Technical Terms of Drone
テクニカルターム

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Cc

CC2500

Quadrotor/Quadcopter/Multicoptor/ドローンに使われている通信プロトコル

C/Crate/Capacity

バッテリーの充放電できる 放電能力/許容電流
蓄電池バッテリーの表面やパッケージに「1C」や「25C」と表記されていることがあります
CとはCレートのことです
放電時のCレートを「放電レート」充電時を「充電レート」といいます
高速充放電を行うと 電池の内部抵抗が増大して作動電圧が低下し 出力低下につながります
PHEV/EV などの用途ではレート特性の改善も重要となってきます
30C/60Cは最大電流値のノーマル/バーストの値になります
1セル 300mAh 30C/60C と表記のあるバッテリーの場合
1C = 300mAh ÷ 1h = 300mA/0.3A
ノーマル ＝ 0.3A x 30C = 9A
バースト ＝ 0.3A x 60C = 18A
C/電池の公称容量/Capacity レートとは バッテリー容量に対する充放電電流値の比であり バッテリーの充放電特性/充放電するときの電流の大きさや放電能力+許容電流 を表します
これにより 容量の異なる電池同士の特性/条件をそろえて比較するすることができます
電荷量の単位記号もCですが このCは「クーロン/Coulomb」ですので 混同しないように注意
電気量/C=容量[Ah]/3600秒/s]で求めることができます
1Cとは1時間で満充電状態から完全に放電した状態になる時の電流値を表します
この数字が高ければ高いほど大きな電流を出力できます
たとえば バッテリー容量20Ahの場合
1Cで放電すると放電電流は20A
0.5Cで放電すると放電電流は10A
ポータブルバッテリーなどの小型バッテリーは通常1C定格で評価されます
バッテリーのCレート ラベルとバッテリーデータシートに記載されています
レートは高いほど出力できる電流値は上がりますが あくまでも電流値ですので必ずしも出力値が向上するわけではありません
バッテリーの負荷に余裕がある場合は意味がありません
バッテリーの化学的性質と設計によって バッテリーの最大Cレートが決まります
鉛蓄電池は通常 非常に低い放電レートで評価されます
一方 リチウム蓄電池は アルカリなどの他の化学物質よりもはるかに高い放電Cレートに耐えることができます
Cレートのレートとは 電池に通電する電流の大きさのことを表します
ハイレート/高レート: 電池に通電する電流の大きさ/電流値 が大きい
ローレート/低レート: 電池に通電する電流の大きさ/電流値 が小さい
ハイレートで充放電を行える能力をハイレート特性といいます
ハイレート特性は入出力特性や出入力特性とも呼ばれており 特性が高くなるほど良い電池といえます
ハイレート特性は 大電流での充電や放電が必要な時に求められます
主に大きな出力/放電特性 が求められる電気自動車や二輪用始動バッテリーのような 移動体向けのバッテリーなどに求められます
電気自動車の場合 外出時に電池の容量がなくなるとすぐに充電しなければ走行できません
そのため 急速充電の性能としてハイレート特性が求められます
ハイレートの明確な定義はないため 5Cから10C以上のCレートであればハイレートだと表現されることが多いです
ハイレート充放電時は 発熱による異常状態になるリスクが発生するため 放熱性に優れた構造設計と電極材の反応時の電荷移動抵抗や固体内拡散抵抗が低い材料の選定が求められます
低温におけるハイレート充電でも負極材の表面にてリチウム金属が析出する「電析」のリスクが高くなります
電析が発生すると 容量低下や寿命短縮劣化だけでなく 内部拮抗上昇も発生し デンドライト状にリチウム金属が成長すると セパレータを突き破り内部短絡を引き起こす可能性が高くなります
内部短絡は熱暴走や破裂/発火に繋がる場合が多いため 電池設計には低温時のハイレート充電に耐えられることも求められます
電析を防ぐためには 負極にチタン酸リチウムを使用し 負極の利用容量をさげる設計など正負極のバランスの最適化が必要
放電性能試験とは リチウムイオン電池の試験の一つです
様々な試験規格に規定されており 試験時の温度と電流を適切に設定する事が非常に重要です
試験では 満充電状態から既定の条件で放電を実施し その時の放電容量/Ah容量 を測定して 電池が仕様書に記載された通りの容量を示す事を確認します
試験の目的を達成するためには温度と電流を厳密に管理する必要がありますので 測定には専用の充放電試験装置や恒温槽を用いて実施されます
単電池だけでなく組電池にも適用されます
リチウムイオン電池は様々な容量のものが市販されているため 各電池間で統一的に放電容量試験を実施する事を目的として 電流は「Cレート」で管理します

