Quadcopter liPo batería peso / capacidad de compensación


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Estoy tratando de encontrar dónde la capacidad adicional de la batería deja de tener valor en relación con el peso adicional en términos de un quadcopter. Actualmente con una batería de 5500 mAh, 11.1V, puedo obtener entre 12 minutos y 12:30 de tiempo de vuelo. Mi pregunta, entonces, es esta: dentro de la capacidad de elevación de quads, por supuesto, ¿hay alguna forma de averiguar dónde el peso agregado de una batería más grande (o más baterías) cancela cualquier mejora en el tiempo de vuelo? Obviamente, no será tan largo como dos vuelos separados, aterrizaje e intercambio de baterías; Solo estoy tratando de maximizar mi tiempo continuo 'en el aire'. Estoy tratando de averiguar dónde está la línea (y si ya la he cruzado) pegando baterías más grandes en el quad y viendo rendimientos decrecientes. ¡Gracias!

(De nuevo, por ahora suponga que el quad es lo suficientemente fuerte como para levantar lo que sea que le arroje. Con un 5500mAh, ~ 470 gramos, mi acelerador máximo es aproximadamente 70%)

Respuestas:


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Para diseños de quadcopter, generalmente desea tener una relación de empuje a peso de 2: 1 . Es decir, al 100% del acelerador, desea que el empuje combinado de su hélice sea capaz de levantar dos veces el peso de la nave.

Luego debe determinar la cantidad de potencia que los motores necesitan para generar ese empuje (generalmente se proporciona en la hoja de datos). Cuando tenga esa cantidad de energía, puede calcular fácilmente la cantidad de tiempo que durará su batería.

Esta página sobre Quadcopter Performance ofrece un buen ejemplo:

En cuanto a los datos de la tabla de rendimiento del motor, parece que el peso máximo absoluto que pueden soportar los motores es de 560 cada uno, por lo que 2240 gramos. Esto es cuando los motores funcionan al 100%, usando 95.2 vatios, lo que significa alrededor de 8.6 amperios a 11.1 voltios.

Al observar los datos del gráfico de peso de vuelo versus potencia y duración de la batería, parece que el helicóptero no debe exceder las 1700 gramos (61 onzas). Con ese peso, se usan 61 vatios de potencia, que son 5.5 amperios a 11.1 voltios.

Peso de vuelo vs potencia y duración de la batería

El gráfico también muestra que una onza de peso de vuelo necesitaría un vatio de potencia, y los dos están correlacionados linealmente. Suponiendo que la embarcación pesa 60 onzas, se necesitan 60 vatios de potencia.

Sin embargo, esta cita es un poco engañosa. Al autor original le faltan las palabras "por motor" en su conclusión. 230W / 4 motores = 57.5 vatios. Ahí es donde obtuvieron la conclusión de "60 onzas necesita 60 vatios (por motor)". Sin embargo, el método general de trazar el rendimiento es beneficioso para responder la pregunta.

Si aumenta la relación máxima de empuje a peso, puede mantener su acelerador más bajo, usar menos potencia y permanecer en el aire por más tiempo. Por lo tanto, puede aumentar el empuje o disminuir el peso para lograr tiempos de vuelo más largos.

Para responder de manera más concisa a su pregunta, el punto de rendimientos decrecientes se produce cuando el peso adicional agregado por la batería lleva su relación empuje / peso por debajo de 1.5: 1 en el extremo bajo.

Algo más a considerar es la densidad de energía de la tecnología de su batería. Cuánta potencia por unidad de peso puede soportar la batería. Probablemente esté utilizando baterías de iones de litio, que son probablemente las mejores disponibles desde el punto de vista del precio al rendimiento. Pero si realmente está tratando de obtener tiempos de vuelo más largos sin aumentar el peso, puede considerar algunas de las tecnologías más esotéricas (y mucho más caras) que existen.

Lista de energía específica de la batería

Comparación de la batería de zinc-aire Energizer

Y probablemente valga la pena mencionar que incluso dentro de la categoría de iones de litio, no todas las baterías son iguales.

Comparación de iones de L


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Las baterías deberían pesar aproximadamente lo mismo que todo lo demás en la célula combinada.

Con un avión dado, todo lo que se conoce excepto la masa de las baterías, el tiempo de vuelo máximo absoluto ocurre cuando el peso de las baterías es el doble que el peso de todo lo demás en la célula combinada. Sin embargo, muchas otras características (tiempo para llegar a la altura, capacidad de respuesta, evitar el bloqueo, etc.) funcionan mejor con menos peso de la batería, por lo que una mejor regla general es que las baterías son aproximadamente iguales (una vez) al peso de todo lo demás conjunto. Referencia: Andrés 2011. Capacidad óptima de la batería . a través de Heino R. Pull .

Esta regla general se aplica a todo tipo de aeronaves que funcionan con baterías: ala fija, cuadricópteros, helicópteros, etc.

(Perdóname por reciclar mi respuesta a la efectividad de un robot móvil en relación con la masa ).

EDITAR: arregló una oración autocontradictoria - gracias, Gustav.


Esto me confunde weight of the batteries is twice as much as the weight of everything else. ¿No significa eso que las baterías deberían ser 2/3 del recipiente?
Gustav

@Gustav: ¿Has considerado quizás mirar la Fig. 1 y la última sección del artículo de Andrés que relacioné? Cuando (a) se optimiza para un tiempo de vuelo máximo absoluto, entonces sí, el peso de las baterías debe ser aproximadamente dos veces el peso total de todo lo demás combinado. Sin embargo, (b) muchas otras características (tiempo para llegar a la altura, capacidad de respuesta, evitar el bloqueo, etc.) funcionan mejor con menos peso de la batería, por lo que una mejor regla general es que las baterías son más o menos el mismo peso (una vez) de todo lo demás combinado. ¿Cómo puedo decir esto más claramente?
David Cary

¡Gracias! Hacer esa distinción entre esos dos casos lo hace mucho más claro. No escribiste eso en tu respuesta.
Gustav

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¿Has visto estas nuevas baterías de dron zinc air 8cell 10,000mAh 12V? http://www.tradekorea.com/product-detail/P00265914/drone_battery_10000mAh.html#.UjpxM2QpY2K vio la tabla en diferentes relaciones de potencia a peso en la discusión anterior que compara la eficiencia con las celdas de combustible (que todavía son demasiado pesadas 1.2 kg + combustible ^ 800g +)

estaba jugando con la idea de un quad equipado con una batería de zinc-aire de 10,000mAh, 4x alternadores Genesys y 2x supercondensadores

Barry Densley


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¿Y qué tal un poco de experimentación?

Tomaría la batería más ligera que pueda encontrar y luego trataría de agregar pesos. Para cada peso, mediría el tiempo de vuelo, haría un diagrama de "tiempo de vuelo / mAh" frente a "peso de despegue" y ajustaría una curva a través de los puntos de datos. Luego iba a hacer hobby y para cada paquete de baterías calculaba el tiempo de vuelo usando mi nuevo gráfico mágico. Encuentra el máximo y listo :-)