供電，毫無(wú)疑問(wèn)是無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的核心，不管是飛行控制器、無(wú)線電收發(fā)模塊、電機(jī)、電調(diào)都需要電來(lái)喂飽，目前消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)動(dòng)力電池依舊是鋰電池占據(jù)主導(dǎo)。

鋰電池具有輕巧、容量密度比大、耐用、充電快等優(yōu)點(diǎn)。而相對(duì)其他類型的電池，鋰電池自身特性嬌貴，供電品質(zhì)受溫度、電流開(kāi)銷、電芯平衡性、放電曲線的影響，而供電品質(zhì)的變化又反作用于無(wú)人機(jī)，電源策略不當(dāng)更是有隨時(shí)發(fā)生空難的可能。

1、電芯

電池由電芯組成，電芯能量密度越高、重量越輕，組裝好的電池飛行續(xù)航時(shí)間越長(zhǎng)。

目前飛機(jī)動(dòng)力鋰電池都是鈷酸鋰電池(LiCoO2)，而磷酸鐵鋰電池體積、重量都很大，電壓比較低，一般當(dāng)充電包或者地面站供電。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

點(diǎn)擊詳情

鈷酸鋰電池標(biāo)準(zhǔn)電壓3.7V，滿電電壓4.2V或4.35V(高壓版電池)，放電截止電壓2.6V，不過(guò)一般廠家都是設(shè)定3.0V觸發(fā)過(guò)放保護(hù)。鋰鐵電池標(biāo)準(zhǔn)電壓是3.2V，滿電電壓3.6V，放電截止電壓2V。

但在目前的電池技術(shù)下，能量密度與放電能力是一對(duì)矛盾體，放電能力強(qiáng)的高C電芯，在重量上同樣高于低C電芯。

C數(shù)越高的電池循環(huán)壽命越短，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的動(dòng)力電池100個(gè)充放循環(huán)已屬長(zhǎng)壽，大多數(shù)情況下70循環(huán)就差不多不再符合飛行要求。

內(nèi)阻越低的電芯放電能力越強(qiáng)，放電升溫越低，反之亦然。而放電時(shí)的電芯溫度，又將作用于鋰電芯本身的化學(xué)特性，溫度鋰離子越低活性越低，電壓更容易跌落。(所有才有了動(dòng)力電在冬季需要為電池保溫，預(yù)熱)

比如：25C和10C放電能力的電芯，同樣為5000ma容量，25C電芯就會(huì)重出不少。同樣40A電流放電，10C電芯也會(huì)釋放更多熱量。

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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于是，廠家需要根據(jù)飛行測(cè)試，在能量密度最大化、電池升溫輔助，和滿足絕大部分飛行場(chǎng)景的放電需求上選擇平衡點(diǎn)。

主流消費(fèi)級(jí)多旋翼無(wú)人機(jī)為保證續(xù)航時(shí)間和機(jī)動(dòng)開(kāi)銷，選擇電芯的放電能力多在5~10C左右。

而很多航模無(wú)需多慮續(xù)航問(wèn)題，3D直升機(jī)的一次飛行不過(guò)4分鐘左右，電芯需求則25C起步~甚至有些比賽用鋰電，放電能力達(dá)到65C。

選擇好了適合的電芯，就可以根據(jù)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)電壓進(jìn)行封裝，由多片鋰電芯通過(guò)并聯(lián)或串聯(lián)的組合完成輸出。每一片鋰電成為1S，12V供電就需要3片電芯串聯(lián)，也就是最常見(jiàn)的3S1P鋰電。

而一些電池被設(shè)計(jì)為需要考慮單體電芯異常而增加冗余，于是每一S先用兩片電芯并聯(lián)再進(jìn)行串聯(lián)，成為3S2P鋰電，耗費(fèi)6片電芯。

