Mga Semi-Solid-State na Baterya para sa Mga Drone: Kaligtasan, Densidad ng Enerhiya at Mga Kaso ng Paggamit

Ang mga tagagawa ng drone ay nasa ilalim ng patuloy na presyon upang mapabuti ang oras ng paglipad, kapasidad ng kargamento, kaligtasan at pagiging maaasahan ng pagpapatakbo. Ang mga maginoo na LiPo na baterya ay nananatiling malawak na ginagamit para sa mga high-power na drone, habang ang mga Li-ion pack ay kadalasang isinasaalang-alang para sa mga misyon na pangmatagalan. Lumilitaw ang mga semi-solid-state na baterya bilang isa pang opsyon para sa mga proyektong nangangailangan ng ibang balanse sa pagitan ng density ng enerhiya, kaligtasan at flexibility ng pagsasama.

Ang interes sa mga solid state na baterya sa mga drone ay lumalaki dahil ang baterya ay maaaring makaimpluwensya ng higit sa oras ng paglipad. Ang isang bagong arkitektura ng baterya ay maaaring makaapekto sa thermal behavior, mekanikal na disenyo, diskarte sa pagsingil, mga kinakailangan sa proteksyon, proseso ng pagmamanupaktura at pagpaplano ng sertipikasyon.

Gayunpaman, ang teknolohiyang semi-solid-state ay hindi dapat malito sa mga ganap na solid-state na baterya. Ang mga semi-solid na baterya ay naglalaman pa rin ng isang bahagyang likido o parang gel na electrolyte system, habang ang mga ganap na solid-state na baterya ay naglalayong gumamit ng isang solidong electrolyte. Ang dalawang teknolohiya ay may magkakaibang yugto ng pag-unlad, mga kinakailangan sa pagmamanupaktura at mga paghahabol sa pagganap.

Ipinapaliwanag ng gabay na ito kung paano maaaring gamitin ang mga semi-solid-state na baterya sa mga drone, anong mga benepisyo ang maiaalok nila, kung saan nananatili ang kanilang mga limitasyon at kung paano dapat suriin ng mga OEM team ang mga ito bago ang komersyal na pag-deploy.

Mabilis na Sagot

Ang mga semi-solid-state na baterya ay maaaring angkop para sa mga drone na nangangailangan ng kumbinasyon ng:

• mas mataas na density ng enerhiya;

• pinahusay na paglaban sa mga panganib sa pagtagas o pag-aapoy kumpara sa ilang mga disenyo ng likido-electrolyte;

• mas mahabang pagtitiis;

• mas mababang timbang para sa isang naibigay na target ng enerhiya;

• mas mahusay na pagsasama sa mga advanced na UAV o eVTOL platform;

• isang landas ng pag-unlad na nananatiling mas malapit sa mga kasalukuyang proseso ng pagmamanupaktura ng lithium-baterya.

Ang mga ito ay hindi awtomatikong ang pinakamahusay na kapalit para sa LiPo o Li-ion na mga baterya. Ang isang high-power na FPV drone ay maaaring mangailangan pa rin ng isang validated na high-rate na LiPo pack, habang ang isang pagmamapa o pang-industriya na platform ay maaaring makinabang mula sa pagsusuri ng semi-solid na teknolohiya kasama ng high-energy na Li-ion at LiPo na mga alternatibo.

Ano ang Semi-Solid-State na Baterya?

Ang isang semi-solid-state na baterya ay gumagamit ng isang electrolyte system na may mga katangian sa pagitan ng isang conventional liquid electrolyte at isang ganap na solid electrolyte. Depende sa disenyo, ang electrolyte ay maaaring parang gel, bahagyang solid o hindi kumikilos sa loob ng isang structured na materyal.

Ang layunin ay upang pagsamahin ang ilang mga pakinabang ng parehong mga diskarte:

• mapanatili ang sapat na transportasyon ng ion para sa praktikal na pagsingil at paglabas;

• bawasan ang kadaliang mapakilos ng nasusunog na likidong electrolyte;

• pagbutihin ang paglaban sa pagtagas;

• suportahan ang mas mataas na enerhiya na mga materyales sa elektrod;

• bawasan ang ilang mga panganib na nauugnay sa paggalaw ng likidong electrolyte;

• mananatiling tugma sa mga bahagi ng umiiral na imprastraktura ng paggawa ng cell.

