電池電壓和電量百分比的那些事

池作為一種動力來源，是每個玩電動航模和無人機不得不提的東西。

經常見到有人在論壇、貼吧裡問：

我的飛機怎麼一起飛沒多久就沒電了啊？

電池明明還有很多電的，怎麼飛兩分鐘突然就變成0%了？

電量還有一大半呢，我上去飛一圈應該沒事吧？

電池電量百分比，看似簡單，實際上裡面暗藏玄機，很多新司機剛上路，很容易踩坑翻車。即便是老司機，也有可能麻痺大意而陰溝翻船。

50%電到底能不能飛？能飛多久？這個問題至今仍充滿爭議。有人說半塊電就別飛了，有些人說半塊電又不是沒電飛一小會兒沒事的。那么半塊電飛起來到底有沒有安全隱患呢？

我們先來了解一下鈷酸鋰動力電池和汽油這兩種能源的特性區別吧

汽油，大家都知道，這是一種再熟悉不過的能源。每輛燃油車都有油表，告訴你車子還剩多少燃料。

汽油的能量均勻分布在每一個分子中，只要油泵油壓足夠，無論是半箱油還是滿箱油，只要夠你跑到目的地和下一個加油站，你都可以放心地開車出門。汽油的最大輸出功率不會因為油位的下降而減少，只要沒有完全消耗到油泵抽不起來油，發動機就可以正常輸出額定的動力，哪怕油表燈剛亮起來，你一腳油門下去依然能給你帶來十足的推背感。

而鋰電池的能量輸出特性和汽油完全不同，在滿電的初始階段動力充沛，電壓會快速下滑一小段，隨著放電的進行，電壓的下降變得平緩而穩定，到了放電的後期，電壓則突然斷崖式下跌，輸出功率迅速降低。

典型的鋰電池放電曲線如下圖所示

航模和無人機的電池都屬於高倍率（C數）鋰電池，在放電的後期更容易出現動力變軟、功率減小的狀況。若電池僅有一半電，在放電的過程中電壓很容易快速下滑，造成無人機在短時間內觸發低電壓迫降到你不想讓它降落的地方，甚至失去動力墜機。並且鋰電池的放電能力極易受溫度影響，溫度低於10℃，電池內化學反應速率減緩，放電能力會顯著降低，效能大幅縮水，嚴重低溫時根本放不出電。

因此50%電量，特別是長時間存放後半滿不滿的鋰電池直接上機起飛，會有很大的安全隱患。所以我們一直在強調滿電起飛的必要性。

那麼我們整天掛嘴上的電量百分比又是怎麼來的呢？

電池/圖 來源網絡

實際上在航模界和無人機的早期階段，並不存在「電量百分比」這個概念。電池通常是如下圖的樣子

航模鋰電池僅有電芯、動力線和平衡頭，沒有任何控制和保護電路，自然不會告訴你電量百分比這東西。飛手通常有四種方法來判斷電量

1、在平衡頭上加裝一種俗稱「BB叫」的電壓計，當電壓降低到報警閾值時即發出響亮的蜂鳴音，提示飛手儘快降落，這通常用在視距內飛行。

2、在飛機上加裝OSD和圖傳，直接在屏幕上顯示電壓，飛手根據電壓判斷電量，多見於自組航拍機和FPV機型。

3、利用遙控器內置的計時器，每一分鐘發出蜂鳴和振動提醒飛手用去的時間，飛手根據經驗判斷電池剩餘量。

4、利用電池放電後期動力變軟的特性，當操縱手感變軟時降落，經驗豐富的直升機3D老司機有時會用這個來判斷是否必須降落。

根據路端電壓來判斷電量的辦法，一直比較可靠。不過隨著科技的發展，無人機的門檻越來越低，很多沒什麼航模基礎的人也加入的飛行的行列。對他們而言，航模電池繁瑣的充電、維護方式就是噩夢，並且直接看電壓不能直觀地讓人感受到電池電量的消耗，難以通過直接讀電壓值對電池剩餘電力進行判斷，一臉懵逼。於是，帶有庫侖計、保護板、控制板、平衡電路和通訊電路的智能飛行電池應運而生。

而智能電池中的庫侖計，就是負責測量電流、電壓、電荷量並計算電量百分比和剩餘時間的設備。

庫侖計在手機電池中已經廣泛應用，手機能顯示剩餘電量和百分比，都是它的功勞。

電池的容量，學名電荷量，也就是平時我們見到的mAh為單位的數值，也是通過庫侖計來測量。通常的測量方法是將電池充至滿電電壓（普通鋰電4.2V，高壓鋰電4.35V），然後開始慢速放電至廠家設定的電壓下限值。不同類型的電池，電壓下限有所不同，手機的電壓設定下限通常是3.7V，大疆的智能電池，電壓下限則是3.3V左右。此時庫侖計可算出整個放電過程所通過的電荷量數值，這個數值就是這塊電池的容量。而電池當前剩餘可正常放出的電荷量與最大電荷量之比以百分數表示，就是我們平時見到的電量百分比。按照大疆官方的說法，4.2-4.35V對應100%電量，3.7V對應30%電量。

當電池放電到0mAh時，並不代表它一點電都沒了，它還能繼續放電，但是輸出的電壓會低於設備正常工作所需的下限而對設備造成性能上的影響，嚴重時將對設備本身造成損壞，甚至損壞電池本身。

