長時間飛行ドローン・固定翼システム向けリチウムイオンUAVバッテリー

UAVにLi-ionバッテリーを使用する理由

多くのUAVミッションでは、最大出力での加速を繰り返すことよりも、運用時間、航続距離、実用的なミッションエネルギーが重視されます。そのため、測量機、点検プラットフォーム、固定翼UAV、その他の長時間飛行を重視するシステムは、リチウムイオンバッテリーの電源に適した有力な候補となり得ます。

現代の円筒形Li-ionセルは、バッテリー重量に対して相当量のエネルギーを蓄えられます。機体が効率的に運用される場合、そのエネルギーによって、バッテリーを主に高CレートLiPoパックに見られる極端なバースト電流能力を基準に設計することなく、より長い巡航時間、ホバリング時間、またはミッション時間を実現できます。

一方で、電流供給能力は機体に慎重に適合させる必要があります。離陸、上昇、ホバリング、風への対応、ペイロードの変化では、通常の巡航状態を上回る電力需要が発生する可能性があります。

Li-ionに適したUAV用途とは？

UAVの種類だけでバッテリーの適合性が決まるわけではありません。機体を測量ドローン、固定翼UAV、点検機と分類するだけでなく、実際の推進負荷、機体重量、ミッションプロファイルのほうが重要です。

UAVバッテリー容量：コンパクトパックから19000mAhまで

UAVバッテリーの容量は、飛行時間を長くしたいからといって単純に増やすのではなく、機体に応じて調整する必要があります。大容量パックはより多くのエネルギーを蓄えられますが、バッテリー重量も増加するため、機体は飛行中、そのバッテリーを運ぶためだけに追加のエネルギーを使う必要があります。

これらの容量範囲は、固定的な機体サイズの基準ではなく、製品の方向性を示すものです。バッテリーは、電圧、電流供給能力、寸法、搭載重量がUAVシステム全体に適合する場合にのみ使用してください。

10000mAhおよび12700mAh Li-ion UAVバッテリー

10000mAhおよび12700mAhの容量クラスは、長時間飛行UAV用途にとって重要な中間領域を提供します。これらの大容量並列構成は、コンパクトな1Pバッテリーよりも大幅に多くの蓄積エネルギーを備えながら、最大クラスの3Pシステムよりもサイズと質量を抑えられます。

CNHLの21700プラットフォームでは、10000mAhは電力とエネルギーのバランスに優れた50Dセルプラットフォームを基盤とし、12700mAhはよりエネルギー重視の65Eアーキテクチャを採用しています。

そのため、ミッションに相応の高負荷運用が含まれる場合は10000mAhの方向性がより有力な出発点となります。一方、最大限の蓄積エネルギーと効率的な巡航またはホバリングをより重視する場合は、12700mAhが特に有望です。

大型UAV向け15000mAhおよび19000mAhリチウムイオンバッテリー

15000mAhおよび19000mAhの6Sリチウムイオンパックは、現在のCNHL 21700シリーズにおける最大容量クラスです。いずれも18本の円筒形セルによる6S3P構成を採用しており、一般的な小型ドローンではなく、はるかに大型の航空機を対象としています。

15000mAhの50Dプラットフォームは、50Dセル本来の電力とエネルギーの優れたバランスを維持しながら、3Pアーキテクチャによって電流分散能力を高めています。そのため、十分な蓄積エネルギーを必要としつつ、より大きな実用電力余裕も確保したい大型UAVや固定翼用途に適しています。

19000mAhの65Eプラットフォームは、最大限のミッションエネルギーと航続時間をさらに重視しています。これは、18セルのエネルギー重視パックを搭載することで性能を有効に活用できる、大型で効率的なUAVまたは固定翼システム向けの特殊用途バッテリーと考えるのが適切です。

どちらのバッテリーも、小型航空機向けの単純な容量アップグレードとして扱うべきではありません。ペイロード能力、全備重量、推進効率、バッテリー容積、電流需要をまず総合的に評価する必要があります。

