ドローンのバッテリーはどのくらい持続しますか?容量、Cレート、飛行時間

ドローンのバッテリーのランタイムは、ドローンのバイヤー、エンジニア、製品チームが最初に抱く質問の 1 つです。ただし、ラベルに記載されている電池容量だけで答えを判断することはできません。 5,000 mAh バッテリーの飛行時間は、ドローンの電圧システム、モーター効率、ペイロード、放電需要、動作環境に応じて大きく異なる場合があります。

同じバッテリーでも、FPV ドローン、マッピング ドローン、農業用 UAV、または産業用検査プラットフォームでは異なるパフォーマンスを発揮する可能性があります。容量、電圧、C定格、消費電力の関係を理解することは、チームが飛行時間をより正確に見積もり、完全な推進システムに適合するバッテリーパックを選択するのに役立ちます。

このガイドでは、ドローンのバッテリー飛行時間を計算する方法、実際のランタイムが理論上のランタイムと異なる理由、カスタム バッテリーを開発する際に OEM バイヤーが提供する必要があるものについて説明します。関連する電気構成情報については、 ドローンのバッテリー電圧ガイド と 3S vs. 4S vs. 6S LiPo バッテリーの比較.

簡単な回答

ドローンのバッテリーの持続時間は、バッテリーの使用可能な容量、電圧、平均消費電流、ペイロード、飛行条件、バッテリーの状態によって異なります。小型の消費者向けドローンや FPV ドローンは 1 回の充電で約 5 ～ 20 分間飛行できますが、大容量バッテリーを備えた大型の産業用ドローンはより長い飛行時間を実現できます。ただし、すべてのドローンに適用できる単一のランタイムはありません。

実際の見積もりとして、バッテリーの使用可能な容量（アンペア時）をドローンの平均消費電流で割って、結果を分に変換します。

推定飛行時間（分） ≒ 使用可能容量（Ah） ÷ 平均電流（A） × 60

結果には安全予備量が含まれている必要があります。ドローンは離陸、ホバリング、上昇、ペイロードの運搬、風を受けての飛行中にさまざまな量の電力を消費するため、実際の飛行時間は通常理論上の計算よりも短くなります。

飛行時間とバッテリー寿命の関係

「ドローンのバッテリーはどのくらい持続しますか」というフレーズは、2 つの異なる質問を指す場合があります。

1. 飛行時間: ドローンが 1 回の充電で飛行できる時間。

2. 耐用年数: バッテリーの容量または電力性能が大幅に低下する前に、バッテリーが完了できる充電と放電のサイクル数。

この記事では主に飛行時間に焦点を当て、同時にバッテリーの耐用年数に影響を与える主な要因についても説明します。 OEM プロジェクトの場合、両方の測定が重要です。バッテリーの初回飛行時間は長いものの、すぐに容量が失われると、メンテナンスコストが高くなり、ユーザーエクスペリエンスが不安定になる可能性があります。

ドローンのバッテリーの寿命は何によって決まるのでしょうか?

1. バッテリー容量 (mAh または Ah)

容量は、バッテリーがどれだけの電荷を蓄えることができるかを示します。ドローンのバッテリーは通常、ミリアンペア時 (mAh) でラベル付けされています。飛行時間の公式を使用するには、mAh をアンペア時間に変換します。

1,000mAh = 1Ah

たとえば、5,000 mAh バッテリーの公称容量は 5 Ah です。通常、バッテリーの容量が大きいほど飛行時間は長くなりますが、容量だけで稼働時間が決まるわけではありません。バッテリーが大きくなると重量も増加する可能性があり、ホバリングや操縦に必要な電力が増加します。

このため、ドローンの設計者は、バッテリーの質量、寸法、電圧、ドローンの平均電力需要と合わせて容量を評価する必要があります。

バッテリーの化学的性質も、エネルギー、出力、重量、サイクル寿命のバランスに影響します。化学レベルの選択については、 LiPo および Li-ion ドローン バッテリーの特性を確認してください。 mAh のみでパックを選択するのではなく、

