Како да батерија дрона траје дуже

Трајање батерије дрона је један од најважнијих фактора који утичу на перформансе лета, оперативне трошкове и општо искуство корисника. Било да летите компактним потрошачким дроном за фотографисање, управљате професионалном флотом ваздушне инспекције или развијате платформу за тешке ДНВ, дужи трајање батерије значи више продуктивног времена у ваздуху и мање прекида на земљи.

Међутим, "живот батерије" може значити две различите ствари. То се може односити на то колико минута дрон може да лети на једном пуњењу, или може значити колико пута се батерија може напунити пре него што се њен капацитет и перформансе значајно смање. Да би се побољшало оба, потребно је више од једноставног инсталирања веће батерије. Хемијска структура батерије, дизајн паковања, квалитет ћелије, тежина авиона, време, навике пуњења и стил лета - све је важно.

Овај чланак објашњава како се мери трајање батерије дрона, колико времена лета треба очекивати, шта утиче на перформансе у стварном свету и како ћелије високе густине као што су 21700 литијум-јонских ћелија могу помоћи у продужењу времена лета и дуготрајности батерије.

Два начина мерења трајања батерије дрона

Када се говори о батеријама дронова, корисно је одвојити време лета по пуњењу од живота циклуса пуњења. Они су повезани, али мере различите аспекте перформанси батерије.

Времена лета по наплати

Време лета по пуњењу је број на који се већина оператера дронова фокусира прво. Она мери колико дуго авион може да остане у ваздуху пре него што батерија достигне праг безбедног слетања.

За дрон који користи камеру, то може значити разлику између снимања целе сцене у једном лету или потребе за слетањем на пола пута. За индустријски дрон, додатни минути могу значити покривање више терена по излазу, инспекцију већег дела инфраструктуре или смањење броја замене батерија потребних током радног дана.

Произвођачи често оглашавају максимално време лета у контролисаним условима: без ветра, идеална температура, минималан користан оптерећење, стабилан лет и нова батерија. Резултати у стварном свету су обично нижи јер пилоти имају са собом ветар, маневрирање, захтеве за корисним оптерећењем, промене температуре и старење батерије.

Типично време лета у стварном свету укључује:

Потребни дронови: око 20 до 40 минута практичне употребе.

Водећи модели потрошача и просумера: око 34 до 51 минута под повољним условима.

Професионалне мултироторске платформе: око 40 до 50 минута, у зависности од корисног оптерећења и услова рада.

БЛА са фиксним крилима: до два сата или више, јер је летење напред генерално енергетски ефикасније од летања.

Дрони са више ротора троше значајну снагу јер њихови мотори морају стално генерисати довољно погон да би подржали пуну тежину авиона. У поређењу са тим, дронови са фиксним крилима користе подизај који стварају њихова крила када се крећу напред, што може значајно смањити потребу за енергијом током крстарећег лета.

Животни период циклуса пуњења

Животни век циклуса пуњења мери колико цикла пуњења батерија може да заврши пре него што њен користан капацитет падне испод прихватљивог нивоа. Батерија не престаје да ради изненада након одређеног броја циклуса. Уместо тога, постепено губи капацитет, развија већи унутрашњи отпор, доживљава више слабење напона под оптерећењем и може постати мање поуздана у хладном времену или у летовима са високом потражњом.

За операторе дронова, живот циклуса утиче и на безбедност и на трошкове. Пакет са дужим трајањем употребе захтева мање замењења и може одржавати доследније летачке перформансе током времена. Ово је посебно важно за комерцијалне флоте, где се редовно могу користити десетине или стотине батеријских пакова.

Цикл не значи увек пуњење од 0% до 100%. На пример, коришћење 50% капацитета батерије једног дана и још 50% следећег дана приближно је еквивалентно једном пуном циклусу. У пракси, циклуси плитких пуњења и пуњења су често мање стресни од понављаних циклуса пуне дубине.

