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無人機動力鋰電池介紹

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年11月21日  

一、基本介紹


對于無人機來說動力電池通常采用鋰芯電池,也就是我們日常所說的鋰電池,用LiPo表示,每節鋰電池的電壓通常為3.7v到4.2v,也就是說每一節鋰電池的空電電壓為3.7滿電電壓為4.2v。鋰電池的放電效果要比普通鎳氫電池或鎳鋰電池好,所以也廣受無人機愛好者的喜愛。鋰電池由滿電到空電的放電過程電壓值并不是線性的,就是說鋰電池在放電過程中電壓值并不是按比例承時間變化的直線,而是一條曲線,如下圖:


通過上面曲線我們可以清楚的看到鋰電池在剛開始放電時,電壓降低的速度比較接近于線性變化,而后逐漸平緩,并持續較長一段時間,而后電壓迅速降低。從典型放電曲線圖上可以看出,電池放電電流越大,放電容量越小,電壓下降更快。


但是在實際使用過程中4.2v的電壓是不夠的,所以人們想到將多節鋰電池串聯起來提高電壓。例如只有1節鋰的電池稱為LiPo1S電池,由2節鋰電池串聯起來的電池稱為LiPo2S,由3節、4節或6節串聯的分別稱為LiPo3S、LiPo4S或LiPo6S。對于多數世面上出售的動力電池除了會注明電池節數之外,還會注明其空電電壓值,例如:


1s3.7v


2s7.4v


3s11.1v


4s14.8v


6s22.2v


動力電池的電壓越高就可以驅動動力更強的電機轉動。在小型有刷多旋翼無人機上使用的通常都是1s或2s鋰電池。而中型多旋翼上使用的通常是3s、4s電池,6s電池通常用在更大的無人機上。


二、容量與放電倍率


在購買動力電池時,我們可以看到電池上還有電量的標注,電量就是我們所常用的3000mah、4000mah、5300mah或10000mah等等。它表示了動力電池能夠存儲的電能的多少,單位為毫安時。而放電倍率通常是有15C、20C、25C或30C等等。它的意思是說放電的速率。例如:我們有一塊10000mah20C的電池。


1、按每小時10000毫安的放電速度持續放電1個小時;


2、以5倍速度放電,即以每小時50000毫安的放電速度持續放電12分鐘(60/5);


3、以10倍速度放電,即以每小時100000毫安的放電速度持續放電6分鐘(60/10);


4、以20倍速度放電,即以每小時200000毫安的放電速度持續放電3分鐘(60/20)。


至于在實際飛行過程中它按多少的倍率放電,主要取決于電調和電機的功率,也就是負載的電流消耗。影響電池容量的因素:


1.電池的放電電流:電流越大,輸出的容量減少;


2.電池的放電溫度:溫度降低,輸出容量減少;


3.電池的放電截止電壓:是由電極材料以及電極反應本身的限定來設定的放電時一般為3.5V或3.2V。


4.電池的充放電次數:電池經過多次充放電后,由于電極材料的失效,電池的放電容量會相應減少。


5.電池的充電條件:充電倍率、溫度、截止電壓等影響充入電池的容量,從而決定放電容量。


三、電池續航時間


目前的多旋翼無人機大多采用鋰電池做為電源,而鋰電池雖然容量可觀,放電電壓和電流都不錯,但就目前的情況來看,續航還是一個待提高的難題。現在的多旋翼無人機飛行時間大概在15到20分鐘左右,這對于執行簡單的飛行任務和娛樂來說還可以接受,但想要長時間飛行例如5小時不斷電飛行,這樣的要求來說還是遙不可及。所以說續航問題是多旋翼機的一個瓶頸。


2004年,英國物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。這是人類首次分離出石墨烯,它也即將成為硅的替代品,也被人們稱之為“黑金”,之所以如此,是因為它是世界上目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的納米材料,并且幾乎是透明的存在,可以完美的制作成如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。現在,已有許多鋰電行業對石墨烯在鋰電池里的應用展開了研究,主要有兩個方向的研究:石墨烯用于鋰電正極材料;石墨烯用于鋰電負極材料。據一些新聞報道,這些實驗性研究所獲得的電化學性能提升幅度有限,此外成本也很高,即石墨烯暫時無法商業化應用于鋰電成本高昂是主因。商業化要考慮的首要問題就是成本,在鋰電池中石墨烯主要起到的作用與傳統碳/石墨的作用是相似的,一是導電劑,二是可能做電極嵌鋰材料,但是原料價格相差成千上萬倍。工藝繁瑣,后處理污染嚴重,石墨烯比表面積大,受化學狀態影響巨大,批次穩定性,循環壽命等眾多細致因素限制,生產工藝及其復雜,而且石墨烯生產需要用到大量的硫酸,后處理也很麻煩。石墨烯是可以做導電劑促進快充放,雖然理論上可以提高倍率性能,但是如果分散工藝不到位混料不均,可能性質反而下降,得不償失。

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