Чому акумулятори для дронів так швидко розряджаються?

Пілоти дронів часто стикаються з однією й тією ж роздратовуючою проблемою: час польоту, вказаний на сторінці товару, і реальний час польоту можуть суттєво відрізнятися. Дрон може бути рекламований із тривалістю польоту 30 хвилин, проте на практиці попередження про низький заряд акумулятора може з’явитися вже через 20–25 хвилин.

Це не обов’язково означає, що з дроном або акумулятором щось не так. Виробниківські показники тривалості польоту зазвичай вимірюють у строго контрольованих умовах. У реальних умовах польоти набагато вимогливіші. Вітер, температура, вага вантажу, швидкість польоту, багаторазове прискорення й гальмування, зависання, вік акумулятора та навіть спосіб, яким пілот рухає джойстики, — усе це впливає на швидкість розряду акумулятора.

Серед усіх цих чинників три є особливо поширеними: агресивний стиль польоту, холодна погода та старіння акумуляторів. Розуміння того, як кожен із цих чинників впливає на ваш дрон, допоможе вам довше залишатися в повітрі, уникнути неочікуваних ситуацій з низьким зарядом акумулятора та максимально використати термін служби ваших акумуляторів.

Наскільки стиль польоту впливає на термін роботи акумулятора дрона?

Стиль польоту — один із найважливіших чинників, якими пілот може керувати. Два пілоти можуть керувати одним і тим самим дроном з одним і тим самим акумулятором, але отримати помітно різні тривалості польоту лише через різницю у стилі польоту.

Дрон, який плавно та стабільно рухається, зазвичай споживає менше енергії, ніж той, що постійно прискорюється, гальмує, різко набирає висоту, робить гострі повороти й змінює напрямок.

Щоразу, коли двигуни мають створити більшу тягу, зростає споживання струму. Якщо це відбувається протягом більшої частини польоту, акумулятор розряджається значно швидше.

Різке прискорення особливо навантажує систему, оскільки двигунам потрібно майже миттєво збільшити швидкість. Польоти на великих швидкостях також споживають більше енергії, бо дрону доводиться долати значно більший аеродинамічний опір. Швидке набирання висоти, раптові зупинки, різкі повороти та багаторазові зміни напрямку збільшують навантаження на систему тяги.

Під час аерофотозйомки, картографування, інспектування чи неформального польоту плавне керування джойстиком може суттєво вплинути на тривалість роботи. М’яке прискорення й контрольовані рухи забезпечують стабільніші показники споживання енергії замість постійного вимагання високого струму від акумулятора.

Польоти в режимі Sport

Режим Sport призначений для швидкості та чутливості, а не для ефективності.

У цьому режимі дрон зазвичай дозволяє вищу швидкість руху вперед, швидше прискорення, гостріші повороти та потужніший вихід двигунів. Усе це збільшує споживання струму.

Акумулятор, який забезпечує близько 25 хвилин спокійного польоту, може забезпечити помітно менший час польоту, якщо більшу частину польоту ви проводите на високій швидкості. Точна різниця залежить від моделі дрона, ємності акумулятора, умов вітру та ступеня агресивності польоту.

Коли максимальна швидкість не є необхідною, кращим вибором зазвичай є режим Normal або режим Cine.

Режим Cine особливо корисний для повітряної фотографії, оскільки повільніші й плавніші рухи не лише зменшують споживання енергії, а й забезпечують більш стабільне відео.

Режим Sport варто застосовувати лише в ситуаціях, коли додаткова швидкість справді потрібна, а не використовувати його протягом усього польоту.

Польоти проти вітру

Вітер може скоротити час польоту більше, ніж очікують багато пілотів.

Коли дрон літає проти вітру, двигунам доводиться працювати інтенсивніше, щоб зберегти бажану швидкість над землею та положення. Навіть зависання стає складнішим, оскільки контролер польоту постійно вносить невеликі корективи, щоб запобігти зсуву літального апарату.

Зворотний шлях може стати особливо небезпечним.

Якщо ви пролітаєте велику відстань за вітром, а потім повинні повертатися проти нього, дрон може витратити набагато більше енергії на зворотному шляху, ніж на прямому.

