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小小的無人機(jī)，越來越多地進(jìn)入了我們的視野。每次看到空中這個小小的身軀，在空中嗡嗡飛過，我不止一次地希望知道那個小玩意充一次電能飛多長時間。 

 

于是我在網(wǎng)上訂購了一個用于空中拍攝的無人機(jī)，外帶一塊備用電池。沒有想到的是，這個 1100mA的電池價格差不多是無人機(jī)價格的四分之一！

 

我也很想看看這個電池有什么奇特之處。

 

我們打開產(chǎn)品說明書，看到了這樣的信息：

 

 

從說明書上看，這個1100mAH 的電池居然能讓飛機(jī)飛行13 分鐘！當(dāng)然，最簡單的測試方法是把電充滿，讓飛機(jī)飛起來，直到攤在地上飛不動為止。但這種方法過于粗糙，也過于粗暴！ 

 

我們設(shè)計了一個更為合理的測試方案：

?  第一步：用 N6705C 直流電源分析儀捕獲無人機(jī)一段時間或一次工作循環(huán)的電流波形

?  第二步：把捕獲的的電流波形，利用N6705C或N7900高性能電源系統(tǒng)的負(fù)載功能進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，也就是模擬無人機(jī)的真實功耗狀態(tài)

?  第三步：接上電池，對電池的端電壓和電量進(jìn)行實時檢測，當(dāng)電壓低于3.5V，就基本可以決定不能再繼續(xù)飛了。

 

所以，我準(zhǔn)備了以上兩個設(shè)備：

1. N6705C，配備 N6756A 模塊

2. 14585A 分析軟件

3. N7951A 高性能電源系統(tǒng) + N7909A 功率耗散器

 

N6705C 電源模塊工作在負(fù)載模式下的最大吸收電流為8A（N6785A）。如果超過8A，就需要使用 N7951A 了，這個東西的吸收電流可以到幾十安培。

 

首先，我們把無人機(jī)的電池拆了出來，用 N6705C 模擬電池對其進(jìn)行供電。讓無人機(jī)做了一次飛行。捕獲到了以下波形。

 

 

?  14585A 啟動數(shù)據(jù)記錄儀 DataLogger；

?  “操作無人機(jī)起飛，降落”從開機(jī) → 連接WIFI → 起飛 → 降落過程；

? 軟件實時記錄所有操作過程電流變化。

 

 

我們捕獲到了這個電流波形，一分鐘多一點的飛行，測量一下，請看下表，從起飛到完成降落，一共43秒鐘，加上準(zhǔn)備時間，已經(jīng)耗電125mA！如果是這樣，還能安裝說明書上講的飛行13分鐘嗎？

 

 

下面，我們要用同樣的電流波形來吸收電池的電量。由于最大電流已經(jīng)超過8A，我們啟用了 N7951A高性能電源系統(tǒng)的負(fù)載功能。 

 

接線請看下圖：

 

利用 14585A 軟件對剛才捕獲到的耗電波形進(jìn)行編輯，去除掉準(zhǔn)備時間，把波形灌入到 N7951A 負(fù)載波形庫中， 來反復(fù)模擬這個起、降過程，連續(xù)吸收電池的能量。我們得到了以下這張圖：

 

 

我們來認(rèn)識一下這個波形：

紅色的波形是吸收電流，它直接仿真了無人機(jī)反復(fù)起降的過程。由于是N7951A是電源，在啟用負(fù)載功能后，吸收電流是負(fù)值。所以在紅色波形的底部，吸收電流達(dá)到了最大，即飛行過程中的10.8A。而最大吸收電流出現(xiàn)在剛啟動的時候，為14A。

 

藍(lán)色的波形是電池的端電壓。它居然隨電流的變化出現(xiàn)了巨大的波動。這就是電池內(nèi)阻造成的。當(dāng)吸收電流越大時，電池端電壓最低。這是完全符合工作原理的。

 

這個測試圖上，我們用標(biāo)尺進(jìn)行了測量，得到了這樣的結(jié)果：

1. 電池端電壓從充電飽和狀態(tài)，之后連續(xù)下降，在將近 3V 時，出現(xiàn)了陡然跌落。如果這個時候飛機(jī)還在飛，沒有出現(xiàn)報警或及時采取措施， 那結(jié)果可以想象了

2. 起降此時不到10次，時間8分34秒！看來里產(chǎn)品說明書的指標(biāo)差了將近45%

3. 整個過程中，吸收了電池總的電量 925mHA，比指標(biāo)低了17%   

 

利用這種方法來評估飛行時間，或者電池的可用電量， 其優(yōu)勢是顯而易見的：

1. 可以快速測量無人機(jī)的功耗，幫助工程師優(yōu)化產(chǎn)品功耗，縮短開發(fā)時間

2. 有效驗證在不同工作場景下的功耗和電池續(xù)航時間

3. 幫助工程師對電池和電池管理進(jìn)行有效優(yōu)化，針對產(chǎn)品選擇更適合產(chǎn)品功耗特性的電池。同時，可以迅速驗證在不同環(huán)境溫度下電池的性能

 

不僅對無人機(jī)產(chǎn)品，如果工程師在開發(fā)電池驅(qū)動的機(jī)器人、電動汽車、智能醫(yī)療設(shè)備， 甚至物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，這種測試方法同樣適用，只是功率大小的問題。

 

一個有趣的現(xiàn)象：

細(xì)心的讀者在看這張圖的時候，可能會看到圖中藍(lán)色的電壓這條曲線。在放電剛開始時電池端電壓變化明顯大于放電將近結(jié)束時的端電壓變化，顯然，這說明電池的直流內(nèi)阻（DCR）在電池電量越多的時候要更小一些。這好像與一般我們對鋰電池的認(rèn)識有差別。

 

這到底是怎么回事呢？ 我們在『副條1』中給大家分享進(jìn)一步的研究結(jié)果。