UAVとドローンのバッテリー寿命について

無人航空機（UAV）、通称ドローンは、物流、農業、監視、インフラ検査などの業界に急速に拡大している。その役割が大きくなるにつれて UAVのバッテリー寿命 そして ドローンバッテリーの寿命 が重要になる。1回の充電でのドローンの飛行時間は、飛行距離と飛行時間を制限し、バッテリーの寿命（充電サイクルで測定）は、交換が必要になるまでのバッテリー自体の寿命を決定する。この記事では、バッテリーの性能に影響を与える要因、ドローンクラス別の典型的な飛行時間、実用的な計算方法、飛行時間とバッテリー寿命の両方を最大化するためのヒントについて説明する。また、以下の点にも言及している。 リポ・ドローン・バッテリー 技術やUAV電源システムにおけるその他の技術革新に取り組んでいます。カスタムバッテリーソリューションのリーダーであるYibai Lithium Technologyは、これらのニーズを満たす高性能UAVバッテリーを専門としています。

ドローンには、トイドローンや民生用クアッドコプターからプロ用や産業用UAVまで様々なタイプがあり、各カテゴリーには典型的な飛行時間の幅がある。下の表は、ドローンのカテゴリー別に平均飛行時間と主な特徴をまとめたものである：

高性能クラスのドローンは、より大きく重いバッテリーを搭載する傾向があり、より長い飛行を可能にするが、その代償として重量と複雑さが増す。例えば、検査や配送用に設計された産業用UAVは、以下のものを使用することがある。 数十Ahのバッテリーパック一方、小型玩具ドローンのバッテリーは数百mAhしかないかもしれない。業界のデータによると、ほとんどの民生用ドローンは1回の充電で20～50分程度飛行する。対照的に、特殊な長時間飛行が可能なドローン（燃料と電気のハイブリッドシステムを採用していることが多い）は、高度な電力管理を行うことで、何時間も、あるいは何日間も飛行を続けることができる。

ドローンの飛行時間の計算

ドローンの飛行時間は、バッテリーとモーターの仕様から推測することができる。一般的な計算式は以下の通り：

飛行時間（分） = バッテリー容量（Ah） / (総消費電流 (A))×60×効率係数

ここでは 効率係数 (多くの場合0.8または80%）は、実用的な損失と放電中の安全電圧限界を考慮したものである。また 総消費電流 は、ホバリングまたは平均的な飛行条件下ですべてのモーターが使用する電流の合計です。

例 同じモーターを4つ搭載したクアッドコプターを考える。各モーターはホバリング負荷で5Aを消費し、それぞれ600gの推力を供給する。UAVは6S（22.2V）22,000mAh（22Ah）のリポバッテリーを使用します。

1. 総推力を計算する： 各モーターの出力は0.6kgf（600g）なので、4個のモーターで合計2.4kgの推力が得られる。

2. 総電流を計算する： 各モーターは5Aを使用するので、4つのモーターを合わせて20Aを消費する。

3. フォーミュラを適用する：

   • バッテリー容量 = 22 Ah

   • 総消費電流 = 20 A

   • 効率係数 = 0.8 (80%)

   • 飛行時間 = (22 Ah / 20 A) × 60 × 0.8 ≒ 52.8分。

この例は、約50～55分の理想的なホバーフライトを示している。実際のミッションでは、積極的なマヌーバや追加ペイロードにより飛行時間が短縮されます。

ドローンのバッテリー寿命に影響する主な要因

いくつかの要因が両者に影響を与える。 飛行時間 (1回の充電で飛行できる時間）と サイクル寿命 (UAVバッテリーの充電回数）。これらの要素を理解することで、性能を最大限に引き出すことができます：

• バッテリーの種類と化学： ほとんどのドローンは LiPo (リチウムポリマー) バッテリーは、高いエネルギー密度と放電速度を提供するためです。LiPoバッテリーは軽量で、UAVモーターに理想的な電力を素早く供給します。他の化学物質（Li-ion、LiFePO₄など）もありますが、重くなったり、放電プロファイルが異なる場合があります。新しいバッテリー技術（固体リチウムイオンなど）は、さらに高いエネルギー密度を約束し、飛行時間を延ばすことができます。

• バッテリー容量（mAh/Ah）： 容量（mAhまたはAhで測定）が大きいほど、より多くのエネルギーを蓄えることができるため、潜在的な飛行時間が直接的に長くなる。しかし、容量が大きいバッテリーは重くかさばるため、効率が低下する可能性があります。設計者は容量と重量のバランスをとる。通常、プロ用ドローンは、より長い飛行のために10,000～30,000 mAhのバッテリーを使用することがありますが、小型ドローンは数千 mAhしか使用しません。

