Wie lange halten Festkörperbatterien?

Wie lange halten Festkörperbatterien? 

Eine realistische Antwort für UAV-Betreiber

Die Anzahl der Zyklen ist die Zahl, mit der die meisten Batteriehersteller rechnen. 700 Zyklen. 800 Zyklen. Manchmal mehr. Für UAV-Betreiber, die Ersatzbudgets und Flottenmanagementpläne planen möchten, ist diese Zahl nützlich, aber unvollständig. Was tatsächlich zählt, ist, wie sich diese Zyklen in Kalenderzeit umrechnen lassen – und ob der Akku so lange durchhält, auch wenn Sie ihn nicht so stark nutzen.

Hier ist ein vollständigeres Bild vonFestkörperbatterieLebensdauer für kommerzielle UAV-Einsätze.

Zyklusleben vs. Kalenderleben: Zwei verschiedene Uhren

Jede Batterie läuft mit 2 Uhren gleichzeitig. Die erste ist die Zyklenzahl – wie oft es vollständig geladen und entladen wurde. Das zweite ist das Kalenderalter – wie lange es existiert, unabhängig davon, wie oft es verwendet wurde.

Beides ist wichtig. Eine für 800 Zyklen ausgelegte Solid-State-UAV-Batterie unterliegt auch bei Lagerung einer kalendarischen Alterung. Elektrodenmaterialien reagieren langsam mit dem Elektrolyten. Auch ohne fließenden Strom wandert Lithium in geringen Mengen. Eine Batterie, die drei Jahre lang gelagert und dann in Betrieb genommen wird, weist nicht die gleiche Leistung auf wie eine Batterie, die drei Monate lang gelagert wurde.

Festkörperbatterien sind bei beiden Uhren im Vorteil gegenüber herkömmlichen LiPo-Akkus, allerdings ist der Vorteil bei der Zyklusuhr ausgeprägter als bei der Kalenderuhr.

Lebensdauer unter realen UAV-Betriebsbedingungen

Die für kommerzielle Festkörper-UAV-Batterien genannten Werte von 600 bis 900 Zyklen bedeuten eine Kapazitätserhaltung von über 80 % unter standardisierten Testbedingungen. Im realen Feldeinsatz variiert die Reichweite je nachdem, wie stark der Akku beansprucht wird.

Eine konservative Schätzung für Festkörper-UAV-Batterien im typischen kommerziellen Betrieb – moderate Entladeraten, angemessenes Temperaturmanagement, Lagerung bei Teilladung zwischen Missionen – beziffert die praktische Lebensdauer auf 700 bis 850 Zyklen, bevor die Kapazitätserhaltung für die meisten Missionsprofile unter die betrieblich nützlichen Schwellenwerte fällt.

Was das in Kalenderjahren bedeutet, hängt ganz von der Zyklusfrequenz Ihres Betriebs ab:

Ein Flugzeug, das 2 Missionen täglich, 5 Tage pro Woche und 50 Wochen im Jahr fliegt, durchläuft jährlich etwa 500 Zyklen. Bei 750 nutzbaren Zyklen hält dieser Akku etwa 18 Monate, bevor er ausgetauscht wird.

Ein Flugzeug, das täglich eine Mission nach demselben Zeitplan fliegt, absolviert jährlich 250 Zyklen und erreicht die gleiche Marke von 750 Zyklen nach etwa drei Jahren.

Eine Batterie im saisonalen Betrieb – 200 Zyklen während einer 6-monatigen aktiven Saison – könnte ihre Zyklengrenze nach 3 bis 4 Jahren erreichen, aber die kalendarische Alterung wird schon vorher beginnen, die Leistung zu beeinträchtigen.

Lagerdauer und Kalenderalterung

Bei der Lagerung verschlechtern sich Festkörperbatterien unter vergleichbaren Bedingungen langsamer als LiPo-Akkus. Die verringerte Elektrolytreaktivität, die Festkörperbatterien eine längere Lebensdauer verleiht, verlangsamt auch den Kalenderalterungsprozess – stoppt ihn jedoch nicht.

Bei ordnungsgemäßen Lagerbedingungen – Teilladung (40 bis 60 %), stabile Temperatur zwischen 60 und 75 °F, trockene Umgebung – kann man für Festkörper-UAV-Batterien eine Lagerlebensdauer von 3 bis 5 Jahren erwarten, bevor die Kapazitätsverschlechterung betrieblich signifikant wird. Dies ist im Vergleich zu LiPo-Akkus günstig, bei denen eine Lagerfähigkeit von 2 bis 3 Jahren unter sorgfältigen Bedingungen üblicher ist.

Für den saisonalen Betrieb oder den Bestand an Backup-Batterien ist diese längere Lagerstabilität ein bedeutender betrieblicher Vorteil, der über die Lebensdauerzahlen hinausgeht.

Was die Lebensdauer schneller als erwartet verkürzt

Beide Uhren laufen unter bestimmten Bedingungen, die von UAV-Betreibern gesteuert werden, schneller:

Betrieb oder Lagerung bei hohen Temperaturen beschleunigen die Kalenderalterung unabhängig von der Zyklenzahl. Eine konstante Tiefentladung unter 20 % Restladung beschleunigt die zyklische Alterung schneller als Profile mit mäßiger Entladung. Häufiges Schnellladen mit maximalen Nennladeraten ohne Temperaturmanagement treibt beide Uhren gleichzeitig voran.

Festkörperbatterien vertragen diese Bedingungen besser als LiPo-Äquivalente – aber Toleranz ist nicht dasselbe wie Immunität. Der Leistungsvorteil verringert sich, wenn die Betriebsbedingungen dauerhaft schlecht sind.

Planung des Batteriewechsels für UAV-Flotten

Für gewerbliche Betreiber, die jährliche Batteriebudgets erstellen: Die Zyklusfrequenz bestimmt die Austauschintervalle genauer als die Kalenderzeit für Flotten mit hoher Auslastung. Bei Flotten mit geringer Auslastung und Saisonbetrieb wird die Kalenderalterung zu einer parallelen Einschränkung, die neben der Zykluszählung berücksichtigt werden muss.

ZYEBATTERIEBietet Daten zur Zyklenlebensdauer und Hinweise zur Lagerlebensdauer für Festkörper-Lithium-Ionen- und Hochleistungs-Lithium-Polymer-UAV-Batterien – denn die Ersatzplanung funktioniert am besten, wenn beide Uhren sichtbar sind und nicht nur die Zyklenzahl auf dem Datenblatt.