簡述無人機鋰電池的發(fā)展
來源：寶鄂實業(yè)
2019-12-20 20:02
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1通用化
通用化的聚合物鋰電池具有上述聚合物鋰電池滿足主要性能等，能夠適用于不同重量級的無人機。無人機常用的電池為T型聚合物鋰電池，一端動力線轉接公母頭（一般用XT60）對接進行能量輸出。另一端信號線通常采用電壓檢測器等設備檢測
通用化聚合物鋰電池是無人機低成本的動力解決方案，但是會帶來諸多問題，例如，第一，無法實時監(jiān)測電池的電量，會有摔機的風險。第二，沒有完善的充電管理，以及放電管理，充放電完成后需要用電壓檢測器對電池進行檢測。第三，無法解決過放電問題。第四，由于經(jīng)常使用插頭連接，無法解決插頭老化問題，第四，電池易燃易爆，存在很大的安全隱患。第五，回收不便，鋰電池對環(huán)境污染大。第五，電池本身能量密度低，不能滿足無人機長航時的迫切需求。第六，拆裝不方便，無人機更換電池頻率高，影響用戶體驗等。
2智能化
智能化聚合物鋰電主要是直擊上述通用聚合物鋰電池使用痛點，進行了優(yōu)化設計，結合無人機飛控系統(tǒng)和優(yōu)化電池管理系統(tǒng)，對電池實現(xiàn)智能化管理和控制。在電池結構上，首先，選用ABS+PC防火材料，提高電池的防護等級。其次，快速充電口一體化設計，同時增加電源控制開關，體現(xiàn)操作的便捷性，再次，電池頭部的卡扣設計，便于快速拆卸。最后，兼顧電池外觀造型，實現(xiàn)智能電池產(chǎn)品化。
在硬件上，給電池配上BMS電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，縮寫B(tài)MS）。BMS是連接無人機動力電池和電動無人機的重要紐帶。BMS用于監(jiān)測并指示電池，電容狀況（電壓、溫度、電流、剩余能量），在異常情況下向用戶發(fā)出報警信號（聲光），嚴重時根據(jù)制定的控制策略切斷電力傳送鏈路，以保護電池從而延長電池使用壽命。
BMS由終端模塊、中央處理模塊和顯示模塊3大部分組成。終端模塊負責測量電池電壓及溫度、均衡電池能量，電流采樣和SOC 計算，產(chǎn)生各類報警數(shù)據(jù)，控制充放電電路；顯示模塊負責顯示電池的數(shù)據(jù)，給出聲光報警，記錄數(shù)據(jù)等。當系統(tǒng)電池總數(shù)較少時，中央處理模塊可以和終端模塊合并組成集成 BMS系統(tǒng)以節(jié)省成本。
在上述硬件和結構基礎上，通過軟件算法，實現(xiàn)對智能鋰電池的狀態(tài)進行實時監(jiān)測。智能化鋰電池的缺點是，市場版本眾多，電池的不兼容。智能化鋰電池標準化是一個急需解決的問題。
3固態(tài)化
鋰電池固體化發(fā)展主要是解決通用型鋰電池本身的安全隱患，綠色環(huán)保，低能量密度等問題，現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池能量密度普遍僅有130-160Wh/kg，天花板在300Wh/kg左右。并且存在充電耗時長，安全性較低的劣勢。而固態(tài)鋰離子電池的能量密度則會高很多，全固態(tài)鋰離子電池的能量密度最高潛力達900Wh/kg，并且結構更加安全，所以它一度被認為是理想的無人機動力電池。
工作原理上，固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池并無區(qū)別。電池的兩端為電池的正負兩極，中間為液態(tài)電解質。鋰離子通過電解質在兩端來回運動，完成電池的充放電過程。主要區(qū)別是固態(tài)鋰電池只不過其電解質為固態(tài)。固體鋰電池具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。
固態(tài)鋰電池有很多優(yōu)勢，發(fā)展前景廣闊。其中，兩個最明顯的優(yōu)勢就是能量密度更高，運行更安全。使用了全固態(tài)電解質后，鋰電池可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰來做負極，這樣可以大大減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高?，F(xiàn)在許多實驗室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。固態(tài)電池在大電流下工作不會因出現(xiàn)鋰枝晶而刺破隔膜導致短路，不會在高溫下發(fā)生副反應，不會因產(chǎn)生氣體而發(fā)生燃燒。
2020 年前采用高鎳正極+準固態(tài)電解質+硅碳負極實現(xiàn) 300 Wh/Kg，2025 年前采用富鋰正極+全固態(tài)電解質+硅碳/鋰金屬負極電池實現(xiàn) 400 Wh/Kg，2030 年前燃料/鋰硫/空氣電池實現(xiàn) 500 Wh/Kg。