Безпечнішим підходом є перевірка напрямку вітру перед зльотом та планування маршруту відповідно до цього. За можливості літайте проти вітру на прямому етапі й повертайтеся з вітром за спиною. Це забезпечує більший резерв заряду акумулятора для зворотного шляху.

Також не варто надто покладатися на приблизний час польоту, вказаний у додатку. Умови вітру можуть швидко змінюватися, а сильний вітер у обличчя може зробити зворотний політ значно складнішим, ніж очікувалося.

Зависання надто довго

Зависання виглядає легким, але дрон продовжує працювати безперервно.

Щоб залишатися на місці, двигуни мають створювати достатню тягу для підтримки повної ваги літального апарату. У той самий час контролер польоту постійно вносить незначні корективи, щоб компенсувати вплив вітру, зміщення та зміни орієнтації.

Це означає, що зависання все одно споживає значну кількість енергії.

Під час повітряної зйомки непотрібне зависання часто відбувається, коли оператор вирішує, який кадр знімати далі, чекає, поки об’єкт займе потрібне положення, або переглядає відзняті кадри.

Кілька хвилин зависання під час польоту можуть істотно скоротити загальний корисний час польоту.

Складання плану знімання ще до зльоту допомагає. Якщо ви вже знаєте маршрут, позиції для знімання та послідовність рухів, ви витрачатимете менше часу на очікування в повітрі й більше — на виконання завдання.

Надмірна вага

Додаткова вага безпосередньо збільшує споживання енергії.

Коли ви встановлюєте додаткове обладнання, наприклад, ліхтарі, захисні екрани, удовження шасі, сенсори, камери або інші вантажі, двигуни повинні створювати більшу підйомну силу. Це збільшує споживання струму й скорочує тривалість польоту.

Навіть порівняно невеликі аксесуари можуть помітно вплинути на компактні дрони, оскільки їхні акумулятори та системи тяги розраховані на обмежений діапазон ваги.

Перед зльотом приберіть усе, що не потрібне для виконання завдання.

Професійні оператори також мають враховувати вагу вантажу під час оцінки тривалості польоту замість того, щоб припускати, ніби рекламна тривалість польоту виробника залишиться незмінною.

Чому холодна погода так шкідливо впливає на акумулятори дронів?

Холодна погода може мати один із найбільш очевидних впливів на продуктивність акумуляторів дронів.

Більшість сучасних дронів використовують перезаряджувані акумулятори на основі літію, зокрема літій-іонні та літій-полімерні акумулятори. Ці акумулятори ґрунтуються на хімічних реакціях, які дозволяють іонам рухатися під час заряджання та розряджання.

Зі зниженням температури ці реакції уповільнюються.

Холодна акумуляторна батарея також має вищий внутрішній опір. Це ускладнює ефективну подачу високого струму від батареї.

Результатом часто є провал напруги.

Провал напруги — це тимчасове зниження напруги акумуляторної батареї під час великих навантажень. Під час зльоту, набору висоти або різкого прискорення двигуни можуть вимагати значного струму. Якщо холодна батарея не може ефективно забезпечити такий струм, її напруга може швидко впасти.

Відсоток заряду батареї, відображений у додатку, також може зменшуватися швидше, ніж очікувалося. У деяких випадках дрон може спрацювати попередження про низький заряд батареї або навіть запустити автоматичну процедуру повернення додому, хоча в батареї ще залишається певна кількість енергії.

Енергія не зникла. Проблема полягає в тому, що холодна батарея не може ефективно віддавати її під великим навантаженням.

Саме тому дрон, який працює нормально в теплу погоду, раптово може мати значно коротший час польоту взимку.

Тримайте акумулятори в теплі перед зльотом

Одна з найефективніших звичок у холодну погоду також є однією з найпростіших: тримайте акумулятори помірно теплими перед польотом.

Не залишайте акумулятори дронів на довгий час при температурах нижче нуля.

Якщо ви подорожуєте до холодного регіону, тримайте акумулятори в термоізольованому мішку, у салоні транспортного засобу або в захищеному кишені, коли це доречно й безпечно.

