Почему Smart BMS имеет решающее значение для аккумуляторных блоков промышленных дронов?

Автор:Группа инженеров энергетики ИХАН | Производитель промышленных аккумуляторов для БПЛА и дронов | yihangpower.com

Мы продолжаем слышать одни и те же жалобы от интеграторов дронов и операторов автопарков: возьмите новый аккумулятор с правильной маркировкой, только что из коробки, подключите его, и вы все равно будете наблюдать сильное падение напряжения во время набора высоты. Самолет застревает, ESC перегревается, и никто из участников проекта не может объяснить, почему.

Из наших собственных записей наИХАН Пауэр, необработанные клетки редко являются проблемой. В большинстве случаев спецификация определялась только по мощности, а BMS выбиралась впоследствии, чтобы соответствовать цене. Этот маршрут подходит для наборов для хобби. Он разваливается на промышленных платформах, где одна вышедшая из строя батарея приводит к прекращению всей дневной проверки или грузовой операции.

Мы строим полностьюаккумулятор для дрона, интегрированный в интеллектуальную BMSагрегаты для инспекционных дронов, сельскохозяйственных БПЛА и тяжелых грузовых самолетов. Далее следует то, что мы узнали из реальных проектов, а не из теории технических характеристик: как читать характеристики аккумуляторов так, как их читает инженер, как выбирать между LiPo, Li-ion и полутвердыми элементами, что на самом деле делает интеллектуальная BMS во время полета и что на самом деле нужно для доставки литиевых аккумуляторов по воздуху без проблем с таможней или авиакомпанией.

Это написано для людей, которые на самом деле покупают и поддерживают эти пакеты, а не для поисковых систем. Если вы интегратор, который сгорел из-за батареи, которая выглядела правильно на бумаге и вышла из строя в полевых условиях, приведенные ниже разделы сэкономят вам деньги.

Чтение основных характеристик аккумуляторов для промышленных дронов

Покупатели сначала сравнивают показатели мощности и на этом останавливаются. Емкость имеет значение, но это лишь одно из четырех напечатанных значений, которые определяют, выдержит ли упаковка сезон полевых работ.

Емкость (мАч) показывает, сколько энергии несет рюкзак, но также показывает, какой собственный вес вы поднимаете. Удвоение мощности редко приводит к удвоению времени полета на одном и том же планере, поскольку дополнительный вес съедает тот же бюджет тяги. Относитесь к мощности как к компромиссу, а не как к цели.

Напряжение и количество S напрямую влияют на поведение двигателя. Блок 6S имеет номинальное напряжение 22,2 В и заряжается до 25,2 В; Блок 12S работает с напряжением 44,4 В и пиковым значением 50,4 В. Более высокое напряжение означает меньший ток при той же мощности, что означает более холодные регуляторы скорости и более тонкую проводку. Вот почему платформы для тяжелых грузов имеют тенденцию переходить от 6S к 12S или 14S по мере их масштабирования.

Непрерывный C-рейт — это ценность, которую покупатели неправильно понимают. Рейтинг 25C на аккумуляторе емкостью 5000 мАч обещает непрерывную выходную мощность 125 А, но только при температуре испытаний, определенной производителем. В летних полевых условиях при температуре окружающей среды 45 °C реальная производительность снижается. Когда вы оцениваете поставщиков, попросите данные о непрерывной скорости, проверенные при 45 ° C, а не при идеальной температуре в лабораторном помещении, и спросите, как было измерено число, а не принимайте наклейку.

Внутреннее сопротивление, значение которого вообще редко указывается, проявляется в виде нагрева под нагрузкой. Две батареи одинаковой емкости могут вести себя совершенно по-разному при силе тока 20 А, если внутреннее сопротивление одной из них вдвое больше, чем у другой. Для дронов с высоким разрядом низкое внутреннее сопротивление стоит больше, чем несколько сотен дополнительных мАч.

И никогда не сравнивайте пакеты разных поставщиков только по емкости. Рассчитайте ватт-часы, напряжение, умноженное на ампер-часы, и вместо этого сравните эту цифру. Аккумулятор 6S емкостью 10 000 мАч и аккумулятор 8S емкостью 7500 мАч — это разные продукты с одинаковой энергией, и только сравнение ватт-часов говорит вам об этом честно.

