Mehitamata õhusõidukite kasutamisel on väga oluline teada, kuidas nende toiteallikaid ohutult ja efektiivselt kasutada. Selles peatükis tutvustatakse erinevaid akude tüüpe, nende iseärasusi ja terminoloogiat ning peamisi juhiseid akude ohutuks ja säästvaks käitlemiseks.

Akude terminoloogia

Akusid saab kirjeldada mõne lihtsa parameetri abil. Esimeseks akude iseloomulikuks tunnuseks on aku pinge. Aku pinge on elektrivälja potentsiaalide vahe aku kahe äärmise kontakti vahel. Mehitamata lennunduses kasutatakse enamasti mitmest elemendist koosnevaid akusid ning aku pinge sõltub elementide arvust ühes akus.

Näiteks võib koosneda aku kolmest jadamisi (inglise keeles in series) asetatud elemendist, mille tulemusel on aku pinge kolm korda kõrgem ühe elemendi pingest. Sellist akut nimetatakse 3S akuks. 

Joonis 1. Kolmest jadamisi ühendatud elemendist koosnev "3S" aku

Suurematel ja raskematel droonidel on kõrgema pingega akud, et oleks võimalik kanda üle korraga võimalikult suuri võimsusi. Väikesed, sisetingimustesse mõeldud droonid kasutavad enamasti 1-2 elemendiga akusid, levinud kaameradroonid 3-6 elemendiga akusid ning suuremad professionaalsed droonid juba 12 ja enama elemendiga akusid. 

Teiseks iseloomulikuks akude tunnuseks on mahutavus. Mahutavus väljendab täis laetud aku elektrilaengut, mida mõõdetakse (milli)ampertundides. Aku mahutavus näitab, kui suure voolutugevusega voolu suudab aku kindla ajaühiku jooksul välja anda.

Joonis 2. Mahutavuse arvutamise valem

Näiteks 2000 mAh (2 Ah) mahutavusega aku suudab välja anda ühe tunni kestel 2 A suurust voolutugevust või näiteks nelja tunni kestel 0.5 A suurust voolutugevust. 

Akude iseloomustamiseks on kasutusel ka kolmas mõõtühik, mis iseloomustab akusid paremini kui mahutavus - elektrienergia. Mahutavus hõlmab vaid aku poolt välja antava voolutugevuse suurust aja suhtes. Elektrienergia sõltub aga ka aku pingest, mistõttu on see mõõtühik parem viis akude iseloomustamiseks, kuna kirjeldab aku energia- potentsiaali. Elektrienergiat mõõdetakse vatt- tundides (Wh). Aku elektrienergia suuruse saab arvutada, kui korrutada aku pinge mahutavusega. Elektrienergia näitab seda, kui suure võimsusega suudab aku kindla ajaühiku jooksul töötada.

Joonis 3. Aku energia valem

Näiteks saab 100 Wh aku anda välja 100 W võimsusega elektrienergiat 1 tunni jooksul või näiteks 20 W võimsusega elektrienergiat 5 tunni jooksul.

Veel üks oluline parameeter, mida akude puhul silmas pidada, on aku C-väärtus. See iseloomustab seda, kui suurt voolutugevust suudab aku välja anda, ilma et aku üle kuumeneks või kahjustuks. Multirootor tüüpi droonid tarbivad enamasti rohkelt elektrienergiat suurte voolutugevuste juures, mistõttu on aku C-väärtus ülioluline, et käitada droone turvaliselt.

C-väärtuse kaudu saab leida aku maksimaalse voolutugevuse, korrutades C-väärtuse aku mahutavusega.

Joonis 4. LiPo aku

Näiteks 30 C aku, mille mahutavus on 2.5 Ah, suudab välja anda kuni 75 A suurust voolutugevust (2.5 * 30 = 75 A). Mõistagi saab sellise voolutugevuse juures aku väga kiiresti tühjaks.

