Proč je Smart BMS tím rozdílem mezi bateriemi pro průmyslové drony?

Autor:YIHANG Síla Engineering Team | Výrobce průmyslových baterií pro UAV a drony | yihangpower.com

Stále slýcháme stejnou stížnost od integrátorů dronů a operátorů flotily: vezměte zbrusu novou baterii, správné označení, čerstvě vybalenou z krabice, zapojte ji a stále budete sledovat, jak napětí během vylézání silně klesá. Letadlo upadá, ESC je horký a nikdo v projektu nedokáže vysvětlit proč.

Z našich vlastních záznamů naYIHANG Síla, syrové buňky jsou zřídka problémem. Většinu času byla specifikace dokončena pouze na kapacitě a následně byl vybrán BMS, aby odpovídal ceně. Tato cesta funguje pro hobby packy. Rozpadá se na průmyslových platformách, kde jedna vadná baterie založí celou denní kontrolu nebo nákladní operaci.

Stavíme kompletněbaterie dronu integrovaná smart-BMSsestavy pro inspekční drony, zemědělské UAV a těžkotonážní nákladní letadla. Následuje to, co jsme se naučili ze skutečných projektů spíše než z teorie datových listů: jak číst specifikace baterie tak, jak je čte technik, jak si vybrat mezi LiPo, Li-ion a polotuhými články, co vlastně dělá inteligentní BMS uprostřed letu a co je skutečně potřeba k přepravě lithiových balení letecky bez celních nebo leteckých problémů.

Toto je napsáno pro lidi, kteří skutečně kupují a udržují tyto balíčky, ne pro vyhledávače. Pokud jste integrátor, kterého spálila baterie, která na papíře vypadala správně a v terénu selhala, níže uvedené sekce vám ušetří peníze.

Čtení klíčových specifikací pro baterie průmyslových dronů

Kupující nejprve porovnají čísla kapacity a zastaví se tam. Na kapacitě záleží, ale je to pouze jedna ze čtyř tištěných hodnot, které rozhodují o tom, zda smečka přežije sezónu práce v terénu.

Kapacita (mAh) vám řekne, kolik energie batoh nese, ale také vám řekne, kolik mrtvé váhy zvedáte. Zdvojnásobení kapacity jen zřídka zdvojnásobí dobu letu na stejném draku letadla, protože dodatečná hmotnost zabírá stejný rozpočet. Ke kapacitě přistupujte jako ke kompromisu, nikoli jako cíl.

Napětí a počet S přímo ovlivňují chování motoru. Sada 6S má jmenovité napětí 22,2 V a nabíjí se na 25,2 V; 12S pack běží na 44,4 V a vrcholí na 50,4 V. Vyšší napětí znamená nižší proud při stejném výkonu, což znamená chladnější ESC a tenčí kabeláž. To je důvod, proč mají těžké plošiny tendenci se při zvětšování pohybovat z 6S na 12S nebo 14S.

Kontinuální C-rate je hodnota, kterou kupující nejčastěji chybně vnímají. Hodnocení 25 C na 5 000 mAh baterii slibuje nepřetržitý výstup 125 A, ale pouze při testovací teplotě definované výrobcem. V letních polních podmínkách při okolní teplotě 45 °C reálný dosažitelný počet klesá. Když hodnotíte dodavatele, požádejte o údaje o nepřetržité sazbě testované při 45 °C, nikoli při ideální laboratorní teplotě, a zeptejte se, jak bylo číslo naměřeno, spíše než přijměte nálepku.

Vnitřní odpor, hodnota vytištěná jen zřídka, se projevuje jako teplo při zatížení. Dva balíčky se stejnou kapacitou se mohou při odběru 20 A chovat úplně jinak, pokud má jeden dvojnásobný vnitřní odpor než druhý. U dronů s vysokým vybíjením má nízký vnitřní odpor hodnotu více než pár stovek mAh navíc.

A nikdy neporovnávejte balíčky pouze podle kapacity u různých prodejců. Vypočítejte watthodiny, napětí vynásobené ampérhodinami a místo toho porovnejte toto číslo. Balení 6S 10 000 mAh a balení 8S 7 500 mAh jsou různé produkty s podobnou energií a pouze srovnání ve watthodinách vám to upřímně říká.

