta.

Kuinka OEM-ostajien tulisi valita LiPon ja Li-Ionin välillä

Akun valmistajan tulee saada täydelliset sovellustiedot ennen kemian suosittelemista.

Tarjoa:

• tavoitelentoaika;

• nimellisjännite;

• kapasiteettialue;

• keskimääräinen virta;

• huippuvirta;

• moottori- ja ESC-tiedot;

• hyötykuorman paino;

• pakkauksen enimmäispaino;

• käytettävissä oleva paristolokero;

• liittimen tyyppi;

• latausmenetelmä;

• käyttölämpötila;

• odotettu syklin taajuus;

• varastointivaatimukset;

• liikennemarkkinat;

• sertifiointi- tai asiakirjavaatimukset.

ZERNE:n mukautetun akkupalvelun avulla voidaan arvioida pakkauksen mitat, sähköiset tiedot, liittimet, suojakomponentit ja käyttöolosuhteet ennen prototyypin validointia.

Luotettavan kehitysprosessin tulisi sisältää:

1. hakemusvaatimusten tarkistus;

2. alustava kemian valinta;

3. solu- ja pakkauskokoonpano;

4. prototyyppien tuotanto;

5. sähkö- ja lämpötestaus;

6. integrointi drooniin;

7. lennon validointi todellisella hyötykuormalla;

8. tarkistus ja tuotannon vahvistus.

Yleisimmät valintavirheet

Valitse vain LiPo, koska sillä on korkea C-luokitus

Suurvirtakapasiteetti on hyödyllinen, mutta se ei takaa pitkää lentoaikaa, keveyttä tai pitkää käyttöikää.

Valitse vain Li-Ion, koska sillä on korkea energiatiheys

Suurienerginen kenno ei välttämättä sovellu, jos drone tarvitsee suurta virtaa lentoonlähdön tai nopean ohjauksen aikana.

Kapasiteetin vertailu vertaamatta painoa

Suurempi mAh-luokitus voi lisätä akun massaa riittävästi vähentämään odotettua lentoaikahyötyä.

Jännitteen lasku huomioimatta

Akku saattaa näyttää sopivalta paperilla, mutta siinä voi esiintyä liiallista jännitehäviötä todellisen lennon aikana. Testaa akku todellisissa virta- ja lämpötilaolosuhteissa.

Kaikkien LiPo- tai Li-Ion-kennojen käsittely identtisinä

Saman yleisen kemian soluilla voi olla hyvin erilainen sisäinen vastus, purkauskyky, energiatiheys, mitat ja ikääntymiskäyttäytyminen.

Valitse kemia ennen tehtävän määrittelemistä

Oikea järjestys on määrittää ensin lentoprofiili, hyötykuorma, virta ja ympäristö ja sitten valita akun kemia ja akun rakenne.

Usein kysytyt kysymykset

Onko LiPo tai Li-ion parempi droneille?

Kumpikaan ei ole yleisesti parempi. LiPo soveltuu usein suurivirtasovelluksiin ja korkean ohjattavuuden sovelluksiin, kun taas Li-ion voi soveltua pitkäkestoisiin tehtäviin kohtuullisella keskimääräisellä tehontarpeella.

Kestävätkö Li-ion-drone-akut pidempään kuin LiPo-akut?

Ne voivat tarjota pidemmän lentoajan sovelluksissa, joissa energiatiheys ja kohtalainen virta ovat tärkeimmät prioriteetit. Todellinen käyttöaika riippuu pakkauksen energiasta, painosta, propulsiotehokkuudesta, hyötykuormasta ja lento-olosuhteista.

Miksi LiPo-akut ovat yleisiä FPV-drooneissa?

LiPo-akut voivat tarjota voimakkaan virran, matalan jännitteen laskun ja kevyen pussimuodon. Nämä ominaisuudet ovat hyödyllisiä nopeissa kiihdytyksissä, kilpa- ja freestyle-liikkeissä.

Voidaanko Li-ion-akkua käyttää FPV-droonissa?

Sitä voidaan käyttää vain, jos kenno ja pakkaus voivat täyttää dronin jännite-, jatkuvavirta- ja huippuvirran vaatimukset. Monet Li-ion-paketit eivät sovellu suurvirta FPV-sovelluksiin ilman huolellista validointia.

Mikä akku on parempi pitkäkestoisille droneille?

Li-ion voi olla sopiva lähtökohta joillekin pitkäkestoisille droneille, varsinkin kun keskiteho on kohtalainen. Korkeaenerginen LiPo tai muu kemia voi myös olla sopiva painon, virran ja integrointirajoitusten mukaan.

Onko LiPo:lla suurempi energiatiheys kuin Li-ionilla?

Vastaus riippuu tietyistä soluista ja pakkauksen suunnittelusta. Akun kemialliset merkinnät eivät yksin riitä määrittämään energiatiheyttä. Vertaa vahvistettuja Wh/kg, Wh/L, tehokapasiteettia, pakkausmassaa ja käyttöolosuhteita.

Pidentääkö korkeampi C-luokitus lentoaikaa?

Ei välttämättä. C-luokitus kuvaa pääasiassa virransyöttökykyä. Se voi vähentää jännitteen laskua suuritehoisissa sovelluksissa, mutta se ei lisää automaattisesti akkuun varastoitunutta kokonaisenergiaa.

Kumpi akku on turvallisempi, LiPo vai Li-ion?

Turvallisuus riippuu kennosta, pakkauksen suunnittelusta, suojajärjestelmästä, valmistuslaadusta, lataustavasta, mekaanisesta suojauksesta, lämpötilasta ja käyttöolosuhteista. Kumpaakaan kemiaa ei pitäisi pitää turvallisena ilman asianmukaisia ​​suunnittelu- ja käsittelyohjeita.

Voidaanko LiPo- ja Li-ion-kennot sekoittaa yhdessä drone-akussa?

Niitä ei pidä sekoittaa satunnaisesti. Eri kennotyypeillä voi olla erilainen jännitekäyttäytyminen, latausvaatimukset, sisäinen vastus ja virtakyky. Sekakemian pakkaus vaatii erikoistunutta suunnittelua ja validointia.

Miten OEM-valmistajan tulisi vertailla LiPo- ja Li-ion-prototyyppejä?

Käytä samaa dronea, hyötykuormaa, lentoprofiilia ja ympäristöolosuhteita. Mittaa lentoaika, jännite, virta, lämpötila, jännitteen lasku, akun paino ja testin jälkeinen kapasiteetti. Vertaa tuloksia projektin suorituskyky- ja turvallisuusvaatimuksiin.

Johtopäätös

Valinnan LiPo- ja Li-ion-droone-akun välillä tulisi perustua koko tehtävään eikä yksittäiseen spesifikaatioon.

LiPo on usein vahva ehdokas FPV-kilpailuihin, freestyle-lentoihin, nopeaan kiihdytykseen ja korkeavirtasovelluksiin. Li-ion voi sopia kartoitukseen, tarkastuksiin, valvontaan ja muihin tehtäviin, joissa pidempi kestävyys ja kohtuullinen tehontarve ovat tärkeämpiä.

Paras akku on se, joka tuottaa tarvittavan energian ja tehon käytettävissä olevien painon, koon, lämpötilan ja turvallisuusrajojen rajoissa. OEM-projekteissa kemian valintaa tulisi seurata pakkausten suunnittelulla, prototyyppitestauksella ja lennon validoinnilla todellisissa käyttöolosuhteissa.

Tarvitsetko apua LiPo- ja Li-ion-akun valinnassa drone-projektiisi? Ota yhteyttä ZERNEen räätälöityä akun arviointia varten.