1. Gambaran Keseluruhan tentang Drone, Kepentingan Bateri, dan Skop Artikel Ini
Drone telah berkembang dengan pesat daripada produk elektronik pengguna yang khusus kepada alat penting dalam pelbagai industri, termasuk fotografi, pertanian, pengukuran, pemeriksaan infrastruktur, keselamatan awam, dan logistik. Seiring dengan peningkatan keupayaan platform drone dan keperluan misi yang semakin meningkat, jangkaan terhadap ketahanan penerbangan turut meningkat. Sama ada drone direka untuk perlumbaan FPV berkelajuan tinggi atau untuk misi pengimejan selama beberapa jam, prestasi keseluruhannya pada asasnya terhad oleh satu komponen utama: bateri.
Bateri menentukan masa penerbangan drone, kapasiti muatan, had kelicinan pergerakan, dan kebolehpercayaan dalam menyelesaikan misi. Pemilihan bateri memberi kesan bukan sahaja kepada tempoh penerbangan tetapi juga kepada keselamatan operasi, kos kitaran hayat, dan keperluan penyelenggaraan.
Artikel ini memberikan gambaran sistematik mengenai teknologi bateri dron, menerangkan definisi bateri dron, sistem kimia biasa, maksud sebenar "masa penerbangan terpanjang" dalam konteks dron, jangka hayat sebenar bateri dron, dan faktor utama yang mempengaruhi masa penerbangan. Artikel ini juga memperkenalkan kaedah mudah untuk mengira masa penerbangan serta membincangkan aplikasi dron yang mempunyai keperluan ketahanan sangat tinggi.
2. Apakah Bateri Dron?
2.1 Definisi dan Fungsi
Bateri dron adalah peranti penyimpan tenaga boleh cas semula yang direka khas untuk memberi kuasa kepada semua sistem elektronik di atas dron. Sistem-sistem ini biasanya termasuk motor pendorong, pengawal kelajuan elektronik (ESCs), pengawal penerbangan, modul navigasi seperti GPS, pautan komunikasi, dan beban misi seperti kamera, sensor LiDAR, atau peralatan ukur.
Tidak seperti bateri yang digunakan dalam telefon pintar atau komputer riba, bateri dron mesti memenuhi dua keperluan ketat secara serentak: pertama, menyimpan tenaga yang mencukupi untuk memastikan tempoh penerbangan yang bermakna; dan kedua, mampu memberikan arus tinggi serta-merta dan berulang kali, terutamanya semasa lepas landas, menaik, pecutan pantas, dan manuver kecemasan. Kedua-dua tuntutan ini iaitu ketumpatan tenaga tinggi dan output kuasa tinggi menjadikan rekabentuk bateri dron sangat mencabar.
2.2 Sistem Kimia Lazim (Litium Polimer, Litium Ion) dan Senario Aplikasi
Bateri Litium Polimer (Li-Po)
Bateri litium polimer menggunakan elektrolit polimer atau seakan-gelek, dibungkus dalam kulit pek lembut. Reka bentuk struktur ini memberikannya ciri-ciri ringan dan pelbagai bentuk, menjadikannya sangat menarik untuk dron yang mempunyai keperluan berat dan saiz yang ketat.
Bateri polimer litium dikenali dengan kadar nyahcas ultra-tinggi, biasanya berkisar antara 25C hingga lebih daripada 100C, yang bermaksud ia boleh mengeluarkan arus tinggi berbanding kapasitinya. Ciri ini menjadikannya sesuai untuk dron yang memerlukan kuasa serta-merta yang kuat dan sambutan pendikit yang pantas.
Aplikasi tipikal termasuk: dron perlumbaan FPV, dron gaya bebas, dan platform pelbagai pusingan yang membawa beban berat dan memerlukan kuasa ledakan tinggi.
Bateri ion litium (Li-ion)
Bateri ion litium biasanya menggunakan sel silinder atau prisma dengan bekas logam tegar. Reka bentuknya memberi keutamaan kepada ketumpatan tenaga yang lebih tinggi dan jangka hayat yang lebih panjang, bukan output arus yang melampau.
