Як розрахувати ресурс батареї для різних дронів?

I. Основний розрахунок витривалості: три ключові параметри LiPo батареї та основні формули

Щоб точно розрахувати витривалість, потрібно спочатку зрозуміти критичні позначки наакумулятор. Ємність (мАг), швидкість розряду (C-рейтинг) і напруга (S-рейтинг) LiPo батареї є основою для розрахунку.

Їх зв’язок із енергоспоживанням дрона становить основну формулу:

1. Аналіз ключових параметрів

Ємність (мАг): Загальна накопичена електрична енергія. Наприклад, акумулятор ємністю 10 000 мАг може видавати струм 10 А протягом 1 години.

Швидкість розряду (рейтинг C): безпечна швидкість розряду. Для акумулятора 20C максимальний струм розряду = Ємність (Ah) × 20.

Напруга (S рейтинг): 1S = 3,7 В. Напруга визначає потужність двигуна, але має відповідати ESC.

2. Основна формула розрахунку

Теоретичний час польоту (хвилини) = (Ємність батареї × ефективність розряду ÷ середній струм дрона) × 60

Ефективність розряду: фактична корисна ємність акумулятора LiPo становить приблизно 80%-95% від номінального значення.

Середній струм: енергоспоживання в реальному часі під час польоту, що потребує розрахунку на основі моделі та умов експлуатації.

II. Практичні розрахунки за моделлю: від споживчого до промислового застосування

Енергоспоживання дронів значно відрізняється, що вимагає індивідуальних розрахунків витривалості. Наступні три типові моделі пропонують найбільш цінну довідкову логіку:

1. Споживчі дрони для аерофотозйомки

Основні характеристики: легке корисне навантаження, стабільне енергоспоживання, пріоритетне зависання та крейсерська витривалість.

Приклад: дрон з акумулятором 3S 5000 мАг із середнім струмом 25 А та ефективністю розряду 90%

Фактична витривалість = (5000 × 0,9 ÷ 25) × 60 ÷ 1000 = 10,8 хвилин (теоретичне значення)

Примітка. Фактичний час польоту з високою часткою зависання становить приблизно 8-10 хвилин, що відповідає специфікаціям виробника.

2. Гонки дронів FPV

Основні характеристики: висока вибухова потужність, великий миттєвий струм, значний вплив ваги батареї.

Приклад: батарея 3S 1500mAh 100C FPV racer, середній струм 40A, ефективність розряду 85%

Теоретична витривалість = (1500 × 0,85 ÷ 40) × 60 ÷ 1000 = 1,91 хв.

3. Промислові дрони для обприскування культур

Основні характеристики: важке корисне навантаження, збільшена витривалість, залежить від акумуляторів великої ємності.

Приклад: батарея 6S 30000mAh дрон для обприскування культур, середній струм 80A, ефективність розряду 90%

Теоретична витривалість = (30000 × 0,9 ÷ 80) × 60 ÷ 1000 = 20,25 хв.

III. Подолання теоретичних обмежень: поправка на три критичні фактори

Точні розрахунки менш важливі, ніж стабільні характеристики польоту. Слід враховувати такі фактори, які знижують витривалість:

1. Втручання навколишнього середовища

Температура: Ємність падає на 30% нижче 0°C. При температурі -30°C безпілотники потребують нагріву двигуна, щоб підтримувати витривалість.

Швидкість вітру: боковий вітер збільшує споживання енергії на 20%-40%, а пориви вимагають додаткової потужності для стабілізації положення.

2. Поведінка в польоті

Маневрування: часті підйоми та круті повороти споживають на 30% більше енергії, ніж постійна їзда.

Вага корисного навантаження: збільшення корисного навантаження на 20% скорочує час польоту на 19%.

3. Стан батареї

Старіння: ємність знижується до 70% після 300-500 циклів заряджання, відповідно зменшуючи витривалість.

Спосіб зберігання: тривале зберігання при повному заряді прискорює старіння; підтримувати 40%-60% заряду під час зберігання.

IV. Методи оптимізації витривалості: вибір правильної батареї важливіший за розрахунки

Баланс між ємністю та вагою: промислові дрони вибирають батареї на 20 000–30 000 мАг; для споживчого класу пріоритет 2000-5000 мАг, щоб уникнути порочного кола «важкі батареї = великі навантаження».

Відповідність швидкості розряду: для гоночних дронів потрібні високопродуктивні батареї 80-100C; сільськогосподарським дронам потрібна лише 10-15C, щоб задовольнити потреби.

Інтелектуальне керування: батареї з системами BMS підвищують ефективність розряду на 15% і подовжують термін служби за рахунок балансування напруги елементів.

V. Майбутні тенденції: прорив у витривалості акумуляторів LiPo

НапівтвердийLiPo акумуляторитепер досягти 50% вищої щільності енергії. У поєднанні з технологією швидкої зарядки (80% заряду за 15 хвилин) промислові дрони можуть перевищувати 120 хвилин польоту.