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こんにちは、ドロサツです。
今回のコラムは、ドローンのバッテリーについて詳しく紹介します。
ドローンの技術進歩とバッテリーは密接に関係しています。それに伴い飛行時間もどんどん伸びています。
最新のDJI Air3は、最大飛行時間が46分。Air3は小型ドローンの代表的なシリーズの1つ。
大きい機体ではないので、バッテリーを大きくして飛行時間を延ばすことは技術的に難しいです。
「バッテリーを大きくしないで、飛行時間を伸ばす。」これがドローンのバッテリーとして重要なことです。
この記事では、ドローンに使われるバッテリーの種類と安全性、バッテリーを扱う時の注意点を紹介します。
ドローンの電池は、しっかりメンテナンスをしてあげないと、バッテリーの寿命が短くなりますので、注意が必要です。
弊社でも、レンタルドローンを多数、揃えている兼ね合いで、バッテリーも非常にたくさんの種類を扱っています。そのノウハウが少しでも役に立てれば幸いです。
ドローンに使われている電池の種類
現在、発売されているドローンで主に使われているバッテリーは2種類です。
- リチウムイオン電池
- リチウムポリマー電池（リボバッテリー）
リチウムイオンバッテリーは、聞いたことがある人も多いと思います。
あなたが使っているスマホ、ノートパソコンなどの身近にある多くの製品が、このバッテリーを使っています。
リチウムポリマー電池は、ラジコンやドローンで使われることが多いです。
両バッテリーともに、比較的、安全性が高いバッテリーです。
安全性が高いからこそ、ドローンにも使われて、様々な製品にも使われています。
しかしメリットもあれば、デメリットもあることも事実です。
それぞれバッテリーについて、主な特徴を紹介します。
リチウムイオン電池
リチウムイオン電池とは、私たちの日常生活に欠かせない存在です。
プラス極とマイナス極を持ち、大容量の電力を蓄える能力があります。
その蓄電方法は、リチウムイオンがプラス極とマイナス極の間で移動することで充放電します。
この過程で、セパレーターが極同士の接触を防ぎながら、電解液はイオンの移動をサポートします。
具体的には、充電時にはリチウムイオンがプラス極からマイナス極へ移動し、放電時にはその逆の動きが行われ、これによりエネルギーが蓄えられたり放出されたりします。
セパレーターは、極同士の接触を防ぐだけでなく、電池内部の熱を均等に分散させる役割も果たしています。これにより、電池の過熱を防ぐ助けとなっています。
電解液は、リチウムイオンの移動を助ける役割を果たすだけでなく、電池の安定性や寿命にも影響を与えます。高品質な電解液を使用することで、電池の性能や寿命が向上します。
これらの特性から、比較的安全性も高い電池となっています。
ドローンはもちろん、スマホやPCのバッテリーに使用され、さらには、産業用途としてロボットや工場、車の動力源としても使用されています。
しかし、リチウムイオン電池の名前だけを聞いても、その性能は一律ではありません。
電池の形状や、プラス極・マイナス極に使用する素材の違いによって、その特長は大きく異なることがあります。
リチウムポリマー電池（リポバッテリー）
リチウムポリマー電池は、リチウムイオン電池と同様にリチウムを主成分として使用していますが、特徴的な違いがいくつか存在します。
その中でも顕著なのは、リチウムポリマー電池の電解質がゲル状や固体ポリマーである点です。
この特性のおかげで、電池は薄くて柔軟な形状を持ち、多様なデバイスに容易に適合します。
充放電のプロセスはリチウムイオン電池と基本的に同じですが、ゲル状や固体の電解質を使用することで、液漏れのリスクが大幅に低減し、安全性が増します。
ただし、外皮がラミネート製であるため、金属製の筐体を持つリチウムイオン電池と比べて外部からの衝撃にはやや敏感です。
そのため、高温や高湿度の環境下での使用は避けるようにしましょう。
例として、DJIのインテリジェントフライトバッテリーの多くはこのリチウムポリマー電池を採用しています。
リチウムイオン電池の安全性
リチウムイオン電池は近年、多くのデバイスでの利用が増えていますが、その安全性に関する懸念も伴っています。