Стога је циљ двоструки:

Максимизујте број безбедних, корисних минута лета од сваког пуњења.

Очувајте капацитет батерије и снагу током што више циклуса.

Процена времена летења дрона

Једноставан начин за процену теоријског времена лета дрона је:

На пример, ако дрон користи батерију од 5.000 mAh и у лету у просеку троши 10.000 mA, или 10 A:

Овај прорачуна је користан за ране процене дизајна, али не би требало да се третира као гарантовано време лета у стварном свету. Тренутна привлачност дрона није константна. Покретање, пењање, борба против ветра, летање, брзо убрзавање, носити корисне оптерећења и слетање могу све изазвати промене у потрази за енергијом.

Поред тога, наведени капацитет батерије се обично мери под дефинисаним условима испитивања. Када се пакет испушта на високом струју, његова корисна капацитета може бити нижа од номиналне номинале. То се дешава због пада напона и унутрашњег отпора. Ако се напон превише брзо смањи под оптерећењем, дрон може раније да достигне свој предел ниског напона, чак и ако се нека енергија задржава у ћелијама.

За практичнију процену, дизајнери и пилоти треба да учествују у:

Резервни капацитет потребан за безбедно слетање.

Повећана струја током агресивног лета.

Смањена перформанса на ниским температурама.

Батерија се стареје током вишекратних циклуса.

Тежина и отпор.

Услови ветра и висина.

Губици напона узроковани жицама, коннекторима и системом за управљање батеријом.

Конзервативни оперативни план је вреднији од тркања за максималним теоријским бројем. За већину примена, слетање са одговарајућом резервом за безбедност је боље него покушај да се батерија исцрпи до апсолутног граница.

Зашто је бирање ћелија важно

Одличне ћелије унутар батерије одређују велики део њене ефикасности. Само капацитет није довољан. Клетка такође мора да достави довољно струје, да остане стабилна под оптерећењем, да ефикасно управља топлотом и да задржава користан капацитет кроз понављане циклусе пуњења.

Два широко коришћена цилиндрична литијум-јонска ћелија за дронове су 21700 и 18650 ћелија.

21700 ћелија

21700 ћелија је већа од традиционалне 18650 ћелије, што јој даје потенцијал да складишти више енергије по ћелији. У апликацијама дронова, ово може подржати високу густину енергије док смањује број ћелија, веза и губитака међусобног повезивања потребних у батеријском паку.

Висококвалитетне ћелије 21700 често се бирају за апликације које захтевају равнотежу енергетског капацитета и излазне снаге. Њихове предности могу укључивати:

Виши капацитет по ћелији, омогућавајући више укупне енергије у компактном паку.

Силна испорука снаге за захтевне услове полетања, пењања и маневрирања.

Нижи напон се спушта када се комбинује са правилном хемијом ћелија и дизајном паковања.

Брже пуњење у ћелијама дизајнираним за веће брзине пуњења.

Побољшана густина енергије, која може помоћи у смањењу масе батерије за одређену количину енергије.

За апликације дронова, нижа напона је посебно вредна. Батерија која под натером ефикасно одржава напон може стабилније да снабдева моторе и електронску опрему за летење. То може да подржи конзистентнији погон, побољшани одговор контроле и више корисног времена лета пре него што авион достигне праг ниског напона.

18650 ћелија

Формат ћелија 18650 има дугу историју у апликацијама на батерије. Остаје практична опција за многе дронове и системе БЛА, посебно када су приоритетне доказане перформансе, топлотно понашање и дуг живот циклуса.

Квалитет 18650 ћелија може понудити:

Поуздане карактеристике цикла живота.

Добра топлотна перформанса када је правилно интегрисана.

Широка доступност у различитим опсеговима капацитета и стопе испуштања.

Добро успостављени ланци снабдевања и екосистема дизајна паковања.

Упорна перформанса за апликације дронова умерене снаге.