Мета полягає не в тому, щоб нагріти акумулятор. Вам просто потрібно запобігти його сильному охолодженню до початку польоту.

Встановлюйте акумулятор безпосередньо перед зльотом, а не залишайте дрон на вулиці з уже встановленим акумулятором.

Пілоти, які регулярно працюють у зимових умовах, можуть використовувати відповідне обладнання для підігріву акумуляторів, але завжди слід дотримуватися рекомендованих виробником акумуляторів температурних меж.

Ніжно підігрівайте акумулятор після його встановлення

Після встановлення акумулятора корисно почати політ обережно.

Уникайте негайного підйому на повній потужності або миттєвого перемикання в режим високої продуктивності.

Якщо умови й інструкції виробника дозволяють, зависання на висоті одного-двох метрів над землею протягом приблизно 60–90 секунд може трохи підвищити температуру акумулятора.

Під час проходження струму через акумулятор він природним чином виділяє певну кількість тепла.

Протягом цього періоду спостерігайте за температурою й напругою акумулятора в програмі польоту. Як тільки акумулятор досягне здоровішої робочої температури, його здатність віддавати струм, як правило, покращується.

Уникайте різкого прискорення одразу після зльоту з холодним акумулятором. Раптовий високий струмовий запит — один із найпростіших способів викликати сильне провалення напруги.

Слідкуйте за напругою, а не лише за відсотком заряду акумулятора

Відсоток заряду акумулятора корисний, але в холодну погоду його не слід вважати єдиним показником, на який варто звертати увагу.

Відсоток, відображений у додатку, є орієнтовним значенням, обчисленим на основі напруги акумулятора, навантаження, стану акумулятора та програмних розрахунків. У холодних умовах поведінка напруги може стати менш передбачуваною.

Напруга окремої комірки може надавати більш корисну інформацію про фактичний стан акумулятора.

Якщо напруга однієї комірки різко падає під навантаженням, це може означати, що акумулятор не в змозі забезпечити достатній струм.

Завжди дотримуйтесь мінімальних рекомендацій щодо напруги, наданих виробником дрону або акумулятора. Не продовжуйте польоти лише тому, що індикатор відсотків все ще виглядає прийнятним.

Якщо напруга несподівано сильно падає під час прискорення, набору висоти або при сильному вітрі, зазвичай безпечніше приземлитися раніше.

Чи просто акумулятор зношився?

Іноді погода сприятлива, а пілот літає в штатному режимі. Просто акумулятор старіє.

Акумулятори для дронів не зберігають стан «як нові з заводу» назавжди.

Кожен цикл заряджання та розряджання призводить до поступових змін усередині елементів. З часом максимальна ємність зменшується, а внутрішній опір зростає.

Це означає, що акумулятор зберігає менше енергії й стає менш здатним ефективно віддавати високий струм.

Новий акумулятор може забезпечувати тривалість польоту, близьку до заявленої, тоді як той самий акумулятор після кількох сотень циклів може працювати помітно гірше.

Багато акумуляторів для дронів можуть забезпечити кілька сотень циклів заряджання за відповідних умов. Поширений діапазон — приблизно 300–500 циклів, хоча реальний термін служби акумулятора може суттєво варіюватися.

Хімічний склад елементів, температура експлуатації, глибина розряджання, звички зберігання, методи заряджання та умови польоту — усе це впливає на термін служби.

Акумулятор, яким користуються обережно й який зберігають правильно, може прослужити значно довше, ніж той, що часто перегрівається, глибоко розряджається або зберігається при повному заряді.

Старіння акумулятора також може стати проблемою безпеки.

Старі акумулятори можуть починати пухнути, надмірно нагріватися, демонструвати зростаючі розбіжності між напругами елементів або раптово втрачати значну частину вказаної ємності.

Ці попереджувальні ознаки не слід ігнорувати.

Як перевірити стан акумулятора та продовжити його термін служби?

Добре обслуговування акумулятора не може повністю зупинити процес старіння, але воно сповільнює непотрібне погіршення й робить роботу акумулятора більш передбачуваною.

