Объяснение рейтинга C батареи дрона: непрерывный и импульсный разряды

Батарея дрона должна делать больше, чем просто хранить энергию. Он также должен выдавать достаточный ток для запуска двигателей, поддержания тяги, реагирования на быстрые изменения дроссельной заслонки и передачи необходимой полезной нагрузки без чрезмерного падения напряжения или перегрева.

Вот почему рейтинг аккумуляторов дронов C является важной характеристикой для FPV-дронов, сельскохозяйственных БПЛА, промышленных инспекционных платформ и других мощных самолетов. Рейтинг C описывает способность батареи отдавать ток относительно ее емкости. Однако это не является полной гарантией работоспособности.

Две батареи могут иметь одинаковую емкость и рейтинг C, но работать по-разному из-за химического состава элементов, внутреннего сопротивления, температуры, продолжительности испытаний, отключения напряжения, конструкции аккумулятора и качества производства. Аккумулятор, рассчитанный на высокий ток при кратковременном всплеске, может не подойти для дрона, которому постоянно требуется высокий ток.

В этой статье объясняется разница между непрерывным и импульсным разрядом, показано, как оценить ток по рейтингу C, и описывается, как команды OEM-производителей могут проверить батарею в реальных условиях эксплуатации дрона.

Быстрый ответ

Основная формула рейтинга C такова:

Максимальный теоретический ток (А) = емкость аккумулятора (Ач) × рейтинг C

Например, батарея емкостью 5 Ач с номиналом 30C имеет теоретическое значение тока:

5 Ач × 30 С = 150 А

Это не обязательно означает, что батарея может безопасно и непрерывно выдавать силу тока 150 А. Рейтинг может относиться к короткому импульсу, определенной продолжительности испытания или конкретному состоянию отключения.

Ключевое отличие заключается в следующем:

Для безопасного выбора батареи сравните ее непрерывную мощность с постоянным током дрона, а пиковую мощность с фактической пиковой нагрузкой. Не выбирайте упаковку, используя только наибольшее число, указанное на этикетке.

Что означает рейтинг C?

Рейтинг C — это относительная мера, основанная на емкости аккумулятора. Буква «С» обозначает емкость аккумулятора в ампер-часах.

Батарея большей емкости теоретически может обеспечивать больший ток при том же рейтинге C:

Эти значения представляют собой упрощенные расчеты. Их не следует рассматривать как гарантированные эксплуатационные пределы, если только производитель не определил условия испытаний и не подтвердил результат.

Например, аккумулятор емкостью 6 Ач с маркировкой 40C не может непрерывно выдавать ток 240 А при любой температуре, компоновке упаковки или условиях полета. Фактический полезный ток может быть ниже из-за выделения тепла, провала напряжения, ограничений разъема, старения элементов или конструкции управления аккумулятором.

Непрерывный или импульсный разряд

Непрерывный разряд

Непрерывный разряд — это ток, который батарея может обеспечить в течение определенного длительного периода, не превышая установленных пределов.

Ограничения могут включать в себя:

• минимальное рабочее напряжение;

• максимальная температура ячейки;

• допустимые провалы напряжения;

• максимальное повышение внутреннего сопротивления;

• указанная продолжительность испытания;

• допустимая потеря мощности;

• условия безопасности и защиты.

Непрерывный ток особенно важен для дронов, которые проводят значительное время под нагрузкой, таких как сельскохозяйственные дроны-опрыскиватели, БПЛА-доставщики, системы подъема тяжелых грузов и промышленные платформы, на которых установлены профессиональные датчики.

Если непрерывная емкость аккумулятора слишком низкая, дрон может испытывать:

• чрезмерное падение напряжения;

• снижение скорости двигателя;

• меньшая тяга;

• повышенная температура клеток;

• ранние предупреждения о низком напряжении;

• нестабильная работа;

• ускоренное старение аккумулятора.

Взрывной разряд

Импульсный разряд — это более высокий ток, который батарея может выдавать в течение короткого определенного периода.

Всплеск тока может возникнуть во время:

• снимать;

• быстрое восхождение;

• внезапное ускорение;

• резкие повороты;

• высокоскоростные маневры FPV;

• компенсация ветра;

• аварийное восстановление;

• подъем тяжелых грузов.

Батарея может выдерживать высокий импульсный ток, имея при этом более низкую непрерывную номинальную мощность. Это допустимо только в том случае, если событие сильного тока достаточно короткое и аккумулятор может вернуться в безопасное тепловое и напряженное состояние.

