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无人机培训——无人机智能锂电池那些你不知道的事
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 从商业格局上讲,无人机锂电池智能化,是一个不错的发展方向和存在形式。反过来讲,这种形式也令商业模式更具有赢利潜能。在我们身边,智能锂电池已随处可见,笔记本电脑、手机,以及众多移动设备,均已采用了智能锂电池。无人机的动力锂电池,也正在向智能锂电池过渡。不过本文,不讲这个发展趋势,我们要讲无人机智能锂电池给用户带来的喜与悲。

  是的,你没看错,“悲”——在一个能令企业获得巨大赢利潜能的模式下,用户要为高昂的制造成本买单,同时还要承担的更多其他隐形成本,例如由于产能不足带来的等候时间。为了讲清楚这个问题,5iMX先来和大家分享一下“电池”与“智能”是如何沟兑到一块儿的。

  一、普通电池是如何智能起来的

无人机智能锂电池那些你不知道的事

  电池,大家并不陌生,不管是普通的五号圆柱形电池,还是汽车蓄电池,以及锂电池,不管是采用什么技术、什么材质制造的电池,它的实质仅仅是一个电能的存储介质。电能通过电池的两极来与负载(用电设备)进行能量交换(使用电设备做功)——接上灯泡,它就亮了;接上电机,它就转了;接上收音机,它就响了。一次性电池没电了,设备就需要换上新电池;可充电电池没电了,充好电可继续使用。根据应用的需要,通过串联获得符合要求的工作电压,通过并联获得符合要求的电池容量。

  是的,就是这么简单。这就是5iMX要揭示给你的有关电池应用的原生形态!然而,当应用条件日趋复杂化后,这种简单的电池供电形式就不再那么令人感到满意了!可以让电池工作得更靠谱一些吗?

  1.解决过放电问题催生智能电池

  对于非一次性电池,也就是可充电电池,过放电是最令人懊恼的事。过放意味着电池性能的下降,甚至报废。为了避免过放电,人们在电池组里增加了过放电保护电路,当放电电压降到预设电压值时,电池停止向外供电。然而实际的情况还要更复杂一些,比如笔记本电脑、无人机、电动汽车,如果因避免电池过放电而立即停止供电,那么电脑就会立即关机,很多数据来不及保存;无人机,就会从天上直接掉下来;电动汽车就会在毫无征兆的情况下抛锚。因此,智能电池的放电截止只是电池自我保护的最后一道防线,在此之前,管理电路还要计算出末端续航时间,来为用户提供预警,以便用户有足够的时间来采取相应的安全措施。

  对于续航时间的计算,在小电流设备上处理起来要简单得多,例如:笔电本电脑、手机等。但是对于像无人机、电动汽车等,这类工作电流大,电流变化大,工况复杂的系统来说,需要动态计算续航时间,那情况就变得复杂得多了。

无人机智能锂电池那些你不知道的事

  以大疆精灵3为例,它采用的智能锂电池在与飞控数据融合后可实现三级电压预警保护措施。

  第一级:当检测到电量剩余30%时,开始报警,提示用户应该注意剩余电量,提前做好返航准备;

  第二级:当检测到剩余电量仅够维持返航时,开始自动执行返航;而这个时间点的把握,与飞行距离、高度有关,是智能电池数据与无人机飞控数据融合后实时计算出来的。

  第三级:当检测到剩余电量都不足以维持正常返航时(例如返航途中遇到逆风,则有可能超出预估的返航时间),则执行原地降落,以最大限度避无人机因缺电导致坠毁。

  续航时间的计算结果与飞行距离、飞行高度、当前电机输出功率等因素有关。5iMX提醒各位看官,这些因素都是动态变化的,而且变化幅度有可能很大,所有数据都需要实时计算,这对于智能锂电池管理芯片、算法设计都会提出极高的要求。

  2.解决充电和保存问题催生智能电池

  目前锂电池已经大行其道。众所周知,锂电池充电,是有特殊要求的。如果读者感兴趣,可以查阅相关资料,这里不再赘述,当然这只是其一。其二是,目前大量锂电池组采用了多电芯串并形式,由于电芯个体差异,导致充电和放电不可能做到100%均衡,因此一套完善的充电管理电路就显得尤为必要了。而这,就是智能锂电池要具备的第二项功能——对锂电池组进行完善的充电管理,以及放电管理。

无人机智能锂电池那些你不知道的事

  以大疆精灵3的智能锂电池为例。

  功能之一:该智能锂电池实际上已内置了一个锂电池的专用充电管理电路,并且能够对电芯单体进行电压均衡管理。故而,对于充电器(电源适配器)的要求就并不那么高了,只要提供合适的充电电压和充电电流,就能够对该智能锂电池进行充电。因此精灵3所搭配的所谓充电器,其实质只是一个电源适配器,真正的充电管理电路在电池里面。

  功能之二:该智能锂电池具有自放电功能。当电池电量大于65%无任何操作放置10天后,电池会启动自放电程序,将电量放到65%,以便于锂电池长时间保存。自放电时间间隔还能通过App进行设置。

  3.解决电池电量检测问题催生智能电池

  传统的电池要检测电压,需要额外连接检测装置,比如电压表等等,而且这种检测不能在飞行过程中实时进行。有没有更方便更直观的方式,来让用户知晓电池的实时剩余电量以及其他讯信呢?是的,这就需要电池管理电路来完成了。

