Spiegazione della durata della batteria di UAV e droni

I veicoli aerei senza pilota (UAV), comunemente noti come droni, si stanno rapidamente espandendo in settori quali la logistica, l'agricoltura, la sorveglianza e l'ispezione delle infrastrutture. Con la crescita del loro ruolo, la comprensione Durata della batteria dell'UAV e durata della batteria del drone diventa fondamentale. Il tempo di volo di un drone con una singola carica limita la distanza e la durata delle operazioni, mentre la durata della batteria (misurata in cicli di carica) determina la durata della batteria stessa prima di doverla sostituire. Questo articolo illustra i fattori che influenzano le prestazioni della batteria, le durate di volo tipiche per le diverse classi di droni, i metodi di calcolo pratici e i suggerimenti per massimizzare il tempo di volo e la durata della batteria. Inoltre, evidenzia Batteria LiPo per drone e altre innovazioni nei sistemi di alimentazione degli UAV. Yibai Lithium Technology, leader nelle soluzioni di batterie personalizzate, è specializzata in batterie UAV ad alte prestazioni per soddisfare queste esigenze.

I droni sono di vari tipi, dai droni giocattolo e i quadcopter consumer agli UAV professionali e industriali, e ogni categoria ha una durata di volo tipica. La tabella seguente riassume la durata media dei voli e le caratteristiche principali per categoria di droni:

I droni delle classi di prestazioni più elevate tendono ad avere batterie più grandi e pesanti, che consentono voli più lunghi, ma al costo di un aumento del peso e della complessità. Per esempio, gli UAV industriali progettati per le ispezioni o le consegne possono usare pacchi batteria da decine di Ahmentre la batteria di un piccolo drone giocattolo può essere di poche centinaia di mAh. I dati del settore mostrano che la maggior parte dei droni consumer/prosumer vola per circa 20-50 minuti per carica. Al contrario, i droni specializzati a lunga durata (che spesso utilizzano sistemi ibridi carburante-elettrico) possono rimanere in volo per molte ore o addirittura per giorni grazie a una gestione avanzata dell'energia.

Calcolo del tempo di volo del drone

È possibile stimare la durata di volo di un drone in base alle specifiche della batteria e del motore. Una formula comune è:

Tempo di volo (minuti) = Capacità della batteria (Ah) / (Assorbimento totale di corrente (A)) × 60 × Fattore di efficienza

Qui, il fattore di efficienza (spesso 0,8 o 80%) tiene conto delle perdite pratiche e dei limiti di tensione di sicurezza durante la scarica. Il Assorbimento totale di corrente è la somma della corrente utilizzata da tutti i motori in condizioni di hovering o di volo medio.

Esempio: Consideriamo un quadcopter con quattro motori identici. Ogni motore assorbe 5 A sotto carico in hovering e ognuno fornisce 600 g di spinta. L'UAV utilizza una batteria LiPo 6S (22,2 V) da 22.000 mAh (22 Ah).

1. Calcolare la spinta totale: Ogni motore produce 0,6 kgf (600 g), quindi 4 motori danno una spinta totale di 2,4 kg.

2. Calcolo della corrente totale: Ogni motore consuma 5 A, quindi 4 motori assorbono 20 A complessivamente.

3. Applicare la formula:

   • Capacità della batteria = 22 Ah

   • Assorbimento totale di corrente = 20 A

   • Fattore di efficienza = 0,8 (80%)

   • Tempo di volo = (22 Ah / 20 A) × 60 × 0,8 ≈ 52,8 minuti.

Questo esempio mostra un volo in hovering ideale di circa 50-55 minuti. Nelle missioni reali, le manovre aggressive o il carico utile aggiuntivo ridurranno il tempo di volo.

Fattori chiave che influenzano la durata della batteria del drone

Diversi fattori incidono sia sulla tempo di volo (per quanto tempo si può volare con una sola carica) e la ciclo di vita (quante cariche può sopportare la batteria) di una batteria UAV. La comprensione di questi fattori aiuta a massimizzare le prestazioni:

• Tipo e chimica della batteria: La maggior parte dei droni utilizza LiPo (polimeri di litio) perché offrono un'elevata densità di energia e velocità di scarica. Le batterie LiPo sono leggere e forniscono una rapida erogazione di energia, ideale per i motori degli UAV. Esistono altri tipi di batterie (Li-ion, LiFePO₄, ecc.), ma possono essere più pesanti o avere profili di scarica diversi. Le nuove tecnologie delle batterie (come gli ioni di litio allo stato solido) promettono una densità di energia ancora maggiore, che può allungare i tempi di volo.

• Capacità della batteria (mAh/Ah): Una maggiore capacità (misurata in mAh o Ah) aumenta direttamente il tempo di volo potenziale, poiché immagazzina più energia. Tuttavia, le batterie di maggiore capacità sono più pesanti e più ingombranti, il che può ridurre l'efficienza. I progettisti bilanciano capacità e peso. In genere, i droni professionali possono utilizzare batterie da 10.000-30.000 mAh per voli più lunghi, mentre i droni più piccoli utilizzano solo poche migliaia di mAh.

