Dlaczego inteligentny BMS robi różnicę w przypadku akumulatorów do dronów przemysłowych?

Autor:Zespół inżynierii energetycznej YIHANG | Producent baterii do przemysłowych UAV i dronów | yihangpower.com

Ciągle słyszymy tę samą skargę od integratorów dronów i operatorów flot: po wyjęciu z pudełka zupełnie nowy zestaw akumulatorów, z prawidłowym oznakowaniem, podłącz go, a nadal będziesz obserwować silny spadek napięcia podczas wznoszenia. Samolot grzęźnie, ESC przegrzewa się i nikt w projekcie nie jest w stanie wyjaśnić, dlaczego.

Z naszych własnych zapisów pod adresemMoc YIHANG, surowe komórki rzadko stanowią problem. W większości przypadków specyfikacja była finalizowana wyłącznie na podstawie wydajności, a następnie wybierano BMS pod względem ceny. Ta trasa działa w przypadku pakietów hobbystycznych. Rozpada się na platformach przemysłowych, gdzie jeden uszkodzony akumulator powoduje cały dzień inspekcji lub operacji ładunkowej.

Budujemy kompletneBateria drona zintegrowana ze smart-BMSzespoły do ​​dronów inspekcyjnych, rolniczych UAV i ciężkich samolotów transportowych. Poniżej znajduje się to, czego nauczyliśmy się z rzeczywistych projektów, a nie z teorii arkusza danych: jak czytać specyfikacje akumulatorów w sposób, w jaki czyta je inżynier, jak wybierać między ogniwami LiPo, Li-ion i półstałymi, co faktycznie robi inteligentny BMS w trakcie lotu i czego naprawdę potrzeba, aby wysyłać pakiety litu drogą lotniczą bez kłopotów celnych lub linii lotniczych.

Jest to napisane dla ludzi, którzy faktycznie kupują i utrzymują te pakiety, a nie dla wyszukiwarek. Jeśli jesteś integratorem, którego spalił akumulator, który wyglądał dobrze na papierze, a zawiódł w praktyce, poniższe sekcje pozwolą Ci zaoszczędzić pieniądze.

Czytanie kluczowych specyfikacji akumulatorów do dronów przemysłowych

Kupujący najpierw porównują dane dotyczące pojemności i na tym poprzestają. Pojemność ma znaczenie, ale tylko jedna z czterech wydrukowanych wartości decyduje o tym, czy opakowanie przetrwa sezon pracy w terenie.

Pojemność (mAh) informuje, ile energii niesie ze sobą plecak, ale także informuje, ile ciężaru własnego podnosisz. Podwojenie wydajności rzadko podwaja czas lotu na tym samym płatowcu, ponieważ dodatkowy ciężar pochłania ten sam budżet ciągu. Traktuj wydajność jako kompromis, a nie cel.

Napięcie i liczba S bezpośrednio sterują zachowaniem silnika. Pakiet 6S ma napięcie nominalne 22,2 V i ładuje się do 25,2 V; pakiet 12S pracuje pod napięciem 44,4 V, a szczytowe napięcie wynosi 50,4 V. Wyższe napięcie oznacza niższy prąd przy tej samej mocy, co oznacza chłodniejsze ESC i cieńsze okablowanie. Właśnie dlatego platformy o dużym udźwigu w miarę zwiększania skali przechodzą z 6S na 12S lub 14S.

Ciągła stawka C to wartość, którą kupujący najczęściej błędnie odczytują. Wartość znamionowa 25°C na pakiecie 5000 mAh zapewnia ciągłą moc wyjściową 125 A, ale tylko w temperaturze testowej określonej przez producenta. W letnich warunkach terenowych przy temperaturze otoczenia 45°C rzeczywista liczba dostarczanych plonów spada. Oceniając dostawców, poproś o dane ciągłe testowane w temperaturze 45°C, a nie w idealnej temperaturze laboratoryjnej, i zapytaj, w jaki sposób zmierzono liczbę, zamiast akceptować naklejkę.

Rezystancja wewnętrzna, wartość rzadko drukowana, objawia się ciepłem pod obciążeniem. Dwa pakiety o identycznej pojemności mogą zachowywać się zupełnie inaczej przy poborze 20 A, jeśli jeden ma dwukrotnie większy opór wewnętrzny drugiego. W przypadku dronów o dużym rozładowaniu niski opór wewnętrzny jest wart więcej niż kilkaset dodatkowych mAh.

