Солидна состојба батерии во беспилотни летала: победи, пречки и што е следно за операторите

Резултатот? Континуиран лет од 48 минути и 10 секунди - нешто што би било незамисливо со литиум-јон пред само неколку години. За секој во просторот, тоа не е само бројка; тоа е доказ за тоасолидна состојбаможе да поправи две од најголемите проблеми на операторите со беспилотни летала: кратко време на летот и безбедносни грижи. Тој пробен лет не само што собори рекорд - тој покажа дека eVTOL (и беспилотните летала, генерално) наскоро би можеле да се справат со подолги, посигурни мисии без да ја намалат безбедноста.

Скокна и Panasonic, со абатерија со цврста состојбасоздадени специјално за помали дронови - а нивните спецификации се најдоа за зафатените оператори. Замислете да ја полните батеријата на дрон од 10% до 80% за 3 минути. За тим за испорака што работи над 20 летови дневно, тоа го намалува времето на прекин од 30 минути (со литиум-јон) на речиси ништо. Уште подобро? Трае од 10.000 до 100.000 циклуси на полнење на собна температура. Градежната компанија со која работиме ни кажа дека ги менуваат литиум-јонските батерии на секои 6 месеци - оваа опција на Panasonic може да им трае над 5 години. Тоа е огромна заштеда на трошоците, но исто така значи дека помалку батерии завршуваат на депониите - нешто за што клиентите сè почесто се прашуваат додека се наклонуваат кон одржливост.

Но, тука е она што не го премачкуваме за клиентите: цврстата состојба сè уште има обрачи за прескокнување пред да биде во секој дрон. Разговаравме со десетици мали до средни оператори на беспилотни летала во текот на изминатите 6 месеци и нивните грижи се враќаат на истите предизвици - оние што ги надминуваат „добрите спецификации на хартија“.

Прво земете ги трошоците. Материјалите сами по себе се поскапи: цврстите електролити во овие батерии чинат повеќе од течните во литиум-јон, а машините потребни за нивно производство? Тие не се на полица. Еден стартап производител на беспилотни летала во Тексас ни кажа дека сакаат да се префрлат на солидна состојба, но однапред трошоците за релаксирање на нивната батерија ќе го изеде целиот годишен буџет. За големите играчи како EHang или Panasonic, тоа е податливо - но за повеќето оператори, тоа е бариера во моментов.

Потоа, тука е проблемот со „стабилноста на интерфејсот“ - фенси термини за едноставно прашање: цврстиот електролит и електродите на батеријата треба да останат во цврст, постојан контакт за да работат добро. Но, секогаш кога батеријата се полни и празне, електродите се намалуваат и малку се шират. Со текот на времето, тоа создава мали празнини, а батеријата ја губи енергијата побрзо. Го видовме ова од прва рака со тест на фармерски беспилотни летала минатата пролет: по 50 циклуси, времето на летање на батеријата со цврста состојба се намали за 12% - не како прекинувач на договори, но доволно што фармерот праша: „Дали ова ќе се влоши? Во моментов, одговорот е „можеби“, додека производителите не откријат поиздржливи материјали за електроди.

Кршливоста е уште една главоболка, особено за беспилотните летала кои летаат во тешки услови. Повеќето цврсти електролити на база на керамика се цврсти - но не и флексибилни. Тим за пребарување и спасување во Колорадо тестираше батерија од керамичко-електролит минатата зима; за време на слетување на карпест терен, куќиштето на батеријата пукнало (за среќа, без пожар), а дронот изгубил напојување. Литиум-јон може да истече во тоа сценарио, но обично продолжува да работи доволно долго за безбедно да слета. За беспилотни летала кои се справуваат со вибрации (како скенери на градилиште) или тешко слетување (како дронови за следење на дивиот свет), ова е голема загриженост.

Дури и литиумските дендрити - оние ситни структури слични на игли кои ги скратуваат литиум-јонските батерии - не се целосно исчезнати. Тие се поретки во цврста состојба, но од инженерите на батерии слушнавме дека при големи брзини на полнење (како 3-минутното полнење на Panasonic), дендритите сè уште можат да се формираат. Тоа е помал ризик, но за операторите кои летаат над преполни области, „помалото“ не е секогаш „доволно добро“.

Топлината е уште едно изненадување. Цврстата состојба е побезбедна при високи температури од литиум-јон, но исто така не ја троши топлината. Беспилотно летало што се користи за задачи со голема моќ - како што се кревање тежок товар или долго летање со максимална брзина - може брзо да создаде топлина. Работевме со логистички клиент кој тестираше дрон со цврста состојба за испорака на пакети од 50 фунти; по 25 минути лет, батеријата се загреа доволно што софтверот на дронот го принуди рано да слета. Тие мораа да додадат лесен ладилник, кој го намали капацитетот на носивоста - поразувајќи дел од целта за префрлување на цврста состојба.

И да не заборавиме на производната скала. Во моментов, повеќето цврсти батерии се направени во мали серии. Оператор на дрон на кој му требаат 100 батерии месечно може да чека 6-8 недели за испорака, додека литиум-јонските батерии се на залиха истиот ден. Сè додека фабриките не можат да произведуваат батерии со цврста состојба толку брзо (и евтино) како литиум-јонските, усвојувањето ќе остане бавно за сите освен за најголемите тимови.

Кога станува збор за самите цврсти електролити, нема ниту „една големина што одговара на сите“. Керамиката е одлична за спроводливост - тие дозволуваат јоните да се движат брзо, што значи поголема моќност - но тие се кршливи, како што видовме. Полимерите се флексибилни, така што подобро се справуваат со вибрациите, но се побавни на собна температура - добри за земјоделски дрон со бавно движење, но лоши за дрон за брза испорака. Сулфидите се средината: добра спроводливост и флексибилност, но тие реагираат на влага. Оператор на крајбрежни дронови во Флорида ни кажа дека морале да додадат водоотпорно куќиште на батериите на база на сулфид, што додала тежина. Изборот на вистинскиот електролит целосно зависи од тоа што прави дронот - и каде лета.

Сепак, ова е добрата вест: секој предизвик што го спомнавме се решава, еден по еден тест. Летот на ЕХанг не беше случајно; тоа е знак дека производителите смислуваат како да ја прилагодат цврстата состојба на дронови. Батеријата за брзо полнење на Panasonic не е само прототип - таа почнува да се испорачува до одредени клиенти. И како што повеќе оператори бараат солидна состојба, трошоците ќе се намалат.

За секој кој води бизнис со беспилотни летала во моментов, прашањето не е „дали“ ќе ја преземе цврстата состојба - туку „кога и како да се подготвите“. Започнете малку: тестирајте неколку батерии во цврста состојба со вашите беспилотни летала со најголема побарувачка (како испорака или пребарување и спасување) и следете ги заштедите во време и замена. Разговарајте со вашиот добавувач на батерии за сопствени решенија - многумина се подготвени да ги прилагодат електролитите за вашиот специфичен случај на употреба.

Солидната состојба сè уште не е совршена, но веќе е подобра од литиум-јон на начините кои се најважни: подолги летови, побезбедни операции и помалку застој. И како kinks се разработени? Гледаме во иднина каде што беспилотните летала не само што „ја завршуваат работата“ - тие ја прават побрзо, поевтино и на повеќе места од кога било досега.

Ако сте љубопитни за тоа која батерија во цврста состојба има смисла за вашите беспилотни летала или сакате да слушнете повеќе за тестовите што ги направивме со клиентите, кажете ни. Ова не е само технолошки разговор - тоа е за да ги натерате операциите со беспилотни летала да работат понапорно за вас.