監視ドローンのバッテリーフェイルセーフ機能は、2段階のRTL（リターン・トゥ・ローンチ）と着陸閾値によって電圧低下を防止します。第1段階では、搭載バッテリーの電圧または消費ミリアンペア時が保守的な予備マージンを超えた場合に自動的にRTLが開始され、向かい風の抵抗を克服するのに十分なエネルギーが確保されます。第2段階では、セル電圧がモータードライバーのカットオフ値を下回る前に、制御された垂直降下が直ちに行われ、回復不能な弾道落下を防ぎます。
飛行中の電力障害は、容量の漸進的な低下だけが原因で発生することは稀です。むしろ、高スロットルでの操縦によって、内部セルとコネクタの抵抗全体で動的な電圧降下が発生します。フライトコントローラーが負荷補償や過渡フィルタリングを行わずに端子電圧をそのまま測定すると、この一時的な電圧降下によって、使用可能なエネルギーが40%残っているにもかかわらず、誤った飛行中止が発生します。逆に、クーロンカウントのみに頼ると、サイクル劣化や低温によって実際のバッテリー容量が低下した場合、電圧低下のリスクが高まります。
電力アーキテクチャを保護するため、産業用監視ドローンはアナログ分割ボードではなく、DroneCANまたはSMBusを介したデジタルテレメトリを使用する必要があります。特に、武装飛行条件下では、バッテリー管理システム（BMS）はあくまでもアドバイザリセンサーとして動作する必要があります。低電圧（UVP）、過電流（OCP）、過熱（OTP）、および低温度（UTP）のハードウェアカットオフは抑制またはバイパスされ、BMSは放電MOSFETをトリップさせることなくデジタル警告を発する必要があります。航空安全上、機体の保護はバッテリーパックの保護よりも優先されるため、主飛行制御装置は着陸までモーター電源に対する制御を途切れることなく維持する必要があります。
監視ドローン用バッテリーのフェイルセーフの中核ロジック
オートパイロットのフェイルセーフ機能は、電圧降下やバッテリー消耗から機体を保護します。リアルタイムのセンサーデータを読み取り、あらかじめ設定された飛行ルーチンを実行します。
2段階オートパイロット状態機械
ステージ1は、ミッション中止の境界線として機能します。このトリガーが作動すると、オートパイロットは自律的なウェイポイントグリッドを停止します。最短帰還経路を計算し、障害物を避けるために上昇し、帰還します。このトリガーは、強い向かい風や高いパック抵抗を回避するために設定してください。
ステージ2は緊急着陸境界として機能します。バッテリーパックが臨界枯渇に達すると、車両は水平移動を中止します。直接 土地 制御された降下速度0.5～1.0m/sで降下するモード。この制御された降下により、航空電子機器の完全な停止を防ぎ、運動エネルギーによる衝撃を軽減します。
電圧閾値とクーロン計数法の比較
電圧監視と電流積分により、さまざまなハードウェア障害モードを防止します。電圧監視は、急激なモーター負荷によるセル電圧の急激な低下を検出します。生の電圧だけに頼っていると、突風によって意図しないRTL動作が早期に引き起こされる可能性があります。
クーロン計数法は、電流を時間積分することによって消費電力を測定します（mAh = ∫ 私 dt) これは、スムーズな監視活動中の安定したエネルギー消費を追跡します。ただし、高負荷状態にある単一の故障セルを検出することはできません。
論理を使用して両方の方法を常に構成します または 状態：
テレメトリデータのドリフトは、標準的なアナログボードではこれらの計算を頻繁に狂わせる。 アヤアテック AYAA TECHは、スマートBMSおよび産業用バッテリーパック設計においてこの問題を解決しています。独自の充電状態（SOC）アルゴリズムにより、トラッキングエラーを3%以下に抑えていますが、一般的なモジュールでは5%を超えるドリフトが発生します。さらに、AYAA TECHのハードウェアはネイティブに通信します。 ドローンカン また、SMBusプロトコルにも対応しており、ArduPilotおよびPX4システムとの即時互換性を保証します。
動的電圧低下による誤トリガーの排除
動的電圧降下は、電池や配線の内部抵抗に大電流が流れるときに発生します。
ここ、 でCVC は開回路電圧です。 私 はモーター電流であり、 Rパック これはパック全体の抵抗値です。