Samas peab silmas pidama, et enamasti ei saa akusid sama suure voolutugevusega uuesti täis laadida. Enamikke liitiumakusid tuleb reeglina laadida 1 C suuruse voolutugevusega, mis tähendaks 2.5 Ah suuruse aku puhul 2.5 A voolutugevust. Täpsema info iga aku turvalise laadimise kohta leiab aku või drooni kasutusjuhendist.

Kui on teada aku pinge, mahutavus ja C-näitaja, saab välja selgitada ka maksimaalse aku võimsuse. Aku võimsus on aku pinge ja maksimaalse voolutugevuse korrutis ning seda mõõdetakse vattides. Näiteks kui eelmises näites toodud aku maksimaalne voolutugevus oli 75 A ning aku pinge 4S konfiguratsioonis on 14.8 V, siis korrutades pinge maksimaalse voolutugevusega, saame sellise aku võimsuseks 1110 W ehk 1.11 kW.

Akude tüübid

Erinevad akude keemilised koostised

Tänapäevased elektroonikaseadmed kasutavad enamasti liitiumakusid. Need omakorda liigituvad veel kaheks kategooriaks - liitiumioon (LiIo) ja liitiumpolümeer (LiPo). Varasemalt kasutati ka nikkelmetallhüdriid (NiMH) akusid, kuid tänapäeval neid enam üldjuhul seadmetest ei leia.

Joonis 5. Erinevad liitiumakud. 

Liitiumpolümeer akud, lühidalt ka LiPo akud, on väga laialt levinud just multirootorite hulgas, kuna mitme rootoriga droonide jaoks on vajalik aku poolt võimaldatav kõrge voolutugevus, hea mahutavus ning kerge kaal. Hetkel on LiPo akud selleks kõige sobilikumad. 

Liitiumioon (LiIo) akudel on enamasti madalam C-väärtus ja neid  kasutatakse enamasti jäigatiivalistes ehk lennuki tüüpi õhusõidukites, kus hetkeline voolutarve ei kasva kuigi kõrgeks. Sarnaselt LiPo akudega, on ka sellel akutüübil väga hea eneriga ja kaalu suhe.

Nikkel-metall-hüdriid akud on tänapäeval harva kasutusel, kuid mõni vanem seade võib veel seda tüüpi akut kasutada. Nikkelakude põhiliseks mureks on mäluefekt - kui akut iga kord täiesti täis laadida ja seejärel täiesti tühjaks tarbida ei ole võimalik, siis väheneb aku mahutavus märgatavalt iga laadimis-tühjenemise tsükli järel.

Nutikad akud

Liitiumakusid - nii liitiumioon kui ka liitiumpolümeer akusid - saab veel omakorda liigitada kaheks kategooriaks. Sõltuvalt aku ehitusest on olemas tavalised ja nö nutikad akud. 

Tavaline liitiumaku on ilma igasuguse lisanduva tehnoloogiata või tarkvarata aku. Enamasti koosnevad need vaid aku elementidest, voolupistikust ning laadimise pistikust. Selliseid akusid kasutavad iseehitatud hobidroonid ja muud iseehitatud seadmed. Nende akude kasutamise teeb keerulisemaks asjaolu, et puudub igasugune kaitse akut rikkuda ehk kogu vastutus ohutuse tagamisel langeb aku kasutajale.

Joonis 6. Lihtsa ehitusega liitiumaku

Paljudes uuemates mehitamata õhusõidukites kasutatakse aga pisut nutikamaid akusid. Sellistele akudele on juurde lisatud mikrokontroller, mille abil saab enamasti kuvada aku täituvusastet. Sõltuvalt akust võivad sellel olla sisseehitatud funktsioonid ka lühiste, üle- ja alapinge kaitseks ning võimalus akut iseeneslikult soojendada. Iga tootja akud on pisut erinevad, seega tuleb alati enne akude kasutamist põhjalikult tutvuda konkreetse kasutus- juhendiga.

