1. Дрондарға шолу, батареялардың маңызы және бұл мақаланың қамтылу аясы
Дрондар тез арада саябақтағы электроникалық тауарлардан фотосуретке түсіру, ауыл шаруашылығы, түсірістер жүргізу, инфрақұрылымдарды тексеру, қоғамдық қауіпсіздік және логистика сияқты бірнеше саладағы маңызды құралдарға дейін дамыды. Дрон платформалары күшті бола түскен сайын және міндеттер күрделене түскен сайын, ұшуға шыдау керек деген талаптар да арта түсуде. Дрон жоғары жылдамдықты FPV гонкалары үшін немесе бірнеше сағатқа созылатын түсіру миссиялары үшін жасалған болса да, оның жалпы өнімділігі негізінде бір ғана компонентке — батареяға байланысты.
Батарея дронның ұшу уақытын, пайдалы жүктеме сыйымдылығын, басқару шектеулерін және миссияны сәтті аяқтау сенімділігін анықтайды. Батареяны таңдау тек ұшу уақытына ғана емес, сонымен қатар жұмыс қауіпсіздігіне, циклдық құнына және техникалық қызмет көрсету талаптарына әсер етеді.
Бұл мақала дрондар батареясының технологиясына жүйелі шолу жасайды, дрон батареясының анықтамасын, жалпы химиялық жүйелерді, дрондар контекстіндегі «ең ұзақ ұшу уақыты» шын мәнінде не екенін, дрон батареяларының нақты қызмет ету мерзімін және ұшу уақытына әсер ететін негізгі факторларды түсіндіреді. Сонымен қатар ұшу уақытын есептеудің қарапайым әдістерімен таныстырады және өте жоғары шыдамдылық талаптары бар дрон қолданбаларын қарастырады.
2. Дрон батареясы дегеніміз не?
2.1 Анықтамасы мен қызметі
Дрон батареясы — бұл дронның борттық электроникалық жүйелерінің барлығын қамтамасыз ету үшін арналған қайта зарядталатын энергия сақтау құрылғысы. Мұндай жүйелерге әдетте қозғалтқыш қозғалтқыштары, электрондық жылдамдық реттегіштер (ESCs), ұшу бақылаушылары, GPS сияқты бағдарлау модульдері, байланыс желілері және камера, LiDAR сенсорлары немесе түсіру құралдары сияқты міндетті жүктемелер жатады.
Смартфондар мен ноутбуктарда қолданылатын батареялардан өзгеше, дрондардың батареялары бір уақытта екі қатаң талапты қанағаттандыруы керек: біріншіден, ұшу уақытын қамтамасыз ету үшін жеткілікті энергияны сақтау; екіншіден, әсіресе көтерілу, көтерілу, тез үдеу және авариялық маневрлер кезінде жоғары токты лездік және қайталанатын түрде беру қабілеті. Жоғары энергия тығыздығы мен жоғары қуат шығысының осы екі талабы дрон батареясының құрылымын өте қиын етеді.
2.2 Жиі кездесетін химиялық жүйелер (литий полимер, литий ион) және қолдану сценарийлері
Литий полимерлі батареялар (Li-Po)
Литий полимерлі батареялар гель тәрізді немесе полимерлі электролитті пайдаланады және оны жұмсақ қаптамаға орналастырады. Бұл құрылымдық құрылым салмағы мен өлшемдеріне қатаң талаптар қойылатын дрондар үшін жеңіл және көп пішінді сипаттамаларын береді.
Литий полимерлі аккумуляторлар әдетте 25C-ден 100C-ге дейінгі өте жоғары разрядтау жылдамдықтарымен ерекшеленеді, яғни олар өз сыйымдылығына қатысты жоғары ток шығаруы мүмкін. Бұл қасиет бірден күшті қуат пен тез газ реакциясын талап ететін дрондар үшін оны идеалды етеді.
Типтік қолданыстарға: FPV жарыс дрондары, фристайл дрондары және ауыр жүкті тасымалдау мен жоғары импульсті қуатты қажет ететін көп роторлы платформалар жатады.
Литий-ионды аккумуляторлар (Li-ion)
Литий-ионды аккумуляторлар әдетте қатты металл қақпақшасы бар цилиндрлі немесе призматикалық ұяшықтарды пайдаланады. Олардың конструкциясы экстремалды ток шығысына емес, жоғары энергия тығыздығына және ұзақ қызмет ету мерзіміне бағытталған.