2. 電池電圧と直列構成

電圧はドローンが利用できる電力に影響します。 LiPo ドローン バッテリーは、直列に接続されたセルの数で表されることがよくあります。

これらの値は、公称セル電圧約 3.7 V とセルあたり約 4.2 V の満充電電圧に基づいています。ドローンのモーター、電子速度コントローラー (ESC)、電源システム、バッテリー管理の要件はすべて、選択した電圧と互換性がある必要があります。

高電圧システムは、より低い電流で必要な電力を供給できますが、自動的に長持ちするソリューションになるわけではありません。飛行時間は依然としてバッテリーのワット時とドローンの平均消費電力に依存します。

特定の推進システムに対して 3S、4S、および 6S のいずれかを選択する場合は、このセクションの電圧定義をモーター、ESC、およびプロペラ システムの構成要件と合わせて使用​​してください。電圧ガイドでは数値について説明しています。比較記事では、構成の決定に焦点を当てています。

3. 平均電流と消費電力

ドローンは飛行中に同じ量の電流を消費するわけではありません。消費電流は次のときに変化します。

• 離陸と加速

• ホバリング

• クライミング

• 前進飛行

• カメラやその他のペイロードを運ぶ

• 風に逆らって飛行する

• 高速操縦

したがって、バッテリーの定格容量は、 平均消費電流と比較する必要があります。 モーターまたは ESC 仕様に示されている最大電流だけでなく、

次の式を使用して、エネルギーをワット時で見積もることができます。

公称電力量（Wh）＝公称電圧（V）×容量（Ah）

たとえば、公称 14.8 V、5 Ah のバッテリーの公称エネルギーは約 74 Wh です。ドローンが平均 300 W を消費する場合、理論上の実行時間は次のようになります。

74Wh ÷ 300W = 0.247 時間、または約 14.8 分

これは例示的な計算であり、飛行時間を保証するものではありません。実際の運用では、使用可能エネルギー係数と予備力を適用する必要があります。

4. C 定格と電圧低下

C 定格は、バッテリーがその容量に対してどれだけ早く電流を供給できるかを表します。これは、ドローンが離陸、加速、または急速な操縦中に大電流を必要とする場合に特に重要です。

バッテリーが必要な電流を供給できない場合、負荷がかかると電圧が低下する可能性があります。過度の電圧低下は、推力を低下させたり、低電圧保護をトリガーしたり、ドローンが不安定に感じたりする可能性があります。 C 定格が高いバッテリーは、高出力アプリケーションで電圧をより良く維持できる可能性がありますが、C 定格が高いだけでは、より長い飛行時間を保証するものではありません。

実際には、バッテリーは次の両方に対して選択する必要があります。

• エネルギー: 飛行に利用できる総エネルギー量。

• 電力: 許容できない電圧降下や過熱なしに、バッテリーがそのエネルギーをどれだけ早く供給できるか。

高電流ドローンアプリケーションについては、 高放電率バッテリーソリューションを使用 し、実際のモーター、ESC、ペイロード条件下でパックを検証します。

連続電流とバースト電流の詳細については、「 ドローンバッテリーC定格ガイド。この記事では電流供給能力に焦点を当てていますが、このガイドでは全体の飛行時間に対する電力需要の影響に焦点を当てています。

5. ペイロードと総離陸重量

ペイロードはドローンのバッテリー稼働時間に影響を与える最も重要な要素の 1 つです。カメラ、ジンバル、LiDAR センサー、配信機器、通信モジュール、保護構造はすべて総重量を増加させます。

重量が増加すると、高度を維持するためにモーターはより多くの推力を生成する必要があります。これにより、消費電流が増加し、飛行時間が短縮されます。バッテリーの容量が大きければ追加のエネルギー需要を補うことができますが、バッテリー自体の質量も増加します。

産業用ドローンの場合、正しい質問は単に「適合する最大のバッテリーは何ですか?」ということではありません。

推進システムが効率的に運ぶことができる以上の重量を追加することなく、必要なエネルギーと電力を供給するバッテリーはどれですか?