Избор између 21700 и 18650 ћелија не би требало да се врши само на основу величине. Најбоља опција зависи од захтјева напона дрона, тражења пик струје, корисног оптерећења, издржљивости циља, топлотне конструкције, методе пуњења и безбедносних захтева.

Леки летелица за фотографију може да даје приоритет густини енергије и компактном паковању. Тешко-подизајни мултиротор може захтевати ћелије са високом способностма континуираног пуштања. Флот који се користи у топлом или хладном окружењу може додатно нагласити топлотну стабилност и конзистенцију напона.

Капацитет батерије и дизајн паковања

Перформансе батерије дрона зависе од целог пакета, а не само од појединачних ћелија. Инжењери морају да уравнотеже капацитет, напон, брзину пуштања, тежину, хлађење, жице и заштитну електронику.

Капацитет у односу на тежину

Виши капацитет батерије обично значи више складиштене енергије, али такође има тенденцију да повећа тежину пакета. То ствара конструктивну компромису: тежа батерија може пружити више енергије, али дрон треба више снаге да би га подигао.

Циљ није само да се инсталира највећа могућа паковања. То је да се постигне најбоља равнотежа енергије и тежине за авион. Батерија са високом вредношћу ват-часових на килограм може обезбедити више употребљиве енергије без налагања прекомерне казне за тежину.

У пракси, најбоља батерија је често та која пружа довољно енергије и снаге, док тежина авиона за полетање остаје у његовом ефикасном опсегу рада.

Напречење и распоред ћелија

Такође је важно како су ћелије повезане. ћелије у серији повећавају напон пакета, док ћелије паралелно повећавају укупни капацитет и струјни капацитет.

Повишана напона може смањити струју за одређени ниво снаге. Пошто се електрични губици повећавају са струјом, виши напон може побољшати ефикасност у жици и енергетском систему када су мотори, електронски контролери брзине и друге компоненте дизајнирани за то.

На пример, дрон који захтева 1.000 вата енергије извлачи око 45,5 А из 22-волтне батерије, али само око 22,7 А из 44 В батерије. Стварни дизајн система је сложенији од овог примера, али принцип остаје важан: повећање напона може смањити потражњу струје и повезане губитке топлоте.

С-капацитет и способност испуштања

C-rate описује колико брзо батерија може бити напуњена или испуштена у односу на њен капацитет. 5 Ах ћелија испуштена на 5Ц може теоретски снабдевати 25 А.

Дрони често захтевају кратке експлозије велике снаге током полетања, брзог убрзавања, пењања, кочење или компензације ветра. Батеријски пакет мора бити у стању да се носи са овим захтевима без прекомерне топлоте или пада напона.

Батерија која је превише мала или нема довољно капацитета за пуњење може имати:

Приметно падање напона.

Смањен трак током захтевних маневра.

Прерано упозорење на ниску батерију.

Повишена температура ћелије.

Брже се деградира током времена.

Већи ризик за безбедност ако се користи изван својих спецификација.

Висока густина енергије је важна, али мора бити у паре са малим унутрашњим отпорством и одговарајућим струјним капацитетом. Идеални пакет пружа стабилан напон и адекватну струју без додавања непотребне тежине.

Авионски корпус, корисни товар и тежина

Живот батерије је нераздељив од ефикасности авиона. Чак ни напредна батерија не може у потпуности да компензује неефикасан фрејдер или непотребно тежак товар.

Сваки додатни грам захтева више погон од мотора. Виши погон значи већи привлачење струје, што смањује време лета и повећава притисак на батерију. Овај ефекат је посебно изражен за мултироторне дронове, где се сав подвиг производи погонским системом.

Смањење непотребне тежине

Један од најефикаснијих начина да се повећа време лета је да се смањи непотребна маса. Потенцијална подручја за оптимизацију укључују:

Материјали за лакше фрејм-а, ако то дозвољавају структурни захтеви.

