Почему аккумулятор привязного дрона разряжается во время полёта?

Краткий ответ: аккумулятор и бортовой модуль питания по кабелю могут совместно питать БПЛА. Если выходное напряжение модуля немного ниже напряжения в цепи аккумулятора, кратковременная потребность БПЛА превышает возможности модуля или условия кабеля и температуры уменьшают доступную мощность от наземного источника, аккумулятор может отдавать часть тока, и его уровень заряда будет снижаться.

Часто ожидают, что после подключения БПЛА к постоянному питанию с земли исходный аккумулятор будет сохранять совершенно неизменный уровень заряда. Во многих реальных архитектурах питания по кабелю это работает иначе.

Если исходный аккумулятор остаётся на борту в качестве резерва, он может одновременно с бортовым модулем DC/DC быть электрически подключён к шине БПЛА. Ток от каждого источника зависит от напряжения, внутреннего сопротивления, стратегии управления и текущей нагрузки БПЛА.

Начните с архитектуры распределения мощности

Упрощённо систему можно представить как два возможных источника энергии, питающих одну шину БПЛА: бортовой преобразователь кабельной системы и исходный аккумулятор. Даже если активны оба пути, они не обязательно отдают одинаковую мощность.

Бортовой модуль DC/DC кабельной системы → шина БПЛА ← резервный аккумулятор

1. Выходное напряжение преобразователя ниже напряжения в цепи аккумулятора

Ток обычно течёт от источника с более высоким эффективным напряжением на шине БПЛА. Если под нагрузкой бортовой модуль настроен на немного более низкое напряжение, чем цепь аккумулятора, аккумулятор может продолжать отдавать ток.

Это само по себе не означает неисправность кабельного модуля. Подходящая уставка зависит от архитектуры БПЛА, ограничений аккумулятора и предусмотренной стратегии распределения мощности. Повышение напряжения без понимания особенностей аккумулятора и BMS может создать другую проблему, в том числе нежелательный заряд или риск обратного тока.

2. Потребность БПЛА временно превышает выходную мощность модуля

Мощность при зависании не является максимальной мощностью, которую может запросить БПЛА. Взлёт, ускорение, компенсация ветра, включение полезной нагрузки и быстрые команды управления могут создавать кратковременные пики. Если бортовой модуль рассчитан близко к средней потребности, аккумулятор может покрывать такие переходные пики.

• При обычном зависании всю мощность может обеспечивать кабельная система.
• Кратковременные пики могут частично покрываться аккумулятором.
• Повторяющиеся или длительные пики могут постепенно снижать уровень заряда аккумулятора.

3. Падение напряжения на кабеле снижает доступную мощность на борту

Кабель-трос имеет электрическое сопротивление. Под нагрузкой напряжение падает вдоль кабеля. В упрощённом виде падение напряжения растёт с током и полным сопротивлением контура, а потери в проводнике подчиняются известному соотношению I²R.

Поэтому более длинный кабель, больший ток или проводник с более высоким сопротивлением могут снизить напряжение, поступающее на бортовой преобразователь. Если преобразователь приближается к пределу по входному напряжению или температуре, аккумулятору, возможно, придётся покрывать большую часть нагрузки БПЛА.

4. Наземный источник не выдаёт ожидаемую мощность

Бортовой модуль может передать только ту мощность, которая проходит через всю цепочку. Генератор недостаточной мощности, неподходящее питание переменного тока, снижение мощности наземной станции или другое ограничение выше по цепи могут уменьшить доступную мощность на борту, даже если номинальная мощность модуля выше.

5. Температура и охлаждение снижают длительную мощность

Силовая электроника выделяет тепло. Высокая температура окружающей среды, ограниченный поток воздуха или установка рядом с другим источником тепла могут уменьшить запас длительной мощности. Если преобразователь или наземное оборудование снижает мощность из-за нагрева, аккумулятор может отдавать больший ток, чем в более прохладных условиях.

6. Система управления аккумулятором влияет на ток

Интеллектуальные аккумуляторы и БПЛА под управлением BMS могут вести себя иначе, чем простой пассивный аккумуляторный блок. BMS может ограничивать ток заряда, отключаться при определённых условиях или рассчитывать уровень заряда по собственной оценочной логике. Для закрытых платформ поведение аккумулятора следует проверять на реальном БПЛА, а не предполагать его по одному лишь напряжению.

Какое снижение уровня заряда допустимо?

Универсального процента нет. Небольшое снижение во время длительной миссии может быть нормальным, если аккумулятор компенсирует переходные нагрузки. Быстрое или постоянное снижение, напротив, может указывать на то, что система питания по кабелю не покрывает длительную нагрузку либо соотношение напряжений для распределения тока выбрано неверно.

Полезно спросить не только «Снизился ли процент заряда?», но и «Какой ток отдавал аккумулятор, при каком режиме полёта и как долго?»

Как определить причину

Запишите поведение системы при устойчивом зависании и сравните его с эпизодами более высокой нагрузки. Полезны следующие измерения:

• Напряжение шины БПЛА
• Выходные напряжение и ток бортового модуля
• Входное напряжение бортового модуля от кабеля
• Выходные напряжение и ток наземной станции
• Направление и величина тока аккумулятора, если доступны
• Уровень заряда аккумулятора во времени
• Температура окружающей среды и модуля
• Режим работы БПЛА и состояние полезной нагрузки в момент снижения заряда

Не пытайтесь устранить разряд аккумулятора простым повышением напряжения

Повышение выходного напряжения бортового модуля может перенести больше нагрузки с аккумулятора на кабельную систему, но уставка должна соответствовать ограничениям БПЛА, аккумулятора и BMS. Неправильное напряжение может вызвать нежелательный заряд или обратную подачу тока. Поэтому настройку следует выполнять по документированной схеме распределения мощности, а не методом проб и ошибок.

Что должна обеспечивать правильно подобранная система

• Кабельная система покрывает длительную потребность БПЛА и полезной нагрузки.
• Предусмотрен достаточный кратковременный запас для ожидаемых переходных нагрузок.
• Аккумулятор остаётся доступным как резерв, если это предусмотрено конструкцией.
• Падение напряжения на кабеле и ограничения наземного источника учтены в расчёте мощности.
• Преобразователь работает в допустимых пределах температуры и напряжения.
• Заряд аккумулятора или обратный ток контролируются в соответствии с предусмотренной архитектурой.

Часто задаваемые вопросы

Означает ли разряд аккумулятора, что система питания по кабелю недостаточно мощная?

Не всегда. Резервный аккумулятор может намеренно помогать при кратковременных переходных нагрузках. Важно понять, компенсирует ли он только пики или постоянно питает значительную часть длительной нагрузки.

Можно ли повысить напряжение бортового модуля, чтобы аккумулятор никогда не разряжался?

Не повышайте напряжение, не проверив ограничения БПЛА и аккумулятора. Слишком высокая уставка может вызвать нежелательный заряд или обратный ток.

Может ли длина кабеля-троса ускорить разряд аккумулятора?

Да, косвенно. Более длинный кабель может увеличить электрическое сопротивление и падение напряжения. Если из-за этого бортовой преобразователь получает меньше мощности, аккумулятор может отдавать больший ток.

Обсудите ваш проект привязного БПЛА

Мы разрабатываем системы электропитания привязных БПЛА с учётом модели БПЛА, полезной нагрузки, рабочей высоты и доступного наземного питания. Для предварительной оценки пришлите модель БПЛА или его электрические характеристики, длительную и пиковую потребность в мощности, требуемую длину кабеля, назначение миссии и страну назначения.