市場での発火トラブルの報告がある中、電池の発火の基本的な原因は「熱暴走」とされています。
熱暴走とは、電池などの部品が過度に熱を持ち、これが連鎖的に更なる発熱を引き起こす現象のことを指して、電池が正常に動かなくなります。
電池は過充電や加熱に弱いという特徴があり、製造不良や電池の設計不良、予想外の過酷な使われ方が事故の原因として考えられています。
さらに、電池の構成部品や電解液の量、放電電流、充放電方法などが同じであっても、電池の安全性は変わることが知られています。
技術の進化や使用方法の変化に伴い、安全性の確保は日々の課題となっています。
リチウムイオン電池は、誤使用や製造不良が原因で発火や発煙のリスクがあるため、使用時の注意が求められます。
リチウムイオン電池を安全に使用するためには、正しい使用方法を守ることが重要です。
リチウムポリマー電池の安全性
リチウムポリマー電池は、リチウムイオン電池と比較して、安全性が高いと言われています。
その理由として、リチウムイオン電池が液体の電解質を使用しているのに対し、リチウムポリマー電池はゲル状の電解質を使用している点が挙げられます。
このゲル状の電解質は、液体に比べて漏れるリスクが低く、短絡や発火のリスクを減少させる効果があります。
しかし、構造的な観点から見ると、リチウムイオン電池は金属管で封じられているのに対して、リチウムポリマー電池はラミネート材で封止されているだけです。
このため、物理的なダメージに対する耐性はリチウムポリマー電池の方が劣ると言われています。
ドローン用の電池を安全に扱うための注意点
ドローンのバッテリーはドローンのフライトにおいて重要なアイテムです。
バッテリーに不備があると、ドローンは墜落や事故に繋がります。
またバッテリーも適切な取り扱いや保管ができていないと、発火などにも繋がります。
さらには、バッテリーの寿命も早めてしまい、大切なドローンのバッテリーを再度、購入する可能性もでてきます。
ここではドローン用の電池を安全に扱う注意点を５つ紹介しますので、ドローン用の電池の管理の参考にしてください。
①電池や充電器は正規品を使う
②過充電に気を付ける
③高温になる場所に電池を放置しない
④電池が膨張していたら使用を中止する
⑤電池は丁寧に扱う
下記にて詳しく紹介します。（「⑤電池を丁寧に扱う」では弊社の取り組みも紹介させて頂きます）
①電池や充電器は正規品を使う
ドローンを飛ばす時は、必ず正規のバッテリーと正規の充電器を使用して、充電をしてください。
正規品で充電をしない場合は、バッテリーが故障・破損してしまうこともあり、最悪の場合墜落に繋がる可能性もあります。
正規品以外で充電してドローンを飛行させた場合は、保険も対象外になることがあるので注意が必要です。
機体が墜落してドローンが破損した程度であれば、被害額は保険がなくても対応できる可能性が高いですが、ドローンを墜落させて、第三者に怪我をさせたり、建物に衝突させてしまった場合、自己資金だけで賄うことは大変難しい金額になります。
必ず、電池や充電器は正規品で充電して、ドローンを飛ばしましょう。
②過充電に気を付ける
正規品を使っていても、充電する際に注意する点があります。それは、過充電に気を付けることです。
過充電は、バッテリーの寿命を縮める原因にも繋がります。
また最悪の場合は、バッテリーの発火や爆発にも繋がる可能性もあるので、過充電には注意しながらバッテリーの充電を行ってください。
過充電とは、電池の容量が100％以上超えてもさらに電気を詰め込もうと充電している状態のことです。
100％充電ができているにも関わらず、充電器に接続してはいけません。
DJIの場合は、100％になったら充電が終了する設計になっていますので、安心して充電ができます。
③高温になる場所に電池を放置しない
ドローンのバッテリーは、高温に弱い性質を持っています。
特に、直射日光が当たる場所や車内、暖房器具の近くなどの高温になりやすい場所での放置は、バッテリーの発熱や発火のリスクを高めるため避けるべきです。
バッテリーの残量が少ない状態では発熱しやすくなるので、その状態での使用は控えるよう心がけましょう。
充電時には正規品を使用して、可燃物や火気のない場所での充電が推奨されます。