Практическое замечание о том, как задавать поставщикам правильные вопросы. Когда вы запрашиваете ценовое предложение у поставщика аккумуляторов для дронов, ответы, которые вы получаете, настолько же хороши, насколько хороши вопросы, которые вы задаете. Попросите кривую непрерывной производительности при 45 °C, спросите внутреннее сопротивление, измеренное на серийном образце, а не на лабораторном устройстве, и спросите, как поставщик определяет допуск по мощности, гарантированно ли аккумулятор обеспечивает номинальную мощность при первом цикле или после пятидесяти циклов. Поставщики, которые не могут ответить на эти три вопроса в письменной форме, обычно предлагают вам товары для хобби по промышленным ценам.

Выбор между LiPo, литий-ионными и полутвердыми элементами

Клеточная химия должна следовать профилю полета, а не продавцу. Мы видим три практичные семьи в работе промышленных дронов.

LiPo-элементы остаются стандартными для всего, что потребляет температуру 15°C и выше. Они выдают ток без падения напряжения, что важно при наборе высоты и коррекции ветра. Компромисс — более низкая плотность энергии и более короткий срок службы, если вы храните их неправильно.

Литий-ионные цилиндрические элементы выигрывают по плотности энергии и сроку службы при длительной работе с низким уровнем разряда. Исследовательские дроны, которые летают на слабом токе в течение часа, получают прямую выгоду от литий-ионной химии: больше ватт-часов на килограмм. Загвоздка в том, что длительный сильный разряд заставляет цилиндрические элементы нагреваться, и для достижения того же тока им требуется больше параллельных ячеек, что быстро съедает вес.

Полутвердые элементы — новинка на рынке, и на нее больше всего стоит обратить внимание. Они находятся между жидким и твердым электролитом, обеспечивая более высокую плотность энергии, чем LiPo, и лучший запас прочности при испытаниях на прокол и термические испытания. Все большее число проектов с длительным сроком службы задают нам вопросы именно о вариантах полутвердых аккумуляторов для дронов. Честное предостережение заключается в том, что маркетинговые материалы по полутвердой химии часто преувеличены, цитируя один идеальный показатель производительности из лабораторного слайда. Перед принятием обязательств всегда запрашивайте номинальные характеристики непрерывного разряда, подтвержденные при реальных рабочих температурах и глубине разряда не менее 80 процентов.

Несколько основных правил, которые мы повторяем каждому клиенту в произвольном порядке. Никогда не пытайтесь расправить набухшую упаковку, немедленно выведите ее из эксплуатации и утилизируйте надлежащим образом. Ожидайте примерно 80 процентов полезной мощности при комнатной температуре при эксплуатации аккумуляторов при 0 °C и планируйте миссии соответственно, а не обнаруживайте ее в воздухе. И храните аккумуляторы с уровнем заряда от 40 до 60 процентов для длительных перерывов между операциями, никогда не заряжая полностью и никогда не разряжая полностью.

Температура также меняет сам выбор химии. Если вы работаете в холодном климате, литий-ионные и полутвердые химические элементы лучше удерживают напряжение при низкой температуре, чем высокоскоростные LiPo, которые затвердевают и теряют подаваемый ток при низких температурах. Если вы работаете в тропическом климате, высокая температура окружающей среды ускоряет старение всех химических веществ, поэтому аккумулятор, рассчитанный на лабораторные условия при 25 °C, не выдержит номинальных циклов в полевых условиях при 40 °C. Спросите поставщика, какой химический состав он рекомендует для вашей фактической рабочей температуры, а не для той, которая указана в их брошюре.

Практическая роль интегрированной интеллектуальной BMS

Умная BMS — это не плата защиты с длинным названием. Он постоянно наблюдает за условиями внутри рюкзака и при этом общается с системой полета.

На уровне группы ячеек он отслеживает напряжение и температуру для каждой группы индивидуально. Нормальное общее показание 22,2 В на наземной станции может скрыть одну слабую ячейку, тянущую вниз всю группу, и только мониторинг каждой группы улавливает ее, прежде чем она перейдет в сбой в полете.

Что касается защиты, он вызывает мгновенное отключение тока во время ударов гребного винта или блокировки двигателя. При внезапном сбое эта скорость представляет собой разницу между перегоревшим разъемом и поврежденным двигателем, потому что в противном случае разъем становится самодельным предохранителем.

Что касается связи, он сообщает точное состояние заряда через SMBus, CAN-шину или UART. Это имеет большее значение, чем думает большинство покупателей: диспетчер полета планирует возвращение домой и решения о посадке на основе реального оставшегося заряда энергии. Глупый рюкзак заставляет пилота гадать, а от догадок зависит, как батарейки возвращаются пустыми.

