Kuinka kauan drone-akku kestää? Kapasiteetti, C-nopeus ja lentoaika

Drone-akun käyttöaika on yksi ensimmäisistä kysymyksistä, joita droonien ostajat, insinöörit ja tuotetiimit kysyvät. Kuitenkaan vastausta ei voida määrittää pelkästään tarraan painetun akun kapasiteetin perusteella. 5 000 mAh:n akku voi tarjota hyvin erilaisia ​​lentoaikoja riippuen dronin jännitejärjestelmästä, moottorin tehokkuudesta, hyötykuormasta, purkaustarpeesta ja käyttöympäristöstä.

Sama akku voi toimia eri tavalla myös FPV-droonissa, karttadroonissa, maatalouden UAV:ssa tai teollisuuden tarkastusalustassa. Kapasiteetin, jännitteen, C-luokituksen ja virrankulutuksen välisen suhteen ymmärtäminen auttaa tiimejä arvioimaan lentoaikaa tarkemmin ja valitsemaan koko propulsiojärjestelmään sopivan akun.

Tämä opas selittää, kuinka lasketaan drone-akun lentoaika, miksi todellinen käyttöaika eroaa teoreettisesta käyttöajasta ja mitä OEM-ostajien tulee tarjota mukautettua akkua kehittäessään. Katso asiaan liittyvät sähkökokoonpanotiedot kohdasta drone-akun jänniteopas ja 3S vs. 4S vs. 6S LiPo akkujen vertailu.

Pikavastaus

Drone-akun käyttöikä riippuu akun käyttökapasiteetista, jännitteestä, keskimääräisestä virrankulutuksesta, hyötykuormasta, lento-olosuhteista ja akun kunnosta. Pieni kuluttaja- tai FPV-droni voi lentää noin 5–20 minuuttia yhdellä latauksella, kun taas isompi teollisuusdrone, jossa on suurikapasiteettinen akku, voi saavuttaa pidemmän lentoajan. Kaikille droneille ei kuitenkaan ole yhtä ajoaikaa.

Käytännön arvion saamiseksi jaa akun käyttökapasiteetti ampeeritunteina dronin keskimääräisellä virrankulutuksella ja muunna tulos minuutteiksi:

Arvioitu lentoaika (minuuttia) ≈ käyttökapasiteetti (Ah) ÷ keskimääräinen virta (A) × 60

Tuloksen tulisi sisältää turvareservi. Todellinen lentoaika on yleensä teoreettista laskelmaa lyhyempi, koska droonit kuluttavat eri määriä tehoa lentoonlähdön, leijumisen, kiipeämisen, hyötykuorman kantamisen ja tuulessa lentämisen aikana.

Lentoaika vs. akun käyttöikä

Ilmaus 'kuinka kauan drone-akku kestää' voi viitata kahteen eri kysymykseen:

1. Lentoaika: Kuinka kauan drone voi lentää yhdellä latauksella.

2. Käyttöikä: Kuinka monta lataus- ja purkausjaksoa akku voi suorittaa ennen kuin sen kapasiteetti tai teho heikkenee merkittävästi.

Tämä artikkeli keskittyy pääasiassa lentoaikaan ja selittää samalla tärkeimmät akun käyttöikään vaikuttavat tekijät. OEM-projektissa molemmilla mitoilla on merkitystä. Akku, joka tarjoaa pitkän ensimmäisen lennon, mutta menettää kapasiteettinsa nopeasti, voi aiheuttaa korkeampia ylläpitokustannuksia ja epäjohdonmukaisen käyttökokemuksen.

Mikä määrittää kuinka kauan drone-akku kestää?

1. Akun kapasiteetti mAh tai Ah

Kapasiteetti ilmaisee, kuinka paljon sähkövarausta akku pystyy varastoimaan. Drone-akut on yleensä merkitty milliampeeritunteina (mAh). Jos haluat käyttää lentoaikakaavaa, muunna mAh ampeeritunteiksi:

1 000 mAh = 1 Ah

Esimerkiksi 5 000 mAh:n akun nimelliskapasiteetti on 5 Ah. Suuremman kapasiteetin akku voi yleensä tarjota pidemmän lentoajan, mutta pelkkä kapasiteetti ei määritä käyttöaikaa. Suurempi akku voi myös lisätä painoa, mikä lisää leijumiseen ja ohjaamiseen tarvittavaa tehoa.