Перевірте кількість циклів заряджання

Багато інтелектуальних акумуляторів для дронів фіксують кількість завершених циклів заряджання.

Цю інформацію часто можна знайти в офіційному польотному додатку виробника або в програмному забезпеченні керування акумулятором.

Кількість циклів корисна, оскільки дає загальне уявлення про ступінь навантаження на акумулятор, але її не слід вважати єдиним приводом для заміни акумулятора.

Акумулятор із 250 циклами, який регулярно перегрівався або глибоко розряджався, може перебувати в гіршому стані, ніж інший акумулятор із більшою кількістю циклів, але який оберігався з особливою увагою.

Звертайте увагу на реальну продуктивність.

Якщо акумулятор, який раніше забезпечував приблизно 25 хвилин польоту, тепер дає лише 15–18 хвилин за схожих умов, це чітко вказує на помітне погіршення його стану.

Коли акумулятор пройшов близько 300 циклів і водночас демонструє знижену ємність, незвичну поведінку напруги або помітно гіршу летючість, його слід ретельно перевірити — можливо, знадобиться заміна.

Правильне зберігання акумуляторів

Звички зберігання суттєво впливають на старіння літій-іонних акумуляторів.

Тривале зберігання літій-іонного акумулятора у повністю зарядженому стані створює додатковий хімічний стрес для елементів. Високі температури ще більше погіршують цю проблему.

З іншого боку, зберігання акумулятора у повністю розрядженому стані також є ризикованим.

Акумулятори природним чином втрачають частину заряду під час простою. Якщо напруга елементів опускається надто низько, акумулятор може отримати постійні пошкодження або втратити здатність нормально приймати заряд.

Для тривалого зберігання літій-іонні акумулятори зазвичай краще тримати у частково зарядженому стані.

Їх також слід зберігати в прохолодному, сухому місці, подалі від прямих сонячних променів, надмірного тепла, легкозаймистих матеріалів та умов, що виходять за межі рекомендованих виробником умов зберігання.

Використовуйте відповідний рівень заряду для зберігання

Якщо ви не плануєте використовувати акумулятор дрона протягом більше ніж приблизно одного тижня, загальноприйнятою практикою для багатьох систем літієвих акумуляторів є зберігання на рівні заряду приблизно 40–60 %.

Цей діапазон зменшує навантаження, пов’язане із тривалим зберіганням у повністю зарядженому стані, і водночас залишає достатньо енергії, щоб запобігти глибокому розрядженню елементів під час звичайного зберігання.

Багато сучасних інтелектуальних акумуляторів дронів автоматично розряджаються до безпечнішого рівня для зберігання після встановленої кількості днів.

Якщо ваш акумулятор підтримує цю функцію, перевірте відповідні параметри в додатку.

Пілоти, які використовують традиційні акумулятори LiPo з балансувальними зарядними пристроями, зазвичай можуть обрати спеціальний режим зберігання, що забезпечує зарядження або розрядження кожного елемента до відповідної напруги для зберігання.

Після польоту дозвольте акумулятору охолонути, перш ніж знову заряджати його. Заряджання гарячого акумулятора може прискорити його деградацію.

Інші чинники, що можуть скоротити тривалість польоту

Стиль польоту, температура та вік акумулятора — три найважливіші причини скорочення тривалості польоту, але не єдині.

Стан гвинтів також має значення.

Пошкоджені, зігнуті, забруднені або неправильно встановлені гвинти знижують аеродинамічну ефективність і змушують двигуни працювати інтенсивніше.

Висота також може впливати на продуктивність, оскільки розріджене повітря змінює обсяг роботи, яку має виконувати силова установка для створення достатньої підйомної сили.

Часте набирання висоти споживає більше енергії, ніж постійний горизонтальний політ. Повторні швидкі зниження, за якими слідують різкі набори висоти, також можуть збільшити загальне споживання енергії.

Камера, вбудовані процесори, датчики уникнення перешкод, система передачі відео та інша електроніка також споживають енергію, хоча двигуни зазвичай забезпечують найбільшу частку споживання.

