供電，毫無疑問是無人機系統的核心，不管是飛行控制器、無線電收發模塊、電機、電調都需要供電來喂飽，目前消費級無人機動力電池依舊是鋰電池占據主導。鋰電池具有輕巧、容量密度比大、耐用、充電快等優點。而相對其他類型的電池，鋰電池自身特性嬌貴，供電品質受溫度、電流開銷、電芯平衡性、放電曲線的影響，而供電品質的變化又反作用于無人機，電源策略不當更是有隨時發生空難的可能。
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航時間越長。目前飛機動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，而電壓比較低，一般當充電包或者地面站供電。
鈷酸鋰電池標準電壓3.7V，滿電電壓4.2V或4.35V，放電截止電壓2.6V，不過一般廠家都是設定3.0V觸發過放保護。鋰鐵電池標準電壓是3.2V，滿電電壓3.6V，放電截止電壓2V;
但在目前的電池技術下，能量密度與放電能力是一對矛盾體，放電能力強的高C電芯，在重量上同樣高于低C電芯。
C數越高的電池循環壽命越短，消費級無人機的動力電池100個充放循環已屬長壽，大多數情況下70循環就差不多不再符合飛行要求。
內阻越低的電芯放電能力越強，放電升溫越低，反之亦然。而放電時的電芯溫度，又將作用于鋰電芯本身的化學特性，溫度鋰離子越低活性越低，電壓更容易跌落。(所有才有了動力電在冬季需要為電池保溫，預熱)
比如：25C和10C放電能力的電芯，同樣為5000ma容量，25C電芯就會重出不少。同樣40A電流放電，10C電芯也會釋放更多熱量。
于是，廠家需要根據飛行測試，在能量密度最大化、電池升溫輔助，和滿足絕大部分飛行場景的放電需求上選擇平衡點。
主流消費級多旋翼無人機為保證續航時間和機動開銷，選擇電芯的放電能力多在5~10C左右。
而很多航模無需多慮續航問題，3D直升機的一次飛行不過4分鐘左右，電芯需求則25C起步~ 甚至有些比賽用鋰電，放電能力達到65C。
選擇好了適合的電芯，就可以根據無人機設計電壓進行封裝，由多片鋰電芯通過并聯或串聯的組合完成輸出。每一片鋰電成為1S，12V供電就需要3片電芯串聯，也就是最常見的3S 1P鋰電。
而一些電池被設計為需要考慮單體電芯異常而增加冗余，于是每一S先用兩片電芯并聯再進行串聯，成為3S 2P鋰電，耗費6片電芯。
DJI從精靈2時代便開始使用3S 2P結構，到6S 2P的Inspire1則需使用多達12片鋰電芯。
而便攜機則對體重要求嚴格，DJI Mavic Pro就只能用3S 1P結構，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、電壓、是否冗余，一塊電池的基本就已經構建。但還不能開始組裝，為啥呢?因為電池這一串聯又引出個新問題，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、內阻上一致，不管是充滿后還是放電后，電池各個電芯應該有一致或偏差極小的電壓(0.05V以內)。
如果電芯品質存在問題，就會出現一個或多個電芯電壓不一致。當這種電壓差異達到一定程度，比如大于0.2V，就會影響飛行安全。
(小米無人機電池)
2P結構的鋰電因為有并聯兩塊電芯背鍋，不至于出現災難性電壓塌陷，可是1P結構的電池怎么辦呢?12V供電的無人機，一個電芯瞬間掉到2V飛機多半藥丸。這就只能寄望于電池大廠的電芯生產品控，嚴格分容分阻，國內鋰電的四巨頭ATL、BYD、力神、比克都能提供品質優良的電芯，DJI的無人機電池多采用ATL電芯。
電芯從完成封裝就開始了老化過程，即使出廠平衡性、一致性過關的電池，一段時間以后也可能產生不平衡現象，這是目前電池技術無法徹底避免的。
而且隨著電池充放電循環數的增加，充放電循環過程會對電極材料的微觀結構造成不可逆損傷，循環越多損傷越嚴重表現就是容量越來越小，而內阻也會隨電池循環增加越來越高。
(大疆無人機電池)
2、溫度特性