Ang semi-solid-state ay hindi nangangahulugan na ang baterya ay ganap na solid. Hindi rin ito nangangahulugan na ang baterya ay hindi maaaring mag-overheat, masira o makapasok sa thermal runaway. Ang aktwal na pagganap ng kaligtasan ay depende sa cell chemistry, separator design, electrode materials, pack construction, protection electronics, thermal management at kalidad ng pagmamanupaktura.

kay ZERNE ang semi-solid-state na solusyon sa baterya ng lithium para sa mga proyektong nangangailangan ng balanse ng pagganap sa kaligtasan, density ng enerhiya at pagsasama ng customized na pack. maaaring suriin

Semi-Solid-State kumpara sa Conventional na LiPo at Li-Ion na Baterya

Ang talahanayang ito ay isang tool sa screening ng teknolohiya. Ang partikular na pagganap ng cell ay maaaring mag-iba nang malaki sa loob ng bawat kategorya.

Para sa paghahambing sa antas ng chemistry na nakatuon sa kasalukuyang mga aplikasyon ng drone, tingnan ang LiPo vs. Li-ion drone na gabay sa baterya.

Mga Potensyal na Benepisyo sa Kaligtasan

Ang kaligtasan ay isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit sinisiyasat ng mga inhinyero ang mga semi-solid-state na baterya.

Ang isang semi-solid electrolyte ay maaaring makatulong na mabawasan ang ilang partikular na panganib na nauugnay sa libreng dumadaloy na mga likidong electrolyte, tulad ng:

• pagtagas pagkatapos ng pinsala sa makina;

• paggalaw ng electrolyte sa loob ng cell;

• panganib sa pag-aapoy sa ilalim ng mga partikular na kondisyon ng pagkabigo;

• pagpapalaganap sa pagitan ng mga nasirang lugar;

• pagiging sensitibo sa pagbutas sa ilang mga disenyo ng cell.

Ang mga potensyal na benepisyong ito ay dapat na maingat na ipahayag. Ang semi-solid na baterya ay hindi fireproof, damage-proof o maintenance-free. Maaari pa ring maging hindi ligtas ang isang baterya dahil sa:

• labis na pagsingil;

• maikling circuit;

• pagdurog o pagbutas;

• matinding overheating;

• mga depekto sa pagmamanupaktura;

• kawalan ng timbang ng cell;

• maling mga setting ng proteksyon;

• hindi angkop na singilin o imbakan;

• panlabas na apoy o mekanikal na epekto.

Para sa mga drone OEM, dapat suriin ang kaligtasan sa pamamagitan ng structured na pagsubok sa halip na ipagpalagay mula sa pangalan ng teknolohiya.

Kabilang sa mahahalagang lugar ng pagpapatunay ang:

• tugon sa sobrang bayad;

• panlabas na short-circuit na tugon;

• pag-uugali ng crush at pagbutas;

• thermal katatagan;

• paglaban sa pagpapalaganap;

• panginginig ng boses at pagkabigla;

• mataas at mababang temperatura na operasyon;

• singilin sa mga limitasyon ng temperatura;

• kaligtasan ng pagkakabukod at connector.

Ang Ang kaligtasan ng baterya ng drone at gabay sa pag-iimbak ay maaaring gamitin kasama ng artikulong ito para sa pangkalahatang paghawak, pag-iimbak at mga prinsipyo ng pagtugon sa pinsala.

Densidad ng Enerhiya at Oras ng Paglipad

Ang density ng enerhiya ay naglalarawan kung gaano karaming enerhiya ang iniimbak ng isang baterya na may kaugnayan sa masa o volume nito. Para sa isang drone, ang mas mataas na magagamit na density ng enerhiya ay maaaring makatulong sa koponan ng disenyo:

• pahabain ang oras ng paglipad;

• magdala ng karagdagang kargamento;

• bawasan ang masa ng baterya;

• bawasan ang bilang ng mga pagbabago sa baterya;

• lumikha ng mas maraming puwang para sa mga sensor o kagamitan;

• pagbutihin ang reserbang enerhiya para sa mahirap na kondisyon ng panahon.