Пиковую мощность без определенного периода времени сложно использовать для принятия инженерных решений. При оценке батареи уточните, указан ли пакетный режим для 1 секунды, 5 секунд, 10 секунд или другой продолжительности теста.

Как рассчитать ток батареи дрона

Используйте следующую формулу в качестве первой оценки:

Ток (А) = емкость (Ач) × рейтинг C

Пример 1: Батарея FPV

Предположим, что у нас есть примерная батарея емкостью 1,5 Ач с номиналом 60C:

1,5 Ач × 60C = теоретический ток 90 А

Это число может иметь отношение к коротким событиям высокой мощности, но команде разработчиков все равно необходимо подтвердить:

• постоянный рейтинг C;

• продолжительность взрыва;

• напряжение под нагрузкой;

• ток двигателя и ESC;

• температура батареи;

• ограничения разъема и провода.

Пример 2: Батарея промышленного дрона

Предположим, что у нас есть примерная батарея емкостью 16 Ач с продолжительным номиналом 25C:

16 Ач × 25 C = теоретический ток 400 А

Этот расчет не следует интерпретировать как рекомендацию использовать аккумулятор при токе 400 А. Большой промышленный блок может быть ограничен конструкцией элемента, проводкой, разъемами, температурными условиями, настройками защиты или утвержденным производителем рабочим диапазоном.

Формула полезна для проверки и сравнения. Окончательная допустимая сила тока должна быть подтверждена с помощью технических характеристик и испытаний приложения.

Рейтинг C, провал напряжения и внутреннее сопротивление

Рейтинг C тесно связан с внутренним сопротивлением. Когда ток протекает через батарею, внутреннее сопротивление вызывает падение напряжения:

Просадка напряжения (В) ≈ ток (А) × внутреннее сопротивление (Ом)

Батарея с более низким внутренним сопротивлением обычно лучше поддерживает напряжение при одинаковом потреблении тока. Однако внутреннее сопротивление изменяется при:

• температура;

• состояние заряда;

• возраст батареи;

• клеточная химия;

• текущий уровень;

• производственная вариация;

• механические и электрические соединения.

Чрезмерное падение напряжения может привести к тому, что дрон будет воспринимать батарею как разряженную, даже если некоторое количество энергии остается. Это также может привести к уменьшению тяги, ограничению реакции двигателя или срабатыванию защиты раньше, чем ожидалось.

Поэтому для мощных систем рейтинг C следует оценивать вместе с:

• напряжение нагрузки;

• напряжение покоя;

• внутреннее сопротивление;

• сопоставление ячеек;

• повышение температуры;

• продолжительность разряда;

• поведение восстановления после взрыва.

Для дронов, которым требуется быстрый сильноточный разряд, ZERNE предлагает Решения для литий-полимерных аккумуляторов с высокой скоростью разряда, предназначенные для применений с высокой мощностью. Окончательный пакет еще должен быть проверен на соответствие двигателю дрона, ESC, полезной нагрузке и профилю полета.

Почему более высокий рейтинг C не всегда лучше

Более высокий рейтинг C может показаться привлекательным, но он не обеспечивает автоматически увеличение времени полета или улучшение общих характеристик.

Батарея с более высоким номиналом может включать в себя:

• более высокая стоимость;

• больший вес;

• различная клеточная химия;

• более низкая плотность энергии;

• более требовательный термоменеджмент;

• другой физический размер;

• ограниченное наличие в необходимом формате.

Если дрон обычно потребляет умеренный ток, выбор чрезвычайно высокого рейтинга C может увеличить стоимость и массу без полезного улучшения производительности. Если дрон испытывает сильные пики тока, заниженный рейтинг C может привести к провалу напряжения и перегреву.

Правильная цель — выбрать батарею с достаточной допустимой токовой нагрузкой и соответствующим соотношением емкости и веса.

Как сопоставить C-рейтинг с текущим спросом на дроны

Начните с измерения или оценки тока дрона в различных режимах работы:

Батарею следует оценивать как по средним, так и по пиковым требованиям.

Например, дрон может потреблять 35 А во время полета, 50 А при наборе высоты и 80 А во время короткого ускорения. В этом случае аккумулятор должен быть способен поддерживать непрерывный рабочий диапазон и определенный импульсный скачок без недопустимых провалов напряжения или повышения температуры.

Не сравнивайте C-рейтинг аккумулятора напрямую с C-рейтингом двигателя. Спецификации двигателя и ESC описывают разные компоненты. Аккумулятор должен быть согласован со всей электрической системой.

