by James Huang 

7 5 月, 2022

無人機鋰聚合電池

隨著無人機應用逐漸廣泛並成為各工作領域的重要工具,無人機電池的不穩定一直都是存在著隱憂.....

根據聯合報新聞報導: 嘉義一家農產行前兩年採購植保無人機並將無人機放置於廠房內存放,近幾日疑似無人機電池自燃造成廠房大火,財產損失超過千萬,負責人怒像植保無人機業者求償1800萬元,經法官判決定案。

相信看到上面這則新聞,一定很多人對無人機新生不少恐懼。本來想買台無人機來玩,生怕不知道哪一天會把家裡燒個精光,心理產生排斥感。其實,我個人認為並不需要那麼緊張,任何電子產品只要「 正確使用和「 正確保養」都可以將事故發生的機率降到最近,但並不能保證不會發生。就跟我們「戴安全帽」跟「車輛事故」這兩件事並沒有直接關係,但戴安全帽可以降低事故發生時所受到的傷害。

因此,真正的重點還是在於「使用者觀念」這回事,如果我們都擁有正確的使用和保養觀念,就可以有效避免事故的發生。我本身擁有「4台無人機」及「10顆無人機電池」,我之前可是非常提心吊膽。但後來我調整觀念,嘗試在每一次的飛行都做到「正確使用」,飛行後落實「正確保養」,無人機電池到現在沒有一顆有膨脹的情形。

嗨各位,我是James,我相信人的觀念思維是可以主導所有事情的走向,也適用於無人機這主題。因此這篇文章,我想跟大家分享關於如何避免無人機電池爆炸以及無人機鋰電池保養重點,協助大家建立正確的認知。

那麼,我們開始吧~

無人機電池本質:「鋰聚合物電池」

#1 先了解什麼是「 鋰電池」?

無人機鋰聚合電池

顧名思義就是含有鋰金屬的電池,最早為含鋰金屬的一次性電池,但由於此種電池鋰金屬的能量密度極高,後來改良成鋰離子的二次性電池,可以透過充電重複使用,所以後來又稱為「 二次電池」。由於鋰金屬的化學特性非常活潑,因此鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。隨著科技技術的發展,鋰電池目前被廣泛應用在各類3C電子產品上。

國際知名電動車品牌特斯拉(Tesla)電池目前市使用磷酸鐵鋰電池,同樣為鋰電池的一種,只是使用磷酸鐵鋰作為正極材料。

#2 鋰電池的「 優缺點」?

優點
  • 使用壽命長,可達10000次使用循環。
  • 能量高,具有高儲存能量密度。
  • 具備高功率負載承受力。
  • 相較於鉛酸電池,重量較輕。
  • 高低溫適應性強且環保,
缺點
  • 不穩定性高,有爆炸風險。 
  • 生產要求條件高,成本高且昂貴。
  • 過度充放電容易造成電池受損。
  • 高低溫條件下使用容易有危險。
  • 結構定性差,較不安全。

#3「 鋰聚合物電池」與「 鋰電池」的差別?

在研究鋰聚合物電池時,你可能會納悶鋰聚合物電池和鋰電池到底有什麼不一樣?

當然,兩者都是由鋰組成的。兩者都依賴於化學過程,如果處理不當,可能導致火災。與鋰聚合物電池相比,鋰離子電池通常被封裝在更堅固的結構中。許多鋰離子電池型號類似於稍大的AA電池(電池),並且通常將多節電池放置在硬塑膠包裝中以使用更高的能量(如筆記型電腦中所示)。鋰離子電池主要存在於電動工具,計算機和手機中。

兩者之間的明顯區別歸結為靈活性(注意:活性越高越危險!!)。如上所述,鋰離子是在更堅硬的情況下製造的,不能像LiPo那樣模塑成那麼多的配置。

鋰聚合物電池不會有發生洩漏問題,因為它們通常用鋁塑膠薄膜包裹,該薄膜比鋰離子電池中的外殼更堅固。根據外殼的不同,LiPO電池重量通常較同類鋰電池輕約20-40%。它們還提供更高的功率輸出和更高的容量。

#4 為什麼鋰聚合物電池會發生故障

在我們繼續討論無人機電池安全預防措施之前,首先還是必須先了解LiPo鋰聚合物電池到底為什麼會發生故障,因為這往往是造成爆炸或自燃的主要原因。三種主要的電池故障模式為「過度充電」,「過度放電」和「電池損傷」,我們以下說明:

過度充電

當LiPo電池過度充電時,電池的陽極會鍍上鋰金屬,陰極會產生二氧化碳。電池內部的壓力隨著產生更多的氣體而上升,直到LiPo的外表破裂並排出氣體。LiPo的排氣通常伴隨著火焰,導致整個電池自行破壞。比較好的解決方式是將鋰聚合物電池充電至每節電池的最大電壓為4.2伏(鋰高壓電池組為4.35伏)並以安全電流設置充電,可以防止過度充電。

過度放電

以FPV無人機競賽為例,當在無人機競賽等情況下快速放電時,LiPo電池將升溫。如果從電池中吸取過多電流導致電池過熱,則電池內部會形成氣體。其實就和過度充電一樣,如果形成足夠的氣體並且LiPo爆裂,造成排氣及火焰併發噴出,無人機電池就會變成極度危險的存在。

電池損傷

鋰聚合物電池的各個層用薄塑膠薄膜隔開。如果該薄膜被刺穿,電池的陽極和陰極短路,這也會導致電池進入熱失控狀態。

造成電池自燃的結論

不要過度充電.不要過放電.避免電池損傷


鋰聚合物電池進入熱失控狀態,內部產生氣體,而電池內部的壓力隨著產生更多的氣體而上升,直到鋰聚合物電池外表破裂並排出氣體伴隨著火焰,導致整個電池自行破壞,這就是電池自燃的過程。所以要避免電池自燃,就必須防止熱失控的發生!

為什麼無人機要用鋰聚合物電池?

無人機鋰聚合物電池

在大多數情況下,無人機使用的首選電池會是鋰聚合物電池(簡稱:LiPO)。其實大多數鋰聚合物電池不是真正的鋰聚合物電池,而是兩種電池技術之間的混合體。

首先,電池使用化學反應來發電。真正的鋰聚合物電池通過幹元件之間的化學反應產生電能。但這不會產生無人機馬達運作速率所需要的電流。因此,無人機使用混合電池,將濕式和乾式化學物質相結合,促進無人機以所需的速率進行發電反應。

小提示


LiPo電池是無人機的理想選擇,因為它們可以構建成多種形狀和尺寸,它們具有有利的尺寸功率比,並具有高能量放電率,非常適合電機馬達。但是,儘管LiPo電池在無人機中使用具有所有好處,但如果沒有得到正確的照顧,它們仍然非常危險

無人機鋰聚合物電池使用守則

無人機鋰聚合物電池

我依照自己的經驗整理出使用無人機電池的使用守則給大家參考,其實大部分都是很常見且重要的事項,只是大家很常忽略,以下幾點分享:

熟讀無人機產品手冊

首先一定將無人機的產品手冊閱讀至少一次,因為無人機電池會因型號和製造商品牌而有差異,在保養方面也會因品牌而有不同的保養維護建議。

正確安裝無人機電池

在打開無人機電源並起飛之前,一定要確認有正確安裝的充滿電的電池,如果有正確安裝電池,你一定會聽到"咔噠聲",這代表無人機電池安裝穩固。

絕對不要無人機啟動狀態拔出電池

正確的電池卸載程序一定是在關閉無人機電源之後,否則會造成電池本身受損。

在符合無人機電池溫度指南條件下飛行

以下是通用的無人機電池溫度條件注意事項:

  • 避免在低溫環境下飛行,因為電池的消耗會更快。
  • 建議在起飛後在執行任務前懸停約1-2分鐘進行熱機,因為直接從冷啟動狀態推動電池將嚴重耗盡電池電量。
  • 避免造高溫環境下飛行,高溫可能導致電池過熱和膨脹。
  • 為防止電池過熱,議避免在溫度高於約32攝氏度的天氣條件下以運動模式下飛行。

其實以上的電池溫度條件可以直接品手冊內所標註的無人機工作溫度項目,就可以大致上了解合適的溫度範圍。

為無人機電池貼上註記標籤

我建議可以為無人機電池貼上標籤註記。這樣一來可以避免集中使用特定1或2個電池,透過標籤註記可以讓你平均使用無人機電池,讓每一顆無人機電池充電循環平均,創建一致性的使用循環,以延長電池壽命。

定期清潔你的無人機電池或設備

在每一次飛行任務結束並完成保存充電後,除了無人機電池本身的連接端子保持清潔之外,充電器也要定期清理。

無人機鋰聚合物電池安全提示

無人機鋰聚合物電池


以下分享無人機鋰聚合物電池在遇到某一些特定狀況後,我們應該就要提高警覺,開始決定是否要將這顆無人機電池作廢:

無人機電池明顯洩漏或腫脹

如果有任何明顯的洩漏或腫脹,我建議大家就不要在使用這些電池,可以跟廠商提出保修。因為如果繼續使用這些電池可能導致無人機炸機,甚至引起火災。從長遠的角度來看,無人機電池只是無人機的一小部分,而且算是耗材,本來遲早就會需要做更換。

無人機電池與水接觸

如果無人機電池與水接觸時,無論如何當下就不建議再次使用這顆電池飛行。你應該將電池放在乾燥的地方待完全乾燥後再進行存放。

如果無人機電池著火

如果在第一時間發現無人機電池著火,其實用水並不是一個好的解決方案,反而可能會造成火災蔓延。在這樣的情況下,請使用專為電氣火災設計的滅火器(例如:常見的乾粉滅火器)。

無人機鋰聚合物電池警告訊息

無人機鋰聚合物電池

如果無人機電池有任何問題,在應用程式上可能會顯示一條消息,當我們看到這樣的訊息,可以有以下的作法:

放電過度

如果出現這種情況,立即停止繼續操作無人機,在安全的情況下嘗試降落,然後更換電池。

放電溫度過高

這很有可能是因為放電過度所導致的,我們同樣在安全的情況下將無人機返航並更換電池。

放電溫度過低

讓無人機在執行任務前先將電池做好預熱準備,比較實際的作法就是讓無人機先空中停懸1-2分鐘之後在執行任務。

電池損壞

這已經是很明顯的警告了,馬上停止操作無人機,不要懷疑了。

小提示


上面這些警示如果有出現,基本上都會被記載在飛行紀錄中,我們可以透過飛行紀錄查看錯誤彈出的位置和時間,這在申請無人機保修時,是一件很重要的事情。

正確處理無人機鋰聚合物電池的三個要點

#1 正確為鋰聚合物電池充放電

大多時候,造成LiPO鋰聚合物電池損壞最常見的原因是「過度充電」。電池過度充電會導致電池膨脹,而腫脹的電池會導致著火爆炸。如果電池長時間未充電,過度放電也會導致問題。當你嘗試再次充電時,電池化學物質可能會從溶液中出來並導致電池短路。內部短路的LiPo電池可能會爆炸著火,甚至自燃

無論如何,請務必閱讀無人機手冊,正確使用充電器具以確保你不會過度充電,真是在重要不過的事情。

#2 避免鋰聚合物電池頻繁碰撞

鋰聚合物電池其實非常脆弱,所以如果LiPo電池不慎掉落在地板上就很容易導致電池損壞,導致電池內的化學物質不受控制反應。如果你的無人機發生碰撞,你必須確認電池沒有任何損壞狀況,否則將損壞的電池放在充電器上充電可能會導致電池自燃或爆炸現象。

#3 正確回收廢棄的鋰聚合物電池

電池什麼情況下應該報廢是一個難以衡量的指標。在理想情況下,正確使用、充電及維護可以讓電池具備約200次的充電循環,鋰聚合物電池一旦退化到其原始容量的20%左右,通常就被認定超過使用壽命。這個時候,你應該立即停止使用這顆電池,因為它可能會在無人機降落前完全放電導致炸機飛險。但這個時候,你不應該直接丟棄在垃圾桶內,或甚至直接丟棄於垃圾車內,因為隨時會害垃圾車著火。在台灣,有不少超商或便利商店都有鋰電池回收的服務,建議你也可以洽詢各區域的清潔隊、回收處理業者協助回收處理。

如何安全存放無人機鋰聚合物電池

無人機電池真的不是很便宜,如果不當儲存,可能會造成很大的損害。透過正確存放電池,你不但可以延長電池壽命,更能確保周遭家人以及朋友的安全。

如果你有做到正確存放電池,你可以避免下列兩種狀況發生:

  • 無人機電池損壞
  • 在自己家裡或旅行時將其他人置於危險之中

那麼,存放LiPo無人機鋰聚合物電池的最佳方式是什麼? 請繼續看下去~

無人機鋰聚合物電池

#1 在無人機電池存放前你必須先做的事情

在存儲前最後一次無人機飛行之後,請確保將電池充電回建議的存儲容量,即約40-60%,建議樣態如下:

  • 如果你在完成最後一次飛行後電池電量仍超過 60%: 這不用擔心! 你的無人機電池自動程式設計為在設定的天數內放電至建議的存儲容量水準。DJI預設為10天,但是,可以在GO應用程式中進行更改,我個人建議3天,避免電池膨脹。
  • 如果你正在旅行途中,只想短暫存放毒人機電池: 麼請將你的LiPo無人機電池放電到60%至80%左右即可。但是,如果你預設將長時間存放,超過10天到90天,請將電池放電至40%至60%左右。
長期儲存小提示