Литий полимерлі аккумуляторлармен салыстырғанда литий-ионды аккумуляторлар әдетте бір зарядта ұзағырақ ұшу уақытын және жақсырақ циклдық қызмет ету мерзімін қамтамасыз етеді, бірақ максималды разрядтау жылдамдығы төмен болады. Сондықтан олар агрессивті маневрлерге емес, тұрақты қуат тұтынуы бар қолданыстарға ең жарамды.
Литий-иондық аккумуляторлар әдетте: ұзақ қашықтыққа дейінгі FPV дрондарында, тұрақты қанатты дрондарда және төзімділік негізгі талап болып табылатын дрон платформаларында кездеседі.
3. Ең ұзақ уақыт жұмыс істейтін дрон аккумуляторы қандай?
3.1 Ең ұзақ уақыт жұмыс істеуінің екі мағынасы
"Ең ұзақ уақыт жұмыс істейтін дрон аккумуляторы" сөз тіркесінің екі түрлі түсіндірмесі бар және олардың арасындағы айырмашылық өте маңызды:
Бір ұшу уақыты
Бір жағынан, "ең ұзақ уақыт жұмыс істеу" деп дронның бір зарядта ауада қанша уақыт бола алатынын білдіреді. Бұл негізінен аккумулятордың жалпы энергия сыйымдылығына және дронның энергия тиімділігіне байланысты. Жоғары энергия тығыздығы (ватт-сағат/килограмм, Вт·сағ/кг) әдетте ұшу уақытын ұзартады.
Осы жағынан алғанда, литий-иондық аккумуляторлар мен жаңа жоғары энергиялы химиялық аккумуляторлар жиі жоғары разрядтық жылдамдықты литий-полимерлік аккумуляторлардан жақсырақ болады.
Өмір циклі
Басқа тұрғыдан алғанда, «ең ұзақ қызмет ететін» дегеніміз зарядтау-разрядтау циклдерімен өлшенетін аккумулятордың өзінің жалпы қызмет ету мерзімін білдіреді. Циклдық қызмет ету мерзімі ұзағырақ аккумуляторлар сыйымдылықтың елеулі төмендеуіне дейін толық зарядтау мен пайдалануға көбірек шыдайды.
Литий-ионды аккумуляторлар әдетте литий-полимерлі аккумуляторларға қарағанда ұзағырақ циклдық қызмет ету мерзіміне ие, әсіресе орташа жүктеме жағдайында пайдаланылған кезде. 3.2 Типтік ең жоғары сыйымдылық диапазоны (10 000–30 000 мА·сағ)
Кәсіби және өнеркәсіптік дрондар әдетте ұзақ ұшу уақыты үшін жоғары сыйымдылықты аккумуляторларға сүйенеді. Жиі кездесетін сыйымдылық диапазондары мыналарды қамтиды:
Кіші кәсіби дрондар: 10 000-12 000 миллиампер-сағат (мА·сағ)
Түсіру және ауылшаруашылық дрондары: 16 000-22 000 миллиампер-сағат (мА·сағ)
Ауыр жүкті немесе ұзақ мерзімді қызмет ететін платформалар: 28 000-30 000 миллиампер-сағат (мА·сағ) немесе одан да жоғары
Жоғары сыйымдылық дегеніміз көбірек энергия сақталады дегенді білдірсе де, бұл салмақтың өсуіне әкеледі, ал бұл дронының тиімділігін төмендетуі мүмкін. Сондықтан ұшу уақытын максималдандыру үшін сыйымдылық пен салмақ арасындағы ең жақсы тепе-теңдікті табу өте маңызды.
3.3 Жаңа химиялық жүйелер (Қатты күйдегі никель-марганец-кобальт аккумуляторлары және т.б.)
Дәстүрлі литий полимерлі және литий-ионды аккумуляторлардың шектеулерін жеңу үшін жаңа аккумулятор технологиялары үнемі әзірленуде. Жартылай қатты және қатты күйдегі литий аккумуляторлар энергия тығыздығын, жылулық тұрақтылықты және қауіпсіздікті жақсартуды көздеп отыр.
Мысалы, қатты күйдегі никель-марганец-кобальт (NMC) аккумуляторлар сұйық электролиттің көп бөлігін ауыстыру үшін қатты немесе жартылай қатты материалдарды пайдаланады. Бұл аккумуляторлар әсіресе жоғары құнды өнеркәсіптік дрон операциялары үшін ұзақ қызмет көрсету мен қауіпсіздік тұрғысынан үлкен потенциал көрсетеді, әйтеуір олар қазіргі уақытта әлі де құны мен массалық өндіріс тұрғысынан қиыншылықтарға тап болуда.