放電容量試験

放電容量試験の基本的な温度と放電電流の規定は 室温が20℃または25℃で0.2C電流です
そのほかに規定条件として測定されるのは
温度を約-20℃や約45℃程度にした時の放電容量
放電電流を高率/1C/5C/10C など にした時の放電容量
上記組合せ
放電の前に実施される充電の条件は通常室温での定電流定電圧充電が推奨されます
充電末期に定電圧で充電電流を絞りながら充電する事で 過電圧による充電容量低下の影響を抑制することができます
この放電容量試験は 他の特性および安全性試験を実施し その影響を定量するための手段として対象試験の前後に実施される事があります
リチウムイオン電池にとって最も基本的な試験項目といえるでしょう

放電能力の計算方法

以下のようなバッテリーの条件があったとします。
20-30C DISCHARGE
1,000mAh
20-30Cというのは バッテリーの通常時放電能力は20C 大体1秒未満の瞬間的な放電能力は30Cという意味を指します
基本的に計算に使用するのは通常時放電能力です
1,000mAhはバッテリーの容量です
この場合 放電能力と充電電流の計算の求め方は
放電能力[A] = Cレート[C] × バッテリー容量[Ah]1,000mAh＝1Ah
通常: 20C×1Ah＝20A
瞬間: 30C×1Ah＝30A
この場合 バッテリーは最大で20A 1秒未満なら30Aを出力できる能力があるということになります

時間率

Cレートは別名「時間率: 単位 1/h」とも呼ばれ 満充電状態から何時間で完全放電することを前提にしているかを示す電流値です
Cレートの逆数で 時間率が大きくなるほど電流値は小さくなります
電流値を電池容量で除した値になります
例えば 以下のようになります
容量10Ahの電池に対する5Aの電流➠5A÷10Ah=0.5C
容量6Ahの電池に対する18Aの電流➠18A÷6Ah=3C

充電電流の計算方法

充電電流の計算方法は以下のようになります
電池の容量が2Ahの場合 1Cは2Aになります
2Cは1Cの二倍に相当するため 理論容量を30分完全放電する電流値ということになります
この場合Cレートと時間率は以下のように求められます
放電能力[A] = Cレート[C] × バッテリー容量[Ah]2Ah×2C＝4A
バッテリー容量[Ah]÷放電時間[h]＝放電能力[A]2Ah÷2h＝1A
逆に1/2Cの場合 電流値が半分に相当するため 理論容量を2時間完全放電する電流値ということになります
この場合 Cレートと時間率は以下のように求められます
2Ah×1/2C＝1A
2Ah÷1/2h＝4A
ただし 実際の環境では「過電圧」があるため Cレートにより放電時間は変動します

容量 4.8Ah 蓄電池の場合

定格容量は4.8Ahあるハイパワー製品SLPB11043140HモデルのリチウムイオンNMCセルの場合 以下のようになります
充電/または放電
電流[A]＝Cレート[C] × バッテリー容量[Ah]＝4.8A×1C＝4.8A
よって 1時間で4.8A使用可能ということがわかりました
20Cの放電状態の場合 以下のようになります
印加電流[A]＝20C×4.8A＝96A
以下は バッテリーの容量が4.15Ahを示したときのバッテリーの使用可能時間です
4.15Ah÷ 96A＝0.043h＝2.6A
60分×0.043時間＝2.6A
よって バッテリーが2.6Aの負荷電流で0.043分間使用可能になります