Ang isang simpleng pagkalkula ng enerhiya ay:

Enerhiya ng baterya (Wh) = nominal na boltahe (V) × kapasidad (Ah)

Ang aktwal na benepisyo sa oras ng paglipad ay nakasalalay sa kabuuang sistema ng sasakyang panghimpapawid. Ang pagdaragdag ng kapasidad ng baterya ay nagdaragdag din ng timbang, at ang mas mabibigat na sasakyang panghimpapawid ay nangangailangan ng higit pang thrust.

Ang oras ng paglipad ay apektado ng:

• enerhiya ng baterya;

• masa ng baterya;

• average na pangangailangan ng kuryente;

• payload;

• kahusayan ng motor at propeller;

• hangin;

• temperatura;

• mode ng paglipad;

• setting ng reserba;

• pagtanda ng baterya.

Samakatuwid, ang isang semi-solid na baterya ay dapat ihambing gamit ang magagamit na enerhiya sa kinakailangang kasalukuyang , hindi lamang isang antas ng cell na enerhiya-densidad na figure.

Para sa higit pang impormasyon tungkol sa enerhiya, payload at aktwal na runtime, basahin ang gabay sa oras ng paglipad ng baterya ng drone.

Mga Pagsasaalang-alang sa Power at C-Rate

Ang density ng enerhiya at kakayahan ng kuryente ay magkaibang mga kinakailangan. Ang isang baterya ay maaaring mag-imbak ng malaking halaga ng enerhiya ngunit hindi pa rin angkop para sa isang drone na nangangailangan ng mataas na agos sa panahon ng pag-alis o mabilis na acceleration.

Para sa mga semi-solid-state na drone na baterya, i-verify:

• patuloy na paglabas ng kasalukuyang;

• burst discharge kasalukuyang;

• boltahe sag;

• panloob na pagtutol;

• rate ng pagsingil;

• temperatura ng cell sa ilalim ng pagkarga;

• pagbawi pagkatapos ng isang mataas na kasalukuyang kaganapan;

• pagganap sa iba't ibang estado ng pagsingil.

Ang isang high-power na FPV platform ay maaari pa ring pabor sa isang high-rate na LiPo na baterya. Ang isang industriyal na drone na may katamtamang kasalukuyang pangangailangan ay maaaring maging isang mas angkop na kandidato para sa semi-solid-state na pagsusuri.

Ang Ang gabay sa C-rating ng baterya ng drone ay nagpapaliwanag kung paano dapat masuri ang tuluy-tuloy at pagsabog ng kasalukuyang.

Thermal Behavior sa Drone Applications

Ang thermal behavior ay sentro sa disenyo ng anumang advanced na drone battery. Kahit na binabawasan ng semi-solid electrolyte ang ilang partikular na panganib, ang baterya ay gumagawa pa rin ng init sa panahon ng pagcha-charge at pagdiskarga.

Dapat isaalang-alang ang thermal na disenyo:

• kasalukuyang profile;

• espasyo ng cell;

• pack enclosure;

• daloy ng hangin;

• landas ng pagpapadaloy ng init;

• pagkakabukod;

• mga sensor ng temperatura;

• kundisyon ng pagsingil;

• pag-mount ng baterya;

• temperatura ng kapaligiran;

• diskarte sa emergency shutdown.

Ang isang baterya ng drone ay maaaring gumana nang iba sa isang cool na pagsubok sa bodega kaysa sa direktang sikat ng araw, mataas na altitude na flight, mga kondisyon ng taglamig o isang heavy-lift na misyon.

Para sa mga proyektong nalantad sa matinding init o lamig, gamitin ang Gabay sa pamamahala ng temperatura ng baterya ng drone upang tukuyin ang mga limitasyon sa pagpapatakbo at mga kinakailangan sa pagpapatunay.