Рейтинг C и различные применения дронов

FPV-гонки и фристайл

Дроны FPV могут испытывать быстрые изменения газа, резкие повороты и многократное ускорение. Высокопроизводительный аккумулятор LiPo часто является практичной отправной точкой, поскольку аккумулятор должен быстро реагировать на высокий ток.

Для дронов FPV-гонок и фристайла легкая батарея с сильным сильноточным выходом может поддерживать быстрое ускорение, резкие повороты и быстрые изменения потребности в дроссельной заслонке. ЦЕРНЕ Аккумуляторные батареи для FPV-дронов можно оценить по требуемому напряжению, емкости и характеристикам разряда.

Сельскохозяйственные дроны

Сельскохозяйственные дроны могут нести жидкости, удобрения или оборудование для опрыскивания. Их текущая потребность может оставаться высокой в ​​течение длительных периодов времени, особенно во время взлета, зависания и работы на малой высоте.

Для этого применения способность непрерывного разряда часто более важна, чем кратковременный пиковый номинал. Аккумулятор следует протестировать с реальной полезной нагрузкой и циклом выполнения миссии.

Промышленная инспекция и картографирование

Дроны для промышленных инспекций могут нести камеры высокого разрешения, LiDAR или мультиспектральные датчики. В некоторых миссиях приоритет отдается выносливости, в то время как другие требуют неоднократного набора высоты, компенсации ветра или позиционирования полезной нагрузки.

Батарею необходимо оценивать с учетом фактической траектории полета, нагрузки на датчики и условий окружающей среды. Для крейсерского полета может подойти аккумулятор с меньшим током и большим ресурсом работы, а для более тяжелых грузов или сложных условий взлета может потребоваться аккумулятор высокой мощности.

Чем отличаются LiPo и Li-Ion C-рейтинги

Не следует сравнивать литий-ионные и литий-ионные аккумуляторы с рейтингом C без проверки метода тестирования.

Высокоскоростной элемент LiPo может быть спроектирован с учетом быстрой подачи тока и низкого внутреннего сопротивления. Некоторые литий-ионные элементы отдают приоритет плотности энергии и могут иметь более низкую токовую нагрузку, в то время как другие литий-ионные элементы специально разработаны для высокой мощности.

Сравнивая два химических анализа, обратите внимание на:

• емкость при заявленной скорости разряда;

• постоянный ток;

• ток и продолжительность всплеска;

• отключение напряжения;

• температура ячейки;

• внутреннее сопротивление;

• вес упаковки;

• доступная энергия под нагрузкой;

• цикл и требования к старению.

Для выбора уровня химии см. Сравнение LiPo и литий-ионных аккумуляторов для дронов.

Тестирование непрерывного и импульсного разряда

Профессиональная оценка аккумуляторов должна определить условия испытаний, прежде чем сравнивать аккумуляторы.

Записывать:

• исходное состояние заряда;

• температура окружающей среды;

• температура батареи;

• текущий профиль;

• напряжение до и во время разряда;

• продолжительность испытания;

• напряжение отсечки;

• поставленная мощность;

• внутреннее сопротивление до и после испытаний;

• физическое состояние после тестирования.

Полезный тестовый профиль может включать в себя:

1. устойчивая текущая фаза;

2. повторяющиеся события всплеска тока;

3. интервал восстановления;

4. окончательный контролируемый сброс;

5. проверка температуры и напряжения.

В тесте должен использоваться реальный дрон или репрезентативная нагрузка. Лабораторный результат при одном фиксированном токе может не предсказать эффективность во время реального полета с изменяющейся тягой и ветром.

Выбор разъемов, проводов и компонентов защиты

Рейтинг C батареи полезен только в том случае, если остальная часть пути тока может справиться с той же нагрузкой.

Обзор:

• разъем постоянного и пикового тока;

• сечение провода и длина кабеля;

• паяные соединения;

• предохранитель или защитное устройство;

• Следы печатной платы;

• вкладки батареи;

• электрораспределительный щит;

• пределы ввода ESC;

• охлаждение и воздушный поток.

Сильноточный элемент, подключенный через разъем недостаточного размера, все равно может создавать потери тепла и напряжения. Аккумуляторный блок следует проектировать как полную электрическую систему, а не как отдельный элемент.

Что должны предоставить OEM-покупатели

При заказе высокоразрядной батареи для дрона предоставьте:

• номинальное напряжение и количество ячеек;

• мощность или целевое время полета;

• средний ток;

• пиковый ток;

• требуемая длительность пакета;

• характеристики двигателя и ESC;

• вес полезной нагрузки;

• профиль полета;

• максимальные габариты батареи;

• максимальный вес упаковки;

• требования к разъемам и кабелям;

• рабочая температура;

• способ зарядки;

• требования защиты;

• требования к испытаниям и сертификации.