• Tasso di scarico (classificazione C): La classificazione C indica la velocità con cui una batteria può scaricarsi in modo sicuro. I droni ad alte prestazioni o i droni da corsa richiedono batterie con un'elevata classificazione C (ad esempio, 50C-100C) per fornire forti scariche di corrente. Le batterie con un rating C inferiore possono limitare le prestazioni. La scelta della corretta velocità di scarica garantisce che la batteria possa soddisfare la richiesta di energia del drone senza surriscaldarsi o abbassare la tensione.

• Peso (carico utile): I droni più pesanti richiedono più energia per rimanere in volo, riducendo il tempo di volo. La rimozione del carico utile o dei componenti non necessari può prolungare la durata della batteria per ogni volo. Ogni chilogrammo in più può ridurre drasticamente il tempo di hovering, soprattutto per gli UAV più piccoli.

• Condizioni di volo: I fattori ambientali come il vento, la temperatura e l'altitudine giocano un ruolo fondamentale. Se si vola con vento contrario, se si trasporta del peso o ad altitudini più elevate (aria più rarefatta), è necessario aumentare la spinta e la corrente, riducendo il tempo di volo. Anche le temperature estreme sono dannose: il freddo può ridurre la capacità della batteria e il caldo può surriscaldare le celle. Il funzionamento delle batterie al di fuori del loro intervallo di temperatura ideale può ridurne la durata.

• Gestione della batteria (BMS e ricarica): La carica e la gestione corretta della batteria sono fondamentali. Il sovraccarico o l'esaurimento completo di una cella LiPo può ridurne i cicli di utilizzo. Le moderne batterie per UAV includono sistemi di gestione della batteria (BMS) per evitare una sovraccarica/scarica. Tuttavia, anche la pratica del pilota è importante: evitare di scaricare eccessivamente al di sotto della tensione di sicurezza. Una cura costante - caricando con caricatori adeguati, mantenendo le celle bilanciate e conservandole a carica parziale - aumenta la durata complessiva della batteria.

In sintesi, massimizzare Durata della batteria dell'UAV La scelta del tipo e della capacità della batteria più adatta all'applicazione, il volo conservativo (velocità costante, accelerazione moderata) e la corretta manutenzione della batteria.

Durata della batteria del drone

"Durata della batteria" può avere due significati diversi: tempo di volo con una sola carica, e durata della batteria in termini di cicli di carica. Il durata della batteria del drone si riferisce al numero di cicli completi di carica e scarica che la batteria può subire prima che la sua capacità diminuisca in modo significativo (spesso definita come 80% della capacità originale).

Per quanto riguarda le batterie LiPo UAV di alta qualità, i produttori valutano in genere circa 300-500 cicli di carica completa prima che la batteria inizi a degradarsi in modo evidente. Ciò significa che dopo 300-500 cicli, la batteria potrebbe avere 80% della sua capacità iniziale. (In pratica, l'uso e la conservazione accurati possono talvolta superare questi valori, ma è bene aspettarsi che una batteria duri un paio d'anni con un uso regolare.

Una cura adeguata è essenziale per raggiungere la durata del ciclo. Questo include:

• Evitare il sovraccarico o la sovrascarica (mantenere la tensione di ogni cella in un intervallo di sicurezza).

• Conservare le batterie a circa 40-60% di carica quando non vengono utilizzate (soprattutto per periodi prolungati).

• Utilizzare il caricabatterie e il BMS corretti per bilanciare le celle.

• Mantenere le batterie a temperature moderate (né troppo calde né troppo fredde).

Seguendo le migliori pratiche, i piloti possono contribuire a garantire che le batterie LiPo dei loro droni raggiungano il limite massimo della loro durata. durata della batteria del drone.

Massimizzazione del tempo di volo rispetto alla durata del ciclo

A volte si parla di "durata massima della batteria del drone", il che può creare confusione. Potrebbe significare:

• Tempo di volo più lungo possibile per ogni carica (per quanto tempo un drone può volare con una sola batteria), oppure

• Durata massima del ciclo (quanti voli/cicli totali prima della sostituzione).

Per massimizzare la durata di un singolo volo, utilizzare l'opzione batteria ad alta capacità che si può trasportare. Ad esempio, i droni professionali di lunga durata utilizzano spesso batterie molto grandi (10.000-30.000 mAh o più) per prolungare il tempo di volo. Alcuni droni militari combinano addirittura motori elettrici e motori a combustibile (sistemi ibridi) per rimanere in volo per ore o giorni. Ad esempio, l'UAV MQ-9 Reaper riesce a compiere lunghe missioni ottimizzando il sistema di alimentazione e la tecnologia delle batterie.

Tuttavia, le batterie estremamente grandi aggiungono peso. Ogni progetto deve bilanciare la capacità con la massa aggiunta. Una batteria troppo pesante può ridurre l'efficienza e persino la durata del volo.

Per una maggiore longevità (durata dei cicli), evitare lo stress: non scaricare completamente la batteria di routine e non lasciarla sovraccaricare. Utilizzando ogni volta una batteria leggermente al di sopra di 80% della sua capacità, anziché completamente a 100%, si può aumentare notevolmente la durata totale del ciclo. In sostanza, per massimizzare entrambi gli aspetti, scegliete una LiPo ad alta capacità adatta al vostro drone, fatela volare in modo conservativo e mantenetela correttamente.