Berbanding bateri polimer litium, bateri ion litium umumnya menawarkan masa penerbangan yang lebih panjang setiap casan dan jangka hayat kitaran yang lebih baik, tetapi mempunyai kadar nyahcas maksimum yang lebih rendah. Oleh itu, ia paling sesuai untuk aplikasi dengan penggunaan kuasa yang stabil berbanding manuver agresif.
Bateri litium-ion biasanya terdapat dalam: dron FPV jarak jauh, dron bersayap tetap, dan platform dron di mana ketahanan adalah keperluan utama.
3. Apakah bateri dron yang paling tahan lama?
3.1 Dua maksud bagi "paling tahan lama"
Frasa "bateri dron paling tahan lama" mempunyai dua tafsiran berbeza, dan perbezaan antara keduanya adalah penting:
Masa penerbangan tunggal
Dalam satu konteks, "paling tahan lama" merujuk kepada tempoh masa yang boleh dihabiskan oleh dron di udara dengan satu casan penuh. Ini terutamanya bergantung kepada kapasiti simpanan tenaga keseluruhan bateri dan kecekapan tenaga dron tersebut. Ketumpatan tenaga yang lebih tinggi (dalam watt-jam per kilogram Wh/kg) biasanya menghasilkan masa penerbangan yang lebih panjang.
Dalam dimensi ini, bateri litium-ion dan bateri kimia baharu berketumpatan tenaga tinggi biasanya memberi prestasi yang lebih baik berbanding bateri litium polimer kadar pelepasan tinggi.
Kehidupan Siklus
Dalam erti kata lain, "tahan lama" merujuk kepada jangka hayat keseluruhan bateri itu sendiri, yang diukur dalam kitaran cas-nyahcas. Bateri dengan jangka hayat kitaran yang lebih panjang boleh dicas dan digunakan lebih banyak kali sebelum berlakunya penurunan kapasiti yang ketara.
Bateri lithium-ion secara amnya mempunyai jangka hayat kitaran yang lebih panjang berbanding bateri lithium polimer, terutamanya apabila digunakan di bawah keadaan beban sederhana. 3.2 Julat Kapasiti Tinggi Tipikal (10,000–30,000 mAh)
Drone profesional dan perindustrian biasanya bergantung kepada pek bateri berkapasiti tinggi untuk masa penerbangan yang lebih panjang. Julat kapasiti yang biasa termasuk:
Drone profesional kompak: 10,000-12,000 milliampere-jam (mAh)
Drone untuk penyukatan dan pertanian: 16,000-22,000 milliampere-jam (mAh)
Platform berat atau tahan lama: 28,000-30,000 milliampere-jam (mAh) atau lebih tinggi
Walaupun kapasiti yang lebih tinggi bermakna lebih banyak tenaga disimpan, ia juga meningkatkan berat, yang boleh mengurangkan kecekapan dron. Oleh itu, mencari keseimbangan optimum antara kapasiti dan berat adalah penting untuk memaksimumkan masa penerbangan.
3.3 Sistem Kimia Baharu (Bateri Nikel Mangan Kobalt Pepejal, dll.)
Untuk mengatasi kekangan bateri litium polimer dan litium-ion tradisional, teknologi bateri baharu sentiasa dibangunkan. Bateri litium separa pepejal dan pepejal bertujuan untuk meningkatkan ketumpatan tenaga, kestabilan haba, dan keselamatan.
Sebagai contoh, bateri nikel mangan kobalt (NMC) pepejal menggunakan bahan pepejal atau separa pepejal untuk menggantikan sebahagian besar elektrolit cecair. Bateri ini menunjukkan potensi yang besar dari segi ketahanan lama dan keselamatan, terutamanya untuk operasi dron industri bernilai tinggi, walaupun pada masa ini masih menghadapi cabaran dari segi kos dan pengeluaran beramai-ramai.
