hirdetés
hirdetés

Művelt mérnök

A drónakkumulátorok fejlődése

A fejlesztés alatt álló nagyobb kapacitású energiatárolókkal ellátott drónok az élet újabb és újabb területeire törhetnek be hamarosan.

hirdetés

A 19. század elején az emberek nem hittek a furcsa új találmány, a gőzgép jövőjében. A füstölgő-pöfögő szerkezetek nagyok és nehezek, ráadásul a régi jól bevált megoldásokhoz képest (ló, vitorla) egyszerűen túl gyengék voltak. Ugyan volt egy-két előnye a használatuknak, de hogy belátható időn belül széles körben elterjedjenek ezek a rémisztő masinák, azt senki nem hihette komolyan. Az évszázad közepére aztán kezdett megfordulni a gőzgépek szerencséje; az 1800-as évek második felében már alig akadt olyan ember, aki kétségbe vonta volna a gőz erejét, a modern társadalom pedig létezni sem tudott volna a gőzgépek nélkül.

A 20. század elején az emberek nem hittek egy másik furcsa új találmány, a belső égésű motor jövőjében. A lármás, vánszorgó, csúnya és ahhoz képest iszonyatos fogyasztású korai benzinmotoros járműveket egyszerű (és múlandó) úri hóbortnak tartották, senki sem gondolhatta, hogy ezek a szerkezetek fogják egyszer legyőzni a dicsőséges gőzgépeket. 30 évvel később a fejlett világban már el se lehetett volna képzelni az életet nélkülük.

A 21. század elején az emberek nem hittek a legújabb hóbort, az akkumulátoros meghajtású járművek sikerében. Ugyan maga az akkumulátor – mint találmány – nem volt már újdonság, és az élet sok területén vették hasznát, de az, hogy a közlekedésben és a szállításban akár csak számottevő szerepük is legyen a jól bevált belső égésű motor (és a külső forrásból táplált villanymotor) mellett, képtelenségnek tűnt. Azt pedig, hogy a szó szoros értelmében ólomnehéz akkuk egyszer komoly repülő szerkezeteket hajtanak meg, végképp lehetetlennek tartották. A repüléshez könnyű szerkezet kell, nagy teljesítménysűrűségű erőforrással, és az sem árt, ha a gép kellő ideig a levegőben tud maradni önerejéből, azaz a fedélzeti energiaforrás megfelelő töltéstároló képességgel rendelkezik; ez a legkevésbé sem volt elmondható a korai akkumulátorokról.

Voltok, cellák, milliamperórák

Amíg az elmúlt évtizedben a korszerű lítiumionos akkumulátorok meg nem jelentek a piacon (és áruk versenyképes, megfizethető értékre nem csökkent), tényleg vad álomnak tűntek akár csak a néhány deka tömeget felemelni képes drónok. Az autóknál is használt savas ólomakkumulátorok szóba sem jöhettek, de a kisebb méretekben alkalmazott nikkel-kadmium, illetve a régi mobiltelefonjainkból, illetve az akkus csavarbehajtó gépekből ismerős NiMH (nikkel-metálhidrid) akkumulátorok sem voltak túlzottan alkalmasak a feladatra.

Különböző méretű LiPo drónakkumulátorok
Különböző méretű LiPo drónakkumulátorok

A modern drónokban leggyakrabban használt LiPo (lítiumpolimer) akkumulátorok energia- és teljesítménysűrűség szempontjából már elérték azt a határt, amellyel lehetségessé vált viszonylag kis tömegű tárgyak rövidebb ideig tartó repülése, akár nagyobb terhekkel is. Ezeknek a telepeknek a cellafeszültsége jóval nagyobb (3,7 V), mint a korábbi típusoké; ez azt jelenti, hogy ugyanakkora teljesítmény leadásához kisebb áramot kell felvenniük a motoroknak (azaz kevesebb a hőveszteség, emellett kisebb mértékben melegszik az akku is), másrészt pedig ugyanakkora töltésmennyiség felvételével nagyobb energiamennyiség tárolható el.