• 放電率（Cレーティング）： C定格は、バッテリーが安全に放電できる速度を示す。高性能ドローンまたはレース用ドローンには、強力な電流バーストを供給するために高いC定格（例えば、50C-100C）のバッテリーが必要です。低いC定格のバッテリーは性能を制限する可能性があります。適切な放電速度を選択することで、バッテリーは過熱や電圧降下なしにドローンの電力需要を満たすことができます。

• 重量（ペイロード）： より重いドローンは、上空にとどまるためにより多くの電力を必要とし、飛行時間が短くなる。不要なペイロードやコンポーネントを取り除くことで、フライトあたりのバッテリー寿命を延ばすことができます。特に小型のUAVでは、1キログラム増えるごとにホバリング時間が劇的に短くなります。

• 飛行条件 風、気温、高度などの環境要因が大きな役割を果たす。向かい風や重量物、高高度（空気が薄い）での飛行は、より大きな推力と電流を必要とし、飛行時間を短くします。極端な温度も有害です。寒いとバッテリーの容量が減り、暑いとセルが過熱します。理想的な温度範囲外でバッテリーを使用すると、寿命が短くなります。

• バッテリー管理（BMSと充電）： 適切な充電とバッテリー管理は非常に重要です。リポセルを過充電したり完全に消耗させると、使用可能なサイクルが短くなります。最新のUAVバッテリーにはバッテリー管理システム(ビーエムエス)を使用して過充電/放電を防ぐ。安全電圧以下の過放電は避けてください。適切な充電器で充電し、セルのバランスを保ち、部分充電で保管するなど、一貫したケアを行うことで、バッテリー全体の寿命を延ばすことができます。

要約すると UAVのバッテリー寿命 用途に合ったバッテリーの種類と容量を選ぶこと、控えめなフライト（安定したスピード、適度なスロットル）を心がけること、バッテリーを適切にメンテナンスすること。

ドローンのバッテリー寿命

「バッテリー寿命」には2つの異なる意味がある： 飛行時間 1回の充電で 電池寿命 充電サイクルの観点からその ドローンバッテリーの寿命 バッテリーの容量が著しく低下する（元の容量の80%と定義されることが多い）までに、何回の完全な充放電サイクルを行うことができるかを示す。

高品質のLiPo UAVバッテリーについて、メーカーは通常、以下のように評価している。 300～500回のフル充電サイクル バッテリーの劣化が顕著になる前に。つまり、300～500サイクル後、バッテリーは初期容量の80%になる可能性があります。(実際には、慎重な使用と保管によってこの数値を上回ることもありますが、定期的な使用でバッテリーが2、3年持つことを期待するのはよいことです。

そのサイクル寿命に達するためには、適切なケアが不可欠です。これには以下が含まれる：

• 過充電や過放電を避ける（各セルの電圧を安全な範囲に保つ）。

• バッテリーを使用しない場合（特に長時間）、40～60%程度の充電で保管する。

• 正しい充電器とBMSを使ってセルバランスをとる。

• バッテリーを適度な温度（暑すぎず、寒すぎず）に保つ。

ベストプラクティスに従うことで、パイロットはリポドローンのバッテリーが耐用年数の上限に達するようにすることができます。 ドローンバッテリーの寿命.

飛行時間とサイクル寿命の最大化

時々、「ドローンのバッテリーの最大寿命」という言い方をする人がいるが、これは紛らわしい。という意味かもしれない：

• 1回の充電で可能な限り長い飛行時間 (ドローンが1つのバッテリーで飛行できる時間）、または

• 最大サイクル寿命 (交換までの総フライト/サイクル数）。

一回の飛行時間を最大にするには 大容量バッテリー を持ち運ぶことができる。例えば、プロ用の長時間飛行型ドローンでは、飛行時間を延ばすために非常に大きなパック（10,000～30,000mAh以上）を使用することが多い。軍事用ドローンの中には、電気モーターと燃料エンジン（ハイブリッド・システム）を組み合わせて、数時間から数日間も上空にとどまるものもある。例えば、MQ-9リーパーUAVは、パワーシステムとバッテリー技術を最適化することで、長時間のミッションを実現している。

しかし、極端に大きなバッテリーは重量を増加させる。それぞれの設計は、追加された質量に対して容量のバランスを取らなければならない。重すぎるバッテリーは効率を低下させ、飛行時間を短くすることさえある。

長寿命（サイクル寿命）のためには、ストレスを避けること：日常的にバッテリーを完全に消耗させないこと、過充電させないこと。100%を完全に使い切るのではなく、80%をわずかに超えるバッテリーを使用することで、サイクル寿命を劇的に延ばすことができます。要するに、両方の面を最大化するには、あなたのドローンに合った大容量リポを選び、控えめに飛行させ、適切にメンテナンスすることです。