Ефикасни мотори и пропелери одговарајуће величине.

Компактна полетна опрема и опрема за монтажу.

Смањена дужина кабела и електричне везе са мањим отпорним капацитетом.

Рационализована интеграција корисног оптоварења.

Уклањање непотребних или незаслужних додатака.

Сама батерија је често најтежа компонента у дрону. Упоређивање енергетске густине батерије може имати велики утицај. Клетка са већом густином може омогућити исти капацитет енергије са мањом тежином, или више енергије са сличном тежином.

У великим платформима БЛА и конфигурацијама за тешке корисне оптерећења, мало процентно побољшање масе батерије или употребљиве енергије може произвести значајне оперативне добитке. Бољи избор ћелија може помоћи дрону да ефикасно носи опрему, одржава стабилан напон под оптерећењем и завршава мисију са већим резервом енергије.

Планирање корисне оптерећења

Корисно оптерећење треба третирати као део буџета за енергију. Камере, топлотни сензори, ЛиДАР јединице, гимбали, пакети за испоруку, комуникацијска опрема и заштитна кутија, све то утичу на време лета.

Пре мисије, оператери треба да размотри не само тежину корисног оптерећења, већ и његов аеродинамички утицај. Огроман или лоше постављен полезни товар може повећати отпор, посебно на фиксним крилима и хибридним ВТОЛ дроновима. Такође може променити центар гравитације, приморавајући контролера летења и моторе да раде више да би одржали стабилност.

Добро интегрисан товар очува ефикасност. Ако је једна летења лоше интегрисана, може да смањи време лета чак и ако је њена тежина релативно скромна.

Окружење и стил лета

Батерија дрона може да се веома другачије одвија у тихом тесту у затвореном простору у поређењу са хладном, ветровитом ванземном мисијом. Услови животне средине и понашање пилота имају директен утицај на потрошњу енергије.

Температура

Литијум-јонске батерије најбоље функционишу у умереном температурном опсегу. Хладни услови успоравају електрохемијске реакције и повећавају унутрашњи отпор. Као резултат тога, батерија може показати мањи користан капацитет, већи пад напона и слабије перформансе високе струје на ниским температурама.

Топла клима ствара различите изазове. Високе температуре могу убрзати деградацију батерије и повећати ризик од топлотног стреса, посебно током пуњења или пуњења велике снаге. Батерије треба дозволити да се хладе након лета пре него што се напуне, посебно након напорног рада.

Ветр и надморска висина

Ветар повећава потребу за енергијом јер дрон мора да ради више да би одржао положај или брзину на земљи. Напротивни ветар је посебно скуп за авионе са фиксним крилима и мултироторе који се крећу напред. У условима са јаким ваздухом такође се често може прилагођавати брзина мотора, што повећава просечну струју.

Вишина може утицати и на перформансе. Трњи ваздух може захтевати да се виткови окрећу брже или да мотори раде више да би добили исти погон. То може повећати потрошњу енергије и смањити доступно време лета.

Повукање у односу на крстарење

Летање је енергетски интензивно за мултироторне дронове јер мотори континуирано производе подизање без добијања аеродинамичке помоћи од кретања напред. Једноставни летење напред понекад може бити ефикасније, у зависности од конструкције и брзине авиона.

Агресивни маневри, брзо убрзавање, брз лет, понављање пењања и изненадне промене правца све то повећава тренутну потребу. Они могу да смање време лета и повећају грејање батерије.

За дужи издржљив период, летите непрекидно кад год мисија то дозвољава:

Избегавајте непотребно брзо убрзавање и јако кочење.

Употребите ефикасне брзина крстарења уместо максималне брзине летења.

Минимизирајте дуготрајно вишење на високој снази.

Планирајте маршруте како бисте избегли понављање пењања и окретања.

Приземљајте се са сигурношћу, уместо да гурите паку до своје границе.