A drónakkuk legfontosabb „sarokjellemzői”

Töltéstároló képesség: A köznapi nevén kapacitás (amely szigorúan véve egy másik energiatároló-fajta, a kondenzátor jellemzője) megadja, hogy az adott akkumulátor mennyi töltést tud felvenni. A fizikában használatos coulomb (C) helyett a gyakorlatban a számításokhoz jóval kényelmesebb milliamperóra (1 mAh=3,6 C), illetve nagyobb daraboknál az amperóra (1 Ah=3600 C) terjedt el. Köznapi értelemben véve ez az érték adja meg, hogy az adott akkumulátor bizonyos áramerősségű terhelés esetén mennyi idő alatt merül le. Például az 1000 mAh-s akkumulátort az 1000 mA-es, azaz 1 amperes terhelőáram egy óra alatt meríti le. Drónok esetében az említettnél legalább egy nagyságrenddel nagyobb terhelőáramokkal lehet számolni, ennek megfelelően az akkuk üzemideje is egy nagyságrenddel kevesebb (néhány perc) lesz. A legkisebb RC- (azaz a rádió-távvezérléses eszközökhöz való) akkumulátorok kivételével ma már a legtöbb akkupakkban több cella soros kötésével érnek el nagyobb feszültséget, illetve töltésmennyiséget (12 cellát sorba kötve a feszültség 12×3,7 V=44,4 V is lehet).

Cellafeszültség: Az akkumulátor pozitív és negatív elektródja közötti feszültségkülönbség; ahogy az már korábban említésre került, a modern akkuknál 3,7 volt. A töltés értékével összeszorozva megkaphatjuk az akkumulátorban eltárolható energiamennyiséget (1000 mAh töltés esetén 1000 mAh×3,7 V=3700 mWh=3,7 wattóra). Az akku merülése során a cellafeszültség csökken; ez azt okozza, hogy ugyanakkora teljesítményhez nagyobb áramot kell felvenniük a motoroknak, azaz nő a hőképződés, ami az akku túlmelegedéséhez vezethet. A legtöbb drónokkal foglalkozó oldalon ezért mindig felhívják a figyelmet, hogy az akkukat sosem szabad 80 százaléknál jobban lemeríteni (azaz 20 százaléknyi töltésnek kell maradnia); az adott akkuval elérhető repülési időket is sokszor ennek megfelelően adják meg.

Az akkumulátorok üzemi feszültségét, illetve a jellemző kisütési és töltési sebességeket ábrázoló diagram. A LiPo akkuk a 2,8 és 4,2 volt közötti tartományt „szeretik”, mind az az alatti, mind a túl nagy feszültség károsítja a cellákat
Az akkumulátorok üzemi feszültségét, illetve a jellemző kisütési és töltési sebességeket ábrázoló diagram. A LiPo akkuk a 2,8 és 4,2 volt közötti tartományt „szeretik”, mind az az alatti, mind a túl nagy feszültség károsítja a cellákat

Kisütési és töltési sebesség (C arány): Arról tájékoztat, hogy az adott akkumulátort mennyire lehet megterhelni használatkor, illetve töltéskor. A C számot fel szokták tüntetni a termék oldalán, és megadja, hogy az akku a töltésmennyiség számértékénél hányszor nagyobb áramot képes maximum elviselni. Például egy 12-es C értékű, 1000 mAh-s típus maximum 12 000 mA-es (12 A) áramot tud szolgáltatni. Ennél nagyobb megterhelés már károsíthatja az akkumulátort (amely szélsőséges esetben akár ki is gyulladhat, sőt fel is robbanhat). A töltési sebesség ennek megfelelően a töltéskor rákapcsolható maximális áramerősség nagyságát adja meg hasonló módon. A töltési sebesség jellemzően sokkal kisebb, mint a kisütési, a LiPo elemeknél elfogadott ökölszabályként általában 1 körüli. A két érték aránya árulkodik az adott akku üzemi és töltési idejének viszonyáról is.

Természetesen ezen kívül még egy sor fontos jellemzőjük van a drónakkumulátoroknak (például belső ellenállás, tárolható töltésmennyiség változása a hőmérséklet függvényében), de a fentieket érdemes ismernie mindenkinek, aki drónvásárláson töri a fejét.

A jövő: új akkutípusok, erőforrások és lehetőségek

A 2016-os CES-en bemutatott IE-gyártmányú tüzelőanyag-cellás drón a jelenlegi néhány perc helyett elméletileg órákig képes a levegőben maradni
A 2016-os CES-en bemutatott IE-gyártmányú tüzelőanyag-cellás drón a jelenlegi néhány perc helyett elméletileg órákig képes a levegőben maradni

A mindenképpen várható energiasűrűség-növekedésen kívül (az új generációs Li-S, azaz lítium-kén akkuk már most a kétszeresét ígérik a LiPo-egységekének, és állítólag ez még a többszörösére emelhető a jövőben) az elkövetkező években, évtizedben akár új erőforrások is megjelenhetnek ebben a szegmensben. Az akkumulátorok mellett a tüzelőanyag-cellás meghajtású, illetve a miniatűr gázturbinákkal hajtott villanymotorokkal repülni képes drónok megjelenéséről lehet olvasni a megfelelő oldalakon; a nagyobb kapacitású energiatárolókkal ellátott drónok pedig az élet újabb és újabb területeire törhetnek be hamarosan.

Veit András
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés