Чому Smart BMS має велике значення для акумуляторних батарей для промислових дронів?

Автор:Енергетична команда YIHANG | Виробник батарей для промислових БПЛА та дронів | yihangpower.com

Ми постійно чуємо ті самі скарги від інтеграторів дронів і операторів автопарків: візьміть нову батарею, правильно позначте її, щойно вийняли з коробки, підключіть її, і ви все ще спостерігаєте, як напруга різко падає під час підйому. Літак зависає, ESC гріється, і ніхто з проектувальників не може пояснити, чому.

З наших власних записів наСила ІХАН, необроблені клітини рідко є проблемою. У більшості випадків специфікація була остаточно визначена лише щодо потужності, а BMS обиралася згодом, щоб відповідати ціні. Цей маршрут підходить для пакетів для хобі. Він розвалюється на промислових платформах, де одна несправна батарея заважає провести цілий огляд або вантажну операцію протягом дня.

Будуємо повністюакумулятор дрона, інтегрований у smart-BMSвузли для інспекційних безпілотників, сільськогосподарських БПЛА та важких вантажних літаків. Нижче наведено те, що ми дізналися з реальних проектів, а не з теорії таблиць даних: як читати специфікації батареї так, як їх читає інженер, як вибирати між LiPo, Li-ion і напівтвердими елементами, що насправді робить розумна BMS у польоті та що насправді потрібно для доставки літієвих пакетів повітрям без проблем з митницею чи авіакомпанією.

Це написано для людей, які насправді купують і обслуговують ці пакети, а не для пошукових систем. Якщо ви інтегратор, який обпікся від акумулятора, який виглядав правильно на папері та не впорався в польових умовах, розділи нижче допоможуть вам заощадити гроші.

Ознайомлення з основними специфікаціями батарей для промислових дронів

Покупці спочатку порівнюють цифри місткості і на цьому зупиняються. Місткість має значення, але це лише одне з чотирьох надрукованих значень, які вирішують, чи витримає пачка сезон польових робіт.

Ємність (мАг) вказує вам, скільки енергії несе пакет, але також повідомляє, скільки власної ваги ви піднімаєте. Подвоєння потужності рідко подвоює час польоту на одному планері, тому що додаткова вага з’їдає той самий бюджет тяги. Розглядайте потенціал як компроміс, а не як ціль.

Напруга та значення S керують поведінкою двигуна безпосередньо. Блок 6S працює при номінальній напрузі 22,2 В і заряджається до 25,2 В; пакет 12S працює під напругою 44,4 В і досягає піку при 50,4 В. Вища напруга означає нижчий струм при тій самій потужності, що означає більш холодні ESC і тоншу проводку. Ось чому важкі платформи мають тенденцію переходити від 6S до 12S або 14S у міру збільшення масштабу.

Безперервний C-рейтинг є значенням, яке покупці найбільше неправильно сприймають. Рейтинг 25C на упаковці 5000 мАг обіцяє 125 A безперервного виходу, але лише за температури, визначеної виробником. У літніх польових умовах при температурі навколишнього середовища 45 °C реальна кількість постачання падає. Коли ви оцінюєте постачальників, попросіть дані безперервної швидкості, перевірені при 45 °C, а не при ідеальній кімнатній температурі лабораторії, і запитайте, як було виміряно кількість, а не приймайте наклейку.

Внутрішній опір, значення якого взагалі рідко друкується, відображається як тепло під навантаженням. Дві пачки з однаковою ємністю можуть поводитися абсолютно по-різному при силі 20 А, якщо одна має подвійний внутрішній опір, ніж інша. Для дронів із високим розрядом низький внутрішній опір коштує більше, ніж кілька сотень додаткових мАг.

І ніколи не порівнюйте упаковки різних постачальників лише за ємністю. Обчисліть ват-години, напругу, помножену на ампер-години, і натомість порівняйте цю цифру. Батарея 6S ємністю 10 000 мАг і батарея 8S ємністю 7500 мАг є різними продуктами з однаковою енергією, і лише порівняння ват-годин говорить вам про це чесно.

Практична замітка про те, як ставити правильні запитання постачальникам. Коли ви запитуєте пропозицію від постачальника акумуляторів для дронів, відповіді, які ви отримуєте, настільки ж гарні, як і питання, які ви ставите. Попросіть безперервну криву швидкості при 45 °C, попросіть внутрішній опір, виміряний на виробничому зразку, а не на лабораторному приладі, і запитайте, як постачальник визначає допуск на ємність, чи гарантовано пакет забезпечить номінальну ємність під час першого циклу чи після п’ятдесяти циклів. Постачальники, які не можуть письмово відповісти на ці три запитання, зазвичай пропонують вам товар для хобі за промисловими цінами.

Вибір між LiPo, Li-ion і напівтвердими елементами

Клітинна хімія повинна відповідати профілю польоту, а не продавцю. Ми бачимо три практичні родини в роботі промислових дронів.

Літій-полімерні комірки залишаються типовими для будь-яких матеріалів, що мають температуру 15C або вище. Вони подають струм без падіння напруги, що має значення під час підйому та корекції вітру. Компромісом є менша щільність енергії та коротший термін служби, якщо ви погано їх зберігаєте.

Літій-іонні циліндричні елементи виграють у щільності енергії та тривалості циклу для низького розряду та довготривалої роботи. Дослідницькі безпілотні літальні апарати, які працюють протягом години на слабкому струмі, отримують пряму користь від літій-іонної хімії, більше ват-годин на кілограм. Заковика полягає в тому, що тривалий високий розряд призводить до нагрівання циліндричних елементів, і їм потрібно більше паралельних елементів, щоб отримати той самий струм, який швидко з’їдає вагу.

Напівтверді комірки є новачком на ринку, і на них найбільше варто звернути увагу. Вони розташовані між рідким і твердим електролітом, пропонуючи вищу щільність енергії, ніж LiPo, і кращі запаси надійності під час проколів і термічних випробувань. Зростає кількість довготривалих проектів, які запитують нас про варіанти напівтвердих батарей для дронів. Чесне застереження полягає в тому, що маркетинговий матеріал для напівтвердої хімії часто перебільшений, цитуючи одне ідеальне число продуктивності з лабораторного слайду. Завжди вимагайте оцінки безперервного розряду, підтверджені за реальних робочих температур і щонайменше 80 відсотків глибини розряду, перш ніж взяти на себе зобов’язання.

Кілька основних правил, які ми повторюємо кожному клієнту без певного порядку. Ніколи не намагайтеся розплющити роздутий пакет, негайно вилучіть його з експлуатації та утилізуйте належним чином. Очікуйте приблизно 80 відсотків корисної ємності при кімнатній температурі при роботі пакетів при 0 °C і відповідно плануйте місії замість того, щоб виявляти це в повітрі. І зберігайте пакети приблизно на 40-60% заряду протягом тривалих проміжків між операціями, ніколи повністю не заряджаючи та ніколи повністю не розряджаючи.

Температура також змінює сам вибір хімії. Якщо ваша робота виконується в холодному кліматі, літій-іонні та напівтверді хімічні речовини краще тримають напругу при низькій температурі, ніж високошвидкісний LiPo, який стає жорсткішим і втрачає вихідний струм на холоді. Якщо ви працюєте в тропіках, висока температура навколишнього середовища прискорює старіння в будь-якій хімії, тому упаковка, розрахована на лабораторні умови при 25 °C, не витримає свій номінальний цикл у польових умовах при 40 °C. Запитайте у постачальника, яку хімію він рекомендує для вашої фактичної робочої температури, а не для тієї, що в їхній брошурі.

Практична роль інтегрованої Smart BMS

Розумний BMS — це не захисна плата з довгою назвою. Він безперервно спостерігає за умовами всередині зграї та під час цього спілкується з системою польоту.

На рівні групи клітин він відстежує напругу та температуру для кожної групи окремо. Здорове загальне значення 22,2 В на наземній станції може приховати одну слабку комірку, яка тягне всю зграю вниз, і лише груповий моніторинг вловить її, перш ніж вона стане несправністю під час польоту.

З боку захисту він запускає швидке відключення струму за мілісекунди під час ударів гвинта або блокування двигуна. У разі раптової несправності ця швидкість є різницею між перегорілим роз’ємом і пошкодженим двигуном, оскільки інакше роз’єм перетворюється на імпровізований запобіжник.

З боку зв'язку він повідомляє точний стан заряду через SMBus, CAN-шину або UART. Це важливіше, ніж усвідомлює більшість покупців: диспетчер польоту планує повернення додому та рішення про посадку на основі реальної залишкової енергії. Дурна пачка змушує пілота здогадуватися, а здогадуватися – це те, як батареї повертаються розрядженими.

Кожна акумуляторна батарея для інтелектуальних промислових дронів BMS, яку ми постачаємо, проходить тестування інтерфейсу зв’язку перед доставкою, тому що ми бачили, як надто багато батарей вийшли з ладу на стенді, які б пройшли просту перевірку ємності. BMS перевіряється на точність SOC, час реагування на помилку та стабільність зв’язку шини перед тим, як пакет буде очищено для доставки.

Безпілотники можуть літати з базовим некерованим обладнанням, це ніхто не заперечує. Різниця попереджувальна. Завдяки інтелектуальній BMS ви бачите погіршену роботу стільника, гарячу групу або збій з’єднання, що виникає під час рейсів. Без нього ви виявляєте несправність, коли напруга падає в середині польоту, і літальний апарат не досягає точки приземлення.

Реєстрація несправностей — це функція, яку менеджери автопарків починають цінувати лише після першого інциденту. Коли пакет повертається після жорсткої посадки, журнал повідомляє вашій команді, чи належним чином захистив себе акумулятор, чи перевищив пілот обмеження розряду, чи була несправність механічна, а не електрична. Без цього запису кожен інцидент стає суперечкою між пілотом, технічною бригадою та постачальником акумуляторів.

Розумна акумуляторна батарея з інтегрованою BMS і комунікацією

Обов’язкові функції захисту для BMS батареї UAV

Робота різних дронів по-різному навантажує акумулятори. Дрон зі світловим шоу, що літає трихвилинними сплесками, має інші вимоги до BMS, ніж вантажний БПЛА, який тягне великий струм протягом двадцятихвилинних циклів. Нижче наведено ті функції, які ми вважаємо обов’язковими для промислового використання, і те, що кожна з них насправді виконує в цій галузі:

Балансування клітинок заслуговує на ближчий розгляд, оскільки це функція, яка найчастіше недооцінюється. Зграї, які ніколи не врівноважені, повільно дрейфують, найслабша клітина першою досягає свого ліміту, і вся зграя змушена передчасно зупинитися. Більше ста циклів різниця між збалансованим пакетом і незбалансованим може становити двадцять відсотків корисної ємності. Це не маркетингове число, це те, що ми вимірюємо, коли пакети повертаються з поля.

 дрон і акумулятор

Правила авіаперевезень: UN38.3 і UN3480

Цікаво, чи можна літієвим акумулятором вашого промислового БПЛА подорожувати повітряним транспортом? Коротка відповідь: так, із суворими правилами перевезення небезпечних товарів.

Кожна літієва батарея, що доставляється повітрям, повинна пройти UN38.3, повний набір тестів, що охоплює симуляцію висоти, температурні цикли, вібрацію, механічний удар, коротке замикання, удар, перезаряд і примусовий розряд. Звіт про випробування UN38.3 від виробника клітинок не є автоматично дійсним для вашої зібраної упаковки, спеціальна упаковка потребує власного тестування, якщо клітинки та конфігурація не відповідають початковій сертифікації.

Класифікація залежить від способу доставки акумулятора. Окремі вільні упаковки мають класифікацію UN3480. Батареї, які постачаються встановленими в обладнанні або упаковані разом із дроном, використовують UN3481. Зрозумійте це неправильно, і авіакомпанія або експедитор відхилять вантаж на стійці, іноді після того, як вантаж уже заброньовано.

Вам також знадобиться дійсний документ SDS для батареї, і більшість перевізників вимагають, щоб упаковка була заряджена на рівні 30 відсотків або нижче для пасажирських літаків. Деякі авіакомпанії посилюють це положення, тому уточнюйте ліміт у експедитора перед бронюванням, а не біля дверей складу.

Повітряне перевезення літієвих батарей відповідає Правилам перевезення небезпечних вантажів IATA, і правила змінюються щороку. Якщо ваш обсяг експорту виправдовує це, зверніться до фахівця з підготовкою документації, тому що один відсутній сертифікат може тримати вантаж днями і коштуватиме більше, ніж сама сертифікація.

Упаковка – це те, що більшість експортерів-початківців помиляється. Літієві батареї потребують жорсткої зовнішньої упаковки, яка пройшла випробування ООН на падіння, із захистом елементів або упаковок від короткого замикання під час транспортування, встановленими кришками на клемах і відсутністю металевих предметів у коробці. Авіакомпанії та експедитори перевіряють це набагато суворіше, ніж п’ять років тому, і посилка, яка пережила звичайну кур’єрську поїздку, автоматично не витримає перевірку небезпечних вантажів.

Обслуговування батареї та термін служби

Спосіб поводження з пакетом між польотами визначає його реальну вартість місії більше, ніж ціна покупки.

Заряджайте за допомогою відповідного зарядного пристрою та профілю заряду, ніколи не зарядного пристрою з випадковим балансом, налаштованого на вгадану кількість елементів. Заряджайте в пожежобезпечному місці та ніколи не залишайте зарядний пристрій без нагляду, незалежно від того, наскільки якісним є BMS.

Уникайте звичайних повних розрядів для тривалого циклу. Неглибокі цикли, коли польоти закінчуються із залишком від 20 до 30 відсотків, помітно продовжують термін служби упаковки порівняно з польотом до відключення низької напруги щоразу. Ми бачимо, що добре оброблені упаковки в нашій клієнтській базі довго перевищують свій номінальний цикл, а неправильно виходять з ладу раніше з тією самою виробничою партією.

Сезонне зберігання особливо важливо для LiPo. Пакет, який зберігався повністю зарядженим протягом трьох місяців, розходиться помітно швидше, ніж той, що зберігався під напругою зберігання. Якщо парк простоює взимку, зарядіть пакети на зберігання, маркуйте їх і перевіряйте напругу кожні кілька тижнів.

Напівтверді клітини, де ми маємо польові дані, поводяться краще при зберіганні, ніж LiPo, але дотримуються тих самих правил здорового глузду. Хімія покращує маржі, не знімає необхідності в базовому догляді.

Відстежуйте вартість акумулятора за годину польоту замість ціни за упаковку. Акумулятор, який коштує на двадцять відсотків дорожче, але забезпечує на тридцять відсотків більше циклів, — це дешевша батарея за сезон, а інтелектуальна BMS, яка запобігає одній несправності під час польоту, окупається за один інцидент. Покупці, які домовляються лише про ціну одиниці, зазвичай отримують найдорожчу батарею за годину польоту.

Як YIHANG розробляє індивідуальні акумуляторні рішення для дронів

Ми починаємо з літака, а не з клітини. Індивідуальна акумуляторна батарея промислового дрона розроблена відповідно до вашої реальної польотної оболонки, а не зібрана з будь-яких елементів, які є в наявності цього місяця.

Наш інженерний робочий процес виконується у фіксованому порядку: аналіз потреби в піковому розряді, відповідність хімічного складу клітин, схема механічної упаковки, вибір роз’єму, налаштування порогу захисту BMS, потім перевірка ємності та тестування розряду з повним навантаженням перед відправкою.

Аналіз пікового струму має найбільше значення, оскільки він визначає все, що відбувається нижче. Картографічний безпілотник, який курсує з низькою потужністю, має інші вимоги, ніж БПЛА для обприскування сільськогосподарських культур, який споживає великий струм під час обприскування, і конструкція упаковки змінюється відповідно.

Оскільки час польоту є пріоритетом, наша лінійка акумуляторів для дронів із довговічністю забезпечує на 20–40 відсотків більшу тривалість польоту, ніж стандартні пакети з однаковою номінальною ємністю, виміряні на тому самому планері за тих самих умов.

Для проектів із спеціальними конвертами напруги, ємності або фізичних розмірів поділіться своїми вимогами на нашій сторінці запитів. Наша команда інженерів перевіряє параметри та пропонує відповідні конфігурації літієвих батарей для вашої платформи БПЛА.

Типові нестандартні проекти, які ми підтримуємо, варіюються від створення прототипів для нового планера до виробничих циклів для вже створених флотів. Час доставки залежить від наявності камери та вимог до тестування, але ми надаємо вам письмовий графік із ціновою пропозицією, а документація щодо доставки включає звіт про тестування для кожної упаковки в замовленні. Ця паперова тяганина — це не прояв ввічливості, це те, про що просять ваш власний відділ якості та ваш кінцевий клієнт.

Якщо ви купуєте індивідуальні акумуляторні батареї для промислових дронів із вбудованою інтелектуальною BMS для інспекції, сільського господарства чи вантажних місій, зверніться до YIHANG Power. Ми виконуємо моделювання пікового струму та перевірку навантаженого розряду для ваших реальних умов польоту, і ми зробили це для клієнтів на п’яти континентах.

Надішліть свої вимоги до напруги, потужності та розмірів сьогодні. Перше технічне обговорення не коштує нічого, і воно розповість вам про варіанти акумулятора більше, ніж тиждень читання таблиці даних.