UAV向け4Sリチウムイオンバッテリー

4SリチウムイオンUAVバッテリーは、4直列セルの電気システムを前提に設計された航空機に適しています。コンパクトな4Sパックは重量に制約のある航空機を支えられる一方、より大容量の並列構成は、長時間飛行を重視するUAVや固定翼プラットフォームに、より多くの蓄積エネルギーを提供します。

CNHLの21700プラットフォームでは、4Sの容量は5000mAhおよび6350mAhの1Pバッテリーから、10000mAhおよび12700mAhの2P構成まで展開されています。2Pバッテリーは、追加セルによるミッションエネルギーの増加と並列負荷分散のメリットが得られる用途に特に適しています。

21700プラットフォームを比較検討しているユーザーは、4S 21700リチウムイオンバッテリーシリーズをご覧ください。

UAV向け6Sリチウムイオンバッテリー

6Sリチウムイオンバッテリーは、現在のCNHL 21700プラットフォームで最も幅広い容量範囲を提供します。小型の6S1Pバッテリーから、6S2Pの長時間飛行構成、さらに大型の6S3Pエネルギーシステムまで対応しています。

10000mAhおよび12700mAhの6S2Pパックは、マッピング、点検、固定翼UAV用途に適した実用的な中間クラスを形成します。一方、15000mAhおよび19000mAhの6S3Pパックは、総ミッションワット時が中心的な設計要件となる、より大規模なプラットフォーム向けです。

新しい円筒形セルプラットフォームを中心に設計する際は、容量、並列構成、コネクターの観点から6S 21700リチウムイオンバッテリーを比較してください。

UAVバッテリーにおける1P・2P・3Pの比較

並列構成は、総エネルギーとパック全体で利用可能な電流容量の両方に影響します。セルを並列に追加すると、電気負荷をより多くのセルで分担できますが、バッテリーはより大型かつ重量化します。

したがって、並列数は単に容量を最大化する方法としてではなく、機体のエネルギーおよび重量予算の一部として選択する必要があります。

UAV用途における50Dと65Eの比較

CNHLの21700プラットフォームでは、50Dと65Eのセルファミリーが、UAVバッテリー設計に対する2つの異なるアプローチを提供します。

容量の大きい65Eが、必ずしも優れたUAVバッテリーとは限りません。電流需要の大きい機体では、50Dの電力とエネルギーのバランスがより適している場合があります。一方、高効率のミッション用プラットフォームでは、65Eが提供する追加エネルギーをより有効に活用できる可能性があります。

UAVバッテリー：ワット時とmAhの比較

UAVのバッテリー計画では、mAh単独よりもワット時（Wh）のほうが役立つことが多いです。mAhで表す容量は電荷量を示す一方、ワット時はバッテリー容量と電圧の両方を考慮し、定格蓄積エネルギーを表します。

これは、異なるS数を比較する際に特に重要です。ある電圧の10000mAhバッテリーは、別の電圧の10000mAhバッテリーと同じエネルギーを蓄えているわけではありません。

したがって、ミッション計画では、予備容量の要件、実際の動作電流、完成したバッテリーの重量と併せて、使用可能なワット時を検討する必要があります。

長時間飛行UAVでWh/kgが重要な理由

Wh/kgは、バッテリー重量に対する公称蓄電エネルギーを示します。バッテリーの1グラムごとに機体が自ら運搬しなければならないため、UAV設計では特に有用です。

総Whが大きいバッテリーでも、それに伴う重量増加によってホバリングまたは巡航時の消費電力が大きく上昇すれば、航続時間は向上しない可能性があります。容量を増やしても、やがて効果が薄れるのはこのためです。

したがって、単に最も多くのエネルギーを蓄えられるバッテリーを選ぶのではなく、ミッションエネルギー、電流供給能力、搭載重量を最適に組み合わせられるバッテリーを比較することが重要です。

固定翼UAV向けLi-ionバッテリー

固定翼UAVは、エネルギー重視のLi-ionバッテリーに最も適した用途の一つです。効率的な空力による揚力により、通常の巡航時に必要な電力を、継続的にホバリングする機体と比べて大幅に削減できるためです。

このため、高容量パックはマッピング、測量、長距離自律飛行ミッションで特に注目されています。胴体に十分なバッテリー搭載スペースがあり、機体が適切な重心を維持できる場合、より大容量の2Pおよび3Pバッテリーはミッションに必要なエネルギーを大幅に増やせます。