4. Дрон аккумуляторлары шынымен қанша уақыт жұмыс істейді?
4.1 Ұшу ұзақтығы (тұтынушы, кәсіби, өнеркәсіптік)
Ұшу ұзақтығы дронның түрі мен конструкциясына байланысты әлдеқайда өзгереді:
Тұтынушыларға арналған дрондар: Әдетте 20-40 минут ұшады
Кәсіби аэрофотосуретке түсіру және кәсіпорындарға арналған дрондар: Әдетте 40-55 минутқа жетеді
Өнеркәсіптік бекітілген қанатты дрондар: 1-3 сағат ұша алады
Гибридті вертикальды көтерілу және қону (VTOL) дрондары мен арнайы ұзақ ұшуға арналған дрондар: Бірнеше сағат бойы ауада қала алады
Жоғарыда келтірілген деректер идеалды жағдайлар мен аккумулятордың жағдайы жақсы болған жағдайда негізделген. Нақты ұшу ұзақтығы жел, температура және жүктеме сияқты сыртқы факторлардан әлдеқайда әсер етеді. 4.2 Литий-полимерлі және литий-ионды аккумуляторлардың циклдық қызмет ету мерзімін салыстыру
Аккумулятордың қызмет ету мерзімі әдетте циклдармен өлшенеді, мұнда бір цикл толық разрядтан кейін толық зарядталуын білдіреді:
Литий-полимерлі аккумуляторлар: Әдетте 150-300 цикл қызмет етеді; жиі үлкен токпен разрядтау қарқынды түрде тозуға әкеледі.
Литий-иондық батареялар: Орташа жүктеме кезінде қызмет ету мерзімі әдетте 300-600 цикл немесе одан да көп болады.
Екі бақылау химиясының циклдық қызмет ету мерзімі агрессивті ұшу, терең разряд және жоғары температуралық орталарда әлдеқайда қысқарады.
4.3 Батареяны басқарудың ең жақсы тәжірибелері
Батареяның қызмет ету мерзімін және өнімділігін максималды ұзарту үшін пайдаланушылар мына сақталуға тиіс:
● Ұсынылған кернеу шегінен жоғары зарядтаудан аулақ болыңыз.
● Қауіпсіз порогтан төмен разрядтауды болдырмаңыз.
● Ұзақ уақыт пайдаланбаған кезде батареяны жартылай зарядталған күйінде сақтаңыз.
● Батареяны зарядтау алдында оны бөлме температурасына дейін суытыңыз.
● Көп элементті батареялық жинақтарды тепе-теңдікте зарядтау үшін арнайы зарядтағышты қолданыңыз.
дұрыс батареяны басқару тек қызмет ету мерзімін ғана емес, сонымен қатар қауіпсіздікті де арттырады.
5. Дрон ұшу уақытына әсер ететін факторлар
5.1 Аккумулятор сыйымдылығы
Аккумулятор сыйымдылығы ұшу үшін қолжетімді жалпы энергияны анықтайды, бірақ сыйымдылықты арттыру салмақты да арттырады, бұл тиімділікті төмендетуі мүмкін. Екеуі арасында оңтайлы тепе-теңдікті табу — ұшу уақытын максималдандыру кілті болып табылады.
5.2 Ұшақ/жүк салмағы
Ауыр ұшақтар мен жүктерге көбірек итеруші күш қажет, сондықтан қуатты пайдалану өседі. Жеңіл материалдар, тиімді двигательдерді таңдау және аэродинамикалық конструкцияны оптимизациялау барлығы ұшу уақытын ұзартуға ықпал етеді.
5.3 Қоршаған орта жағдайлары
Жел, ауа тығыздығы, биіктік және температура сияқты қоршаған орта факторлары қуат қажеттіліктеріне тікелей әсер етеді. Төмен температуралар аккумулятордың өнімділігін төмендетеді, ал жоғары температуралар аккумулятордың тез бұзылуына ықпал етеді.
5.4 Ұшу стилі (жылдамдық, маневрлер)
Тез үдеу, сүйір бұрышпен бұрылу және жиі көтерілу мен төмендеу сияқты ынталы ұшу стилі тегіс, тұрақты жылдамдықпен ұшқанға қарағанда көбірек энергия тұтынады. Ұшу траекторияларын оптималдау және орташа жылдамдықты сақтау ұшу уақытын тиімді түрде арттыруға мүмкіндік береді.