DJI從精靈2時(shí)代便開(kāi)始使用3S2P結(jié)構(gòu)，到6S2P的Inspire1則需使用多達(dá)12片鋰電芯。

而便攜機(jī)則對(duì)體重要求嚴(yán)格，DJIMavicPro就只能用3S1P結(jié)構(gòu)，失去供電冗余獲得更輕重量的電池。

選擇好了電池容量、C數(shù)、電壓、是否冗余，一塊電池的基本就已經(jīng)構(gòu)建。但還不能開(kāi)始組裝，為啥呢？因?yàn)殡姵剡@一串聯(lián)又引出個(gè)新問(wèn)題，電芯的平衡性和一致性。

平衡性和一致性的前提是，組裝好的電池在容量、內(nèi)阻上一致，不管是充滿后還是放電后，電池各個(gè)電芯應(yīng)該有一致或偏差極小的電壓(0.05V以內(nèi))。

如果電芯品質(zhì)存在問(wèn)題，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)電芯電壓不一致。當(dāng)這種電壓差異達(dá)到一定程度，比如大于0.2V，就會(huì)影響飛行安全。

小米無(wú)人機(jī)電池

2P結(jié)構(gòu)的鋰電因?yàn)橛胁⒙?lián)兩塊電芯背鍋，不至于出現(xiàn)災(zāi)難性電壓塌陷，可是1P結(jié)構(gòu)的電池怎么辦呢？12V供電的無(wú)人機(jī)，一個(gè)電芯瞬間掉到2V飛機(jī)多半藥丸。這就只能寄望于電池大廠的電芯生產(chǎn)品控，嚴(yán)格分容分阻，國(guó)內(nèi)鋰電的四巨頭ATL、BYD、力神、比克都能提供品質(zhì)優(yōu)良的電芯，DJI的無(wú)人機(jī)電池多采用ATL電芯。

電芯從完成封裝就開(kāi)始了老化過(guò)程，即使出廠平衡性、一致性過(guò)關(guān)的電池，一段時(shí)間以后也可能產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象，這是目前電池技術(shù)無(wú)法徹底避免的。

而且隨著電池充放電循環(huán)數(shù)的增加，充放電循環(huán)過(guò)程會(huì)對(duì)電極材料的微觀結(jié)構(gòu)造成不可逆損傷，循環(huán)越多損傷越嚴(yán)重表現(xiàn)就是容量越來(lái)越小，而內(nèi)阻也會(huì)隨電池循環(huán)增加越來(lái)越高。

大疆無(wú)人機(jī)電池

2、溫度特性

鋰電能量密度越高、重量越輕是不爭(zhēng)的事實(shí)，可是這個(gè)小傲嬌并不好伺候，低溫、高溫、過(guò)流、過(guò)充、過(guò)放，都會(huì)引起供電品質(zhì)和電池壽命的變化。市面上成品電池的印刷標(biāo)稱性能，通常都是在基于25攝氏度的室溫下達(dá)成的，在低溫下，它們的表現(xiàn)可就不一定了。比如5000ma3S電池，越低溫環(huán)境輸出能力會(huì)打有越多折扣，當(dāng)溫度降低到-3攝氏度，放電容量會(huì)損失20%以上。在一般情況下，低溫使用鋰電并不傷害電池，只要回到其適用的環(huán)境溫度，可恢復(fù)性能。

而在超低的溫度下(低于-20攝氏度)，電池中的電解液有可能析出晶體，這些晶體析出后不一定能在回暖后完全溶解回去，可導(dǎo)致電池永久惡化。這也是站長(zhǎng)一直呼吁的各位飛手，在低溫場(chǎng)景下，應(yīng)該全程為電池保溫，而不僅僅是飛行前為電池加溫。

而剛剛放電結(jié)束的滾燙電池，立即充電會(huì)極大影響電池壽命，溫度過(guò)高的電池內(nèi)部同樣會(huì)發(fā)生負(fù)面的化學(xué)反應(yīng)，嚴(yán)重的甚至?xí)苯庸陌?/p>

