¿Por qué se descarga la batería de un dron cautivo durante el vuelo?

Respuesta rápida: La batería y el módulo aerotransportado alimentado por cable pueden compartir la carga de la aeronave. Si la tensión de salida del módulo es algo inferior a la del circuito de la batería, si la demanda de la aeronave supera temporalmente la capacidad del módulo, o si el cable y la temperatura reducen la potencia disponible por el cable cautivo, la batería puede suministrar parte de la corriente y disminuirá su estado de carga.

Es habitual esperar que, una vez que un UAV está conectado a una alimentación continua desde tierra, la batería original conserve exactamente el mismo estado de carga. En muchas arquitecturas cautivas reales, el recorrido de la energía no funciona así.

Cuando la batería original permanece a bordo como respaldo, puede estar conectada eléctricamente al bus de la aeronave al mismo tiempo que el módulo DC/DC aerotransportado. La corriente que aporta cada fuente depende de la tensión, la resistencia interna, la estrategia de control y la carga instantánea de la aeronave.

Empiece por la arquitectura de reparto de potencia

El sistema simplificado puede entenderse como dos fuentes de energía posibles que alimentan un mismo bus de la aeronave: el convertidor aerotransportado del cable cautivo y la batería original. Si ambas rutas están activas, no necesariamente aportan la misma potencia.

Módulo DC/DC aerotransportado del cable cautivo → bus del UAV ← batería de respaldo

1. La tensión de salida del convertidor es inferior a la del circuito de la batería

La corriente suele fluir desde la fuente que presenta la tensión efectiva más alta en el bus de la aeronave. Si, bajo carga, el módulo aerotransportado está regulado a una tensión ligeramente inferior a la de la batería, esta puede seguir aportando corriente.

Esto no significa automáticamente que el módulo cautivo esté averiado. El punto de ajuste correcto depende de la arquitectura de la aeronave, los límites de la batería y la estrategia de reparto de potencia prevista. Aumentar la tensión sin entender la batería y su BMS puede crear otro problema, como una carga no deseada o riesgo de corriente inversa.

2. La demanda de la aeronave supera temporalmente la salida del módulo

La potencia en vuelo estacionario no es la máxima que solicitará un UAV. El despegue, la aceleración, la corrección frente al viento, la activación de la carga útil y las órdenes rápidas de control pueden crear picos breves. Si el módulo aerotransportado está dimensionado cerca de la demanda media, la batería puede cubrir esos picos transitorios.

• El vuelo estacionario normal puede recibir toda la potencia del cable cautivo.
• Los picos breves pueden recibir parte de la potencia de la batería.
• Los picos repetidos o prolongados pueden reducir gradualmente el estado de carga de la batería.

3. La caída de tensión del cable cautivo reduce la potencia disponible a bordo

El cable cautivo tiene resistencia eléctrica. Bajo carga, se pierde tensión a lo largo del cable. De forma simplificada, la caída de tensión aumenta con la corriente y la resistencia total del circuito, mientras que las pérdidas en el conductor siguen la conocida relación I²R.

Por eso, un cable más largo, una corriente mayor o un conductor de mayor resistencia pueden reducir la tensión que llega al convertidor aerotransportado. Si el convertidor se acerca a su límite de entrada o térmico, es posible que se pida a la batería que cubra una parte mayor de la carga de la aeronave.

4. La entrada del lado de tierra no suministra la potencia prevista

El módulo aerotransportado solo puede entregar la potencia que atraviesa correctamente toda la cadena. Un generador con capacidad insuficiente, una alimentación de CA incorrecta, la reducción de potencia de la estación de tierra u otra limitación aguas arriba pueden reducir la potencia disponible a bordo, aunque el módulo tenga una potencia nominal superior.

5. La temperatura y la refrigeración reducen la capacidad continua

La electrónica de potencia genera calor. Una temperatura ambiente alta, un flujo de aire limitado o la instalación junto a otra fuente de calor pueden reducir el margen de potencia continua. Si el convertidor o el equipo de tierra reducen su capacidad por temperatura, la batería puede aportar más corriente que en condiciones más frescas.