Tästä syystä droonien suunnittelijoiden tulee arvioida kapasiteettia yhdessä akun massan, mittojen, jännitteen ja dronin keskimääräisen tehontarpeen kanssa.

Akun kemia vaikuttaa myös energian, tehon, painon ja käyttöiän väliseen tasapainoon. Jos haluat valita kemian tason, vertaa LiPo- ja Li-ion-droone-akun ominaisuudet sen sijaan, että valitset pakkauksen pelkästään mAh:n mukaan.

2. Akun jännite ja sarjakokoonpano

Jännite vaikuttaa dronin käytettävissä olevaan sähkötehoon. LiPo-drooneakkuja kuvataan usein sarjaan kytkettyjen kennojen lukumäärällä:

Nämä arvot perustuvat noin 3,7 V:n nimellisjännitteeseen ja noin 4,2 V:n täysvarausjännitteeseen per kenno. Dronen moottorin, elektronisen nopeudensäätimen (ESC), virtajärjestelmän ja akun hallintavaatimusten on oltava yhteensopivia valitun jännitteen kanssa.

Korkeamman jännitteen järjestelmä voi tuottaa tarvittavan tehon pienemmällä virralla, mutta se ei ole automaattisesti pitkäikäinen ratkaisu. Lentoaika riippuu edelleen akun wattitunteista ja dronin keskimääräisestä virrankulutuksesta.

Jos valitset 3S:n, 4S:n tai 6S:n välillä tietylle propulsiojärjestelmälle, käytä tämän osan jännitemäärityksiä yhdessä moottorin, ESC:n ja potkurijärjestelmän kokoonpanovaatimusten kanssa. Jänniteopas selittää numerot; vertailuartikkeli keskittyy kokoonpanopäätöksiin.

3. Keskimääräinen virta ja virrankulutus

Drone ei kuluta yhtä paljon virtaa koko lennon aikana. Nykyinen arvonta muuttuu aikana:

• Lentoonlähtö ja kiihtyvyys

• Leijuu

• Kiipeily

• Eteenpäin lento

• Kameran tai muun hyötykuorman kantaminen

• Lentäminen vastaan ​​tuulta

• Suurinopeuksinen ohjailu

Akun nimelliskapasiteettia tulee siksi verrata keskimääräiseen virrankulutukseen , ei vain moottorin tai ESC:n määrittelyssä ilmoitettuun maksimivirtaan.

Voit arvioida energian wattitunteina käyttämällä tätä kaavaa:

Nimellisenergia (Wh) = nimellisjännite (V) × kapasiteetti (Ah)

Esimerkiksi nimellisjännite 14,8 V, 5 Ah akussa on noin 74 Wh nimellisenergiaa. Jos drone kuluttaa keskimäärin 300 W, teoreettinen käyttöaika on:

74 Wh ÷ 300 W = 0,247 tuntia eli noin 14,8 minuuttia

Tämä on havainnollistava laskelma, ei taattu lentoaika. Todellisessa käytössä tulee käyttää käyttöenergiakerrointa ja reserviä.

4. C-luokitus ja jännitteen lasku

C-luokitus kuvaa, kuinka nopeasti akku pystyy toimittamaan virtaa suhteessa sen kapasiteettiin. Se on erityisen tärkeää, kun drone vaatii suurta virtaa nousun, kiihdytyksen tai nopean ohjauksen aikana.

Jos akku ei pysty tuottamaan vaadittua virtaa, sen jännite voi laskea kuormituksen alaisena. Liiallinen jännitteen lasku voi vähentää työntövoimaa, laukaista pienjännitesuojan tai saada dronin tuntumaan epävakaalta. Korkeamman C-luokituksen omaava akku voi ylläpitää jännitettä paremmin suuritehoisessa sovelluksessa, mutta korkeampi C-luokitus ei yksin takaa pidempää lentoaikaa.