離陸、発進、上昇時の電流も確認する必要があります。これらのミッション中の高出力区間では、定常巡航時の需要を大幅に上回るバッテリー負荷が発生する可能性があるためです。より幅広い固定翼用途については、RC飛行機・固定翼機向けLi-ionバッテリーをご覧ください。

マルチローターUAV向けLi-ionバッテリー

マルチローターは継続的に揚力を発生させる必要があるため、バッテリーの重量と持続電流が特に重要です。そのため、より大容量のLi-ionバッテリーを搭載しても、効率的な固定翼機で得られるような航続時間の向上が必ずしも得られるとは限りません。

マルチローターUAVでLi-ionバッテリーを検討する際は、想定される総重量でのホバリング電流、離陸・上昇時の電力需要、耐風マージン、ペイロード、バッテリー温度を比較してください。2Pや3Pの大容量パックは、追加されるエネルギーと重量を前提に機体が設計されている場合に特に適しています。

効率的なシネマティックマルチローターや長時間飛行用マルチローターは有力な候補になりますが、非常にアグレッシブな飛行や高推力を必要とするシステムでは、反復的な高電流能力に優れた化学系とパック設計が必要になる場合があります。

XT60とXT90のLi-ion UAVバッテリーの比較

CNHLのLi-ionバッテリーパックには、さまざまなUAV電気系統に適合できるよう、異なるコネクターが用意されています。XT60は多くの効率重視ドローンや固定翼システムで一般的で、XT90は大型UAVの搭載システムでよく使用されます。

XT90は、同一仕様のLi-ionバッテリーを高性能化したものとして扱うべきではありません。セルモデルとS/P構成が変わらなければ、セル本来の電気的限界も変わりません。コネクターはUAV電源システム全体に応じて選択してください。

UAVバッテリーにおける18650と21700の比較

UAV用途では、18650と21700は別々の用途カテゴリーではなく、技術的なセルフォーマットの選択肢です。完成したバッテリーが機体の電気的、エネルギー、重量、寸法要件を満たすなら、どちらも適しています。

小型の18650フォーマットは、コンパクトな円筒セルバッテリー設計で役立ちます。最新の21700セルは内部容積が大きく、1セルあたりの容量を高めたり、エネルギーと電流能力のバランスを変えたりできます。

したがって、適切な比較では、いずれかの円筒形フォーマットがUAV用途で普遍的に優れていると仮定するのではなく、完成品パックのワット時、Wh/kg、電流能力、寸法、重量を基準にするべきです。

UAV用途におけるLi-ionとLiPoの比較

どちらの化学系が普遍的に優れているわけではありません。UAVのバッテリー選定では、飛行時間には自動的にLi-ion、高出力には自動的にLiPoが必要だと考えるのではなく、電気負荷とミッションプロファイルを基準にするべきです。

UAV用Li-ionバッテリーの選び方

UAV用Li-ionバッテリーを選ぶ前に、ミッション全体と機体の要件を比較してください。

• 電圧／S数：実際の動作電圧範囲が推進システムに適合することを確認してください。
• ホバリングまたは巡航電流：通常時に継続してかかる電気負荷を確認してください。
• 離陸・上昇時の負荷：ミッション中の高電流が必要な区間を考慮してください。
• ペイロード：機体が空の状態の重量ではなく、想定する運用重量で必要なバッテリー容量を計算してください。
• 容量とワット時：mAhだけでなく、ミッション全体に必要なエネルギーを比較してください。
• Wh/kg：搭載するバッテリー重量に対して、どれだけのエネルギーを得られるかを検討してください。
• 1P、2P、3P：サイズと重量とのバランスを考慮しながら、蓄積エネルギーと負荷分散を調整してください。
• 寸法：バッテリー収納部または取り付け位置に収まることを確認し、配線と通気のために十分なクリアランスを確保してください。
• コネクター：XT60、XT90、またはその他の適切な接続方式をUAVシステムに合わせ、極性を確認してください。
• 温度：バッテリーを完成品パックに指定された温度範囲内に保ってください。
• ミッション予備容量：通常運用時に理論上のバッテリー容量をすべて消費する前提で設計しないでください。