Како продужити трајање батерије дрона

Продужавање трајања батерије захтева комбинацију изборних апаратних уређаја и свакодневних оперативних пракси. Најпоузданији резултати долазе од третирања батерије као критичне компоненте летења, а не као додатног уређаја за једнократну употребу.

Смањите тежину и повећајте густину енергије

Смањење тежине авиона је један од најдиректнијих начина да се смањи привлачење струје. Користите лаге материјале, ефикасне моторе, оптимизоване витље и само корисни оптерећење потребно за мисију.

Тешкост енергије батерије је такође важна. 21700 ћелија високе густине може дизајнерима помоћи да у одређену тежину и запремину спакују више енергије. У апликацијама у којима се раствор батерије приближава око 260 Втх/кг на нивоу ћелије, потенцијална предност издржљивости може бити значајна, иако ће густина енергије на нивоу пакета бити мања када се укључе жица, кућишта, заштитна кола, топлотни материјали и структурне компоненте.

Разумно пуњење

Обичеви пуњења имају велики утицај на дугорочно здравље батерије. Увек користите пуњач дизајниран за хемију батерије и конфигурацију паковања. Ако батерија укључује систем управљања, користите компатибилну опрему за пуњење и пратите границе струје и напона произвођача.

Избегавајте пуњење одмах након топлог летења. Прво пуни паковање. Исто тако, не напуните батерију која је била изложена хладним температурама док се не врати у сигурно опсег рада.

Плитки циклуси могу помоћи да се дугорочни капацитет сачува. Постојан исцрпљање батерије до скоро празног и пуњење на максимални капацитет чини литијум-јонске ћелије више притиска него рад у умереном опсегу наплате. За свакодневну употребу, често је корисно избегавати непотребно дубоко испуштање. Пуна пуњење може бити и даље прикладно пре мисије када је потребна максимална издржљивост, али складиштење батерије на 100% за дуге периоде генерално није идеално.

Избегавајте дубоко испуштање

Дубоко испуштање може оштетити здравље батерије и створити забринутост за безбедност. Дрон не би требало да се лете док се батерија не потпуно исцрпи. Напетост може брзо пасти под оптерећењем близу краја циклуса пуштања, посебно у хладним условима или са старим паком.

Поставите разумна упозорења на низак ниво батерије и прагове за повратак кући. Ови подешавања треба да учествују у ветру, удаљености од лансирања, натовару, температури и могућности да ће дрону требати додатна енергија да се безбедно врати.

Батерија са ниским напоном у миру може се мало опоравити када се одузме товар, али то не значи да је безбедно наставити летење. Рекуперација напона може бити заведућа; паковање може и даље бити близу своје практичног ограничења пуштања.

Задржи за дуговечност

Дуготрајно складиштење је један од најпревиђенијих делова бриге о батерији. Батерије треба углавном чувати у стању делимичног пуњења, а не потпуно напуњене или скоро празне.

Практичан циљ складиштења је око 40% до 80% наплате, у зависности од врсте батерије и упутства произвођача. Паковање чувајте у хладном, сувом, стабилном окружењу, далеко од директне сунчеве светлости, влаге, запаљивих материјала и екстремних температура.

Не остављајте батерије у возилима, гаражима или на отвореном где може да се температуре брзо повећају или смање. Не чувајте батерије на температури од само полазнице и не остављајте их пуним на дуги временски период осим ако то произвођач посебно не препоручује.

Пре него што користите складиштене батерије, проверите да ли су отечене, оштећене, корозиране, да ли су их повезивачи лаби, да ли имају необичан мирис или да ли су необично загревене. Повређене пакотине не треба превозити ни наплаћивати.

Проширење времена лета са Тцбест батеријским ћелијама

За произвођаче дронова и дизајнере батеријских паковања, избор ћелија је стратешка одлука о перформанси. Портфолио батерија Tcbest наглашава карактеристике које су посебно релевантне за апликације БЛА: високу густину енергије, стабилну испоруку напона, топлотно понашање, потенцијал брзе пуњења и издржљивост цикла живота.