Käytännössä akku on valittava molempiin:

• Energia: Kuinka paljon kokonaisenergiaa on käytettävissä lennolle.

• Teho: Kuinka nopeasti akku pystyy toimittamaan energiaa ilman liiallista jännitteen laskua tai ylikuumenemista.

Tarkista suurivirtaisten drone-sovellusten kohdalla korkean purkausnopeuden akkuratkaisuja ja validoi pakkaus todellisissa moottorin, ESC:n ja hyötykuorman olosuhteissa.

Katso tarkempi selitys jatkuvasta ja purskevirrasta drone-akun C-luokitusopas . Tämä artikkeli keskittyy virran toimituskykyyn, kun taas tämä opas keskittyy tehontarpeen vaikutukseen kokonaislentoaikaan.

5. Hyötykuorma ja lentoonlähdön kokonaispaino

Hyötykuorma on yksi tärkeimmistä drone-akun käyttöikään vaikuttavista tekijöistä. Kamerat, gimbalit, LiDAR-anturit, jakelulaitteet, viestintämoduulit ja suojarakenteet lisäävät kaikki kokonaispainoa.

Painon kasvaessa moottoreiden on tuotettava enemmän työntövoimaa korkeuden ylläpitämiseksi. Tämä lisää virranottoa ja lyhentää lentoaikaa. Kapasiteetiltaan suurempi akku saattaa kompensoida lisätyn energiantarpeen, mutta itse akku lisää myös massaa.

Teollisuusdroonille oikea kysymys ei ole vain 'Mikä on suurin akku, joka sopii?'

Mikä akku tuottaa tarvittavan energian ja tehon lisäämättä painoa kuin propulsiojärjestelmä pystyy tehokkaasti kantamaan?

6. Lämpötila ja sääolosuhteet

Lämpötila muuttaa akun suorituskykyä ja dronin virrantarvetta.

Kylmissä olosuhteissa akun sisäinen vastus yleensä kasvaa. Akku voi tuottaa vähemmän käyttökelpoista tehoa ja jännitteen lasku voi tulla näkyvämmäksi. Kuumissa olosuhteissa suuri virta, huono ilmanvaihto ja suora auringonvalo voivat nostaa kennon lämpötilaa ja nopeuttaa hajoamista.

Myös tuuli vaikuttaa ajoaikaan. Kovaa vastatuulta vastaan ​​lentäminen vaatii enemmän tehoa, kun taas leijuminen epävakaassa ilmassa voi lisätä virtakysyntää. Tarkista sovellukset, jotka ovat alttiina kylmille ympäristöille ZERNE:n matalan lämpötilan LiPo-akkuratkaisu . Korkean lämpötilan sovellukset voivat vaatia erilaisen solun valinnan, pakkausrakenteen ja lämmönhallintastrategian.

Katso yksityiskohtaiset suunnittelunäkökohdat kuumissa ja kylmissä käyttöolosuhteissa drone-akun lämpötilan hallintaopas . Tässä artikkelissa lämpötilaa käsitellään yhtenä ajonaikaisena tekijänä; lämmönhallintaopas keskittyy ohjausmenetelmiin, validointiin ja pakkaussuunnitteluun.

7. Akun ikä, varastointi ja aiempi käyttö

Uusi akku ja vanha akku, jossa on sama merkki, eivät välttämättä tarjoa samaa käyttöaikaa. Kapasiteetti ja teho voivat heiketä seuraavista syistä:

• Toistuvat syväpurkaukset

• Korkea käyttölämpötila

• Lataus tai varastointi sopimattomassa lataustilassa

• Pitkät jaksot täydellä latauksella

• Liiallinen nykyinen kysyntä

• Solujen epätasapaino

• Mekaaninen vaurio tai turvotus

Akun kunto tulee arvioida kapasiteettitestauksen, jännitteen tasaisuuden, sisäisen vastuksen ja fyysisen tarkastuksen avulla. Akku, joka tulee epätavallisen kuumaksi, turpoaa tai vaurioituu, tulee poistaa käytöstä sovellettavien turvallisuus- ja hävittämisvaatimusten mukaisesti.