而放電達(dá)到75度以上的電芯~~煙火你見(jiàn)過(guò)嘛~…下一秒可能是你的無(wú)人機(jī)。

如僅作為裸電封裝，以上溫度特性都是需要使用者獲悉的。

而如果是一塊同時(shí)封裝了管理電路的電池，則需要在充電、放電環(huán)節(jié)，根據(jù)封裝電芯特性介入溫度管理職能。

低溫下大動(dòng)作打桿，容易導(dǎo)致電流猛增后電壓飛速跌落，如果你無(wú)法實(shí)時(shí)的獲取電池溫度信息，低溫下打桿請(qǐng)多些溫柔。

消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)常用的低C鋰電(內(nèi)阻大發(fā)熱也大，靠?jī)?nèi)阻發(fā)熱一定程度上緩解了電池的低溫低能問(wèn)題)，在低溫環(huán)境下采用電池全程保溫，起飛后懸停預(yù)熱到20度以上的辦法，通常可以保證使用安全。

而極低溫的環(huán)境，精靈系列用膠帶封閉散熱口，悟1為電池貼上暖寶寶，都是常用的保溫辦法。

那廠家不能給電池加上預(yù)熱模塊么？當(dāng)然可以。但是電池重、續(xù)航短、還貴、良品率也下來(lái)了，目前也只有悟2這種高端航拍機(jī)電池會(huì)去滿足這些需求。

因此，發(fā)售在冬季的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)因?yàn)榈綦妼?dǎo)致的事故率，遠(yuǎn)高于其他季節(jié)發(fā)售的機(jī)型。(看什么看，我又沒(méi)明說(shuō)是某Air:D)

冬季，可以工作在-20℃的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池就能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)了，可惜這種電池電壓很低，多串聯(lián)帶來(lái)更多死重，不足以彌補(bǔ)續(xù)航時(shí)間。

3、負(fù)載特性

鋰電池在負(fù)載越大時(shí)發(fā)熱越嚴(yán)重，放電能力的高低決定了負(fù)載電流與電池升溫的比例關(guān)系。

在冬季，廢熱的好處是可以用于提升電芯溫度保證電池的化學(xué)材料活性，穩(wěn)定電壓。

而夏季，這種升溫如果超過(guò)一定閥值，對(duì)飛行安全恰恰是起反作用的。

在鋰電放電接近3V處于放電末端，放電能力會(huì)陡峭下降，所以無(wú)人機(jī)一般把嚴(yán)重低壓值設(shè)置在每個(gè)電芯3.3V附近。

智能電池可以根據(jù)無(wú)人機(jī)開(kāi)銷電流，通過(guò)機(jī)動(dòng)性限制、高度下降實(shí)時(shí)管控電流在電池承受范圍內(nèi)，比裸電飛行有更高安全系數(shù)。

4、容量和續(xù)航

電池的容量相對(duì)無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，有著與汽油與汽車類似的原理。都與多個(gè)外部因素相關(guān)，占據(jù)主要決定因素的油門(mén)輸出量、自然環(huán)境、溫度的高低會(huì)直觀的反映在續(xù)航時(shí)間上。因此，所有電池的容量和續(xù)航，都估算的是一個(gè)近似值，隨著外部變量的時(shí)刻變化而變化。

這也是經(jīng)常新手容易歧義的部分，認(rèn)為同型號(hào)機(jī)型續(xù)航時(shí)間應(yīng)該一致，殊不知風(fēng)力不同、海拔不同、飛行手法的差異、溫度的差異，續(xù)航時(shí)間不可能一致。同理，有多年駕駛經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)，與新手開(kāi)車上路，同一箱油會(huì)跑出較大的里程數(shù)差異。

而在整個(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的用電環(huán)境中，電池的輸出電壓才是在整個(gè)飛行周期內(nèi)占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位的存在。只要電壓低于預(yù)設(shè)值，即使電流計(jì)計(jì)算只放出一半的電量，低壓下可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)失能，軟件邏輯上也應(yīng)優(yōu)先保全無(wú)人機(jī)，執(zhí)行返航或降落。