Високопроизводна инр 21700 ћелија дизајнирана око капацитета од 5,0 Ах, способности брзе пуњења 5Ц и капацитета пуњења више од 10Ц може пружити снажну основу за захтевне системе батерија дронова. Тачна перформанси пакова ће зависити од конфигурације ћелије, дизајна управљања батеријом, хлађења, конектора, жица, тежине авиона и профила мисије, али ове карактеристике на нивоу ћелије решавају неколико главних изазова са којима се суочавају оператери дроно.

Стабилна снага под оптерећењем

Током полетања, пењања и рада у јаком ветру, дронови требају брзо испоручивање енергије. Клеће са ниским напоном могу помоћи да се одржи стабилнија производња када се потражња за струјом повећава. Ово подржава стабилније перформансе мотора и може смањити вероватноћу раног упозорења на низак напон узрокованог тренутним пиковима оптерећења.

За снимање, инспекцију, мапирање и рад са тешким корисним оптерећењем, стабилан напон такође може помоћи да се одржава предвидиво понашање авиона током лета.

Брза промена између мисија

Брзо пуњење може бити корисно када летење захтева честу ротацију батерије. Дизајн пуњења који је способан за 5C може смањити време простора када се спроводи у границама безбедног топлотног и управљања батеријом.

Међутим, брзо пуњење треба увек да буде у складу са правилно дизајнираним системом пуњења. Пуњач, распоред паковања, БМС, коннектори и стратегија хлађења морају бити дизајнирани тако да безбедно управљају намењеним брзином пуњења. Брже није аутоматски боље ако ствара прекомерну топлоту или убрзава зношење батерије.

Издржљивост у изазовном окружењу

Дрони често раде у условима који су мање опростиви од лабораторијских тестова: вруће радне локације, хладна јутра, високе висине, ветар, прашина и понављање циклуса летења високе снаге. Премијум ћелије са јаким топлотним понашањем и малим унутрашњим отпорством могу боље подржати поуздану перформансу у овим условима.

За тврде авионе и клима које захтевају много времена, квалитет батерије доприноси не само времену лета. То утиче на стабилност напона, одговор мотора, конзистенцију пуњења, захтеве за одржавање и поверење у преосталу енергију батерије.

Завршне разматрање

Да би батерија дрона трајала дуже није само једна модернизација. Дужи временски лет зависи од балансирања капацитета, хемије ћелија, способности пуштања, напона, тежине авиона, ефикасности покретања, корисног оптерећења, временских услова и технике пилота.

Да би се побољшала издржљивост, користите батеријски пакет са високом густином енергије и довољним капацитетом за напор, држите авион што је лакшим и аеродинамички ефикаснијим, и летите глатко са реалним резервама за безбедност. Да би се продужио животни век циклуса пуњења, избегавајте дубоко пуњење, управљајте температуром пуњења, чувајте батерије у умереном стању пуњења и користите висококвалитетне ћелије дизајниране за апликацију.

За произвођаче беспилотних летелица и операторе летелица, 21700 ћелија може пружити вредну комбинацију капацитета, испоруке енергије, слабих напона и дуготрајности. Када се пажљиво интегришу у добро дизајниран батеријски пакет, они могу помоћи дроновима да лете дуже, да раде доследније и да остану продуктивни током више циклуса пуњења.

Сазнајте како да батерија дрона траје дуже тако што ћете побољшати ефикасност летења, смањити непотребну тежину, изабрати одговарајуће литијум-јонске ћелије и следити одговарајуће методе пуњења и складиштења. Овај водич објашњава време лета, трајање батерије, дизајн паковања, ефекте температуре, планирање корисног оптерећења и практичне начине за побољшање перформанси и поузданости дрона.