Praktická poznámka o kladení správných otázek dodavatelům. Když si vyžádáte cenovou nabídku od dodavatele baterií pro drony, odpovědi, které dostanete, jsou jen tak dobré, jako otázky, které kladete. Požádejte o křivku spojité rychlosti při 45 °C, požádejte o vnitřní odpor naměřený na výrobním vzorku, nikoli na laboratorní jednotce, a zeptejte se, jak dodavatel definuje toleranci kapacity, zda je zaručeno, že jednotka dodá jmenovitou kapacitu při prvním cyklu nebo po padesáti cyklech. Dodavatelé, kteří na tyto tři otázky nemohou odpovědět písemně, vám obvykle nabízejí hobby produkt za průmyslové ceny.

Výběr mezi LiPo, Li-ion a polotuhými články

Chemie buněk by se měla řídit letovým profilem, nikoli prodejcem. V práci průmyslových dronů vidíme tři praktické rodiny.

LiPo pouzdrové články zůstávají výchozí pro vše, co má teplotu 15C nebo vyšší. Dodávají proud bez kolapsu napětí, což je důležité při stoupání a korekce větru. Kompromisem je nižší hustota energie a kratší životnost kalendáře, pokud je špatně skladujete.

Li-ion válcové články vyhrávají hustotou energie a životností cyklu pro práci s nízkým vybíjením a dlouhou životností. Průzkumné drony, které hodinu plují při nízkém proudu, těží přímo z lithium-iontové chemie, což je více watthodin na kilogram. Háček je v tom, že trvalé vysoké vybíjení způsobuje, že se válcové články zahřívají a potřebují více paralelních článků, aby dosáhly stejného proudu, který rychle zabírá na váze.

Polotuhé články jsou novinkou na trhu a ty, které stojí za to sledovat. Jsou umístěny mezi kapalným a pevným elektrolytem a nabízejí vyšší hustotu energie než LiPo a lepší bezpečnostní rezervy při propíchnutí a tepelných testech. Rostoucí počet projektů s dlouhou výdrží se nás konkrétně ptá na polotuhé baterie pro drony. Upřímnou výhradou je, že marketingový materiál pro polotuhou chemii je často přehnaný a uvádí jedno ideální číslo výkonu z laboratorního snímku. Než se zavážete, vždy si vyžádejte hodnocení trvalého vybíjení ověřené při skutečných provozních teplotách a alespoň 80procentní hloubce vybití.

Několik základních pravidel opakujeme každému zákazníkovi v žádném konkrétním pořadí. Nikdy se nepokoušejte nafouknutý obal vyrovnat, okamžitě jej vyřaďte z provozu a řádně zlikvidujte. Očekávejte zhruba 80 procent využitelné kapacity při pokojové teplotě při provozu balení při 0 °C a podle toho plánujte mise, místo abyste to objevovali ve vzduchu. A skladujte balení při zhruba 40 až 60procentním nabití pro dlouhé přestávky mezi operacemi, nikdy plně nabité a nikdy zcela nevybité.

Teplota také mění samotný výběr chemie. Pokud váš provoz běží v chladném podnebí, lithium-iontové a polotuhé chemikálie udržují napětí při nízké teplotě lépe než vysokorychlostní LiPo, které za studena tuhne a ztrácí dodávaný proud. Pokud je váš provoz tropický, vysoká okolní teplota urychluje stárnutí v každé chemii, takže balení, které je dimenzováno na laboratorní podmínky 25 °C, nevydrží své jmenovité cykly v polních podmínkách 40 °C. Zeptejte se dodavatele, jakou chemii doporučují pro vaši skutečnou provozní teplotu, ne pro tu v jejich brožuře.

Praktické role integrovaného inteligentního BMS

Chytrý BMS není ochranná deska s delším názvem. Nepřetržitě sleduje podmínky uvnitř smečky a komunikuje přitom s letovým systémem.

Na úrovni buněčné skupiny sleduje napětí a teplotu pro každou skupinu individuálně. Zdravé celkové napětí 22,2 V na pozemní stanici může skrýt jednu slabou buňku, která táhne celou sadu dolů, a pouze monitorování v rámci skupiny ji zachytí, než dojde k selhání za letu.

Na straně ochrany spouští milisekundové vypnutí proudu při nárazu vrtule nebo při zablokování motoru. Při náhlé poruše je tato rychlost rozdílem mezi spáleným konektorem a poškozeným motorem, protože jinak se konektor stane provizorní pojistkou.

Na straně komunikace hlásí přesný stav nabití přes SMBus, CAN bus nebo UART. Na tom záleží víc, než si většina kupujících uvědomuje: letový ovladač plánuje rozhodnutí o návratu domů a přistání na základě skutečné zbývající energie. Němý balíček nechá pilota hádat a hádat, jak se baterie vrátí vybité.