ЦЕРНЕ Служба индивидуального обслуживания аккумуляторов может использоваться для обсуждения конфигурации блока, текущих возможностей, размеров, разъемов и условий применения перед проверкой прототипа.

Распространенные ошибки C-рейтинга

Рассматривайте этикетку как гарантию

Напечатанный рейтинг C имеет смысл только тогда, когда понятны продолжительность испытания, пороговые значения и температурные условия.

Использование импульсного тока в качестве непрерывного тока

Аккумулятор может выдерживать кратковременный пик, но перегреваться, если постоянно работать при одном и том же токе.

Игнорирование емкости

Рейтинг C является относительным. Номинал 40C для аккумулятора емкостью 2 Ач и номинал 40C для аккумулятора емкостью 6 Ач дают очень разные теоретические значения тока.

Забывая о провале напряжения

Батарея может соответствовать теоретическому расчетному току, но при этом производить неприемлемое напряжение под нагрузкой.

Тестирование только при комнатной температуре

Холодные и жаркие условия могут существенно изменить внутреннее сопротивление и текущие характеристики.

Соответствие только аккумулятору и двигателю

ESC, разъем, проводка, гребной винт, полезная нагрузка и система распределения энергии также должны быть совместимыми.

Часто задаваемые вопросы

Какой рейтинг C у аккумулятора дрона?

Не существует универсального лучшего рейтинга C. Требуемое значение зависит от мощности, среднего тока, пикового тока, длительности всплеска, провала напряжения, температуры и профиля полета.

В чем разница между непрерывным и пакетным рейтингом C?

Непрерывный рейтинг C описывает способность поддерживать устойчивый ток. Burst C-рейтинг описывает более высокий ток, доступный в течение ограниченного времени. Продолжительность и условия испытаний всегда должны быть подтверждены.

Означает ли более высокий рейтинг C большее время полета?

Нет. Рейтинг C описывает текущую подачу, а не общий запас энергии. Время полета напрямую зависит от энергии аккумулятора, энергопотребления дрона, полезной нагрузки, эффективности и условий эксплуатации.

Как рассчитать ток батареи по рейтингу C?

Умножьте емкость в ампер-часах на рейтинг C. Аккумулятор емкостью 4 Ач, рассчитанный на температуру 25°C, имеет теоретическое значение тока 100 А. Это оценка, а не автоматический предел безопасной непрерывной работы.

Почему напряжение моего дрона падает во время ускорения?

Ускорение увеличивает текущий спрос. Внутреннее сопротивление создает провал напряжения, что может снизить напряжение нагруженной батареи. Температура, состояние заряда, проводка и возраст аккумулятора также влияют на результат.

Лучше ли LiPo-батарея для высокого рейтинга C?

Многие высокоскоростные элементы LiPo рассчитаны на подачу сильного тока, что делает их широко распространенными в мощных дронах. Однако специальные литий-ионные элементы также могут быть рассчитаны на большую мощность. Сравнивайте проверенные данные испытаний, а не только названия химических веществ.

Могу ли я использовать батарею 30C вместо батареи 60C?

Только в том случае, если батарея с более низким номиналом все еще может соответствовать требованиям непрерывного и пикового тока дрона с приемлемыми провалами напряжения и температурой. В первую очередь необходимо проверить мощность, фактические рейтинговые условия и профиль миссии.

Какую информацию должен предоставить поставщик аккумуляторов?

Запросите условия испытания емкости, определения непрерывного и импульсного тока, продолжительность испытания, напряжение отключения, температурные условия, внутреннее сопротивление, размеры упаковки, пределы разъемов и данные проверки.

Заключение

Рейтинг C батареи дрона является полезной отправной точкой для оценки способности отдавать ток, но это не полная характеристика производительности. Непрерывный разряд описывает длительную работу, а импульсный разряд описывает короткие сильноточные события.

В процессе надежного выбора батареи необходимо сравнить рейтинг C с фактическим потреблением тока, провалом напряжения, внутренним сопротивлением, температурой, емкостью, весом, разъемами и условиями полета. Команды OEM должны проверить батарею, используя реальный двигатель, ESC, полезную нагрузку и профиль миссии.

Нужна батарея с высоким уровнем разряда, соответствующая току и требованиям к импульсной мощности вашего дрона? Свяжитесь с ZERNE для индивидуальной оценки батареи.