UAV専用製品以外の円筒形バッテリープラットフォーム全体については、CNHL Li-ionバッテリーシリーズをご覧ください。新しいセル形式のシリーズは、21700 Li-ionバッテリーからもご確認いただけます。

Li-ion UAVバッテリーの充電と安全性

使用するLi-ionバッテリーの仕様に適した充電器と充電モードを選択してください。すべてのリチウムバッテリーが同じ設定を使用すると考えず、完成品のパックに指定された最大充電電圧と推奨充電電流に従ってください。

バッテリーの監視方法と低電圧対策も、実際のLi-ionシステムに合わせる必要があります。別のバッテリー化学系向けに設定された警告やカットオフの前提を、それが選択したパックに適していることを確認せずに、そのまま流用しないでください。

充電または使用の前に、バッテリーパック、配線、取り付け状態、コネクターを点検してください。損傷している、過度に熱くなっている、または電気的に異常があるバッテリーは使用しないでください。また、完成品のバッテリーに指定された電圧、電流、温度の上限を決して超えないでください。

よくある質問：Li-ion UAVバッテリー

Li-ionバッテリーはUAVに適していますか？

蓄積エネルギーとミッション時間が重要な、長時間飛行重視のUAVには非常に適した選択肢です。ただし、通常の運用、離陸、上昇、ペイロードや風況の変化に対して、バッテリーが十分な電流を供給できる必要があります。

Li-ionバッテリーに最適なUAV用途は何ですか？

測量、調査、点検、空撮、効率的な固定翼ミッションは、Li-ionに適した分野です。ホバリング電流とバッテリー重量が適切であれば、マルチローターの長時間飛行プラットフォームもメリットを得られます。

UAVにはどの程度のバッテリー容量が必要ですか？

普遍的な容量要件はありません。利用可能な最大のmAh値を選ぶのではなく、ミッションのワット時容量、動作電流、ペイロード、機体効率、バッテリー重量、必要な予備容量に応じてバッテリーを選択してください。

UAVには10000mAhと12700mAhのどちらが適していますか？

どちらが普遍的に優れているわけでもありません。CNHL 21700プラットフォームでは、10000mAh 50D系は出力とエネルギーのバランスに優れた選択肢である一方、12700mAh 65E系は最大蓄積エネルギーをより重視しています。適切な選択は、電流需要とミッション効率によって異なります。

15000mAhおよび19000mAhのLi-ionバッテリーは何を目的としていますか？

これらは、十分な航続時間を重視する大型航空機およびUAVシステム向けの6S3Pバッテリー構成です。18セル構成によって大きな蓄積エネルギーが得られますが、パック重量も大きくなるため、機体はこれらを効率的に搭載できるよう設計する必要があります。

UAVバッテリーでは21700のほうが18650より優れていますか？

必ずしもそうではありません。これらはセル形式の選択です。セル形式だけで判断せず、実際のバッテリーのワット時容量、重量、電流性能、寸法、エネルギー重量比を比較してください。

UAVバッテリーにはXT90とXT60のどちらが適していますか？

必ずしもそうではありません。XT90は大型UAVシステムで一般的に使用され、XT60は多くの高効率ドローンや固定翼機で広く使われています。電気系統と電流要件に応じて選択してください。コネクターを変更しても、バッテリー内部のセルの性能が向上するわけではありません。

容量の大きいUAVバッテリーなら、必ず飛行時間が長くなりますか？

いいえ。容量が大きいほどエネルギーは増えますが、バッテリー重量も増加します。追加された蓄積エネルギーが増加する電力要件を上回るほど、機体が追加バッテリーを効率的に搭載できる場合にのみ、飛行時間またはミッション時間が延びます。

Li-ion UAVバッテリーはLiPoバッテリーの代わりに使用できますか？

電圧、S数、またはコネクターだけで直接置き換え可能だと判断しないでください。バッテリーの化学系を変更する前に、実際の電圧範囲、連続およびピーク電流需要、バッテリー重量、寸法、充電要件、低電圧時の挙動、熱限界を比較してください。