Також можуть бути невеликі відмінності між акумуляторами однієї й тієї самої моделі та віку. Два акумулятори, що виглядають ідентично, можуть забезпечувати трохи різну тривалість польоту.

Для професійних операцій ведення реєстру польотів спрощує виявлення таких відмінностей.

Фіксація номера акумулятора, кількості циклів зарядки-розрядки, температури акумулятора, тривалості польоту, залишкового заряду під час посадки, вантажу та погодних умов допомагає виявити акумулятори, продуктивність яких починає знижуватися.

Чому рекламна тривалість польоту зазвичай довша?

Корисно зрозуміти, як зазвичай вимірюють максимальну тривалість польоту.

Ці значення часто отримують у надзвичайно контрольованих умовах, спеціально створених для максимізації ефективності.

Дрон може літати без зайвих аксесуарів, з новим і справним акумулятором, при помірній температурі, у відсутності вітру або при слабкому вітрі, а також за чітко спланованим профілем польоту.

У реальних умовах польоти рідко бувають настільки ідеальними.

Пілот може злетіти за помірного вітру, набрати висоту, записати відео, зависнути кілька разів, прискоритися між точками, повернутися проти вітру й усе ще мати достатній запас заряду батареї для безпечного приземлення.

За таких умов досягнення максимального часу польоту, встановленого в лабораторії, малоймовірне.

Рекламований час польоту краще сприймати як корисну орієнтовну величину, а не гарантію тривалості кожного польоту.

Для планування завдань ваша власна історія польотів зазвичай набагато цінніша.

Якщо ваш дрон зазвичай працює близько 22 хвилин до досягнення бажаного резерву заряду для приземлення, плануйте польоти на 22 хвилини замість максимальної цифри, вказаної в технічних характеристиках.

Висновок

Коли батарея дрона, здається, розряджається незвично швидко, це часто реакція на звичайні умови експлуатації, а не наслідок певної несправності.

Агресивне керування збільшує струмове навантаження. Різке прискорення, режим Sport, гострі повороти, важкі вантажі, тривале зависання та вітер у лобову частину змушують двигуни працювати інтенсивніше.

Холодна погода створює ще одну серйозну проблему. Низькі температури збільшують внутрішній опір, що призводить до провалу напруги, раптового зниження відсотка заряду та ранніх попереджень про низький рівень заряду. Збереження акумуляторів у теплому стані перед зльотом та уникнення негайних маневрів із високою потужністю можуть покращити ефективність у холодну погоду.

Старіння акумуляторів — третій основний чинник. Із зростанням кількості циклів корисна ємність поступово зменшується, а внутрішній опір зростає. Контроль кількості циклів, напруги елементів, тривалості польоту, температури та фізичного стану акумулятора допоможе вчасно виявити, коли акумулятор наближається до кінця свого терміну корисного використання.

Кілька простих звичок можуть справді зробити різницю. Літайте плавно, коли максимальна швидкість не потрібна; знімайте зайві вантажі; плануйте маршрути з урахуванням напрямку вітру; тримайте акумулятори в теплі в холодну погоду; уникайте зберігання їх повністю зарядженими або повністю розрядженими; використовуйте відповідний рівень заряду для зберігання.

Добре керування акумулятором — це не лише про те, щоб витиснути кілька додаткових хвилин із кожного польоту. Це також робить тривалість польоту передбачуванішою, зменшує ризик неочікувано низького рівня заряду акумулятора та сприяє захисту як акумулятора, так і дрона.

Як тільки пілоти зрозуміють, як стиль польоту, температура й стан акумулятора взаємодіють між собою, вони зможуть приймати кращі рішення до та під час кожного польоту — і отримувати більш стабільну продуктивність від кожного акумулятора.

Дізнайтеся, чому заряд акумулятора дрона вичерпується швидше, ніж очікувалося. У цьому посібнику пояснюється, як агресивний політ, холодна погода, важкі вантажі, вітер та старіння акумулятора впливають на тривалість польоту. Ознайомтеся з практичними порадами щодо покращення продуктивності акумулятора, подовження терміну його служби, зменшення падіння напруги та забезпечення безпечніших і надійніших польотів дронів.