I nigdy nie porównuj pakietów wyłącznie pod względem pojemności u różnych dostawców. Oblicz watogodziny, napięcie pomnożone przez amperogodziny i zamiast tego porównaj tę liczbę. Pakiet 6S 10 000 mAh i pakiet 8S 7500 mAh to różne produkty o podobnej energii i tylko porównanie watogodzin mówi to szczerze.

Praktyczna uwaga na temat zadawania dostawcom właściwych pytań. Kiedy prosisz o wycenę od dostawcy akumulatorów do dronów, odpowiedzi, które otrzymujesz, są tak dobre, jak zadawane pytania. Poproś o krzywą szybkości ciągłej w temperaturze 45°C, poproś o rezystancję wewnętrzną zmierzoną na próbce produkcyjnej, a nie na urządzeniu laboratoryjnym, i zapytaj, jak dostawca definiuje tolerancję pojemności, czy pakiet ma gwarancję zapewnienia wydajności znamionowej w pierwszym cyklu, czy po pięćdziesięciu cyklach. Dostawcy, którzy nie mogą odpowiedzieć pisemnie na te trzy pytania, zazwyczaj oferują produkt hobbystyczny po cenach przemysłowych.

Wybieranie pomiędzy ogniwami LiPo, Li-ion i półstałymi

Chemia komórkowa powinna odpowiadać profilowi ​​lotu, a nie sprzedawcy. Widzimy trzy praktyczne rodziny w pracy z dronami przemysłowymi.

Ogniwa w torebkach LiPo pozostają domyślne dla wszystkiego, co pobiera 15°C lub więcej. Dostarczają prąd bez załamania napięcia, co ma znaczenie podczas wznoszenia i korekcji wiatru. Kompromisem jest niższa gęstość energii i krótszy okres kalendarzowy, jeśli są źle przechowywane.

Cylindryczne ogniwa litowo-jonowe wygrywają pod względem gęstości energii i trwałości cyklicznej, umożliwiając długotrwałą pracę przy niskim poziomie rozładowania. Drony badawcze, które pływają przy niskim prądzie przez godzinę, czerpią bezpośrednie korzyści z chemii litowo-jonowej, czyli większej liczby watogodzin na kilogram. Problem polega na tym, że utrzymujące się wysokie rozładowanie powoduje nagrzewanie się ogniw cylindrycznych i potrzebują większej liczby ogniw równoległych, aby osiągnąć ten sam prąd, co szybko zwiększa wagę.

Nowością na rynku są ogniwa półstałe, które warto obserwować. Znajdują się pomiędzy elektrolitem ciekłym i stałym, oferując wyższą gęstość energii niż LiPo i lepsze marginesy bezpieczeństwa w testach przebicia i testów termicznych. Coraz większa liczba projektów o długotrwałej trwałości pyta nas szczególnie o opcje półstałych akumulatorów do dronów. Jedynym zastrzeżeniem jest to, że materiały marketingowe dotyczące chemii półstałej są często przesadzone i cytują jeden idealny wskaźnik wydajności ze slajdu laboratoryjnego. Zawsze przed zatwierdzeniem żądaj parametrów ciągłego rozładowania, zweryfikowanych w rzeczywistych temperaturach roboczych i na co najmniej 80% głębokości rozładowania.

Kilka podstawowych zasad, które powtarzamy każdemu klientowi, w dowolnej kolejności. Nigdy nie próbuj spłaszczać spęczniałego opakowania, natychmiast wycofaj je z użytku i zutylizuj w odpowiedni sposób. Spodziewaj się około 80 procent użytecznej pojemności w temperaturze pokojowej podczas używania pakietów w temperaturze 0 ° C i odpowiednio planuj misje, zamiast odkrywać je w powietrzu. I przechowuj pakiety naładowane od 40 do 60 procent w przypadku długich przerw między operacjami, nigdy w pełni naładowane i nigdy całkowicie rozładowane.