在整個(gè)飛行周期中，電壓會(huì)隨著外部變量和飛行控制器輸出而起伏，裸電只能依據(jù)飛手經(jīng)驗(yàn)判斷。而智能電池因?yàn)榭梢耘c飛行控制器通訊，通過(guò)當(dāng)前電池溫度、電流開(kāi)銷、消耗容量、返航距離、高度可計(jì)算出精度更高的續(xù)航時(shí)間，飛行控制器也得以更從容的判定是否還有足夠電量返航，還是應(yīng)該執(zhí)行降落。

但是，電池的自放電特性，對(duì)于容量計(jì)算是天敵。存放一段時(shí)間的電池、新購(gòu)買電池的未充電電池，由于自放電特性，容量計(jì)算會(huì)存在偏差。

上一刻還有31%容量。

下一秒就給你來(lái)個(gè)8%迫降到海水里~~你說(shuō)刺激不刺激？

電池的自放電跟蹤，到現(xiàn)在業(yè)內(nèi)都木有很好的解決方案，智能電池在這種情況下，也可能變成智障電池。因此，飛行前將電池充滿電，不用庫(kù)存電、不用殘余電，是飛行安全的基本功課。

5、外部封裝和物理連接

能量密度大，放電猛~帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是，鋰電池電芯穿刺后極易燃燒起火。

炸機(jī)起火燃燒后的精靈3電池

廠家依舊需要在多個(gè)需求點(diǎn)中找出平衡：

為保證飛機(jī)續(xù)航，電池封裝不能沉重。

需要為軟包電芯提供一定的耐沖擊能力。

為遷就電池的溫度特性，又要考慮兼顧散熱和保溫。

接入無(wú)人機(jī)后的物理牢靠度。

接入無(wú)人機(jī)的物理牢靠度或許你認(rèn)為不就是個(gè)正負(fù)極么，不要小看~GoProKARMA在物理連接上已經(jīng)妥妥的死過(guò)了一回。

“在Karma發(fā)布僅僅16天之后,因?yàn)榇嬖谕蝗粩嚯姷膯?wèn)題，GoPro就宣布召回所有已售出的Karma無(wú)人機(jī),約2500架。“

GOPROKARMA電池

GOPROKARMA供電接口

GoProCEONickWoodman曾表示，Karma被召回的原因很簡(jiǎn)單，就是出現(xiàn)了一個(gè)與電池保持機(jī)制相關(guān)的機(jī)械問(wèn)題，以致飛機(jī)時(shí)的振動(dòng)會(huì)讓少量電池從連接器松動(dòng)，從而失去電力。雖然GoPro稱，升級(jí)版的Karma將不會(huì)再出現(xiàn)之前的問(wèn)題。但已錯(cuò)過(guò)了市場(chǎng)時(shí)機(jī)。

而智能動(dòng)力電池還需與無(wú)人機(jī)連接電池通訊端口，用于傳輸各個(gè)電芯電壓、溫度、電流開(kāi)銷等信息，以上數(shù)據(jù)是無(wú)人機(jī)計(jì)算續(xù)航時(shí)間，飛行策略決斷的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

如：通電后，飛控判斷存在電芯差異大于0.2V的單元，存在供電隱患，應(yīng)提示電池異常并禁止起飛。當(dāng)然，具體電池傳輸數(shù)據(jù)的作用，下面會(huì)逐步詮釋。

6、溫控策略

因?yàn)殡姵匦阅軐?duì)溫度的敏感性，智能電池傳輸給飛行控制器的電池溫度就派上用場(chǎng)了。

最基本的溫控策略，電池低于一定溫度，可以用禁止起飛，或限制飛行高度和限制機(jī)動(dòng)性的辦法來(lái)穩(wěn)定無(wú)人機(jī)的電池電壓波動(dòng)，待電池溫度回升，再解除限制。