早期的庫侖計無法在電池充放電過程中實時計算和調整電池容量值，在多次循環後由於電池化學年齡增長造成容量衰減，無法準確計算電量，容易出現庫侖計顯示有電但電池提前GG的情況，因此需要定期深度充放電來校準之，悟1、精靈2和精靈3的用戶手冊都建議一定循環數後進行深度充放電來校準容量。現在的大疆智能電池中內置的庫侖計可以實時計算並調整容量值，也就不需要用戶自己搞深度充放電了。

那既然有庫侖計幫我算電量，我就直接看百分比，看它顯示那個剩餘時間飛就行咯？

你以為這世界上有這麼簡單的事情？Too young too simple！

航模和無人機用的動力電池，都是由多片電芯串並聯組成，少的2片3片，多的6片12片。這些電芯在一起共同對外輸出能量。要做出一塊優質的動力電池，需要先把其每一片電芯進行多次放電曲線和內阻測量，選出內阻低、壽命長、放電曲線優異的電芯，並在其中選出放電曲線、放電C數和內阻高度一致的編成一組。這樣才能保證電池在使用中，每一片電芯能自始至終同呼吸共命運，步調一致地輸出動力。

但消費級無人機的動力電池通常不會像高端玩家定製的動力電池那樣精挑細選，為了控制成本，電芯的一致性匹配通常不會做得那麼細緻，電芯的體質只要及格了就行。於是在飛行中，電池就有機率出現電芯放電曲線不一致的情況，特別是循環次數較多的電池，不一致情況會愈發明顯。如下圖所示：

每個電芯之間的電壓差會增大，加上電池內阻的存在，在高負荷狀態，比如全速飛行、滿油爬升、逆風前進時，電池路端電壓會出現更大的降落，電芯一致性的差異使得其中個別電芯提前到達C數上限，此時每個電芯之間會出現更大的電壓差，失去平衡性。而庫侖計並沒有接在每個電芯上，只是計算總和而已，於是庫侖計的數值就和實際情況出現偏差。化學年齡高的電池，由於內阻較大，電芯一致性會更差，飛行時電壓降落更加明顯，更有甚者充滿電4.3V，一起飛就掉到3.7V，再做暴力飛行，電池隨時失壓導致飛機嗝屁，而此時電量百分比仍顯示在90%以上，容易對飛手造成誤導。因此高齡電池，電量百分比的可信度很低。

極端情況下，甚至會出現100%電量起飛，飛行一兩分鐘後電量從80%-90%瞬間掉到0%，然後觸發嚴重低電量迫降甚至直接空中斷電的情況。我見過無數飛手遭遇這種情況導致炸機、提控回家。那麼這種情況是怎麼發生的呢？

上面提到，動力電池需要時刻留意電芯一致性問題，當電芯一致性降低到比較危險的程度，就會出現個別電芯提前耗竭，電芯電壓迅速掉落，導致整個動力電池無法繼續正常輸出，若庫侖計未能及時判斷並響應，讀數就會從高位突然歸零。

咱就從貼吧中找個案例吧

由圖中所示，該Mavic Air電池1號電芯放電曲線已和2、3號電芯高度不一致，在飛行過程中提前耗竭，觸發低電壓警告，電量百分比從高位瞬間掉到0%，飛行器開始強制降落。若該電芯電壓繼續降低，到達3.0V時，將觸發電池欠壓保護，關斷輸出，飛行器將直接從空中自由落體。到目前為止，只有悟2的電池允許空中過放電到2.6V截止電壓，給飛手爭取足夠時間迫降，而其餘機型仍舊一律3.0V切斷電源讓飛行器直接墜毀。

而電芯放電曲線不一致通常只表現在放電的中期和後期，前期由於存在放電曲線平臺階段，差異並不明顯，將該電池充至較高電量後，電芯電壓分布又恢復正常，一般用戶很難察覺。但下一次再飛行，電池失壓故障會再一次出現。

因此起飛前勤檢查是硬道理，對電池隱患早發現、早排除。

看，這電池不就GG了嘛，你還敢帶著它上天？別看顯示99%電量，實際上它已經完蛋了，要不是有雙電池冗餘，直接炸給你看。

通常情況下，電芯之間的靜態（不啟動電機）壓差超過0.06V且無法恢復平衡，動態（飛行中）壓差超過0.2V，電池即報廢。

綜上，電池電量百分比不能完全作為剩餘電量依據，正確的方式是以電壓為基準，百分比作為輔助來對電池電量進行綜合判斷，並預留足夠的電量返航，切莫貪飛！

說點題外話

為什麼航模用鋰電池沒有保護板？

航模作為一種體育運動，需要經常做出一些高難度特技動作，這些動作通常比較暴力，電流開銷和變化都非常大。一架700級電直升機飛3D動作，電流可在30A-160A之間變化，瞬時輸出電流高達200A，如此巨大的電流變化，對於有保護板的動力電池來說會直接觸發過流保護造成電池停電，飛機失控墜毀。航模鋰電尺寸相當的保護板無法承載如此高的電流，即使能做出200A的保護板，其體積之大、重量之沉、價格之高，已無法用在航模上。因此，航模鋰電沒有保護板，其充電的平衡、電流控制、電壓保護均在充電器上。

本文來源：OsitaLV 大神