Joonis 7. Nutika akuga droon.

Akude kasutamine

Akude kasutamisel tuleb lähtuda aku ning mehitamata õhusõiduki kasutusjuhendist. 

Enne igat lendu tuleb veenduda, et aku on lennuks sobivas seisus. Põhiliselt tuleks pöörata tähelepanu järgmistele aspektidele:

Aku laetusaste

Paljudel akudel on peal indikaator, mis näitab seda lihtsa nupuvajutusega. Lendu tuleks alustada vaid täiesti täis laetud akuga. Tühja akuga lennu alustamine tähendab märgatavalt lühemat lennuaega ning selle tõttu võib tekkida ohtlikke olukordi.
Enamik laiatarbe droone näitab süsteemi sätetest ka iga aku elemendi pinget eraldi. Enne lennu alustamist, ja ka siis, kui kahtlustad aku vigastust, tuleks kontrollida, kas kõik aku elemendid on ühtlase pinge juures. Kui on märgatav erinevus elementide pingetes, tuleks aku kasutusest kõrvale jätta (kerge, näiteks 0.1-0.2 V erinevus elementide pingetel on normaalne).

Visuaalne kontroll

Oluline on vaadata aku üle enne kasutamist, et ei esineks füüsilisi vigastusi nagu mõrad, praod, mõlgid, pundumine või muud deformatsioonid. Vigastatud akut ei tohi kindlasti kasutada, see tuleb eraldada töökorras akudest ning viia seejärel turvaliselt jäätmejaama.
Vigastatud aku võib iseeneslikult või koormuse all kiiresti tühjeneda, paisuda, põlema süttida või drooni aku kinnitustest lahti tulla. See võib endaga kaasa tuua drooni soovimatu käitumise lennu ajal, lennuülesande mittesooritamise või lausa drooni alla kukkumise.

Aku tsüklite arv

Moodsamad akud näitavad süsteemis aku laadimis-tühjenemise tsüklite arvu. Mida enam on akut laetud ja tühjendatud, seda väiksem on aku efektiivne mahutavus. Suure tsüklite arvuga akut võib kasutada, kuid sel juhul tuleb arvestada lühema lennuajaga.

Aku temperatuur

Külma ilmaga drooni lennutades tuleb arvestada, et akude jõudlus väheneb - mida madalam on temperatuur, seda väiksem on aku jõudlus. Lisaks on külmad akud tundlikumad suurtele voolutugevustele, mida põhjustavad nõudlikumad lennumanöövrid. Selle tagajärjel võib aku pinge järsult langeda ja halvimal juhul võib droon end liigse koormuse tagajärjel välja lülitada.
Lubatud aku töötemperatuurid leiab toote kasutusjuhendist, paljud droonid ei ole mõeldud kasutamiseks suurte miinuskraadidega.
Jaheda ilmaga droone käitades tuleks hoida akusid kindlasti soojas ning kinnitada need droonile vahetult enne lennu alustamist. Akude soojas hoidmine aitab vältida külma ilma mõjusid.

Laadimine ja hoiustamine

Liitiumakude laadimiseks tuleb alati kasutada vastava aku laadimiseks mõeldud laadijat. Kui aku või drooniga tuli kaasa spetsiaalne laadija, siis tohib kasutada vaid seda seadet aku laadimiseks. Kui laadida tavalist liitiumakut, siis tuleb tähele panna, et laadijal peab olema vastava aku jaoks eraldi režiim ning tootja poolt sätestatud piire, näiteks laadimispinget ja voolutugevust, ei tohi ületada.