6. 気温と気象条件

温度はバッテリーの性能とドローンの電力需要を変化させます。

低温環境では、一般にバッテリーの内部抵抗が増加します。バッテリーが供給できる電力が少なくなり、電圧低下がより顕著になる可能性があります。高温の状況では、高電流、不十分な換気、直射日光によりセルの温度が上昇し、劣化が促進される可能性があります。

風も稼働時間に影響します。強い向かい風に向かって飛行するには、より多くの電力が必要ですが、不安定な空気中でホバリングすると、追加の電流需要が発生する可能性があります。低温環境にさらされるアプリケーションについては、次の点を確認してください。 ZERNEの低温LiPoバッテリーソリューション。高温アプリケーションでは、異なるセルの選択、パック構造、および熱管理戦略が必要になる場合があります。

高温および低温の動作条件における設計上の考慮事項の詳細については、「 ドローンバッテリー温度管理ガイド。この記事では、温度を実行時要因の 1 つとして扱います。熱管理ガイドでは、制御方法、検証、パック設計に焦点を当てています。

7. バッテリーの寿命、保管および以前の使用

同じラベルの新しいバッテリーと古いバッテリーでは、同じ稼働時間が得られない場合があります。容量と電力パフォーマンスは、次の理由で低下する可能性があります。

• 繰り返される深い放電

• 高い動作温度

• 不適切な充電状態での充電または保管

• フル充電で長時間使用可能

• 過剰な電流需要

• 細胞の不均衡

• 機械的損傷または膨張

バッテリーの状態は、容量テスト、電圧の一貫性、内部抵抗、および物理的検査を通じて評価する必要があります。異常に熱くなったり、膨張したり、損傷したバッテリーは、適用される安全性および廃棄要件に従って使用を中止する必要があります。

ドローンのバッテリー飛行時間の計算方法

方法 1: 容量と平均電流

ドローンの平均電流がわかっている場合は、この方法を使用します。

飛行時間（分） ≈ バッテリー容量（Ah） ÷ 平均電流（A） × 60 × 使用可能エネルギー係数

使用可能エネルギー係数は、バッテリーに残すべき予備量を考慮します。例示的な推定として、係数 0.8 は、公称容量の 80% が通常の飛行に利用可能として扱われることを意味します。正しい値は、バッテリーの化学的性質、パックの設計、動作条件、ドローンメーカーのカットオフ戦略によって異なります。

方法 2: エネルギーと平均電力

ドローンの平均消費電力がわかっている場合は、この方法を使用します。

飛行時間 (時間) ≈ バッテリーエネルギー (Wh) ÷ 平均電力 (W) × 使用可能エネルギー係数

ペイロードと飛行モードはアンペアではなくワットで記述されることが多いため、この方法は産業用ドローンに役立ちます。

比較例

次の例は、容量と電力需要を同時に考慮する必要がある理由を示しています。

これらは単純化された例にすぎません。これらは、特定のドローン、モーター、プロペラ、ペイロード、バッテリー モデルの保証されたパフォーマンスを表すものではありません。

ドローンのバッテリー飛行時間を延ばす方法

適切な容量対重量比を選択する

より高い mAh 定格が常に最良の選択であるとは限りません。追加容量と追加バッテリ質量、およびその結果として生じる消費電流の変化を比較します。

電圧を推進システムに合わせる

モーター、ESC、およびフライト コントローラーに指定された電圧範囲を使用してください。電圧に互換性がない場合、電子機器が損傷したり、危険な動作状態が発生したりする可能性があります。

適切な放電能力の選択

高出力飛行の場合、パックは必要な連続電流とピーク電流をサポートする必要があります。 C 定格を低く指定すると、電圧低下や発熱が発生する可能性があります。過剰に指定すると、実用的なメリットがなく、コストや重量が増加する可能性があります。

不必要なペイロードを削減

フレーム、配線、コネクタ、カメラ システム、着陸装置、保護コンポーネントの重量を確認してください。いくつかのコンポーネントにわたって小さな削減​​を行うことで、エネルギー効率を向上させることができます。

動作温度の制御

バッテリーを推奨動作範囲内に保ち、必要に応じて適切な空気の流れを確保し、メーカーの指示以外でホットパックまたはコールドパックを充電しないでください。

実際の条件下でバッテリーをテストする

ベンチ計算は設計のスクリーニングに役立ちますが、最終的な検証では実際のドローン、プロペラ、モーター、ESC、ペイロード、飛行プロファイルを使用する必要があります。テスト中の電流、電圧、温度、飛行時間を記録します。