5.5 Батареяның денсаулығы мен қозғалтқыш жүйесінің пайдалы әрекет коэффициенті
Батареялар ескірген сайын олардың ішкі кедергісі артады және қол жетімді сыйымдылығы азаяды. Қозғалтқыштың пайдалы әрекет коэффициенті, электрондық жылдамдық реттегіштің (ESC) сапасы және желдеткіштің құрылымы да жалпы энергия тиімділігіне үлкен әсер етеді.
6. Дронның ұшу уақытын қалай есептеуге болады?
6.1 Сыйымдылық - Токты есептеу формуласы (T = C / I)
Ұшу уақытын бағалау үшін қарапайым формула:
Ұшу уақыты (сағат) = Батарея сыйымдылығы (ампер-сағат, Ah) ÷ Орташа ток тұтыну (ампер, A)
Мысал: Дрон 20 ампер-сағат (Ah) батареяны пайдаланады және орташа ток тұтынуы 25 ампер (A) құрайды. Бағаланған ұшу уақыты 0,8 сағат (шамамен 48 минут).
6.2 Нақты экологиялық айнымалылар
Жоғарыда келтірілген есептеу тек шамалы ба. Нақты ұшу уақыты токтың тербелістеріне, кернеудің төмендеуіне, қоршаған орта жағдайларына және аккумулятордың ескіруіне байланысты өзгереді және теориялық бағалауға қарағанда әдетте 10-20% төмен болады.
7. Қай дрон қолданыстары ең ұзақ ұшу уақытын талап етеді?
7.1 Түсіру және картографиялау
Ұзақ ұшу уақыты үлкен аймақтарды түсіру кезінде ұшып көтерілулер мен қонулар санын азайтады және деректердің үздіксіздігін жақсартады.
7.2 Ауыл шаруашылығы
Дәл ауыл шаруашылығында ұзақ ұшу уақыты дрондарға егіндерді бақылау, шайқау және талдау үшін көбірек егістік жерді тиімді жабуға мүмкіндік береді.
7.3 Іздеу және құтқару
Іздеу және құтқару миссияларында ұзақ ұшу уақыты өте маңызды; ұшу ұзақтығы мен жабылатын аймақ тікелей құтқару тиімділігіне әсер етеді.
7.4 Қоршаған ортаны бақылау
Жануарларды бақылау, ластануды анықтау және экологиялық зерттеу сияқты тапсырмалар үшін үздіксіз бірнеше сағат ұшу қажет болады.
7.5 Инфрақұрылымды тексеру
Ұзақ ұшуға шыдайтын дрондарды қолданып электр желілерін, құбырларды және көлік инфрақұрылымын тексеру әлдеқайда сапалы тиімділік береді.
7.6 Логистика/Жеткізу
Жеткізу дрондары үшін ұзақ ұшу уақыты үлкен жеткізу аймағын, жоғары жүккөтергіштікті және аккумуляторды сирек ауыстыруды білдіреді, бұл барлығы жұмыс тиімділігін арттырады.
Қорытынды
Аккумулятор технологиясы заманауи дрондардың өнімділігі мен практикалық қолданылуында шешуші рөл атқарады. Әртүрлі аккумулятор химиялары арасындағы айырмашылықтарды, ұшу уақытына әсер ететін факторларды және «ең ұзақ ұшу уақыты» деген ұғымның нақты мағынасын түсіну дрондарды жобалаушылар мен пайдаланушыларға дұрыс шешім қабылдауға көмектеседі.
Әлбетте, литий полимерлі аккумуляторлар қуатты қолданыстар үшін негізгі таңдау болып табылса да, литий-ионды аккумуляторлар мен жаңадан пайда болып жатқан қатты денелі аккумулятор технологиялары шыдамдылық шектерін үнемі кеңейтуде. Аккумулятор технологиясының дамуына байланысты дрондар әрқашан кеңейіп отыратын әртүрлі салаларда ұзағырақ, қауіпсіз және тиімді тапсырмалар орындай алатын болады.
Сипаттама： Ең ұзақ аккумулятор қуаты көп роторлы дрондарға қарағанда тұрақты қанатты және гибридті VTOL дрондарда кездеседі. Ұзақ ұшуға арналған тұрақты қанатты БАҰ сияқты өнеркәсіптік платформалар бірнеше сағат бойы ұша алады, ал рекордтық классқа жататын гибридті дрондар 10 сағатқа дейін ұшуы мүмкін. Тұтыну дрондары әдетте бір аккумуляторға бір сағаттан кем уақытқа шектеледі.
EN