スロットルを高くすると、電流が急激に上昇します。横風に抵抗する大型監視機は、ホバリング時の3倍の電流を消費することがあります。この電流サージにより、電源レール全体で電圧が一時的に低下します。フェイルセーフのしきい値が高すぎると、使用可能なエネルギーが40%残っている状態でドローンはミッションを中止します。ハードウェアチームは、機体ピークシェービングを実現するために低ESRコンデンサを追加することがよくあります。これにより、飛行センサーが作動する前に急激な電圧スパイクが抑制されます。重要なのは、機上電源システムがこれらの高スロットルによる突風対策電流サージを短絡と誤認しないことです。飛行中の過電流保護（OCP）カットオフは完全に抑制され、過渡的なピークによってバスが遮断されないようにする必要があります。
過渡電流スパイクのフィルタリング
フライトコントローラーはソフトウェアフィルターを使用して、短時間のスロットルスパイクを無視します。 ArduPilot、 バッテリーVLT_FILT このパラメータは、スライディング時間ウィンドウにわたって生の電圧入力を平滑化します。
このフィルタウィンドウを 1.5 ～ 2.0 秒に設定してください。この期間では、急激なパンチアウトは無視され、真のパックの消耗が捉えられます。長距離監視の場合は、負荷補償電圧オプションを有効にしてください。ファームウェアは、計算された内部抵抗降下 (私 × Rパック)
シャント抵抗器と乗算器の校正
アナログ電流センサーは、設置前に物理的な校正が必要です。校正されていないセンサーは、時間の経過とともに容量測定値と電圧トリガーの両方を劣化させます。
まず、電圧マルチプライヤーを校正します（バッテリー電圧倍率) アイドリング状態で、校正済みのデジタルマルチメーターをバランスポートに接続します。地上局がマルチメーターの正確な読み取り値を±0.02V以内で表示するように、乗数パラメーターを調整します。
次に、現在のスケーリング乗数を調整します（バッテリーアンプパービレット標準的な10分間のホバリングミッションを実行し、記録されたミリアンペア時を記録します。実験室用充電器でバッテリーを充電し、実際に補充された容量を記録します。次の式を使用してパラメータを更新します。
技術ノート： プロペラを取り付けていない状態で、ベンチ上で電流スケーリングの校正を行わないでください。モーターに負荷がかかっていない状態では消費電流が最小限になるため、シャント抵抗が線形測定範囲外で動作し、動作データが歪んでしまいます。
致命的なBMSとオートパイロットの競合状態を防ぐ
カスタム商用ドローンにおける危険な欠陥の一つは、BMSとフライトコントローラー間の競合状態です。従来の民生用BMSファームウェアは、低電圧保護（UVP）、過電流保護（OCP）、過熱保護（OTP）、低温度保護（UTP）といった複数の保護境界を強制的に遮断します。負荷がかかった状態でセル電圧が低下したり、モーター電流が急上昇したり、熱制限を超えたりすると、標準的なバッテリー保護回路は放電用MOSFETを急激に開放して、セルの劣化を防ぎます。
しかし、航空機においては、交換可能なバッテリーパックを保護するために電源を遮断することは、機体の壊滅的な損失を招くことになる。航空宇宙における基本的な電力原則は明確である。 航空機を救うためにバッテリーパックを犠牲にする。
飛行中にバッテリーパックを節約するためにバッテリー電源を遮断すると、機体全体が破壊される。電力供給はオートパイロットが独占的に制御しなければならない。BMSは、武装状態の間は助言モニターとしてのみ機能するべきである。
つまずきにくい空中建築
産業用ドローン電源システムには 非トリップ放電トポロジー すべての運用障害領域において。武装飛行中は、ハードウェアの遮断によって電源バスが遮断されてはならない。
- 過放電／低電圧（MSRP）： 放電用MOSFETは、個々のセル電圧降下に関係なくラッチされた状態を維持します。BMSはDroneCANまたはSMBusを介して個々のセルの警告を送信し、オートパイロットがステージ1のRTL（逆帰還）またはステージ2の制御された垂直降下を実行できるようにします。
- 過電流保護（OCP）： 飛行操縦やウィンドシアによって、定格連続電流を超える一時的な電流スパイクが発生する場合があります。飛行中はハードウェアOCPトリップが抑制され、BMSがテレメトリを介してフライトコントローラーに警告を発し、急激な空中停止ではなく、オートパイロットの推力制限や姿勢角の低減を可能にします。
- 過熱（OTP）： 高い放電率と夏の気温上昇は、バッテリーパックの温度を上昇させます。BMS（バッテリー管理システム）は、モーター駆動を維持するためにバッテリーパックの温度が標準制限値（例えば70℃以上）を超えることを許容し、熱暴走が発生する前にオートパイロットが即座に着陸を開始できるよう、緊急熱警告フラグを送信します。
- 低温（UTP）： 氷点下の飛行条件下では、電池の化学組成が劣化し、内部インピーダンスが上昇します。リチウム析出を防ぐために放電を停止するのではなく、機上BMSは電力供給を完全に維持しつつ、飛行管制官に警告を発して充電状態（SOC）予測値を動的に低減させ、早期の離陸再開を促します。