Temperatura zmienia także sam wybór chemii. Jeśli Twoja działalność odbywa się w zimnym klimacie, akumulatory litowo-jonowe i półstałe utrzymują napięcie lepiej w niskiej temperaturze niż wysokowydajne akumulatory LiPo, które sztywnieją i tracą dostarczalny prąd, gdy są zimne. Jeśli Twoja działalność ma charakter tropikalny, wysoka temperatura otoczenia przyspiesza starzenie się w każdym środowisku chemicznym, więc opakowanie, które zostało zaprojektowane w warunkach laboratoryjnych w temperaturze 25°C, nie wytrzyma znamionowych cykli w warunkach terenowych w temperaturze 40°C. Zapytaj dostawcę, jaką chemię zaleca dla Twojej rzeczywistej temperatury roboczej, a nie tej podanej w broszurze.

Praktyczne role zintegrowanego inteligentnego BMS

Inteligentny BMS nie jest płytą zabezpieczającą o dłuższej nazwie. Stale obserwuje warunki wewnątrz plecaka i w tym czasie komunikuje się z systemem lotu.

Na poziomie grupy komórek śledzi napięcie i temperaturę indywidualnie dla każdej grupy. Prawidłowy całkowity odczyt na stacji naziemnej wynoszący 22,2 V może ukryć jedno słabe ogniwo ciągnące cały pakiet w dół i wychwycić je tylko monitorowanie poszczególnych grup, zanim stanie się awarią w locie.

Po stronie zabezpieczenia wyzwala szybkie wyłączenie prądu w czasie uderzenia śmigła lub zablokowania silnika. W przypadku nagłej awarii prędkość ta jest różnicą między przepalonym złączem a uszkodzonym silnikiem, ponieważ w przeciwnym razie złącze stanie się prowizorycznym bezpiecznikiem.

Po stronie komunikacji raportuje dokładny stan naładowania poprzez SMBus, magistralę CAN lub UART. Ma to większe znaczenie, niż większość kupujących zdaje sobie sprawę: kontroler lotu planuje powrót do domu i lądowanie w oparciu o rzeczywistą pozostałą energię. Głupi pakiet pozostawia pilota w niepewności, a w wyniku zgadywania baterie wracają puste.

Każdy wysyłany przez nas akumulator do inteligentnego drona przemysłowego BMS przechodzi przed dostawą testy interfejsu komunikacyjnego, ponieważ zaobserwowaliśmy, że zbyt wiele pakietów uległo awarii na stanowisku laboratoryjnym, które przeszłoby prostą kontrolę pojemności. Przed przyjęciem paczki do dostawy system BMS jest sprawdzany pod kątem dokładności SOC, czasu reakcji na błąd i stabilności komunikacji magistrali.

Drony mogą latać z podstawowym, niezarządzanym sprzętem, nikt tego nie kwestionuje. Różnica polega na ostrzeżeniu. Dzięki inteligentnemu BMS widzisz degradację ogniwa, gorącą grupę lub niedziałające połączenie rozwijające się podczas lotów. Bez niego usterkę wykryjesz, gdy w trakcie misji zaniknie napięcie i samolot spadnie przed punktem lądowania.

Rejestrowanie usterek to funkcja, którą menedżerowie flot zaczynają doceniać dopiero po pierwszym zdarzeniu. Kiedy pakiet zostanie zwrócony po twardym lądowaniu, dziennik informuje drużynę, czy akumulator zabezpieczył się prawidłowo, czy pilot przekroczył limity rozładowania lub czy awaria miała charakter mechaniczny, a nie elektryczny. Bez tego zapisu każdy incydent staje się kłótnią pomiędzy pilotem, ekipą konserwacyjną i dostawcą akumulatorów.

Inteligentny akumulator ze zintegrowanym systemem BMS i komunikacją

Niezbędne funkcje ochronne dla BMS baterii UAV

Różne prace dronów obciążają akumulatory w bardzo różny sposób. Dron pokazowy latający w trzyminutowych seriach ma inne wymagania dotyczące BMS niż transportowy UAV pobierający wysoki prąd przez dwudziestominutowe cykle. Poniższe funkcje uważamy za obowiązkowe w zastosowaniach przemysłowych i przedstawiają rzeczywiste funkcje każdej z nich w terenie:

Równoważenie komórek zasługuje na bliższe spojrzenie, ponieważ jest to funkcja najczęściej niedoceniana. Paczki, które nigdy nie są zrównoważone, dryfują powoli, najsłabsza komórka jako pierwsza osiąga swój limit, a cała stada jest zmuszona wcześniej się zatrzymać. W ciągu stu cykli różnica między pakietem zrównoważonym a niezrównoważonym może wynosić dwadzieścia procent użytecznej pojemności. To nie jest liczba marketingowa, to liczba, którą mierzymy, gdy paczki wracają z pola.

 dron i bateria

Przepisy dotyczące transportu lotniczego: UN38.3 i UN3480

Zastanawiasz się, czy Twoja przemysłowa bateria litowa UAV może być transportowana drogą lotniczą? Krótka odpowiedź brzmi: tak, z dołączonymi rygorystycznymi przepisami dotyczącymi towarów niebezpiecznych.

Każda bateria litowa wysyłana drogą lotniczą musi przejść pełny zestaw testów UN38.3 obejmujący symulację wysokości, cykle termiczne, wibracje, wstrząsy mechaniczne, zwarcia, uderzenia, przeładowanie i wymuszone rozładowanie. Raport z testu UN38.3 od producenta ogniw nie jest automatycznie ważny dla zmontowanego pakietu. Pakiet niestandardowy wymaga własnych testów, chyba że ogniwa i konfiguracja odpowiadają pierwotnemu zakresowi certyfikacji.

Klasyfikacja zależy od sposobu wysyłki baterii. Samodzielne opakowania luzem są klasyfikowane jako UN3480. Baterie wysyłane zainstalowane w sprzęcie lub pakowane razem z dronem mają numer UN3481. Jeśli źle się zrozumiesz, linia lotnicza lub spedytor odrzuci przesyłkę przy stanowisku, czasami po tym, jak ładunek został już zarezerwowany.

Będziesz także potrzebować ważnego dokumentu SDS dla akumulatora, a większość przewoźników wymaga, aby pakiet był wysyłany przy stanie naładowania wynoszącym 30 procent lub poniżej w przypadku samolotów pasażerskich. Niektóre linie lotnicze jeszcze bardziej to zaostrzają, dlatego przed dokonaniem rezerwacji należy potwierdzić limit u spedytora, a nie przy drzwiach magazynu.

Transport lotniczy baterii litowych podlega przepisom IATA dotyczącym towarów niebezpiecznych, a zasady te zmieniają się co roku. Jeśli wielkość Twojego eksportu to uzasadnia, zleć przygotowanie dokumentacji specjaliście, ponieważ jeden brakujący certyfikat może wstrzymać przesyłkę przez kilka dni i kosztować więcej niż sam certyfikat.

Opakowanie to element, który popełnia błąd większość eksporterów po raz pierwszy. Baterie litowe wymagają sztywnego opakowania zewnętrznego, które przejdzie test upadku ONZ, z ogniwami lub pakietami chronionymi przed zwarciem podczas transportu, założonymi osłonami zacisków i żadnymi metalowymi przedmiotami luzem w pudełku. Linie lotnicze i spedytorzy kontrolują to znacznie bardziej rygorystycznie niż pięć lat temu, a paczka, która przetrwa normalną podróż kurierską, nie przejdzie automatycznie kontroli towarów niebezpiecznych.

Konserwacja i żywotność baterii

Sposób traktowania pakietu pomiędzy lotami decyduje o jego rzeczywistym koszcie na misję w większym stopniu niż cena zakupu.

Ładuj za pomocą dopasowanej ładowarki i profilu ładowania, nigdy losowej ładowarki ustawionej na zgadniętą liczbę ogniw. Ładuj w miejscu bezpiecznym pod względem pożarowym i nigdy nie zostawiaj zestawu ładującego bez nadzoru, niezależnie od tego, jak dobry jest BMS.

Ze względu na cykl życia należy unikać zwykłych pełnych rozładowań. Płytkie cykle, kończące loty, gdy pozostało 20–30 procent, wymiernie wydłużają żywotność pakietu w porównaniu z każdorazowym lotem do odcięcia niskiego napięcia. Widzimy, że u naszych klientów dobrze traktowane opakowania wytrzymują znacznie dłużej niż ich znamionowa liczba cykli, a opakowania nadużywane wcześnie ulegają awariom w tej samej partii produkcyjnej.