Semi-Solid-State Use Cases para sa mga Drone

Long-Endurance Mapping

Ang mga drone sa pagmamapa ay maaaring lumipad ng mga matatag na ruta sa mahabang panahon habang may dalang mga camera, kagamitan sa pagpoposisyon o iba pang mga sensor. Kung katamtaman ang pangangailangan ng kuryente, maaaring suriin ang isang semi-solid pack para sa pinahusay na magagamit na enerhiya at pinababang dalas ng pagpapalit ng baterya.

Inspeksyon sa Imprastraktura

Ang mga Inspection UAV ay kadalasang nagdadala ng mga high-resolution na camera, thermal camera, LiDAR o iba pang mga payload. Ang isang semi-solid na baterya ay maaaring isaalang-alang kapag ang proyekto ay nangangailangan ng mas mahabang oras ng inspeksyon nang hindi tumataas ang laki ng sasakyang panghimpapawid.

Ang pack ay dapat pa ring magbigay ng sapat na agos para sa pag-alis, pag-akyat, kompensasyon ng hangin at pang-emerhensiyang pagmamaniobra.

Pang-agrikultura at Pang-industriya na UAV

Ang mga pang-agrikulturang drone ay maaaring magdala ng likido o butil-butil na mga kargamento, na lumilikha ng mataas na kabuuang timbang sa pag-alis. Ang pang-industriya na sasakyang panghimpapawid ay maaaring gumana sa alikabok, halumigmig, init, malamig o hindi pantay na lupain.

Sa mga application na ito, dapat kasama sa pagsusuri ng baterya ang:

• patuloy na kapangyarihan;

• pagkakaiba-iba ng kargamento;

• paulit-ulit na pag-alis at landing;

• pagkakalantad sa kapaligiran;

• mekanikal na panginginig ng boses;

• singilin turnaround;

• mga kinakailangan sa field service.

kay ZERNE Ang maliliit na pang-industriya na solusyon sa baterya ng drone ay nagbibigay ng may-katuturang reference point para sa pagsusuri ng boltahe, kapasidad, kasalukuyan at mga kinakailangan sa kapaligiran sa mga propesyonal na proyekto ng UAV.

eVTOL at Advanced Air Mobility

Ang mga proyekto ng eVTOL ay nangangailangan ng mataas na enerhiya, mataas na kapangyarihan, mahigpit na kontrol sa timbang at malawak na pagpapatunay sa kaligtasan. Ang teknolohiyang semi-solid-state ay maaaring ituring bilang bahagi ng isang advanced na programa sa pagpapaunlad ng baterya, ngunit ang komersyal na deployment ay nangangailangan ng higit pa sa isang magandang resulta ng cell.

Maaaring kabilang sa pagsusuri ang:

• pack-level na thermal propagation;

• kalabisan;

• crashworthiness;

• high-cycle na operasyon;

• pagtuklas ng kasalanan;

• pagsubaybay at komunikasyon;

• pagpaplano ng sertipikasyon;

• diskarte sa pagpapanatili at pagpapalit.

Mga Nagpapakita ng Teknolohiya

Ang mga semi-solid-state na baterya ay kapaki-pakinabang din sa mga programa sa pananaliksik, prototype na sasakyang panghimpapawid at mga demonstrador ng teknolohiya. Ang mga proyektong ito ay nagbibigay-daan sa mga koponan na sukatin ang tunay na pagganap bago mag-commit sa isang arkitektura ng produksyon.

Dapat tukuyin ng test plan ang pamantayan ng tagumpay bago itayo ang prototype.

Mga Kinakailangan sa Pagsasama para sa Mga Proyekto ng OEM

Ang semi-solid-state adoption ay maaaring mangailangan ng mga pagbabago sa battery pack at sa sasakyang panghimpapawid.

Kabilang sa mahahalagang paksa ng pagsasama-sama ang:

• format ng cell;

• serye at parallel na pagsasaayos;

• nominal na boltahe;

• kapasidad;

• kasalukuyang kakayahan;

• mga sukat ng pakete;

• timbang;

• connector;

• BMS o PCM;

• mga thermal sensor;

• protocol ng komunikasyon;

• mounting istraktura;

• kagamitan sa pag-charge;

• serbisyo at proseso ng pagpapalit.

kay ZERNE Sinusuportahan ng custom na serbisyo ng baterya ang talakayan sa pagpili ng cell, disenyo ng pack, mga bahagi ng proteksyon, mga konektor at mga kinakailangan na partikular sa application.