さらに、充電後はすぐに使用するのではなく、一定時間放置してから使用することで、安全にドローンを楽しむことができます。
これらの対策を踏まえ、ドローンのバッテリーの安全な取り扱いを心がけることで、発火事故を未然に防ぐことができます。
④電池が膨張していたら使用を中止する
ドローンのバッテリーは、高温や衝撃に弱い性質を持っています。
膨張や発火のリスクがあるため、電池が膨張している場合は使用を中止し、メーカーに連絡することが推奨されます。
電池の膨張の原因としては、過充電、過放電、高温、衝撃、経年劣化などが考えられます。
安全にドローンの電池を使用するためには、バッテリーの残量が少なくなると発熱しやすくなるので、その状態での使用は控えるよう心がけましょう。
また、充電後は一定時間放置してから使用し、バッテリーの寿命は約1年とされているので、それを過ぎたら新しいものに交換することが良いでしょう。
バッテリーには衝撃を与えない、水に濡らさない、高温にさらさない、分解や改造をしないといった基本的な取り扱い注意も忘れずに。
もしドローンの電池が膨張した場合の対処方法としては、まず電源を切り、ドローンからバッテリーを取り外します。
そして、直射日光や高温の場所から離し、絶対に分解を試みないでください。
膨張したバッテリーの修理や分解は火災や爆発のリスクがあるため、問題が発生した場合は速やかにメーカーに連絡することが最も安全です。
⑤電池は丁寧に扱う
ドローンの電池は丁寧に扱う必要があります。
特に衝撃には弱い電池ですので、落としたり、強い衝撃などを与えると膨張して、使用できなくなる可能性もあります。
また保管場所も重要です。適した場所で保管ができていないと、電池の劣化や、膨張につながります。
また過充電や、過放電に対して注意を払って充電を行い、あまり使用頻度が高くない電池に対しては、過放電にならないよう定期的なメンテナンスが必要です。
ここで、実際に弊社でのバッテリーの取り扱いを紹介します。
弊社では、バッテリーは専用のメンテナンスルームにて、電池の管理を行っています。
この部屋は、高温多湿や、直射日光を避ける設計になっているので、バッテリーにとって快適な空間です。
また１つ１つのバッテリーに対して、充電回数を管理して、使用回数の偏りが生じないように、ローテーションして使用しております。
電池を細かく管理しているため、過充電や過放電にならないよう、管理しているのでぜひ知って頂きたく弊社の取り組みを紹介しました。
まとめ
この記事では、ドローンのバッテリーについて解説してきました。
ドローンでの長時間飛行は、バッテリー技術の進歩によるものが大きいです。
ドローンには主にリチウムイオン電池とリチウムポリマー電池が使用されています。
リチウムイオン電池はスマホなどにも使われており、大容量の電力を蓄えることができます。
一方、リチウムポリマー電池はゲル状の電解質を使用しており、形状が柔軟であるためさまざまなデバイスに適合しやすいです。
しかし、どちらのバッテリーも高温や衝撃には弱いため、使用や保管時の注意が必要です。
特に、電池が膨張した場合は使用を中止し、メーカーに連絡することが推奨されています。
正規のバッテリーや充電器の使用、過充電の回避、高温場所での放置を避けるなど、安全な取り扱いを心がけることで、ドローンのバッテリー事故を防ぐことができます。
ドローンレンタルのドロサツ‼では、空撮用や産業用ドローン、水中ドローンなど幅広い用途のドローンレンタルが可能です。
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監修者
森本 洸生(もりもと こうき)
株式会社 drone supply ＆control (ドローンエバンジェリスト）
＜略歴＞
中学生の時に国土交通省の全国包括申請許可取得し、鹿やイノシシによる農作物被害を守る害虫駆除のプロジェクトに参画するなど、若い世代のドローン第一人者。現在では様々なドローン事業に参画するなど多方面で活躍中。
＜所有する資格＞
- DJI CAMPスペシャリスト
- DJI CAMPインストラクター
- DJI CAMP ENTERPRISEインストラクター
- 無人航空従事者試験1級
- CRPI公認指導員
- 総飛行時間400時間以上