Каждый аккумуляторный блок для интеллектуальных промышленных дронов BMS, который мы поставляем, перед поставкой проходит тестирование интерфейса связи, поскольку мы видели слишком много аккумуляторов, выходящих из строя на стенде, которые прошли бы простую проверку емкости. Перед отправкой комплекта BMS проверяется на точность SOC, время реакции на ошибку и стабильность связи по шине.

Дроны могут летать с базовым неуправляемым оборудованием, это никто не оспаривает. Разница предупреждающая. С помощью интеллектуальной BMS вы видите неисправную ячейку, горячую группу или сбой соединения, развивающийся во время полетов. Без него вы обнаружите неисправность, когда напряжение падает в середине миссии и самолет падает, не доходя до точки приземления.

Регистрация неисправностей — это функция, которую менеджеры парка начинают ценить только после первого инцидента. Когда рюкзак возвращается после жесткой посадки, журнал сообщает вашей команде, правильно ли защитилась батарея, превысил ли пилот пределы разряда или была ли неисправность механической, а не электрической. Без этой записи каждый инцидент становится спором между пилотом, обслуживающей бригадой и поставщиком аккумуляторов.

Интеллектуальный аккумуляторный блок со встроенной системой BMS и средствами связи.

Обязательные функции защиты для аккумуляторной батареи БПЛА

Разные виды работы дронов по-разному нагружают аккумуляторы. Дрон для светового шоу, летающий трехминутными очередями, имеет другие требования к BMS, чем грузовой БПЛА, потребляющий большой ток в течение двадцатиминутных циклов. Ниже приведены функции, которые мы считаем обязательными для промышленного использования, и то, что каждая из них фактически выполняет в полевых условиях:

Балансировка ячеек заслуживает более пристального внимания, поскольку эта функция чаще всего недооценивается. Стаи, которые никогда не сбалансированы, медленно дрейфуют, самая слабая ячейка первой достигает своего предела, и вся стая вынуждена преждевременно остановиться. За сотню циклов разница между сбалансированным пакетом и несбалансированным может составлять двадцать процентов полезной емкости. Это не маркетинговый показатель, это то, что мы измеряем, когда упаковки возвращаются с поля.

 дрон и аккумулятор

Правила авиаперевозок: UN38.3 и UN3480.

Хотите знать, может ли литиевая батарея вашего промышленного БПЛА путешествовать воздушным транспортом? Короткий ответ: да, при условии соблюдения строгих правил в отношении опасных грузов.

Каждая литиевая батарея, перевозимая по воздуху, должна пройти UN38.3, полный набор испытаний, охватывающий моделирование высоты, термоциклирование, вибрацию, механический удар, короткое замыкание, удар, перезаряд и принудительный разряд. Отчет об испытаниях UN38.3 от производителя элементов не является автоматически действительным для вашей собранной упаковки. Специальная упаковка требует собственного тестирования, если только элементы и конфигурация не соответствуют исходной области сертификации.

Классификация зависит от того, как аккумулятор поставляется. Отдельные упаковки относятся к классу UN3480. Батареи, установленные в оборудовании или упакованные вместе с дроном, используют номер UN3481. Если вы ошибетесь, авиакомпания или экспедитор откажутся от груза на стойке, иногда даже после того, как груз уже забронирован.

Вам также понадобится действующий документ SDS для аккумулятора, и большинство перевозчиков требуют, чтобы аккумулятор отправлялся с уровнем заряда не более 30 процентов для пассажирских самолетов. Некоторые авиакомпании ужесточают правила еще больше, поэтому уточняйте лимит у экспедитора перед бронированием, а не у дверей склада.

Авиаперевозка литиевых батарей регулируется Правилами перевозки опасных грузов ИАТА, и правила меняются каждый год. Если объем вашего экспорта оправдывает это, поручите подготовку документации специалисту, поскольку отсутствие одного сертификата может задержать поставку на несколько дней и стоить дороже, чем сама сертификация.

Упаковка – это та часть, в которой большинство начинающих экспортеров ошибаются. Литиевые батареи нуждаются в жесткой внешней упаковке, выдерживающей испытание на падение ООН, при этом элементы или блоки должны быть защищены от короткого замыкания во время транспортировки, установлены крышки клемм и в коробке не должно быть незакрепленных металлических предметов. Авиакомпании и экспедиторы проверяют это гораздо более строго, чем пять лет назад, и посылка, которая выдерживает обычную курьерскую поездку, не выдерживает автоматически проверку на наличие опасных грузов.