Kapag nakikipag-ugnayan sa isang tagagawa, ibigay ang:

• target na oras ng paglipad;

• payload;

• average at peak kasalukuyang;

• impormasyon ng motor at ESC;

• maximum na laki ng baterya;

• maximum na bigat ng baterya;

• temperatura ng pagpapatakbo;

• paraan ng pagsingil;

• inaasahang dalas ng pag-ikot;

• mga merkado ng transportasyon;

• mga kinakailangan sa dokumentasyon o sertipikasyon.

Yugto ng Komersyal na Kapanahunan at Deployment

Ang mga semi-solid-state na baterya ay mas makatotohanan sa komersyo kaysa sa maraming ganap na solid-state na mga konsepto dahil ang ilang mga proseso ng pagmamanupaktura at kagamitan ay maaaring iakma mula sa kasalukuyang produksyon ng lithium-battery.

Gayunpaman, ang kapanahunan ay dapat hatulan sa antas ng pakete at aplikasyon , hindi lamang sa antas ng cell.

Bago gumamit ng semi-solid na baterya para sa production drone, kumpirmahin:

• paulit-ulit na supply ng cell;

• pare-pareho ang pagganap ng batch;

• pack assembly kakayahan;

• mga pamamaraan sa pagkontrol sa kalidad;

• proteksyon at pagsubaybay;

• data ng thermal test;

• cycle-life data sa ilalim ng aktwal na pagkarga;

• dokumentasyon ng transportasyon;

• plano sa field-service;

• pangmatagalang katatagan ng suplay.

Ang isang demonstrasyon sa laboratoryo ay hindi awtomatikong nagpapatunay na ang isang baterya ay handa na para sa mass production. Ang pangkat ng proyekto ay dapat gumamit ng prototype na pagsubok, pagsasama ng sasakyang panghimpapawid at kinokontrol na mga pagsubok sa larangan bago ang huling pagpili.

Semi-Solid-State kumpara sa Fully Solid-State

Hindi dapat palitan ang mga terminong ito.

Semi-Solid-State

Ang isang semi-solid na baterya ay gumagamit ng isang bahagyang solidified o parang gel na electrolyte system. Maaari itong mag-alok ng praktikal na paglipat sa pagitan ng mga kumbensyonal na baterya ng lithium at mga ganap na solid-state na disenyo.

Ganap na Solid-State

Ang isang ganap na solid-state na baterya ay naglalayong gumamit ng isang solidong electrolyte na walang karaniwang likidong electrolyte. Maaari itong mag-alok ng makabuluhang pangmatagalang potensyal, ngunit ang pagmamanupaktura, katatagan ng interface, pagsingil, gastos, mekanikal na disenyo at komersyal na sukat ay nananatiling mahalagang hamon sa pag-unlad.

Para sa kasalukuyang mga proyekto ng drone, ang semi-solid-state na teknolohiya ay maaaring isang mas praktikal na teknolohiya upang suriin kaysa sa isang ganap na solid-state pack na hindi pa available sa kinakailangang format o dami ng supply.

Mga Madalas Itanong

Available na ba ang mga solid state na baterya sa mga drone?

Ang ilang mga semi-solid-state na baterya ay magagamit para sa pagbuo at mga espesyal na aplikasyon, ngunit ang kakayahang magamit ay depende sa format ng cell, kapasidad, boltahe, kasalukuyang kinakailangan at supplier. Ang mga ganap na solid-state na drone na baterya ay nasa ibang at sa pangkalahatan ay mas maagang yugto ng komersyalisasyon.

Ang mga semi-solid-state na baterya ba ay mas ligtas kaysa sa mga LiPo na baterya?

Maaari nilang bawasan ang ilang partikular na panganib na nauugnay sa mga likidong electrolyte, ngunit nakadepende ang kaligtasan sa kumpletong disenyo ng cell at pack. Ang mga semi-solid na baterya ay maaari pa ring masira sa pamamagitan ng overcharging, short circuit, init, impact o hindi wastong paghawak.

