Perché il BMS intelligente fa la differenza per i pacchi batteria di droni industriali?

Autore:YIHANG Squadra di ingegneria energetica | Produttore di batterie per UAV industriali e droni | yihangpower.com

Continuiamo a sentire la stessa lamentela da parte degli integratori di droni e degli operatori di flotte: prendi un pacco batteria nuovo di zecca, etichettalo correttamente, appena tolto dalla scatola, collegalo e vedrai ancora un forte abbassamento di tensione durante la salita. L'aereo si impantana, l'ESC si surriscalda e nessuno nel progetto può spiegare il motivo.

Dai nostri archivi aYIHANG Potenza, le celle grezze raramente rappresentano il problema. Nella maggior parte dei casi, le specifiche venivano finalizzate esclusivamente in base alla capacità e il BMS veniva successivamente scelto per corrispondere al prezzo. Questo percorso funziona per i pacchetti hobby. Cade a pezzi sulle piattaforme industriali, dove una batteria guasta garantisce un'intera ispezione o un'operazione di carico per un giorno.

Costruiamo completoBatteria per droni integrata nello smart-BMSassemblaggi per droni di ispezione, UAV agricoli e aerei cargo per carichi pesanti. Quello che segue è ciò che abbiamo imparato da progetti reali piuttosto che dalla teoria delle schede tecniche: come leggere le specifiche della batteria nel modo in cui le legge un ingegnere, come scegliere tra celle LiPo, agli ioni di litio e semi-solide, cosa fa effettivamente un BMS intelligente durante il volo e cosa serve veramente per spedire pacchi di litio per via aerea senza problemi con la dogana o con la compagnia aerea.

Questo è scritto per le persone che effettivamente acquistano e mantengono questi pacchetti, non per i motori di ricerca. Se sei un integratore che è rimasto scottato da una batteria che sembrava perfetta sulla carta e ha fallito sul campo, le sezioni seguenti ti faranno risparmiare denaro.

Lettura delle specifiche chiave per le batterie dei droni industriali

Gli acquirenti confrontano prima i numeri di capacità e si fermano qui. La capacità è importante, ma è solo uno dei quattro valori stampati che decide se un branco sopravvive a una stagione di lavoro sul campo.

La capacità (mAh) ti dice quanta energia trasporta lo zaino, ma ti dice anche quanto peso morto stai sollevando. Raddoppiare la capacità raramente raddoppia il tempo di volo sulla stessa cellula, perché il peso extra incide sullo stesso budget di spinta. Trattare la capacità come un compromesso, non come un obiettivo.

La tensione e il conteggio S comportano direttamente il comportamento del motore di azionamento. Un pacco 6S si trova a 22,2 V nominali e si carica a 25,2 V; un pacco 12S funziona a 44,4 V e raggiunge il picco a 50,4 V. Una tensione più elevata significa una corrente inferiore per la stessa potenza, il che significa ESC più freddi e cablaggio più sottile. Questo è il motivo per cui le piattaforme per carichi pesanti tendono a passare da 6S a 12S o 14S man mano che crescono.

Il tasso C continuo è il valore che gli acquirenti fraintendono maggiormente. Una valutazione di 25°C su un pacco da 5.000 mAh promette un'uscita continua di 125 A, ma solo alla temperatura di test definita dal produttore. In condizioni di campo estive a 45 °C ambiente, il numero reale erogabile diminuisce. Quando valuti i fornitori, chiedi dati a velocità continua testati a 45 °C, non alla temperatura ideale della stanza di laboratorio, e chiedi come è stato misurato il numero anziché accettare l'adesivo.

La resistenza interna, il valore raramente stampato, si presenta come calore sotto carico. Due pacchi di identica capacità possono comportarsi in modo completamente diverso con un assorbimento di 20 A se uno ha il doppio della resistenza interna dell'altro. Per i droni ad alto consumo, una bassa resistenza interna vale più di qualche centinaio di mAh extra.

E non confrontare mai i pacchetti solo in base alla capacità tra i fornitori. Calcola i wattora, la tensione moltiplicata per gli ampere, e confronta invece quella cifra. Un pacco 6S da 10.000 mAh e un pacco 8S da 7.500 mAh sono prodotti diversi con energia simile, e solo il confronto dei wattora te lo dice onestamente.