| 故障モード | 地上保管ポリシー | 航空機に関する方針（警告のみ） | オートパイロットのフェイルセーフ応答 |
|---|---|---|---|
| 過剰放電（UVP） | 銅の溶解を防ぐため、セル電圧が3.0V以下のときに接続を解除してください。 | 絶対に接続を切断しないでください。 MOSFETを臨界崩壊まで閉じた状態に保つ | ステージ1 RTLまたはステージ2緊急降下（着陸モード）をトリガーします。 |
| 過電流保護（OCP） | 持続的なピーク電流引き込み時にMOSFETをトリップさせる | 絶対に接続を切断しないでください。 操縦や突風による一時的なスパイクに耐える | オートパイロットは推力とピッチの制限（動的電流制限）を適用します。 |
| 過熱（OTP） | パックの温度が60℃を超えた場合は、充電/放電を禁止する | 絶対に接続を切断しないでください。 細胞の熱ストレスを受け入れて揚力を維持する | オートパイロットは、滞空加熱を最小限に抑えるため、迅速なRTL/着陸を実行します。 |
| 低温処理（UTP） | 0℃未満での放電を遮断し、細胞の劣化を防ぐ。 | 絶対に接続を切断しないでください。 内部インピーダンスが高い状態でも電力出力を維持する | オートパイロットが使用可能な容量を再計算し、ミッション中止を加速する |
BMSは、CANバスラインを介して個々のセル電圧、温度、消費電流、および健全性状態を報告します。異常が発生した場合、BMSは電流を遮断することなくデジタル警告フラグを発行します。フライトコントローラーはこのパケットを受信し、制御された緊急着陸を実行します。モーターは着陸まで電源が供給され続けます。
熱緩和と熱拡散
高電流放電は、BMSスイッチと電流シャントに熱を発生させます。制御されない熱は部品の抵抗を増加させ、熱ドリフトを引き起こし、セルの劣化を加速させます。
これに対処するために、 アヤアテック MOSFETと高精度シャント抵抗器を回路レイアウト全体に均一に配置することで、熱の集中を防ぎます。高品質の熱伝導性シリコンパッドと導電性ギャップフィラーゲルが、敏感な部品から熱エネルギーを効率的に逃がします。
AYAA TECHは、高負荷な業務用機体向けに、アセンブリを高熱伝導性のアルミニウム合金または銅製のヒートシンクで覆っています。この熱パッケージングにより、熱暴走を防ぎ、過酷な監視任務下でも安定したテレメトリ通信を確保します。
飛行準備完了の電源システムで、空中での電源遮断を防止しましょう
AYAA TECHのスマートBMSとバッテリーパックをご覧ください化学反応固有のフェイルセーフ閾値
異なる種類のバッテリーは、負荷がかかった状態での放電曲線が大きく異なる。
以下の表は、3つの一般的な分野における実際のフェイルセーフパラメータの概要を示しています。 UAV用バッテリーオプション。
| 細胞化学とフォーマット | 公称電圧 | ステージ1 RTLトリガー（負荷時） | ステージ2 着陸トリガー（負荷がかかった状態） | 動的電圧低下プロファイル |
|---|---|---|---|---|
| 高炭素リチウムポリマー（LiPo） | 3.70V/セル | 3.55V～3.60V/セル | 3.35V～3.40V/セル | 低電圧（10℃で0.15V/セル未満） |
| 円筒形リチウムイオン電池（Molicel P42A/P50B） | 3.60V/セル | 3.15V～3.20V/セル | 2.85V～2.90V/セル | 中程度から高程度（0.25V～0.40V/セル） |
| 半固体リチウムイオン電池 | 3.65V～3.70V/セル | 3.40V～3.45V/セル | 3.10V～3.15V/セル | 中程度（2Cで0.20V/セル） |
ソフトウェアの設定をこれらのセル仕様に合わせることで、誤報を防ぎ、パック全体のサイクル寿命を延ばすことができます。
高放電リチウムポリマー（LiPo）バッテリーパック
リチウムポリマー電池は、連続負荷下では3.7V付近で安定した電圧を維持します。しかし、電圧が3.55Vを下回ると、残りのエネルギーは急激に低下します。
6S LiPoセットアップの場合、 バッテリー低電圧 21.3V (3.55V/セル) まで、 バッテリー_CRT_ボルト 20.1V（3.35V/セル）まで。臨界限界値を3.35Vより低く設定すると、最終降下操作中に電圧崩壊を起こす危険性があります。
円筒形21700リチウムイオンバッテリーパック
円筒形セルは、長時間の航続距離を必要とするプラットフォームにおいて、優れたエネルギー密度（250 Wh/kg以上）を実現します。LiPoバッテリーパックとは異なり、放電電圧は4.2Vから2.8Vまで緩やかに低下します。
