Investigación sobre el Desprendimiento de Baterías en Múltiples Etapas en UAV Multirrotor para Mejorar la Autonomía
Autores: Kim, Hyojun; Son, Chankyu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Investigación sobre el Desprendimiento de Baterías en Múltiples Etapas en UAV Multirrotor para Mejorar la Autonomía
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Baterías
Peso
Resistencia
Potencia
UAVs multirrotores
Separación de baterías
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los UAV multirrotores alimentados por baterías enfrentan limitaciones debido a la baja densidad de energía de su fuente de energía, que constituye una parte significativa del peso total. Durante las misiones, la alta masa de la batería permanece constante, lo que requiere una alta potencia. Esto conduce a reducciones en la capacidad de carga útil y restricciones de resistencia. Este estudio desarrolló una herramienta de diseño para UAV multirrotores que desacopla secuencialmente las baterías usadas durante las misiones para reducir el peso y extender la resistencia. La herramienta desarrollada consiste en un modelo de predicción del peso de la batería y un modelo de predicción de la potencia requerida. Predice con precisión la resistencia al considerar cambios en el peso, empuje, RPM, eficiencia del motor-helice y potencia requerida en cada punto de separación de la batería. Usando la herramienta desarrollada, la tecnología de separación de baterías se aplicó a un cuadricóptero con pesos totales de 7, 15 y 25 kg, y las resistencias extendidas se compararon cuantitativamente. Los resultados mostraron mejoras en la resistencia del 127.3%, 122.0% y 127.0% para los cuadricópteros de 7, 15 y 25 kg, respectivamente, en comparación con el uso de una sola batería. Además, el método se aplicó al UAV industrial disponible comercialmente DJI Matrice 300 RTK. Con una carga útil de 2.7 kg, la configuración de batería de dos etapas extendió la resistencia en un 12.5% en comparación con el caso de una sola batería. En condiciones sin carga útil, una configuración de tres etapas logró una mejora del 16.7%. Estos resultados confirman la efectividad de la separación de baterías en etapas incluso en plataformas UAV del mundo real.
Descripción
Los UAV multirrotores alimentados por baterías enfrentan limitaciones debido a la baja densidad de energía de su fuente de energía, que constituye una parte significativa del peso total. Durante las misiones, la alta masa de la batería permanece constante, lo que requiere una alta potencia. Esto conduce a reducciones en la capacidad de carga útil y restricciones de resistencia. Este estudio desarrolló una herramienta de diseño para UAV multirrotores que desacopla secuencialmente las baterías usadas durante las misiones para reducir el peso y extender la resistencia. La herramienta desarrollada consiste en un modelo de predicción del peso de la batería y un modelo de predicción de la potencia requerida. Predice con precisión la resistencia al considerar cambios en el peso, empuje, RPM, eficiencia del motor-helice y potencia requerida en cada punto de separación de la batería. Usando la herramienta desarrollada, la tecnología de separación de baterías se aplicó a un cuadricóptero con pesos totales de 7, 15 y 25 kg, y las resistencias extendidas se compararon cuantitativamente. Los resultados mostraron mejoras en la resistencia del 127.3%, 122.0% y 127.0% para los cuadricópteros de 7, 15 y 25 kg, respectivamente, en comparación con el uso de una sola batería. Además, el método se aplicó al UAV industrial disponible comercialmente DJI Matrice 300 RTK. Con una carga útil de 2.7 kg, la configuración de batería de dos etapas extendió la resistencia en un 12.5% en comparación con el caso de una sola batería. En condiciones sin carga útil, una configuración de tres etapas logró una mejora del 16.7%. Estos resultados confirman la efectividad de la separación de baterías en etapas incluso en plataformas UAV del mundo real.