Každá inteligentní baterie pro průmyslové drony BMS, kterou dodáváme, prochází před dodáním testování komunikačního rozhraní, protože jsme viděli, že na stole selhalo příliš mnoho baterií, které by prošly jednoduchou kontrolou kapacity. BMS je zkontrolován na přesnost SOC, dobu odezvy na poruchu a stabilitu komunikace na sběrnici předtím, než je balíček uvolněn k dodání.

Drony mohou létat se základním nespravovaným hardwarem, to nikdo nezpochybňuje. Rozdíl je varování. S inteligentním BMS vidíte degradovanou buňku, horkou skupinu nebo selhávající spojení vznikající během letů. Bez něj chybu odhalíte, když se uprostřed mise zhroutí napětí a letadlo se přiblíží k bodu přistání.

Protokolování chyb je funkce, kterou správci vozových parků začínají oceňovat až po prvním incidentu. Když je balíček po tvrdém přistání vrácen, deník řekne vašemu týmu, zda se baterie chránila správně, zda pilot překročil limity vybití nebo zda byla porucha spíše mechanická než elektrická. Bez tohoto záznamu se každý incident stane hádkou mezi pilotem, posádkou údržby a dodavatelem baterie.

Chytrá baterie s integrovaným BMS a komunikací

Ochranné funkce, které musíte mít pro UAV baterii BMS

Různé práce dronů zatěžují baterie velmi odlišně. Dron se světelnou show létající tříminutovými dávkami má jiné požadavky na BMS než nákladní UAV tahající vysoký proud po dvacetiminutové cykly. Níže uvedené funkce jsou ty, které považujeme za povinné pro průmyslové použití, a co každá z nich skutečně dělá v terénu:

Buněčné vyvažování si zaslouží bližší pohled, protože je to funkce nejčastěji podprodávaná. Balíčky, které nejsou nikdy vyvážené, se pomalu posunují, nejslabší buňka narazí na svůj limit jako první a celý balík je nucen předčasně zastavit. Přes sto cyklů může být rozdíl mezi vyváženým a nevyváženým balením dvacet procent využitelné kapacity. To není marketingové číslo, je to to, co měříme, když se balení vrací z pole.

 dron a baterie

Pravidla pro leteckou přepravu: UN38.3 a UN3480

Zajímá vás, zda vaše průmyslová lithiová baterie UAV může cestovat letecky? Krátká odpověď je ano, s připojenými přísnými pravidly pro nebezpečné zboží.

Každá lithiová baterie přepravovaná letecky musí projít UN38.3, kompletní testovací sadou zahrnující simulaci nadmořské výšky, tepelné cyklování, vibrace, mechanické rázy, zkrat, náraz, přebití a nucené vybití. Zpráva o testu UN38.3 od výrobce článků není automaticky platná pro váš sestavený balíček, vlastní balíček potřebuje vlastní testování, pokud články a konfigurace neodpovídají původnímu rozsahu certifikace.

Klasifikace závisí na tom, jak se baterie dodává. Samostatná volná balení jsou klasifikována UN3480. Baterie dodávané nainstalované v zařízení nebo zabalené společně s dronem používají UN3481. Nechte si to špatně a letecká společnost nebo speditér odmítne zásilku na přepážce, někdy poté, co byl náklad již zarezervován.

Budete také potřebovat platný dokument SDS pro baterii a většina dopravců vyžaduje, aby byla sada odeslána na 30 procent nebo méně pro osobní letadla. Některé letecké společnosti to ještě zpřísňují, takže si před rezervací ověřte limit u přepravce, nikoli u dveří skladu.

Letecká přeprava lithiových baterií podléhá předpisům IATA o nebezpečném zboží a pravidla se každý rok mění. Pokud to váš objem exportu odůvodňuje, nechte si dokumentaci vypracovat specialistou, protože jediný chybějící certifikát může pojmout zásilku několik dní a stojí více než samotná certifikace.

Balení je část, kterou se většina prvovývozců mýlí. Lithiové baterie potřebují pevný vnější obal, který projde pádovým testem OSN, s články nebo bateriemi chráněnými před zkratem během přepravy, nasazenými kryty svorek a bez volných kovových předmětů v krabici. Letecké společnosti a speditéři to kontrolují mnohem přísněji než před pěti lety a balík, který přežije běžnou cestu kurýrem, automaticky nepřežije kontrolu nebezpečného zboží.

