4. 电池基础知识

无人机续航估算的第一步，不是算电机效率，也不是算螺旋桨拉力，而是把电池这块“能量源头”的参数吃透。电池的电压、容量、放电倍率、内阻和循环寿命，直接决定了无人机能飞多久、能拉多重、以及飞到最后是否安全。本节从电池类型入手，逐项拆解这些关键参数，并说明它们如何进入续航估算模型。

一、无人机常用电池类型：锂聚合物与锂离子

当前中小型无人机几乎全部使用锂系电池，主流分为两类：锂聚合物电池（LiPo）和锂离子电池（Li-ion）。两者化学体系相近，但封装形式、放电能力和能量密度差异明显。

• 锂聚合物电池（LiPo）：采用聚合物凝胶电解质，可做成软包、薄片或异形结构，放电倍率高，瞬时电流大，适合多旋翼、穿越机、竞速机等需要大功率输出的场景。缺点是能量密度相对低、循环寿命偏短、鼓包风险较高。
• 锂离子电池（Li-ion）：通常为圆柱形（如 18650、21700）或方形硬壳，能量密度高，循环寿命长，自放电低，适合长航时固定翼、测绘无人机和工业巡检机。缺点是持续放电倍率较低，一般不超过 3C～5C，大电流下压降明显。
• 锂聚合物高压版（LiHV）：满电电压可达 4.35V/片，比普通 LiPo 的 4.2V/片多约 3.5% 能量，但循环寿命和安全性略差，需确认电调与飞控支持。

二、电压：标称值、满电值与截止值

锂电池的电压不是固定值，而是随剩余电量变化的曲线。工程上必须区分三个电压：

• 标称电压：LiPo 和 Li-ion 单节均为 3.7V（LiHV 为 3.8V），用于快速估算电池组总电压。
• 满电电压：单节 4.2V（LiHV 为 4.35V），充电器截止依据。
• 截止电压：单节通常 3.0V～3.3V，低于此值继续放电会永久损伤电池。无人机通常设置 3.5V/片为返航告警点。

电池组采用串联提升电压、并联提升容量。例如 6S1P 表示 6 节串联、1 组并联，标称电压为 6×3.7=22.2V，满电为 6×4.2=25.2V。续航估算中，电压决定了在相同功率下电流的大小：功率 P=U×I，电压越高，电流越小，线路损耗越低。

三、容量、放电倍率与内阻

容量以毫安时（mAh）或安时（Ah）表示，代表电池在指定条件下能放出的电量。例如 5000mAh 表示以 5000mA 放电可维持约 1 小时。但容量会随放电倍率升高而“缩水”，这就是 Peukert 效应。

放电倍率（C 值）表示电池允许的放电电流相对容量的倍数。计算公式为：

最大持续放电电流(A) = 容量(Ah) × 放电倍率(C)
例：5000mAh 电池，20C 持续放电
最大电流 = 5Ah × 20C = 100A

穿越机常用 100C 以上高倍率电池，而长航时机通常只需 1C～3C。倍率越高，电池越重、越贵，能量密度越低。

内阻是电池内部对电流的阻碍，单位为毫欧（mΩ）。内阻越大，大电流下压降越大，实际可用能量越少，发热越严重。内阻随循环次数增加而上升，是判断电池老化的核心指标。新电池单节内阻通常在 5～20mΩ，超过初始值 1.5 倍建议退役。

四、循环寿命与关键参数对照

循环寿命指电池容量衰减到初始值 80% 前可完成的充放电次数。LiPo 通常 150～300 次，Li-ion 可达 500～1000 次。影响寿命的因素包括：放电深度、充放电倍率、温度、存储电压。长期满电存放会加速衰减，建议存储电压为单节 3.8V～3.85V。

五、参数如何进入续航估算：一个场景案例

假设一架四旋翼使用 6S 5000mAh LiPo，悬停总电流约 25A。先算可用容量：为保护电池，只使用 80% 容量，即 4Ah。理论悬停时间 = 4Ah ÷ 25A = 0.16h ≈ 9.6 分钟。若电池内阻导致平均压降 1.5V，实际功率下降，但飞控会增大电流维持姿态，时间进一步缩短到约 8.5 分钟。若换成 6S 5000mAh Li-ion，能量密度更高但放电倍率仅 3C，最大电流 15A，无法满足 25A 悬停需求，必须并联两组或减重。

六、复盘：电池参数检查清单

1. 确认电池类型与化学体系，LiPo 还是 Li-ion，是否 LiHV。
2. 记录串联节数 S 与并联组数 P，计算标称电压与总容量。
3. 核对持续放电倍率是否覆盖悬停与爬升最大电流。
4. 测量或查询单节内阻，评估压降与老化程度。
5. 确认截止电压与返航告警电压，避免过放。
6. 用 Wh 而非 mAh 比较不同电池的真实能量。
7. 检查存储电压与循环次数，估算当前实际可用容量。