无人机机型对于能量单元选择的影响主要体现在机身结构上，如多旋翼机型为航电电池的挂载提供了较为集中并且相对开放的实现环境。续航时间对无人机系统能量单元的影响是最为直接的。飞行环境对无人机能量单元的影响往往是隐藏在无人机的实际使用和飞行过程中的。而在有些行业应用中，无人机的能量单元如果设计不善还可能造成重大安全事故。......
2023-07-05
无人机能量单元的设计与选择
【摘要】：能量单元的设计要根据无人机系统的具体要求进行，这涉及具体任务和机型选择，对于小型多旋翼无人机而言，一般采用航电电池作为能量单元，本节主要针对这一种情况，但在设计过程中需要考虑的重要节点是具有普遍性的。多旋翼无人机动力部分的螺旋桨和电动机是主要耗能单元，根据无人机是否搭载有效负载，动力部分占整个系统能耗的比例范围约在50%～90%。
能量单元的设计要根据无人机系统的具体要求进行，这涉及具体任务和机型选择，对于小型多旋翼无人机而言，一般采用航电电池作为能量单元，本节主要针对这一种情况，但在设计过程中需要考虑的重要节点是具有普遍性的。
在多旋翼无人机的航电电池选择中需要关注的参数主要来自于三方面，第一是耗能单元的基本数据，第二是续航时间，第三是航电电池本身的参数与性能。
多旋翼无人机动力部分的螺旋桨和电动机是主要耗能单元，根据无人机是否搭载有效负载，动力部分占整个系统能耗的比例范围约在50%～90%。在前面螺旋桨和电动机的选择部分可以得到动力系统的功率值，并可以据此大致推算出整个系统的功率，结合续航时间要求就可以推算出整个系统在执行任务过程中所需要的总能量。
如何根据总能量选择航电电池型号？只需要确认如下两个参数：电池电压和电池放电倍率。动力系统能够承受的最大电流为拉力数据表中最大电流的四倍，因此电池容量乘以放电倍率应当与该数值匹配。在5.9节中，放电倍率的选择需要与无人机应用环境适应，对于长时间稳定飞行的四旋翼系统应当选择低放电倍率，高容量的电池组。但对无人机机动飞行要求较高的应用场合需要考虑较高的放电倍率。
举例，为某任务设计一款总重4kg，悬停续航时间为20min的四旋翼无人机系统。可知每个旋翼在悬停时需提供升力1000gf。结合旋翼尺寸与力效值确定电机后，假设该升力下电机功率为200W，则动力部分总功率为800W，考虑20%的能量余度，电池系统应能提供约（800/3）/0.8W·h的总能量。
通过无人机系统的总能量W和航电电池容量Q，就可以用下面的公式求出航电池电压：
W=UQ， （5.6）
小型多旋翼系统能量单元的选择流程及方法可以简要总结如下：
a.根据飞行任务确定放电倍率；
b.根据动力系统最大电流确定电池最高放电电流值；
c.计算单位放电倍率下的电流值，该值乘以时间（小时）即为电池容量；
d.根据无人机系统续航要求计算总能量；
e.根据总能量与电池容量计算电池电压。
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