Drone-akun lentoajan laskeminen

Tapa 1: Kapasiteetti ja keskivirta

Käytä tätä menetelmää, kun dronin keskimääräinen virta on tiedossa:

Lentoaika (minuutteja) ≈ akun kapasiteetti (Ah) ÷ keskimääräinen virta (A) × 60 × käyttöenergiakerroin

Käyttöenergiakerroin vastaa reserviin, jonka pitäisi jäädä akkuun. Havainnollistavan arvion vuoksi kerroin 0,8 tarkoittaa, että 80 % nimelliskapasiteetista käsitellään normaalilla lennolla käytettävissä olevana. Oikea arvo riippuu akun kemiasta, pakkauksen suunnittelusta, käyttöolosuhteista ja drone-valmistajan katkaisustrategiasta.

Menetelmä 2: Energia ja keskimääräinen teho

Käytä tätä menetelmää, kun dronin keskimääräinen virrankulutus on tiedossa:

Lentoaika (tuntia) ≈ akun energia (Wh) ÷ keskimääräinen teho (W) × käyttöenergiakerroin

Tämä menetelmä on hyödyllinen teollisuusdrooneille, koska hyötykuorma ja lentotila kuvataan usein watteina ampeerien sijaan.

Havainnollistava vertailu

Seuraavat esimerkit osoittavat, miksi kapasiteettia ja tehontarvetta on tarkasteltava yhdessä:

Nämä ovat vain yksinkertaistettuja esimerkkejä. Ne eivät edusta taattua suorituskykyä tietylle drone-, moottori-, potkuri-, hyötykuorma- tai akkumallille.

Kuinka pidentää drone-akun lentoaikaa

Valitse oikea kapasiteetin ja painon suhde

Korkeampi mAh-luokitus ei ole aina paras valinta. Vertaa lisäkapasiteettia ylimääräiseen akun massaan ja siitä johtuvaan virrankulutuksen muutokseen.

Yhdistä jännite propulsiojärjestelmään

Käytä moottorille, ESC:lle ja lennonohjaimelle määritettyä jännitealuetta. Yhteensopimaton jännite voi vahingoittaa elektroniikkaa tai luoda vaarallisia käyttöolosuhteita.

Valitse sopiva purkaustoiminto

Suuritehoista lentoa varten pakkauksen tulee tukea vaadittua jatkuvaa ja huippuvirtaa. C-luokituksen alimäärittely voi aiheuttaa jännitteen laskua ja lämpöä. Sen ylimäärittely voi lisätä kustannuksia tai painoa ilman käytännön hyötyä.

Vähennä tarpeetonta hyötykuormaa

Tarkista rungon, johdotuksen, liittimien, kamerajärjestelmän, laskutelineen ja suojakomponenttien paino. Pienet vähennykset useissa komponenteissa voivat parantaa energiatehokkuutta.

Ohjaa käyttölämpötilaa

Pidä akku suositellulla toiminta-alueella, anna riittävä ilmavirtaus tarvittaessa ja vältä kuuman tai kylmän akun lataamista valmistajan ohjeiden ulkopuolella.

Testaa akku todellisissa olosuhteissa

Penkkilaskelmat ovat hyödyllisiä suunnittelun seulonnassa, mutta lopullisessa validoinnissa tulisi käyttää todellista dronea, potkuria, moottoria, ESC:tä, hyötykuormaa ja lentoprofiilia. Tallenna virta, jännite, lämpötila ja lentoaika testauksen aikana.

Mitä drone-oEM-valmistajien tulisi määrittää akun valmistajalle

Kun pyydät mukautettua drone-akkua, anna enemmän kuin haluttu mAh-luokitus. Akun valmistaja tarvitsee yleensä:

• Vaadittu nimellis- ja maksimijännite

• Kapasiteetti tai tavoitelentoaika

• Jatkuva ja huippuvirta

• Moottori- ja ESC-tiedot

• Akun enimmäismitat ja -paino

• Liitin- ja kaapelivaatimukset

• Solujen lukumäärä ja tyyppi

• Hyötykuorma ja lentoprofiili

• Käyttölämpötila-alue

• Latausmenetelmä ja suojausvaatimukset

• Kohdista sertifioinnit ja toimitusmarkkinat

ZERNE:n mukautetun akkupalvelun avulla voidaan keskustella pakkauksen mitoista, sähkövaatimuksista, liittimistä, suojakomponenteista ja käyttöolosuhteista ennen prototyypin validointia.