Una nota pratica su come porre ai fornitori le domande giuste. Quando richiedi un preventivo a un fornitore di batterie per droni, le risposte che ottieni valgono tanto quanto le domande che poni. Richiedi la curva della velocità continua a 45 °C, chiedi la resistenza interna misurata su un campione di produzione piuttosto che su un'unità di laboratorio e chiedi come il fornitore definisce la tolleranza di capacità, se è garantito che il pacco fornisca la capacità nominale al primo ciclo o dopo cinquanta cicli. I fornitori che non possono rispondere per iscritto a queste tre domande, di solito vi offrono un prodotto hobbistico a prezzi industriali.

Scegliere tra celle LiPo, agli ioni di litio e semisolide

La chimica cellulare dovrebbe seguire il profilo del volo, non quello del venditore. Vediamo tre famiglie pratiche nel lavoro con i droni industriali.

Le celle a sacchetto LiPo rimangono l'impostazione predefinita per qualsiasi cosa che raggiunga 15°C o superiore. Forniscono corrente senza collasso di tensione, il che è importante durante la salita e la correzione del vento. Il compromesso è una minore densità di energia e una durata di calendario più breve se li conservi male.

Le celle cilindriche agli ioni di litio vincono in termini di densità energetica e durata del ciclo per lavori a bassa scarica e di lunga durata. I droni topografici che viaggiano a bassa corrente per un’ora beneficiano direttamente della chimica degli ioni di litio, più wattora per chilogrammo. Il problema è che una scarica elevata e prolungata fa surriscaldare le celle cilindriche e hanno bisogno di più celle parallele per raggiungere la stessa corrente, il che divora rapidamente il peso.

Le celle semisolide sono le nuove arrivate sul mercato e quelle che vale la pena tenere d'occhio. Si trovano tra l'elettrolita liquido e quello solido, offrendo una maggiore densità di energia rispetto alle batterie LiPo e migliori margini di sicurezza nei test termici e di foratura. Un numero crescente di progetti a lunga durata ci chiede specificamente opzioni di batterie per droni semisolide. L'onesto avvertimento è che il materiale di marketing per la chimica semisolida è spesso esagerato, citando un numero di prestazioni ideale da una diapositiva di laboratorio. Richiedi sempre valori di scarico continuo convalidati a temperature operative reali e almeno l'80% di profondità di scarico prima di impegnarti.

Alcune regole di base che ripetiamo ad ogni cliente, senza un ordine particolare. Non tentare mai di appiattire un pacco gonfio, rimuoverlo immediatamente dal servizio e smaltirlo correttamente. Aspettatevi circa l'80% della capacità utilizzabile a temperatura ambiente quando utilizzate i pacchetti a 0 °C e pianificate le missioni di conseguenza invece di scoprirlo in aria. E conserva i pacchi con una carica compresa tra il 40 e il 60% per lunghi intervalli tra le operazioni, mai completamente caricati e mai completamente scaricati.

La temperatura cambia anche la scelta chimica stessa. Se le tue operazioni vengono eseguite in climi freddi, gli ioni di litio e i prodotti chimici semisolidi mantengono la tensione meglio a bassa temperatura rispetto alle batterie LiPo ad alta velocità, che si irrigidiscono e perdono la corrente erogabile a freddo. Se la tua attività è tropicale, l'elevata temperatura ambiente accelera l'invecchiamento di ogni prodotto chimico, quindi un pacco valutato per condizioni di laboratorio di 25 °C non durerà i suoi cicli nominali in condizioni di campo di 40 °C. Chiedi al fornitore quale prodotto chimico consiglia per la tua temperatura operativa effettiva, non per quella nella loro brochure.

Ruoli pratici di un BMS intelligente integrato

Un BMS intelligente non è un pannello di protezione con un nome più lungo. Osserva continuamente le condizioni all'interno del pacco e comunica con il sistema di volo mentre lo fa.

A livello di gruppo di celle, tiene traccia della tensione e della temperatura per ciascun gruppo individualmente. Una lettura totale sana di 22,2 V sulla stazione di terra può nascondere una cella debole che trascina verso il basso l'intero pacchetto e solo il monitoraggio per gruppo lo rileva prima che diventi un guasto in volo.

Dal punto di vista della protezione, attiva l'arresto della corrente in tempi millisecondi in caso di urto dell'elica o blocco del motore. In un guasto improvviso, quella velocità fa la differenza tra un connettore bruciato e un motore danneggiato, perché altrimenti il ​​connettore diventa un fusibile improvvisato.

Dal lato della comunicazione, segnala lo stato di carica accurato tramite SMBus, CAN bus o UART. Ciò è più importante di quanto la maggior parte degli acquirenti si renda conto: il controllore di volo pianifica le decisioni di ritorno a casa e di atterraggio in base alla reale energia rimanente. Uno stupido pacco lascia il pilota perplesso, e indovinare è come le batterie tornano scariche.