6. El sistema de gestión de la batería influye en el flujo de corriente

Las baterías inteligentes y las aeronaves controladas por BMS pueden comportarse de forma distinta a un paquete de baterías pasivo sencillo. El BMS puede limitar la corriente de carga, desconectarse en ciertas condiciones o calcular el estado de carga según su propia lógica de estimación. En plataformas de aeronaves propietarias, conviene evaluar el comportamiento de la batería con la aeronave real en vez de deducirlo solo de la tensión.

¿Qué descenso de batería es aceptable?

No existe un porcentaje universal. Un pequeño descenso durante una misión larga puede ser normal en una arquitectura donde la batería apoya los transitorios. Sin embargo, un descenso rápido o continuo puede indicar que el sistema cautivo no está cubriendo la carga sostenida o que la relación de tensiones para compartir corriente no es correcta.

La pregunta útil no es solo «¿bajó el porcentaje de batería?», sino «¿qué corriente suministraba la batería, bajo qué condición de vuelo y durante cuánto tiempo?».

Cómo diagnosticar la causa

Registre el comportamiento del sistema en vuelo estacionario estable y compárelo después con los eventos de mayor carga. Entre las mediciones útiles se incluyen:

• Tensión del bus de la aeronave
• Tensión y corriente de salida del módulo aerotransportado
• Tensión de entrada del módulo aerotransportado procedente del cable cautivo
• Tensión y corriente de salida de la estación de tierra
• Sentido y magnitud de la corriente de la batería, si están disponibles
• Estado de carga de la batería a lo largo del tiempo
• Temperatura ambiente y temperatura del módulo
• Modo de funcionamiento de la aeronave y estado de la carga útil cuando se produce el descenso

No intente resolver la descarga de la batería simplemente aumentando la tensión

Aumentar la tensión de salida aerotransportada puede trasladar más carga de la batería al módulo cautivo, pero el punto de ajuste debe ser compatible con la aeronave, la batería y el BMS. Una tensión incorrecta puede provocar una carga no deseada o una realimentación. Por tanto, cualquier ajuste debe seguir el diseño documentado del recorrido de potencia, no un método de prueba y error.

Qué debe conseguir un sistema bien ajustado

• El sistema cautivo cubre la demanda sostenida de la aeronave y la carga útil.
• Hay suficiente margen de corta duración para los transitorios previstos.
• La batería sigue disponible como respaldo si así se contempla en el diseño.
• La caída de tensión del cable y los límites de la fuente de tierra se incluyen en el cálculo de potencia.
• El convertidor funciona dentro de sus límites térmicos y de tensión.
• La carga de la batería o la corriente inversa se controlan según la arquitectura prevista.

Preguntas frecuentes

¿Que la batería se descargue significa que el sistema cautivo está subdimensionado?

No siempre. Una batería de respaldo puede estar diseñada para apoyar durante transitorios breves. Lo importante es distinguir si solo cubre picos o si suministra continuamente una parte importante de la carga sostenida.

¿Puedo aumentar la tensión del módulo aerotransportado para que la batería nunca se descargue?

No aumente la tensión sin confirmar los límites de la aeronave y la batería. Un punto de ajuste demasiado alto puede provocar una carga no deseada o corrientes inversas.

¿La longitud del cable cautivo puede hacer que la batería se descargue más rápido?

Sí, de forma indirecta. Un cable más largo puede aumentar la resistencia eléctrica y la caída de tensión. Si eso reduce la potencia disponible para el convertidor aerotransportado, la batería puede aportar más corriente.

Hable de su proyecto de UAV cautivo

Desarrollamos sistemas de alimentación para UAV cautivos según la aeronave, la carga útil, la altura de operación y la fuente de alimentación disponible en tierra. Para una evaluación inicial, envíenos el modelo de la aeronave o su especificación eléctrica, la demanda de potencia continua y de pico, la longitud de cable necesaria, la aplicación de la misión y el país de destino.