リポバッテリーのCレート

リチウムイオン電池の一種であり 電動ガン用バッテリーとして人気のあるリポバッテリーは C20やC30といった表示がされています
この場合Cレート/連続放電能力 は リポバッテリーの性能を示す基準の一つであり 数値が高いほど 同じ電圧/V やアンペア数/mAh であっても高い性能を持っていることになります
バッテリーにどれだけのエネルギーが蓄えられているかを示す指標であり C20は25℃で20時間 10.5ボルト以下にならずに連続して供給できるエネルギーのことを指します
メーカーでC10評価の電池はC20以下で放電すると100%以上の容量が得られます
ただし 高いAh容量を得るためには十分な量の酸が必要となるのでご注意下さい
通常のリポバッテリー/ジーフォースNOIR電動ガン用リポバッテリー7.4V 1200mAh SOPMOD対応 の場合 レート数はC20が多いです
同じ電圧でもNOIRサプレッションバッテリーはC40で設定されているため 力強いフルオートサイクルを実現するために専用チューニングが施されており 中ダレしにくいコンスタントな放電力が備わっています
2つを比較すると C20の場合は毎分約761発/毎秒12.7発 C40の場合毎分約877発/毎秒14.6発 となり 秒間約2発の差が出るという結果になっています

車載用バッテリーのCレート

車載用バッテリーのCレートは従来C20で評価されてきました
自動車用バッテリーはエンジン始動後 2時間以内にサービスステーションに到着させることを求められているからです
しかし これは旧来の要件であり 現在の自動車用バッテリーには信号待ちや混雑した道路での徐行運転時に エアコンなどの電力を必要とする機器の動作をサポートする機能があり 条件を満たさなければいけません
Cレートは満充電状態から何時間で完全放電するかを示す電流値であり 時間率が大きくなるほど電流値は小さくなる
レートとは電池に通電する電流の大きさのことであり ハイレート特性が高くなるほど良い電池
Cレートは数値が高いほど 同じ電圧/V やア ンペア数/mAh であっても高い性能を持っている
Cレートは蓄電池や車/電動ガンなどのバッテリーに どれだけのエネルギーが蓄えられているかを示す指標として表記されています
同じ電圧でもC20とC40では性能が異なり 車用バッテリーは信号停止時や 激しい交通渋滞などあらゆる道路状況に耐えられるように設計されています
蓄電池を購入する際にはCレートを確認してみてください

CSC/Combination Stick Operation

DJI社のドローンに備わっている緊急停止機能
DJIのドローンを始動するときの スティックの「ハの字/逆ハの字」操作を 始動している状態や空中にいるときに行うと 緊急停止をする操作
通常飛行の際に誤って このスティック入力を行わないように注意が必要
ハの字は 左スティックを↙︎ 右スティックを↘︎
逆ハの字は 左スティックを↘︎ 右スティックを↙︎

Counter Flare/Countersteering
カウンターフレア

機体の動きの反対方向に舵をきること
風が来て右にドローンが流されたときに安定させるために反対方向の左に舵をきることで 機体をふらつかせずに安定させることができます
ドローン/Quadrotor には Lift/揚力 だけがあって ブレーキが無い ので カウンターフレアのテクニックを習熟しないと 不意であれ衝突が避けられません
ヘリコプター/ドローン なども含めた航空機ではホバリング時に機体を急停止させる際に行う

また船の操舵法/操船方法の一つで 船を針路変更せるとき 目的針路の直前に今まで切っていた舵の方向と反対方向に舵を切る場合や 目標よりも余計に回頭しそうなときや針路を変える時 船首に働く回転惰力を抑えるために 針路に入る直前に取る反対方向に舵を取ることも当て舵と呼ぶ
船首が曲がりすぎるのを抑えるための舵のとり方であり 手馴れた操舵手であれば 船の微妙な動きを掴んで 常時舵取ることができる
このとき舵は大きく切るのではなく 少しだけ反対に切ることで操舵調整を行っている
走行する船舶には風/波など様々な外力が船首に働くため 一定の固定した針路で進もうとしてもそのまま一直線で進行や一定の針路で航行できるわけではない
つまり舵を一定にしていても外力の影響で針路から少しずつ外れていく
このため外力と反対方向に当て舵を取り 微調整を行っている
長期の航海ならば海流や潮の影響もあり 航行で少しずつ針路から外れていくので この時も一気に航行コースに戻すことはせず少しずつ徐々に戻していっている
船舶に装備している自動操舵装置を使用している場合でも 外力で針路から外れたことを船首が動き出した瞬間に感知 舵を反対に操作し調整を行っている

類似の操作にカウンターステアリング/Counter steering があり これは サイクリングやモーター サイクリング~などで車両運転者が目的の方向に瞬間的に反対方向にステアリング操作する 特定の方向へのターンを開始するために行う行為

.. to be continued ..

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