4. Berapa Lamakah Bateri Dron Sebenarnya Tahan?
4.1 Julat Masa Penerbangan (Pengguna, Profesional, Perindustrian)
Masa penerbangan berbeza secara ketara bergantung kepada jenis dan reka bentuk dron:
Dron pengguna: Biasanya terbang selama 20-40 minit
Dron fotografi udara profesional dan perusahaan: Biasanya mencapai 40-55 minit
Dron sayap tetap perindustrian: Boleh terbang selama 1-3 jam
Dron lepas landas dan pendaratan menegak hibrid (VTOL) dan dron tahan lama khusus: Boleh kekal di udara selama beberapa jam
Data di atas adalah berdasarkan keadaan unggul dan keadaan bateri yang sihat. Masa penerbangan sebenar dipengaruhi secara ketara oleh faktor luaran seperti angin, suhu, dan muatan. 4.2 Perbandingan Hayat Kitaran Antara Bateri Litium Polimer dan Litium-Ion
Hayat bateri biasanya diukur dalam kitaran, di mana satu kitaran merujuk kepada pelepasan cas penuh diikuti dengan pengecasan semula penuh:
Bateri Litium Polimer: Biasanya mempunyai jangka hayat 150-300 kitaran; pelepasan arus tinggi yang kerap akan mempercepatkan kerosakan.
Bateri Litium-Ion: Di bawah beban sederhana, jangka hayat biasanya adalah 300-600 kitaran atau lebih.
Jangka hayat kitaran bagi kedua-dua kimia bateri ini akan dipendekkan secara ketara oleh penerbangan agresif, nyahcas sepenuhnya, dan persekitaran suhu tinggi.
4.3 Amalan Terbaik untuk Pengurusan Bateri
Untuk memaksimumkan jangka hayat dan prestasi bateri, pengguna harus mengikuti amalan terbaik berikut:
● Elakkan pengecasan melebihi had voltan yang disyorkan.
● Elakkan nyahcas di bawah ambang selamat.
● Kekalkan bateri dalam keadaan sebahagian dicas apabila tidak digunakan untuk tempoh yang panjang.
● Biarkan bateri menyejuk ke suhu bilik sebelum pengecasan.
● Gunakan pengecas khusus untuk pengecasan seimbang pakej bateri berbilang sel.
pengurusan bateri yang betul bukan sahaja memanjangkan jangka hayat tetapi juga meningkatkan keselamatan.
5. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Masa Penerbangan Drone
5.1 Kapasiti Bateri
Kapasiti bateri menentukan jumlah tenaga yang tersedia untuk penerbangan, tetapi peningkatan kapasiti juga meningkatkan berat, yang boleh mengurangkan kecekapan. Mencari keseimbangan optimum antara kedua-duanya adalah kunci untuk memaksimumkan masa penerbangan.
5.2 Berat Pesawat/Muatan
Pesawat dan muatan yang lebih berat memerlukan daya dorong yang lebih besar, maka meningkatkan penggunaan kuasa. Bahan-bahan ringan, pemilihan motor yang cekap, dan pengoptimuman rekabentuk aerodinamik semua menyumbang kepada perpanjangan masa penerbangan.
5.3 Keadaan Persekitaran
Faktor persekitaran seperti angin, ketumpatan udara, altitud, dan suhu secara langsung mempengaruhi keperluan kuasa. Suhu rendah mengurangkan prestasi bateri, manakala suhu tinggi mempercepatkan kerosakan bateri.
5.4 Gaya Penerbangan (Kelajuan, Maneuver)
Gaya penerbangan agresif seperti pecutan pantas, pusingan tajam, dan kenaikan serta penurunan kerap menggunakan lebih banyak tenaga berbanding penerbangan pada kelajuan yang licin dan tetap. Mengoptimumkan laluan penerbangan dan mengekalkan kelajuan sederhana boleh meningkatkan masa penerbangan secara berkesan.