21700バッテリーパックでデフォルトのLiPoしきい値を使用すると、最大35%の容量が未使用のまま早期に充電が停止してしまうことがあります。ステージ1のRTLしきい値を負荷時でセルあたり3.15V～3.20Vに設定してください。ステージ2の充電停止しきい値をセルあたり2.85V～2.90Vに設定してください。
半固体型UAVバッテリー
半固体型電池は、ゲルポリマーマトリックスを用いて高いエネルギー密度（300 Wh/kg以上）を実現しています。低炭素環境下での長時間の滞留運転において優れた性能を発揮します。
放電曲線はセルあたり3.30Vまで安定しており、その後抵抗が急激に増加します。ステージ1のRTLをセルあたり3.40V～3.45Vに設定し、ステージ2の降下電圧をセルあたり3.10V～3.15Vに設定してください。
技術ノート： 冷たい外気が 内部抵抗 大幅に。加熱されていない半固体電池パックを10℃未満で打ち上げないでください。上昇中に電圧が急激に低下するのを避けるため、セルを少なくとも20℃まで予熱してください。
企業向けUAV用のカスタムバッテリーアーキテクチャが必要ですか？
AYAA TECHのバッテリーアーキテクトにご相談ください技術的なよくある質問
監視ドローンのバッテリー安全装置が、初期上昇中に作動するのはなぜですか？
上昇時には最大推力が必要となり、飛行中最大の電流消費が発生します。この急激な電流増加により、内部セル抵抗と配線に瞬間的な動的電圧降下が生じます。低電圧フェイルセーフのしきい値が静止電圧に近すぎると、この過渡的な電圧降下によって即座にRTL（再始動）が作動します。フィルタウィンドウを1.5～2.0秒に延長するか、動的負荷補償を設定することで、この問題は解決します。
21700リチウムイオン電池と標準的なリチウムポリマー電池を区別する電圧設定は何ですか？
LiPoバッテリーパックは3.7Vの安定した電圧を維持するため、セルあたり3.55V～3.60Vで安全なRTLカットオフ電圧を設定する必要があります。円筒形の21700セルは2.8Vまで直線的に放電します。21700バッテリーパックをLiPoに設定すると、バッテリー内部のエネルギーが30%に制限されます。21700セルは、負荷がかかった状態でセルあたり3.15V～3.20VでRTLがトリガーされるように設定してください。
系統連系型システムは、搭載バッテリーの安全装置をバイパスできるのか？
テザーシステムは、高電圧の系統連系型地上電源と機内バックアップバッテリーで動作します。フライトコントローラーは、地上電源テザーとバックアップバッテリーの両方を監視する必要があります。系統連系線が切断された場合、フェイルセーフ機能は直ちに内部バッテリーに切り替わり、制御された着陸を実行します。
なぜUAVのBMSは、飛行中に放電回路を作動させてはならないのでしょうか？
電源を遮断すると即座に墜落する。民生用BMS回路は過放電したバッテリーを遮断してハードウェアを保護するが、航空機用設計では機体制御を最優先する必要がある。企業向けBMSはDroneCANまたはSMBus経由で警告を発信し、最終的な降下権限はオートパイロットに完全に委ねる必要がある。
寒冷な気候は、電圧低下とフェイルセーフのタイミングにどのような影響を与えるのか？
氷点下の温度では電解液の導電率が低下し、バッテリーパックの内部抵抗が200%から400%も急上昇します。この急激な抵抗増加により、電流負荷時の動的電圧降下が深刻化します。氷点下では、バッテリーパックはより早く低電圧限界に達します。飛行前には必ずバッテリーを20℃まで予熱し、バッテリーベイを断熱してください。
企業向けスマートバッテリーを休止状態から復帰させるにはどうすればよいですか？
産業用パックは、内部電子機器の寄生電流を排除するために、保管中はディープスリープ状態になります。BMS を起動するには、アクティブな CAN を備えた OEM スマート充電器が必要です。 SMBus 通信。充電ドックはデジタルウェイク信号を送信するか、または穏やかな充電前ハンドシェイク電圧を印加して、ゲートドライバを安全に再起動します。
再調整するにはどうすればいいですか？ バッテリーアンプパービレット ミッションプランナーで？
定格容量の約50%が消費されるまで航空機を飛行させます。データフラッシュログに記録された消費値を記録します。高精度ベンチチャージャーでバッテリーを完全に充電し、補充されたミリアンペア時を正確に記録します。充電された容量を記録された容量で割り、既存の値を掛け合わせます。 バッテリーアンプパービレット その比率で価値を算出します。