Maaari bang magbigay ng mas mahabang oras ng paglipad ng drone ang mga semi-solid na baterya?

Maaari silang magbigay ng kalamangan sa oras ng paglipad kapag ang kanilang nagagamit na ratio ng enerhiya-sa-timbang ay mas mahusay para sa partikular na sasakyang panghimpapawid. Ang mga aktwal na resulta ay nakasalalay sa payload, kasalukuyang demand, kahusayan sa pagpapaandar, temperatura at reserba ng baterya.

Ang mga semi-solid na baterya ba ay angkop para sa mga FPV drone?

Maaaring masuri ang mga ito para sa mga proyekto ng FPV, ngunit ang mga high-rate na LiPo na baterya ay kadalasang nananatiling praktikal na panimulang punto para sa agresibong karera at freestyle na paglipad. Ang semi-solid pack ay dapat magpakita ng sapat na peak current at katanggap-tanggap na boltahe sag.

Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng semi-solid at solid-state na baterya?

Ang isang semi-solid na baterya ay gumagamit ng isang bahagyang solid o parang gel na electrolyte system. Ang isang ganap na solid-state na baterya ay naglalayong gumamit ng isang solidong electrolyte. Dapat silang suriin nang hiwalay para sa pagganap, kapanahunan ng pagmamanupaktura at kaligtasan.

Nangangailangan ba ng BMS ang mga semi-solid na baterya?

Ang kinakailangan ay depende sa pagsasaayos ng cell at aplikasyon. Maaaring mangailangan ng pagsubaybay, pagbabalanse, overvoltage, undervoltage, overcurrent, at proteksyon sa temperatura ang mga multi-cell drone pack.

Paano dapat suriin ng mga OEM ang isang semi-solid na baterya ng drone?

Gamitin ang aktwal na drone, payload, motor, ESC, paraan ng pagsingil at operating environment. Sukatin ang oras ng paglipad, kasalukuyang, boltahe, temperatura, boltahe sag, pagpapanatili ng kapasidad at pisikal na kondisyon sa mga paulit-ulit na cycle.

Maaari bang gamitin ang mga semi-solid na baterya sa malamig na kapaligiran?

Ang ilang mga disenyo ay maaaring binuo para sa mas malawak na pagpapatakbo ng temperatura, ngunit ang eksaktong hanay ay dapat kumpirmahin sa pamamagitan ng data ng tagagawa at pagsubok ng aplikasyon. Huwag ipagpalagay na ang lahat ng semi-solid na baterya ay may parehong mababang-temperatura na pagganap.

Konklusyon

Ang mga semi-solid-state na baterya ay maaaring magbigay ng isang kapaki-pakinabang na landas ng teknolohiya para sa mga drone na nangangailangan ng pinahusay na density ng enerhiya, pagganap ng kaligtasan at advanced na pagsasama ng pack. Lalo na nauugnay ang mga ito sa mga pang-industriyang UAV na pang-industriya na pang-matagalan, pagbuo ng eVTOL, mga platform ng inspeksyon at mga demonstrador ng teknolohiya.

Gayunpaman, ang semi-solid-state ay hindi nangangahulugang ganap na solid-state, hindi masusunog o awtomatikong nakahihigit sa LiPo at Li-ion. Ang tamang pagpipilian ay depende sa kasalukuyang demand, profile ng flight, payload, timbang, mga kondisyon ng thermal, mga kinakailangan sa pagsingil, pagpaplano ng sertipikasyon at kapanahunan ng supply.

Para sa mga OEM team, ang inirerekumendang proseso ay tukuyin muna ang mga kinakailangan sa sasakyang panghimpapawid, pumili ng angkop na cell at pack architecture, gumawa ng mga prototype, i-validate ang mga ito sa ilalim ng mga tunay na kondisyon ng flight at kumpirmahin ang dokumentasyon bago gamitin ang produksyon.

Talakayin ang isang semi-solid-state na application ng baterya sa ZERNE at suriin ang tamang cell, pack configuration at validation plan para sa iyong drone project.