Обслуживание и срок службы батареи

То, как с рюкзаком обращаются между рейсами, определяет его реальную стоимость за миссию больше, чем цена покупки.

Заряжайте с помощью подходящего зарядного устройства и профиля зарядки, а не с помощью зарядного устройства со случайным балансом, настроенного на предполагаемое количество ячеек. Заряжайте аккумулятор в пожаробезопасном месте и никогда не оставляйте зарядный блок без присмотра, независимо от того, насколько хороша BMS.

Для обеспечения срока службы избегайте привычной полной разрядки. Неглубокие циклы, завершающие полеты с оставшимися 20–30 процентами, значительно продлевают срок службы аккумулятора по сравнению с полетами каждый раз до отключения по низкому напряжению. Мы видим, что хорошо обработанные упаковки в нашей клиентской базе служат намного дольше номинального количества циклов, а использованные, подвергшиеся неправильному обращению, рано выходят из строя при той же производственной партии.

Сезонное хранение особенно важно для LiPo. Аккумулятор, хранившийся полностью заряженным в течение трех месяцев, деградирует заметно быстрее, чем аккумулятор, хранившийся под напряжением хранения. Если автопарк простаивает зимой, поставьте аккумуляторы на хранение, промаркируйте их и проверяйте напряжение каждые несколько недель.

Полутвердые элементы, в которых имеются полевые данные, ведут себя лучше при хранении, чем LiPo, но при этом следуют тем же правилам здравого смысла. Химия улучшает прибыль, но не устраняет необходимости базового ухода.

Отслеживайте стоимость батареи за час полета, а не за упаковку. Аккумулятор, который стоит на двадцать процентов дороже, но обеспечивает на тридцать процентов больше циклов, является более дешевой батареей в течение сезона, а интеллектуальная BMS, предотвращающая один отказ в полете, окупается за один инцидент. Покупатели, которые договариваются только о цене за единицу, обычно получают самую дорогую батарею за час полета.

Как YIHANG разрабатывает индивидуальные аккумуляторы для дронов

Начинаем с самолета, а не с клетки. Специально разработанный аккумулятор для промышленного дрона спроектирован с учетом условий вашего реального полета, а не собран из элементов, имеющихся на складе в этом месяце.

Наш рабочий процесс проектирования выполняется в фиксированном порядке: анализ потребности в пиковом разряде, согласование химического состава элементов, компоновка механической упаковки, выбор разъема, настройка порога защиты BMS, затем проверка мощности и испытание на разрядку при полной нагрузке перед отправкой чего-либо.

Анализ пикового тока имеет наибольшее значение, поскольку он определяет все, что происходит в дальнейшем. К картографическому дрону, курсирующему при малом токе, предъявляются другие требования, чем к БПЛА для опрыскивания сельскохозяйственных культур, который потребляет высокий ток во время опрыскивания, и соответственно меняется конструкция блока.

Что касается времени полета, то наша линейка аккумуляторов для дронов с длительным сроком службы обеспечивает на 20–40 процентов большую продолжительность полета, чем стандартные аккумуляторы одинаковой номинальной емкости, измеренные на том же планере в тех же условиях.

Если у вас есть проекты с нестандартным напряжением, мощностью или физическими размерами, поделитесь своими требованиями на нашей странице запросов. Наша команда инженеров проверяет параметры и предлагает подходящие конфигурации литиевых батарей для вашей платформы БПЛА.

Типичные индивидуальные проекты, которые мы поддерживаем, варьируются от единичного прототипирования нового планера до серийного производства для существующих парков самолетов. Сроки выполнения зависят от доступности ячеек и требований к тестированию, но мы предоставляем вам письменный график с ценой, а документация на поставку включает отчет об испытаниях для каждой упаковки в заказе. Оформление документов — это не вежливость, это то, чего потребуют ваш собственный отдел качества и ваш конечный потребитель.

Если вы приобретаете специальные аккумуляторные батареи для промышленных дронов со встроенной интеллектуальной BMS для инспекций, сельского хозяйства или грузовых операций, обратитесь в YIHANG Power. Мы проводим моделирование пикового тока и проверку разряда под нагрузкой для реальных условий полета, и мы сделали это для клиентов на пяти континентах.

Отправьте нам требования к напряжению, мощности и размерам сегодня. Первое техническое обсуждение ничего не стоит и расскажет вам больше о вариантах вашей батареи, чем неделя чтения технических характеристик.