ドローン OEM がバッテリー メーカーに指定する必要があるもの

カスタム ドローン バッテリーをリクエストする場合は、希望する mAh 定格以上のバッテリーを提供してください。バッテリーメーカーは通常、以下を必要とします。

• 必要な公称電圧と最大電圧

• 能力または目標飛行時間

• 連続電流とピーク電流

• モーターとESCの情報

• バッテリーの最大寸法と重量

• コネクタとケーブルの要件

• 細胞の数と種類

• ペイロードと飛行プロファイル

• 使用温度範囲

• 充電方法と保護要件

• ターゲット認証と出荷市場

ゼルネさん カスタム バッテリー サービスは、 プロトタイプの検証前に、パックの寸法、電気的要件、コネクタ、保護コンポーネント、およびアプリケーション条件について話し合うために使用できます。

FPV および産業用アプリケーションの場合、バッテリー ソリューションも特定の使用例に適合する必要があります。 ZERNEが提供する FPVドローンバッテリーソリューション と 小型産業用ドローン バッテリー ソリューション。ドローンの電力、積載量、環境要件に従って評価できます。

よくある質問

ドローンのバッテリーは1回の充電でどのくらい持続しますか?

多くの小型民生用ドローンや FPV ドローンは 1 回の充電で約 5 ～ 20 分間動作しますが、大型の産業用システムではペイロード、バッテリーエネルギー、推進効率、天候に応じて稼働時間が長くなったり短くなったりする場合があります。ドローンメーカーの飛行試験データは、一般的な時間範囲よりも信頼性が高くなります。

より高い mAh バッテリーは常により長い飛行時間を提供しますか?

いいえ、バッテリーの容量が大きければ、より多くのエネルギーを蓄えられますが、通常は重量も重くなります。重量が増えると消費電流が増加し、期待される効果が減少する可能性があります。バッテリーのエネルギーは、パックの質量とドローンの電力需要と合わせて評価する必要があります。

C 評価が高いほど飛行時間は長くなりますか?

必ずしもそうとは限りません。 C 評価は主に電流供給能力を示します。 C 定格が高くなると、高出力ドローンの電圧降下が軽減されますが、総エネルギーや飛行時間が自動的に増加するわけではありません。

6Sは4Sよりも長く飛びますか？

自動的ではありません。 6S システムはより高い電圧で動作しますが、飛行時間は総ワット時、平均消費電力、バッテリーの質量、推進システムの効率によって異なります。モーター、ESC、およびプロペラ システムは、選択した電圧に合わせて設計する必要があります。

ドローンのバッテリーが古くなると飛行時間が短くなるのはなぜですか?

バッテリーが劣化すると、使用可能な容量が減少し、内部抵抗が増加する可能性があります。バッテリーがドローンの低電圧限界に早く達し、負荷がかかると供給電力が低下したり、より多くの熱が発生したりする可能性があります。保管、温度、充電方法、放電深度はすべて経年劣化に影響します。

膨張したドローンのバッテリーはまだ使用できますか?

いいえ。膨張、液漏れ、機械的損傷、または異常に高温になっているバッテリーは、使用を中止する必要があります。穴を開けたり、分解したり、修理しようとしないでください。地域のバッテリーの取り扱い、輸送、リサイクル要件に従ってください。

結論

ドローンのバッテリーがどのくらい持続するかは、ラベルに印刷されている容量だけではなく、電源システム全体によって決まります。容量、電圧、C定格、ペイロード、温度、飛行動作、バッテリーの状態はすべて実際の飛行時間に影響します。

信頼性の高いドローンのバッテリーを選択するには、必要な飛行プロファイルと平均電力需要から始めます。次に、電圧、容量、電流能力、寸法、重量、コネクタ、および環境要件を定義します。バッテリー メーカーは、この情報を使用して、より安全で一貫性のある OEM バッテリー パックを開発および検証できます。

ドローンの飛行時間、ペイロード、電力要件に適合するバッテリーが必要ですか? カスタムドローンバッテリーの評価については、ZERNE にお問い合わせください。.