Ogni pacco batterie per droni industriali BMS intelligenti che spediamo viene sottoposto a test dell'interfaccia di comunicazione pre-consegna, perché abbiamo visto troppi pacchi guastarsi sul banco che avrebbero superato un semplice controllo di capacità. Prima che il pacco venga autorizzato per la consegna, viene controllata l'accuratezza del SOC, il tempo di risposta agli errori e la stabilità della comunicazione del bus del BMS.

I droni possono volare con hardware di base non gestito, nessuno lo mette in dubbio. La differenza è l'avvertimento. Con un BMS intelligente puoi vedere una cella degradata, un gruppo caldo o una connessione interrotta che si sviluppa durante i voli. Senza uno, scopri il guasto quando la tensione crolla a metà missione e l'aereo scende prima del punto di atterraggio.

La registrazione dei guasti è la funzionalità che i gestori delle flotte iniziano ad apprezzare solo dopo il primo incidente. Quando un pacco viene restituito dopo un atterraggio brusco, il registro dice alla tua squadra se la batteria si è protetta correttamente, se il pilota ha superato i limiti di scarica o se il guasto è stato meccanico anziché elettrico. Senza tale documentazione, ogni incidente diventa una discussione tra il pilota, la squadra di manutenzione e il fornitore della batteria.

Pacco batteria intelligente con BMS e comunicazione integrati

Funzionalità di protezione indispensabili per il BMS della batteria UAV

Il diverso lavoro dei droni sollecita le batterie in modo molto diverso. Un drone per spettacoli di luci che vola a raffiche di tre minuti ha requisiti BMS diversi rispetto a un UAV da carico che assorbe corrente elevata per cicli di venti minuti. Le funzioni seguenti sono quelle che consideriamo obbligatorie per l'uso industriale e ciò che ciascuna di esse effettivamente fa sul campo:

Il bilanciamento delle celle merita uno sguardo più attento, perché è la funzione più spesso svenduta. I gruppi che non sono mai bilanciati vanno lentamente alla deriva, la cellula più debole raggiunge per prima il suo limite e l'intero gruppo è costretto a fermarsi presto. Su un centinaio di cicli la differenza tra un pacco bilanciato e uno sbilanciato può essere pari al venti per cento della capacità utilizzabile. Questo non è un numero di marketing, è ciò che misuriamo quando i branchi tornano dal campo.

 drone e batteria

Regole per le spedizioni aeree: UN38.3 e UN3480

Ti stai chiedendo se la batteria al litio del tuo UAV industriale può viaggiare via aerea? La risposta breve è sì, con allegate rigide norme sulle merci pericolose.

Ogni batteria al litio spedita per via aerea deve superare l'UN38.3, la suite completa di test che copre simulazione di altitudine, cicli termici, vibrazioni, shock meccanico, cortocircuito, impatto, sovraccarico e scarica forzata. Un rapporto di test UN38.3 del produttore della cella non è automaticamente valido per il pacchetto assemblato, un pacchetto personalizzato necessita di test propri a meno che le celle e la configurazione non corrispondano all'ambito di certificazione originale.

La classificazione dipende da come viene spedita la batteria. Gli imballaggi sfusi indipendenti sono classificati UN3480. Le batterie spedite installate nell'attrezzatura o imballate insieme al drone utilizzano UN3481. Se sbagli questo, la compagnia aerea o lo spedizioniere rifiuteranno la spedizione allo sportello, a volte dopo che il carico è già stato prenotato.

Avrai anche bisogno di un documento SDS valido per la batteria e la maggior parte dei vettori richiede che il pacco venga spedito con uno stato di carica pari o inferiore al 30% per gli aerei passeggeri. Alcune compagnie aeree restringono ulteriormente questo limite, quindi conferma il limite con lo spedizioniere prima di prenotare piuttosto che all'ingresso del magazzino.

Il trasporto aereo di batterie al litio è soggetto ai regolamenti IATA sulle merci pericolose e le regole cambiano ogni anno. Se il volume delle vostre esportazioni lo giustifica, fate preparare la documentazione da uno specialista, perché un solo certificato mancante può trattenere una spedizione per giorni e costare più della certificazione stessa.

L’imballaggio è la parte sbagliata che la maggior parte degli esportatori alle prime armi. Le batterie al litio necessitano di un imballaggio esterno rigido che superi il test di caduta delle Nazioni Unite, con celle o pacchi protetti da cortocircuiti durante il trasporto, copriterminali montati e nessun oggetto metallico sciolto nella scatola. Le compagnie aeree e gli spedizionieri effettuano controlli molto più rigorosi rispetto a cinque anni fa, e un pacco che sopravvive a un normale viaggio di corriere non sopravviverà automaticamente a un'ispezione per merci pericolose.