Údržba baterie a životnost

To, jak se s balíčkem zachází mezi lety, rozhoduje o jeho skutečných nákladech na misi více než pořizovací cena.

Nabíjejte vhodnou nabíječkou a nabíjecím profilem, nikdy ne náhodnou nabíječkou nastavenou na odhadovaný počet článků. Nabíjejte na bezpečném místě a nikdy nenechávejte nabíjecí sadu bez dozoru, bez ohledu na to, jak dobrý je BMS.

Pro životnost cyklu se vyhněte obvyklému úplnému vybití. Mělké cykly, které končí lety s 20 až 30 procenty zbývajících, měřitelně prodlužují životnost balení ve srovnání s létáním vždy po odpojení nízkého napětí. U naší zákaznické základny vidíme dobře ošetřené obaly, které překračují stanovený počet cyklů a ty, které byly zneužity, selhávají předčasně se stejnou výrobní šarží.

Sezónní skladování je důležité zejména pro LiPo. Balení skladované plně nabité po dobu tří měsíců se degraduje znatelně rychleji než balení skladované při skladovacím napětí. Pokud je vozový park přes zimu nečinný, dejte balíčky do skladovacího nabití, označte je a každých několik týdnů zkontrolujte napětí.

Polotuhé články, kde máme data z pole, se při skladování chovají lépe než LiPo, ale stále se řídí stejnými pravidly zdravého rozumu. Chemie zlepšuje marže, neodstraňuje nutnost základní péče.

Sledujte cenu baterie za letovou hodinu místo ceny za balení. Balení, které stojí o dvacet procent více, ale poskytuje o třicet procent více cyklů, je levnější baterie na sezónu a inteligentní BMS, které zabrání jedné poruše za letu, se vyplatí při jediném incidentu. Kupující, kteří sjednávají pouze jednotkovou cenu, pravidelně končí s nejdražší baterií za nalétanou hodinu.

Jak YIHANG vyvíjí vlastní řešení baterií pro drony

Začínáme z letadla, ne z cely. Zakázková baterie pro průmyslový dron je navržena kolem vašeho skutečného letového obalu, není sestavena z jakýchkoli článků, které jsou tento měsíc na skladě.

Náš inženýrský pracovní postup běží v pevném pořadí: analýza požadavku na maximální vybití, přizpůsobení chemického složení článků, uspořádání mechanické sady, výběr konektoru, ladění prahu ochrany BMS, poté ověření kapacity a testování plného vybití před odesláním čehokoli.

Analýza špičkového proudu je nejdůležitější, protože definuje vše po proudu. Mapovací dron křižující při nízkém proudu má jiné požadavky než UAV pro postřikování plodin, které při postřiku odebírá vysoký proud, a design balení se podle toho mění.

Pokud jde o dobu letu jako prioritu, naše řada baterií pro drony s dlouhou výdrží poskytuje o 20 až 40 procent delší dobu letu než standardní sady se stejnou jmenovitou kapacitou, měřeno na stejném draku letadla za stejných podmínek.

U projektů s vlastními obálkami napětí, kapacity nebo fyzických rozměrů sdílejte své požadavky prostřednictvím naší stránky s poptávkou. Náš technický tým zkontroluje parametry a navrhne vhodné konfigurace lithiových baterií pro vaši platformu UAV.

Typické zakázkové projekty, které podporujeme, sahají od prototypování jednoho balení pro nový drak až po výrobní série pro zavedené flotily. Dodací lhůty se liší v závislosti na dostupnosti buněk a požadavcích na testování, ale my vám poskytneme písemný harmonogram s cenovou nabídkou a dodací dokumentace obsahuje zkušební zprávu pro každé balení v objednávce. To papírování není zdvořilost, je to to, co bude žádat vaše vlastní oddělení kvality a váš koncový zákazník.

Pokud získáváte vlastní baterie pro průmyslové drony s integrovaným inteligentním BMS pro inspekční, zemědělské nebo nákladní mise, obraťte se na YIHANG Power. Provádíme simulaci špičkového proudu a ověřování zátěže pro vaše skutečné letové podmínky a provedli jsme to pro zákazníky na pěti kontinentech.

Odešlete své požadavky na napětí, kapacitu a rozměry ještě dnes. První technická diskuse nic nestojí a o možnostech baterie vám řekne víc než týden čtení datasheetu.