5.5 Kesihatan Bateri dan Kecekapan Sistem Penggerak
Apabila bateri semakin tua, rintangan dalaman mereka meningkat dan kapasiti yang tersedia berkurang. Kecekapan motor, kualiti pengawal kelajuan elektronik (ESC), dan rekabentuk bilah turut memberi kesan besar terhadap kecekapan tenaga keseluruhan.
6. Bagaimanakah Cara Mengira Masa Penerbangan Drone?
6.1 Formula Pengiraan Kapasiti - Arus (T = C / I)
Formula mudah untuk menganggar masa penerbangan adalah:
Masa Penerbangan (jam) = Kapasiti Bateri (amp-jam, Ah) ÷ Penggunaan Arus Purata (ampere, A)
Contoh: Sebuah drone menggunakan bateri 20 amp-jam (Ah) dan mempunyai penggunaan arus purata 25 ampere (A). Anggaran masa penerbangan adalah 0.8 jam (sekitar 48 minit).
6.2 Pemboleh Ubah Persekitaran Sebenar
Pengiraan di atas hanyalah anggaran. Masa penerbangan sebenar dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti perubahan arus, penurunan voltan, keadaan persekitaran, dan penuaan bateri, dan biasanya 10-20% lebih rendah daripada anggaran teori.
7. Aplikasi Drone Manakah yang Memerlukan Masa Penerbangan Paling Panjang?
7.1 Ukur dan Pemetaan
Tugasan pengukuran kawasan besar mendapat manfaat besar daripada masa penerbangan yang panjang, mengurangkan bilangan lepas landas dan pendaratan serta meningkatkan kesinambungan data.
7.2 Pertanian
Dalam pertanian tepat, masa penerbangan yang lebih panjang membolehkan drone meliputi kawasan pertanian yang lebih luas secara cekap untuk pemantauan tanaman, penyemburan dan analisis.
7.3 Carian dan Penyelamatan
Masa penerbangan yang panjang adalah penting dalam misi carian dan penyelamatan; tempoh dan liputan penerbangan secara langsung mempengaruhi keberkesanan operasi penyelamatan.
7.4 Pemantauan Persekitaran
Tugasan seperti penjejakan hidupan liar, pengesanan pencemaran, dan penyelidikan ekologi kerap memerlukan beberapa jam sokongan penerbangan berterusan.
7.5 Pemeriksaan Infrastruktur
Pemeriksaan talian kuasa, paip, dan infrastruktur pengangkutan menggunakan dron berketahanan panjang meningkatkan kecekapan secara ketara.
7.6 Logistik/Penghantaran
Bagi dron penghantaran, masa penerbangan yang lebih panjang bermakna jejari penghantaran yang lebih besar, kapasiti muatan yang lebih tinggi, dan kurang pertukaran bateri, yang kesemuanya meningkatkan kecekapan operasi.
Kesimpulan
Teknologi bateri memainkan peranan menentukan dalam prestasi dan kepraktisan dron moden. Memahami perbezaan antara kimia bateri yang berbeza, faktor-faktor yang mempengaruhi masa penerbangan, dan maksud sebenar "masa penerbangan terpanjang" membantu pereka dan pengguna dron membuat keputusan yang lebih baik.
Walaupun bateri litium polimer kekal menjadi pilihan utama untuk aplikasi berkuasa tinggi, bateri litium-ion dan teknologi bateri pepejal yang baharu muncul sentiasa mendorong had ketahanan. Dengan kemajuan dalam teknologi bateri, dron akan dapat melakukan tugas yang lebih lama, lebih selamat, dan lebih cekap dalam pelbagai industri yang semakin meluas.
Perihalan： Ketahanan bateri terpanjang terdapat pada dron bersayap tetap dan hibrid VTOL berbanding dron berbilang rotor. Platform industri seperti UAV bersayap tetap berketahanan panjang boleh terbang selama beberapa jam, manakala dron hibrid kelas rekod mencecah sehingga 10 jam. Dron pengguna biasanya terhad kepada kurang daripada satu jam setiap bateri.
EN