全球銷量最大的DJI無(wú)人機(jī)，在這些方面做了大量的嘗試和改進(jìn)。也經(jīng)歷過(guò)低溫硬限制起飛，到后期機(jī)動(dòng)性限制的改進(jìn)，平衡消費(fèi)者的使用權(quán)和無(wú)人機(jī)供電安全。

精靈2通過(guò)硬限制下降速率到最大2米/秒，悟1、精靈3為提高無(wú)人機(jī)性能，跟據(jù)溫度、電流變量加入動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)性限制，都是為將無(wú)人機(jī)因溫度引起的供電波動(dòng)控制在可接受范圍內(nèi)。

智能電池與飛行控制器配合，在溫度條件不適宜的情況下對(duì)飛行行為進(jìn)行限制，提高了無(wú)人機(jī)供電安全性。

僅用裸電的無(wú)人機(jī)，也可以通過(guò)單一的飛行控制器溫度數(shù)據(jù)來(lái)限制起飛、減小舵量。

7、過(guò)放和滿電

因?yàn)殇囯姵乇旧淼奈锢硖匦裕^(guò)放和長(zhǎng)時(shí)間滿電存儲(chǔ)都會(huì)損傷電池。

大疆對(duì)于電池過(guò)放采取了強(qiáng)制關(guān)閉策略，以電池為主體，電池低于設(shè)定最低電壓值(單體電芯3V)，直接關(guān)閉電池輸出，保全電池完好。

下面這個(gè)視頻是站長(zhǎng)的精靈2因?yàn)榇箫L(fēng)飛不回去，最終飛到低壓截至電池直接關(guān)閉輸出，垂直落體。

而其他廠家并未采用這種略顯激進(jìn)的策略，比如小米的無(wú)人機(jī)電池低壓并不關(guān)閉電池輸出，以無(wú)人機(jī)供電作為優(yōu)先考慮。

但從消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)反饋而言，過(guò)放直接關(guān)閉電池輸出的策略，帶來(lái)了更好電池保全度，用戶貪飛用壞電池也是做不到的。不過(guò)有的用戶長(zhǎng)期存儲(chǔ)未充電，也會(huì)因?yàn)殡姵刈陨砭徛烹姰a(chǎn)生過(guò)放。

而過(guò)放不關(guān)閉輸出的電池，在新手不用到螺旋槳停轉(zhuǎn)才罷休的情況下，表現(xiàn)出更多電池因?yàn)檫^(guò)放提前完結(jié)壽命。

當(dāng)然，專業(yè)玩家手里，無(wú)論電池如何低壓，關(guān)閉電池導(dǎo)致垂直落體都是不可接受的。

兩種策略其實(shí)都對(duì)，只是面對(duì)不同認(rèn)知能力的消費(fèi)者，會(huì)體現(xiàn)出不同結(jié)果。當(dāng)然了，裸電根本不具備電源管理能力，無(wú)法自主關(guān)閉。

目前市面上具備主動(dòng)放電到存儲(chǔ)電壓，避免長(zhǎng)時(shí)間滿電存放損壞鋰電的，貌似就大疆一家~

裸電如已充滿電又不方便飛行，就得靠自己想辦法放電了。

PS：據(jù)群友反饋，ACE格式也有具備自動(dòng)放電管理功能的封裝電池。

8、低壓和過(guò)流策略

電壓作為無(wú)人機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心參數(shù)，低于一定閥值會(huì)直接導(dǎo)致電子器件停擺，危害無(wú)人機(jī)安全。低壓不允許起飛，飛行中低壓執(zhí)行返航或降落，是所有無(wú)人機(jī)都具備的最基本策略。

在任何情況下，電壓權(quán)重都高于容量，即使還有剩余容量，無(wú)人機(jī)也會(huì)優(yōu)先根據(jù)電壓決定具體策略。所以會(huì)出現(xiàn)容量計(jì)算還有50%，無(wú)人機(jī)一樣會(huì)在某些場(chǎng)景下執(zhí)行低壓降落程序，舊電池、非充滿的電池在低溫天氣做機(jī)動(dòng)飛行，這個(gè)問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重。