  1. 每月至少重新檢查一次電池電量。如果它低於40%,則再次充電以避免損壞。
  2. 避免將未使用的電池存放超過 3 個月。這可能會造成損壞

#2 如果你打算把無人機電池存放在家裡

如果你將無人機電池存放在家中,那麼最大的風險會是家人安全,當然還有你在家中的貴重物品。你一定很不想害自己的房產被燒毀,讓老婆對你雙眼一蹬,對吧 !  所以以下重點請仔細看:

  • 每月檢查電池電量 : 如果你打算要長期存放電池,請確保每月檢查電池電量。如果你的電池電量已降至 40% 以下,請重新充電。
  • 無人機電池室外存放 : 如果可以,最好將無人機電池存放在遠離傷害的地方或是將它們存放在外面的棚子或車庫中。但是,這顯然不太可能。但是,你還是可以採取其他措施來確保每個人的安全。
  • 確保無人機電池在你的監控範圍:  這將會讓你在第一時間發現問題,讓你有足夠的時間將無人機電池從房屋中取出。你想像一下,如果你把電池存放在看不見的地方,比如說閣樓的房間。當你注意到LiPo無人機電池發生不穩定的跡象時,可能為時已晚。
  • 確保你的家裡有滅火器 : 如果無人機電池真的不甚著火了,那麼一般市面上的乾粉滅火器可以協助你在第一時間快速滅火。此外還有一個重點,請確保你和你的家人知道如何使用滅火器。(滅火器使用口訣:拉、瞄、壓、掃)
  • 將電池存放在防爆箱或袋子中 : 將無人機電池存放在防爆箱中是一個不錯的選擇,它能讓意外發生時,將受害降至最低。這些防爆箱的設計能夠容納火焰並防止有毒煙霧在屋內擴散。
  • 確保無人機電池的防潮措施 : 將無人機電池存放在通風良好且室溫良好的陰涼處,絕對不要存放在汽車或其他容易聚熱的地方。
  • 將無人機電池存放在遠離易燃物的位置 : 如果家中有堆放紙箱或是衣物等等可燃物的地方,都絕對禁止將無人機電池放在附近存放。
  • 無人機電池存放在遠離貴重個人物品的地方 : 就是盡可能找一個損失最低的地方存放。

#3 在旅行途中的無人機電池存放

有關旅行途中的無人機電池存放其實需要更多的規劃。我假設你想帶著無人機到國外旅遊爽拍一般,這邊給以以下存放建議:

  • 無人機電池安全包裝 : 在通過機場時,你的無人機和電池一定會交由機場安全檢查工作人員檢視。所以,請確保無人機電池盡可能包裝穩固,避免被安檢人員標記下來,我個人建議無人機電池防爆袋會是一個很好的選擇,透過防爆帶的包裝可以讓無人機電池整齊地存放在無人機旅行箱中。
  • 無人機電池放電 : 在飛行之前,請確保你的電池已放電至存儲水準。大多數無人機放電至60%左右就可以了。
  • 避免過度碰撞 : 如果經濟允許,準備無人機電池防護箱或是鋰電池防爆箱,專用的防護箱不只具備防爆功能,更能避免電池過度碰撞。當然,如果你幫無人機設備和電池準備專用背包,在過度碰撞上就不用擔心,因為無人機專用背包都經過避免碰撞設計。
  • 準備無人機電池規格文件:  可以的話準備一份有關無人機電池規格文件(例如:產品手冊)。很多機場安檢人員並不熟悉無人機法規的規定。所以如果你把它是先列印出來,多少能避免在場的爭論時間。

總結

我希望這篇文章對於大家在無人機電池安全的知識有所認識。如果喜愛無人機飛行的擬採取正確的無人機電池安全預防措施,不只LiPo鋰聚合物電池電池的充放電和存儲可以安全有效地完成,危險因子將會降至最低。

以上就是本篇文章內容,感謝大家的閱讀,希望我的內容分享可以為大家帶來一些幫助。讓我們一起創造無人機價值,往成為無人機工作者的目標前進吧 !



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Last Updated on 2022-05-10 by James Huang

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關於作者James

James是一名勞力上班族,由於對無人機非常熱愛,在休假之餘努力自我培養無人機相關能力,創辦DronesBoy無人機男孩網站幫助初入無人機領域的新手們,在短時間內獲取成為無人機飛手應具備的知識能力。一心只想專注於價值的付出,希望透過網站實踐自我理念並傳遞正向價值觀,人生很短,抓緊每一刻,認真得做自己想做的事。

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