无人机智能锂电池那些你不知道的事

  以大疆Inspire 1的智能锂电池为例。

  功能之一:检测剩余电量。通过4颗LED灯直观提示用户电池的当前剩余电量,实时显示,在飞行过程中也能显示。

  功能之二:通过数字图传,实时回传电压数据,甚至能够在APP里查看电池组单体的电压。

  功能之三:记录电池历史数据,比如:使用次数,异常次数,电池寿命等。

  功能之四:提示电池异常。能够通过LED灯提示各种电池异常,例如:短路、充电电流过大、电压过高、温度过高、温度过低等。

  4.解决电极触点电腐老化问题催生智能电池

  也许你还有印象,当我们把电池连接到无人机上的那一瞬间,插头冒出火花,并伴随打火的响声。时间一长,插头的连接可靠性就降低了,会导致插头发热,甚至空中熔解。因插头老化问题导致无人机坠毁的案例并不少见。为了解决这个问题,锂电池智能管理电路又要发挥作用了。

无人机智能锂电池那些你不知道的事

无人机智能锂电池那些你不知道的事

  以大疆精灵3的智能锂电池为例。当你把该电池安装到飞行器上时,电极触点并不会真正放电,因此不会产生火花,也不会产生电蚀现象,这样一来,接触点的寿命就能获得前所未有的提升。通过点按电池上的轻触开关按钮,电池才会真正进入电力输出状态,当然,关闭电池时,也是通过轻触开关按钮来执行的。

  5.解决电池版(Li)权(Yi)问题催生智能电池

  智能锂电池使电池版权得到了很好的保护,一方面只能使用原厂提供的锂电池,电池品质能够得到比较好的保证,一致性也较好,可靠性理论上也更好;另一方面,我们家的无人机,从此只能用我们自家的锂电池了!别家的,我不给你钥匙,就算你放进来了,也不给你工作。有人也试图破解智能锂电池的加密措施,然而一旦无人机升级了固件,那些被破解的数据有可能失效,造成一大波副(Shan)厂(Zhai)电池不能正常使用。

  以上五点,使电池管理电路(电池智能管理模块)与原生态电池紧密的联系在了一起,变成了我们常见的各种形式的智能锂电池。智能锂电池的优势非常多,但我们在享受这些“智能化”带来的可靠性、易用性的同时,也在为此付出更大的代价。

  二、智能锂电池不得不说的伤痛

  1.智能电池成本大幅度增加

无人机智能锂电池那些你不知道的事

  BQ30Z55芯片在智能锂电池里最为常用

  智能锂电池的核心是管理电路,这部分电路由主板、管理芯片、单片机、MOS管等主要零件构成。这样一个电池管理模块,是以每一个电池组为单位一一对应配套的,也就是说,每一个锂电池组都需要附加上这么一块相同的管理电路。而这些生产成本的增加,无一例外,都需要用户来买单。可能你已经注意到了当前流行的两款无人机的智能锂电池价格并不便宜,因为在它们的智能电池里都有一套独立的充放电管理电路,以及其它附加功能。

  2.智能电池良品率及产能降低

无人机智能锂电池那些你不知道的事

  这颗芯片就是智能锂电池里最为常用的“大脑”

  由于当前并没有专门为无人机而开发锂电池智能管理芯片,因此你很容易想到这些正在使用的管理芯片来源于何处。很显然,这些芯片应付低电流放电完全没有问题,然而众所周知,无人机需要锂电池进行大电流放电。面对使用条件的特殊性,这些智能芯片有可能就会“傻掉”。这种情况往往出现在电芯品质差异较大的情况下,当工作电流发生巨烈变化时(飞行时的突然爬升或降落),电压检测就可能不会那么准确了。为了避免这些情况的发生,在生产过程中就需要花更多的时间来进行检测和挑选。检测所花费的时间会造成产能的下降,而良品率更会影响到最终的产能,不合格的产品加剧了生产成本!5iMX再次提醒各位,所有的成本增加,最终都需要由用户买单。

  3.加密的智能锂电池使用户饱受垄断之苦

  众所周知,厂家为了维护自身利益对智能锂电池采取加密手段,使飞行器不兼容其他锂电池。经过精良设计的加密手段,不仅破解难度极高,一旦固件升级,破解就有可能失效。厂家构筑的技术壁垒,使之可以安稳享受技术红利,然而用户却要承担高昂的价格以及面临一货难求的局面。5iMX认为,这一情况,会随着整机用户的增加,而越发严重,如果厂家不从根本上改善智能锂电池的产能问题,有可能还会搬起石头砸了自己的脚——电池供应问题严重影响到购买者的积极性!没有消费者愿意接受买来的无人机,其配套的电池既昂贵又难买到!

  三、智能锂电池的终极形态探讨

  5iMX认为,当前所见无人机智能锂电池并不是终极形态。当前形态,既不利于促进新生代无人机市场繁荣,又无端增加了消费者的经济负单和采购难度。理想中的无人机智能锂电池,应该进一步简化功能,把那些不需要重复制造的模块从智能电池里移出来放进飞行器或放入充电器,例如:放电管理模块、充电管理模块。此举,不仅能在不改变原有功能的前提下降低生产成本,提高产能,在环保方面也具有重要意义,因为不必重复生产那些本可以不必重复存在的电路(将来的电子垃圾)。

  至于智能锂电池加密,5iMX认为可以采取由原始厂家授权,多家认证电池企业协作生产的形式。这样既不影响原始厂家的利益,又增大了产能,扩大了用户的选择余地,电池供应充沛了,整机也将更受欢迎,最终获得更大的市场增长动力,以及带来客户满意度的提升。

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