低壓觸發(fā)無(wú)人機(jī)執(zhí)行保護(hù)策略是沒(méi)錯(cuò)的，但需妥善考慮特殊場(chǎng)景下的需要，至少應(yīng)通過(guò)APP帶超時(shí)選擇的辦法提醒飛手將會(huì)執(zhí)行的保護(hù)策略，并允許人工強(qiáng)制取消，把選擇權(quán)留給飛手。

比如：執(zhí)行智能環(huán)繞的過(guò)程中，如果電池低壓直接執(zhí)行降落而不是懸停，等待用戶選擇執(zhí)行保護(hù)策略，自顧自的降落有可能造成其他損失。

哪怕處于嚴(yán)重低壓需要執(zhí)行降落策略的情況下，只要有遙控器信號(hào)，也應(yīng)允許飛手完整操縱飛行器，只是對(duì)機(jī)動(dòng)性做一定程度的限制并持續(xù)下降，只為將最高操作權(quán)始終交給飛手。

而在某些場(chǎng)景下，飛行過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)接近智能電池最大輸出電流的情況，過(guò)流會(huì)導(dǎo)致電池嚴(yán)重發(fā)熱和鼓包，甚至直接損毀電子部件，通過(guò)限制機(jī)動(dòng)性可以保護(hù)無(wú)人機(jī)。

自組無(wú)人機(jī)因?yàn)闆](méi)有智能電池和系統(tǒng)化的電源管理方案，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流就沒(méi)那么走運(yùn)了~

(站長(zhǎng)自己的DJIWKM飛控六軸掛微單云臺(tái)，在姿態(tài)模式下進(jìn)行全速飛行測(cè)試偏航問(wèn)題，電調(diào)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流在空中直接起火)

原帖地址：《六軸空中電調(diào)起火燒毀手動(dòng)完成返航》

初始設(shè)計(jì)功率冗余不足的便攜無(wú)人機(jī)，對(duì)于過(guò)流會(huì)更加敏感。而結(jié)合飛行器姿態(tài)、電流開(kāi)銷、打桿舵量、飛行器位移量，可以估算當(dāng)前無(wú)人機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境的風(fēng)力，實(shí)現(xiàn)大風(fēng)預(yù)警。大疆首先在業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能，在過(guò)流保護(hù)監(jiān)控的同時(shí)，也為飛手提供了更直接的風(fēng)力參考。(最早想到這個(gè)問(wèn)題的，肯定是個(gè)天才~~:D)

9、充電

把充電放在最后一段來(lái)說(shuō)并不是說(shuō)充電不重要，相反，無(wú)人機(jī)的動(dòng)力鋰電過(guò)充(達(dá)到4.8V以上)是百分百要起火燃燒的。

因消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)采用的電池C數(shù)普遍不高，所以充電電流也基本都在10A左右，配合原廠充電器使用罕有起火案例。使用非原廠充電器為電池充電時(shí)，充電電流過(guò)大容易讓液態(tài)鋰離子和固態(tài)鋰聚合物電池電極長(zhǎng)出枝狀晶體，最終導(dǎo)致電池過(guò)早老化，需謹(jǐn)慎設(shè)置充電電流和截止電壓。

站長(zhǎng)也建議充電過(guò)程全程有人值守，一些輕微受損的電池在老化過(guò)程中，不是沒(méi)有充電起火的可能。

綜上所述，一塊合格的無(wú)人機(jī)電池，不僅僅需要從選材、封裝、物理連接、自保護(hù)策略上合格，還需要無(wú)人機(jī)飛行控制器配合一系列溫控、流控邏輯才能完善運(yùn)作。而作為一名合格的無(wú)人機(jī)飛手，你應(yīng)該了解這些。