Sezonowe przechowywanie ma znaczenie szczególnie w przypadku LiPo. Pakiet przechowywany w pełni naładowany przez trzy miesiące ulega zauważalnej degradacji szybciej niż akumulator przechowywany pod napięciem. Jeśli flota nie będzie używana przez zimę, należy naładować pakiety, oznaczyć je etykietą i co kilka tygodni sprawdzać napięcie.

Ogniwa półstałe, w których mamy dane terenowe, zachowują się lepiej w przechowywaniu niż LiPo, ale nadal kierują się tymi samymi zdroworozsądkowymi zasadami. Chemia poprawia marże, nie eliminuje konieczności podstawowej pielęgnacji.

Śledź koszt baterii na godzinę lotu zamiast ceny za pakiet. Pakiet, który kosztuje o dwadzieścia procent więcej, ale zapewnia o trzydzieści procent więcej cykli, jest tańszym akumulatorem w ciągu sezonu, a inteligentny BMS, który zapobiega jednej awarii podczas lotu, zwraca się w jednym przypadku. Kupujący, którzy negocjują wyłącznie cenę jednostkową, często otrzymują najdroższy akumulator w przeliczeniu na godzinę lotu.

Jak YIHANG opracowuje niestandardowe rozwiązania w zakresie akumulatorów do dronów

Zaczynamy od samolotu, a nie od komórki. Niestandardowy akumulator do drona przemysłowego został zaprojektowany w oparciu o rzeczywisty zakres lotu, a nie zmontowany z ogniw dostępnych w magazynie w tym miesiącu.

Nasz proces inżynieryjny przebiega w ustalonej kolejności: analiza szczytowego zapotrzebowania na rozładowanie, dopasowanie składu chemicznego ogniwa, układ pakietu mechanicznego, wybór złączy, dostrojenie progu ochrony BMS, następnie weryfikacja wydajności i testowanie rozładowania przy pełnym obciążeniu, zanim cokolwiek zostanie wysłane.

Analiza prądu szczytowego ma największe znaczenie, ponieważ definiuje wszystko poniżej. Dron mapujący poruszający się przy niskim natężeniu prądu ma inne wymagania niż UAV do opryskiwania upraw, który pobiera wysoki prąd podczas oprysków, w związku z czym konstrukcja opakowania odpowiednio się zmienia.

Ponieważ czas lotu jest priorytetem, nasza linia akumulatorów do dronów o dużej wytrzymałości zapewnia o 20 do 40 procent dłuższy czas lotu w porównaniu ze standardowymi pakietami o identycznej pojemności znamionowej, mierzonej na tym samym płatowcu w tych samych warunkach.

W przypadku projektów z niestandardowymi kopertami dotyczącymi napięcia, pojemności lub wymiarów fizycznych, podziel się swoimi wymaganiami za pośrednictwem naszej strony z zapytaniami. Nasz zespół inżynierów sprawdza parametry i proponuje odpowiednią konfigurację baterii litowej dla Twojej platformy UAV.

Typowe projekty niestandardowe, które wspieramy, obejmują prototypowanie pojedynczych opakowań nowego płatowca po serie produkcyjne dla istniejących flot. Terminy realizacji różnią się w zależności od dostępności ogniw i wymagań testowych, ale przekazujemy Państwu pisemny harmonogram z wyceną, a dokumentacja dostawy zawiera raport z testów dla każdego opakowania w zamówieniu. Ta dokumentacja nie jest uprzejmością, jest tym, o co poprosi Twój dział jakości i klient końcowy.

Jeśli zaopatrujesz się w niestandardowe zestawy akumulatorów do dronów przemysłowych ze zintegrowanym inteligentnym systemem BMS do celów inspekcji, rolnictwa lub misji cargo, skontaktuj się z YIHANG Power. Przeprowadzamy symulację prądu szczytowego i weryfikację wyładowań pod obciążeniem dla rzeczywistych warunków lotu i zrobiliśmy to dla klientów na pięciu kontynentach.

Już dziś prześlij swoje wymagania dotyczące napięcia, pojemności i wymiarów. Pierwsza dyskusja techniczna nic nie kosztuje, a powie Ci więcej o opcjach baterii niż tydzień czytania arkuszy danych.