Aku võib saada pöördumatuid kahjustusi, kui laadimisel ületatakse akule ettenähtud maksimaalset pinget. Ülepinge puhul võib aku sisemiselt kahjustuda niivõrd ulatuslikult, et tekib lühis kas laadimise või kasutamise ajal. Akusid ei ole soovituslik ka liiga tühjaks lasta, kuna tavaliselt akud oma täit mahutavust selle tagajärjel enam ei saavuta. Olenevalt aku tühjenemise astmest võib juhtuda, et akut enam ei olegi võimalik laadida, kuna sisekeemia on pöördumatult kahjustunud.

Enamik tänapäevaste droonide akusid on aga piisavalt targad, et kaitsevad aku elemente üle- ning alapinge eest.

Akusid ei tohi ka jätta laadima ilma järelevalveta. Laadimine on üks ohtlikumaid etappe aku kasutamise juures ning selle käigus võib tekkida põleng, millele on tarvis kiirelt reageerida.  

Liitiumakusid ei ole mõistlik hoiustada täiesti täis laetuna ega ka täiesti tühjana. Kõige parem on jätta aku ca 60-70% laetustaseme juurde, ehk ca 3.8V iga aku elemendi kohta. See tagab, et aku maksimaalne mahtuvus säilib ka üle pika aja. Kui on plaanis aku üle paari päeva riiulisse seisma jätta, siis tuleks aku pinge jätta ettenähtud hoiustamispinge tasemele. Selleks on paljudel laadijatel eraldi režiim, üldiselt storage nime all.

Joonis 8. Aku hoiustamispinge juures

Paljude droonide akudel on hoiustamise režiimile ülemineku võimekus juba sisse ehitatud ning kasutaja saab ise määrata, mitu päeva pärast laadimist aku täis püsib. Pärast etteantud aja möödumist hakkab aku ennast vaikselt tühjendama, kuni on saavutanud soovitud pinge. Seda, kas selline funktsioon on olemas ka Teie drooni akudel, tuleb kontrollida kasutusjuhendist.

Kui akudel on olemas isetühjenemise funktsioon, siis tasub akud alati laadida 100% peale ning lasta akudel ise aja möödudes saavutada hoiustamiseks vajalik pinge.

Liitiumakude hoiustamiseks sobib kõige paremini tulekindel kott, et tagada ka ohutus pikaajalisel hoiustamisel. Akud tuleks asetada koti sisse ning kott omakorda eemale kergesti süttivatest materjalidest. Akud on küll ajas muutunud turvalisemaks, kuid siiski säilib iseenesliku süttimise oht nii kasutamise, laadimise kui ka hoiustamise ajal. 

Kuidas käituda õnnetuse korral

Kui aku peaks süttima, siis tuleb arvestada, et liitiumaku põleng on väga intensiivne ja ohtlik protsess. Keemiliselt on põlemiseks vajalikud ained akus sees olemas, mis tähendab, et juba põlevat liitiumakut on väga keeruline kustutada kuna põleng ei vaja välist hapnikku.

Liitiumakude tulekahjusid liigitatakse klass D tulekahjuks, mis tähendab põlevat metalli. Tule summutamiseks võib kasutada vastava kategooria tulekustutit või proovida summutada tuld suure koguse liiva või veega. Tuleb aga siiski arvestada, et liitiumaku põlengut ei ole võimalik kustutada, vaid ainult põlemise intensiivsust vähendada.

Põlengu korral tuleb viivitamatult eemaldada kõik akut ümbritsev süttiv materjal, et tulekahju lõppeks võimalikult väheste kahjudega. Tuleb tähele panna, et kui süttis vaid üks aku element, siis suure tõenäosusega liigub põleng mööda elemente edasi. See võib tekitada olukorra, kus näiliselt juba peaaegu kustunud aku võib uuesti suure leegiga süttida.

Kokkuvõte

Erinevaid akusid tuleb käidelda ettevaatlikult ning kasutada neid ainult vastavalt kasutusjuhendile. Kui akude eest hoolt kanda, teenivad nad kasutajat pikalt ja usaldusväärselt.