Кремний-углеродный анод: чем платят за 450 Вт·ч/кг
Ресурс высокоэнергетических ячеек — 125–300 циклов против нескольких сотен у обычного литий-полимера. Считаем, когда эта сделка выгодна.
Откуда берётся плотность и куда девается ресурс
Кремний принимает в разы больше ионов лития на единицу массы, чем графит, — отсюда и скачок удельной энергии. Расплата физическая: при заряде кремний разбухает почти вчетверо по объёму и при разряде сжимается обратно. Каждый цикл — это механическая деформация электрода.
Отсюда ресурс. У высокоэнергетических исполнений производители указывают 125–300 циклов до падения ёмкости; у сбалансированных по энергии и току — 500–700. Тяговые LiPo-пакеты переносят сотни циклов, но на готовом пакете дают 150–200 Вт·ч/кг.
Когда переплата оправдана
Классические выигрышные случаи — самолётные БПЛА большой продолжительности, аэростаты и платформы связи: там разряд равномерный, токи умеренные, а лишний час полёта прямо конвертируется в площадь съёмки.
Классический проигрышный — грузовой мультиротор с частыми взлётами: высокие пики тока и сотни циклов в год съедают ресурс раньше, чем окупится плотность.
Ресурс по профилям на паспортных данных
Производители кремний-анодных ячеек делят линейку на три профиля, и ресурс между ними отличается в разы. Сводка по ячейкам Amprius из каталога:
| Профиль | Удельная энергия | Ресурс |
|---|---|---|
| Высокая удельная энергия | 395–450 Вт·ч/кг | 125–500 циклов |
| Баланс энергии и тока | 310–400 Вт·ч/кг | 150–1400 циклов |
| Высокая токоотдача | 257–390 Вт·ч/кг | 150–900 циклов |
Разброс внутри профиля большой: две ячейки на 450 Вт·ч/кг различаются по ресурсу от 125 до 150 циклов, а «баланс» на 315 Вт·ч/кг доходит до 1400.
Как считать, а не выбирать по верхней строке
Рабочая метрика — не Вт·ч/кг, а стоимость лётного часа: цена пакета, делённая на ресурс в циклах и умноженная на долю ёмкости, которую реально расходуют за вылет. Ячейка на 450 Вт·ч/кг со 125 циклами при цене втрое выше обычной проигрывает на аппарате, который летает каждый день.
Второй фильтр — ток. Самые энергоёмкие исполнения рассчитаны на разряд около 1C, то есть отдают ёмкость за час, не быстрее. Мультиротору, которому нужен ток на взлёте с грузом, такая ячейка годится только в связке с буферной батареей.
Третий — глубина разряда. Паспортный ресурс указывают для определённого окна заряда; эксплуатация до нуля сокращает его быстрее, чем любая экономия на выборе химии.
Источники
Другие новости
-
Pegasus пролетел почти 2 часа на литий-серной батарее: что подтверждено, а что посчитано
30 сентября австралийская Li-S Energy сообщила, что двухмоторный беспилотник Pegasus с размахом крыла 5 м пролетел почти 2 ч и более 75 км на одном литий-серном пакете и сел с запасом заряда. Главная цифра релиза — на 80 % больше дальности и времени полёта, чем дал бы LiPo-пакет при той же массе ячеек, — получена расчётом. Разбираем, что в релизе измерено, что посчитано и чего не хватает, чтобы судить о литий-серной химии для БПЛА.
-
ArduPilot 4.7.2 beta1: семь новых плат, IMU ADIS16607 и LSM6DSV — что проверить перед покупкой контроллера
1 октября ArduPilot выпустил первую бету 4.7.2 для Copter, Plane, Rover, Sub и Tracker. Это сервисный выпуск, но в нём есть то, что касается выбора железа: поддержка новых плат, включая CUAV X25 MEGA, драйвер промышленного IMU ADIS16607, датчики семейства LSM6DSV на Kakute H7 и Pixhawk 6X и исправления барометров.
-
Septentrio mosaic-G5: четырёхчастотный RTK-приёмник на 2,2 г получил готовые платы от двенадцати производителей
1 октября Septentrio расширила экосистему вокруг модуля mosaic-G5: к нему вышли платы двенадцати партнёров, включая Holybro, ARK Electronics, CUAV и 3DR, и четыре открытых референс-дизайна. Сам модуль — четырёхчастотный RTK-приёмник размером 22,8 × 16,4 мм, который весит 2,2 г и потребляет 0,44 Вт.