鋰電能量密度越高、重量越輕是不爭的事實，可是這個小傲嬌并不好伺候，低溫、高溫、過流、過充、過放，都會引起供電品質和電池壽命的變化。市面上成品電池的印刷標稱性能，通常都是在基于25攝氏度的室溫下達成的，在低溫下，它們的表現可就不一定了。比如5000ma 3S電池，越低溫環境輸出能力會打有越多折扣，當溫度降低到-3攝氏度，放電容量會損失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境溫度，可恢復性能。
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，可導致電池永久惡化。這也是站長一直呼吁的各位飛手，在低溫場景下，應該全程為電池保溫，而不僅僅是飛行前為電池加溫。而剛剛放電結束的滾燙電池，立即充電會極大影響電池壽命，溫度過高的電池內部同樣會發生負面的化學反應，嚴重的甚至會直接鼓包。
而放電達到75度以上的電芯~~ 煙火你見過嘛~…下一秒可能是你的無人機。
如僅作為裸電封裝，以上溫度特性都是需要使用者獲悉的。而如果是一塊同時封裝了管理電路的電池，則需要在充電、放電環節，根據封裝電芯特性介入溫度管理職能。
低溫下大動作打桿，容易導致電流猛增后電壓飛速跌落，如果你無法實時的獲取電池溫度信息，低溫下打桿請多些溫柔。
消費級無人機常用的低C鋰電(內阻大發熱也大，靠內阻發熱一定程度上緩解了電池的低溫低能問題)，在低溫環境下采用電池全程保溫，起飛后懸停預熱到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熱模塊么?當然可以~ 但是電池重、續航短、還貴、良品率也下來了，目前也只有悟2這種高端航拍機電池會去滿足這些需求。
因此!!發售在冬季的消費級無人機因為掉電導致的事故率，遠高于其他季節發售的機型。 (看什么看，我又沒明說是某Air :D )
冬季，可以工作在-20℃的磷酸鐵鋰動力電池就能發揮優勢了，可惜這種電池電壓很低~~ 多串聯帶來更多死重，不足以彌補續航時間。
3、負載特性
鋰電池在負載越大時發熱越嚴重，放電能力的高低決定了負載電流與電池升溫的比例關系。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材料活性，穩定電壓。而夏季，這種升溫如果超過一定閥值，對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，放電能力會陡峭下降，所以無人機一般把嚴重低壓值設置在每個電芯3.3V附近。
智能電池可以根據無人機開銷電流，通過機動性限制、高度下降實時管控電流在電池承受范圍內，比裸電飛行有更高安全系數。
4、容量和續航
電池的容量相對無人機的續航時間，有著與汽油與汽車類似的原理。都與多個外部因素相關，占據主要決定因素的油門輸出量、自然環境、溫度的高低會直觀的反映在續航時間上。因此~所有電池的容量和續航，都估算的是一個近!似!值!隨著外部變量的時刻變化而變化。
這也是經常新手容易歧義的部分，認為同型號機型續航時間應該一致，殊不知風力不同、海拔不同、飛行手法的差異、溫度的差異，續航時間不可能一致。同理，有多年駕駛經驗的司機，與新手開車上路，同一箱油會跑出較大的里程數差異。
而在整個無人機系統的用電環境中，電池的輸出電壓才是在整個飛行周期內占據絕對主導地位的存在。只要電壓低于預設值，即使電流計計算只放出一半的電量，低壓下可能導致無人機失能，軟件邏輯上也應優先保全無人機，執行返航或降落。
在整個飛行周期中，電壓會隨著外部變量和飛行控制器輸出而起伏，裸電只能依據飛手經驗判斷。而智能電池因為可以與飛行控制器通訊，通過當前電池溫度、電流開銷、消耗容量、返航距離、高度可計算出精度更高的續航時間，飛行控制器也得以更從容的判定是否還有足夠電量返航，還是應該執行降落。
但是~ 電池的自放電特性，對于容量計算是天敵。存放一段時間的電池、新購買電池的未充電電池，由于自放電特性，容量計算會存在偏差。
上一刻還有31%容量。
下一秒就給你來個8%迫降到海水里~~ 你說刺激不刺激?