Manutenzione e durata della batteria

Il modo in cui un pacco viene trattato tra un volo e l'altro determina il suo costo reale per missione più del prezzo di acquisto.

Carica con il caricabatterie e il profilo di carica abbinati, mai con un caricabatterie con bilanciamento casuale impostato su un numero di celle indovinato. Ricarica in un luogo protetto dal fuoco e non lasciare mai il pacco di ricarica incustodito, non importa quanto sia buono il BMS.

Per la durata del ciclo, evitare scarichi completi abituali. Cicli poco profondi, che terminano i voli con il 20-30% rimanente, prolungano in modo misurabile la durata del pacco rispetto al volo ogni volta fino all'interruzione di bassa tensione. Vediamo che le confezioni ben trattate della nostra base clienti durano ben oltre il numero di cicli previsto e che quelle maltrattate si guastano presto con lo stesso lotto di produzione.

Lo stoccaggio stagionale è importante soprattutto per le batterie LiPo. Un pacco conservato completamente carico per tre mesi si degrada notevolmente più velocemente di uno conservato alla tensione di stoccaggio. Se la flotta è inattiva per l'inverno, metti i pacchi in carica di stoccaggio, etichettali e controlla la tensione ogni poche settimane.

Le celle semisolide, dove disponiamo di dati sul campo, si comportano meglio in stoccaggio rispetto alle LiPo ma seguono comunque le stesse regole di buon senso. La chimica migliora i margini, non elimina la necessità di cure di base.

Tieni traccia del costo della batteria per ora di volo anziché del prezzo per confezione. Una batteria che costa il 20% in più ma fornisce il 30% di cicli in più è la batteria più economica nell’arco di una stagione, e un BMS intelligente che previene un guasto durante il volo si ripaga in un singolo incidente. Gli acquirenti che negoziano solo sul prezzo unitario si ritrovano regolarmente con la batteria più costosa per ora di volo.

Come YIHANG sviluppa soluzioni personalizzate per batterie per droni

Partiamo dall'aereo, non dalla cellula. Un pacco batteria per droni industriali personalizzato è progettato attorno al tuo reale involucro di volo, non assemblato da qualunque cella sia disponibile questo mese.

Il nostro flusso di lavoro di progettazione viene eseguito in un ordine fisso: analisi della domanda di scarica di picco, corrispondenza della chimica delle celle, layout del pacco meccanico, selezione del connettore, regolazione della soglia di protezione BMS, quindi verifica della capacità e test di scarica a pieno carico prima della spedizione di qualsiasi cosa.

L’analisi della corrente di picco conta di più, perché definisce tutto a valle. Un drone per la mappatura che viaggia a bassa corrente ha requisiti diversi rispetto a un UAV per l’irrorazione delle colture che assorbe corrente elevata durante le operazioni di irrorazione e il design del pacchetto cambia di conseguenza.

Considerando il tempo di volo come priorità, la nostra linea di batterie per droni a lunga durata offre una durata di volo dal 20 al 40% più lunga rispetto ai pacchetti standard di identica capacità nominale, misurata sulla stessa cellula nelle stesse condizioni.

Per progetti con ingombri personalizzati di tensione, capacità o dimensione fisica, condividi le tue esigenze attraverso la nostra pagina di richiesta. Il nostro team di ingegneri esamina i parametri e propone configurazioni di batterie al litio adatte per la tua piattaforma UAV.

I tipici progetti personalizzati che supportiamo spaziano dalla prototipazione a confezione singola per una nuova cellula ai cicli di produzione per flotte consolidate. I tempi di consegna variano in base alla disponibilità delle celle e ai requisiti di test, ma ti forniamo un programma scritto con il preventivo e la documentazione di consegna include il rapporto di test per ogni confezione nell'ordine. Quella documentazione non è una cortesia, è ciò che chiederanno il tuo reparto qualità e il tuo cliente finale.

Se stai acquistando pacchi batteria per droni industriali personalizzati con un BMS intelligente integrato per missioni di ispezione, agricoltura o carico, contatta YIHANG Power. Eseguiamo la simulazione della corrente di picco e la convalida dello scarico del carico per le condizioni di volo reali, e lo abbiamo fatto per clienti in cinque continenti.

Inviaci oggi stesso i tuoi requisiti di tensione, capacità e dimensioni. La prima discussione tecnica non costa nulla e ti dirà di più sulle opzioni della batteria rispetto a una settimana di lettura della scheda tecnica.