FPV- ja teollisuussovelluksissa akkuratkaisu tulee myös sovittaa käyttötarkoitukseensa. ZERNE tarjoaa FPV-drone-akkuratkaisut ja pienet teolliset drone-akkuratkaisut , jotka voidaan arvioida dronin tehon, hyötykuorman ja ympäristövaatimusten mukaan.

Usein kysytyt kysymykset

Kuinka kauan drone-akku kestää yhdellä latauksella?

Monet pienet kuluttaja- ja FPV-dronit toimivat noin 5–20 minuuttia yhdellä latauksella, kun taas suuremmat teollisuusjärjestelmät voivat saavuttaa pidemmän tai lyhyemmän käyttöajan hyötykuormasta, akkuenergiasta, propulsiotehokkuudesta ja säästä riippuen. Drone-valmistajan lentotestitiedot ovat luotettavampia kuin yleinen aikaväli.

Tarjoaako suurempi mAh-akku aina pidemmän lentoajan?

Ei. Suuremman kapasiteetin akku varastoi enemmän energiaa, mutta se myös painaa yleensä enemmän. Lisäpaino voi lisätä virrankulutusta ja vähentää odotettua hyötyä. Akun energiaa on arvioitava yhdessä pakkausmassan ja drone-tehon tarpeen kanssa.

Onko korkeampi C-luokitus parempi lentoaikaan?

Ei välttämättä. C-luokitus ilmaisee pääasiassa virransyöttökyvyn. Korkeampi C-luokitus voi auttaa suuritehoista dronea vähentämään jännitteen laskua, mutta se ei automaattisesti lisää kokonaisenergiaa tai lentoaikaa.

Lentääkö 6S pidempään kuin 4S?

Ei automaattisesti. 6S-järjestelmä toimii korkeammalla jännitteellä, mutta lentoaika riippuu kokonaiswattitunteista, keskimääräisestä virrankulutuksesta, akun massasta ja propulsiojärjestelmän tehokkuudesta. Moottori, ESC ja potkurijärjestelmä on suunniteltava valitulle jännitteelle.

Miksi lentoaika lyhenee drone-akun ikääntyessä?

Akun ikääntyminen voi vähentää käyttökapasiteettia ja lisätä sisäistä vastusta. Akku voi saavuttaa dronin pienjänniterajan aikaisemmin, tuottaa vähemmän tehoa kuormitettuna tai tuottaa enemmän lämpöä. Varastointi, lämpötila, latauskäytäntö ja purkaussyvyys vaikuttavat kaikki ikääntymiseen.

Voiko turvonnutta drone-akkua vielä käyttää?

Ei. Turvonnut, vuotava, mekaanisesti vaurioitunut tai epätavallisen kuuma akku tulee poistaa käytöstä. Älä puhkaise, pura tai yritä korjata sitä. Noudata paikallisia akun käsittely-, kuljetus- ja kierrätysvaatimuksia.

Johtopäätös

Dronen akun käyttöikä riippuu koko virtajärjestelmästä, ei vain tarraan painetusta kapasiteetista. Kapasiteetti, jännite, C-luokitus, hyötykuorma, lämpötila, lentokäyttäytyminen ja akun kunto vaikuttavat kaikki todelliseen lentoaikaan.

Luotettavaa drone-akun valintaa varten aloita vaaditusta lentoprofiilista ja keskimääräisestä tehontarpeesta. Määritä sitten jännite, kapasiteetti, virtakapasiteetti, mitat, paino, liitin ja ympäristövaatimukset. Akun valmistaja voi käyttää näitä tietoja kehittääkseen ja validoidakseen turvallisemman ja yhdenmukaisemman OEM-akun.

Tarvitsetko akun, joka vastaa droonisi lentoaikaa, hyötykuormaa ja tehovaatimuksia? Ota yhteyttä ZERNEen räätälöityä drone-akun arviointia varten.