電池的自放電跟蹤，到現在業內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~ 帶來的另一個問題是，鋰電池電芯穿刺后極易燃燒起火。
(炸機起火燃燒后的精靈3電池)
廠家依舊需要在多個需求點中找出平衡：
1、為保證飛機續航，電池封裝不能沉重。
2、需要為軟包電芯提供一定的耐沖擊能力。
3、為遷就電池的溫度特性，又要考慮兼顧散熱和保溫。
4、接入無人機后的物理牢靠度。
接入無人機的物理牢靠度或許你認為不就是個正負極么 :kb 請~不要小看~ GoPro KARMA在物理連接上已經妥妥的死過了一回。
“在Karma發布僅僅16天之后,因為存在突然斷電的問題,GoPro就宣布召回所有已售出的Karma無人機,約2500架。“
(GOPRO KARMA電池)
(GOPRO KARMA供電接口)
GoPro CEO Nick Woodman曾表示，Karma被召回的原因很簡單，就是出現了一個與電池保持機制相關的機械問題，以致飛機時的振動會讓少量電池從連接器松動，從而失去電力。雖然GoPro稱，升級版的Karma將不會再出現之前的問題。但已錯過了市場時機。
而智能動力電池還需與無人機連接電池通訊端口，用于傳輸各個電芯電壓、溫度、電流開銷等信息，以上數據是無人機計算續航時間，飛行策略決斷的關鍵數據。
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，應提示電池異常并禁止起飛。當然，具體電池傳輸數據的作用，下面會逐步詮釋。
6、溫控策略
因為電池性能對溫度的敏感性，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動性的辦法來穩定無人機的電池電壓波動，待電池溫度回升，再解除限制。
全球銷量最大的DJI無人機，在這些方面做了大量的嘗試和改進。也經歷過低溫硬限制起飛，到后期機動性限制的改進，平衡消費者的使用權和無人機供電安全。
精靈2通過硬限制下降速率到最大2米/秒，悟1、精靈3為提高無人機性能，跟據溫度、電流變量加入動態機動性限制，都是為將無人機因溫度引起的供電波動控制在可接受范圍內。
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飛行行為進行限制，提高了無人機供電安全性。
僅用裸電的無人機，也可以通過單一的飛行控制器溫度數據來限制起飛、減小舵量。
7、過放和滿電
因為鋰電池本身的物理特性，過放和長時間滿電存儲都會損傷電池。
大疆對于電池過放采取了強制關閉策略，以電池為主體，電池低于設定最低電壓值(單體電芯3V)，直接關閉電池輸出，保全電池完好。
下面這個視頻是站長的精靈2因為大風飛不回去，最終飛到低壓截至電池直接關閉輸出，垂直落體。
而其他廠家并未采用這種略顯激進的策略，比如小米的無人機電池低壓并不關閉電池輸出，以無人機供電作為優先考慮。
但從消費級無人機市場反饋而言，過放直接關閉電池輸出的策略，帶來了更好電池保全度，用戶貪飛用壞電池也是做不到的。不過有的用戶長期存儲未充電，也會因為電池自身緩慢放電產生過放。
而過放不關閉輸出的電池，在新手不用到螺旋槳停轉才罷休的情況下，表現出更多電池因為過放提前完結壽命。
當然，專業玩家手里，無論電池如何低壓，關閉電池導致垂直落體都是不可接受的。
兩種策略其實都對，只是面對不同認知能力的消費者，會體現出不同結果。當然了，裸電根本不具備電源管理能力，無法自主關閉。
目前市面上具備主動放電到存儲電壓，避免長時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：據群友反饋，ACE格式也有具備自動放電管理功能的封裝電池。
8、低壓和過流策略
電壓作為無人機運轉的核心參數，低于一定閥值會直接導致電子器件停擺，危害無人機安全。低壓不允許起飛，飛行中低壓執行返航或降落，是所有無人機都具備的最基本策略。
在任何情況下，電壓權重都高于容量，即使還有剩余容量，無人機也會優先根據電壓決定具體策略。所以會出現容量計算還有50%，無人機一樣會在某些場景下執行低壓降落程序，舊電池、非充滿的電池在低溫天氣做機動飛行，這個問題會更加嚴重。
低壓觸發無人機執行保護策略是沒錯的，但需妥善考慮特殊場景下的需要，至少應通過APP帶超時選擇的辦法提醒飛手將會執行的保護策略，并允許人工強制取消，把選擇權留給飛手。
比如：執行智能環繞的過程中，如果電池低壓直接執行降落而不是懸停，等待用戶選擇執行保護策略，自顧自的降落有可能造成其他損失。
哪怕處于嚴重低壓需要執行降落策略的情況下，只要有遙控器信號，也應允許飛手完整操縱飛行器，只是對機動性做一定程度的限制并持續下降，只為將最高操作權始終交給飛手。
而在某些場景下，飛行過程中還會出現接近智能電池最大輸出電流的情況，過流會導致電池嚴重發熱和鼓包，甚至直接損毀電子部件，通過限制機動性可以保護無人機。
自組無人機因為沒有智能電池和系統化的電源管理方案，長時間過流就沒那么走運了~
初始設計功率冗余不足的便攜無人機，對于過流會更加敏感。而結合飛行器姿態、電流開銷、打桿舵量、飛行器位移量，可以估算當前無人機運轉環境的風力，實現大風預警。大疆首先在業內實現了這個功能，在過流保護監控的同時，也為飛手提供了更直接的風力參考。(最早想到這個問題的，肯定是個天才~~ :D )
9、充電
把充電放在最后一段來說并不是說充電不重要，相反，無人機的動力鋰電過充(達到4.8V以上)是百分百要起火燃燒的。
因消費級無人機采用的電池C數普遍不高，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，充電電流過大容易讓液態鋰離子和固態鋰聚合物電池電極長出枝狀晶體，最終導致電池過早老化，需謹慎設置充電電流和截止電壓。
建議充電過程全程有人值守，一些輕微受損的電池在老化過程中，不是沒有充電起火的可能。
綜上所述，一塊合格的無人機電池，不僅僅需要從選材、封裝、物理連接、自保護策略上合格，還需要無人機飛行控制器配合一系列溫控、流控邏輯才能完善運作。而作為一名合格的無人機飛手，你應該了解這些。
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