Por que o Smart BMS faz toda a diferença para baterias de drones industriais?

Autor:Equipe de engenharia de energia YIHANG | Fabricante de baterias industriais de UAV e drones | yihangpower. com

Continuamos ouvindo a mesma reclamação de integradores de drones e operadores de frota: pegue uma bateria totalmente nova, rotulada corretamente, recém-tirada da caixa, conecte-a e você ainda observará uma forte queda de tensão durante a subida. A aeronave atola, o ESC esquenta e ninguém no projeto consegue explicar o porquê.

Dos nossos próprios registros emPoder YIHANG, as células brutas raramente são o problema. Na maioria das vezes, a especificação era finalizada apenas com base na capacidade e o BMS era escolhido posteriormente para corresponder ao preço. Essa rota funciona para pacotes de hobby. Ele desmorona em plataformas industriais, onde uma bateria com defeito impede toda uma inspeção ou operação de carga do dia.

Construímos completobateria de drone integrada com smart-BMSmontagens para drones de inspeção, UAVs agrícolas e aeronaves de carga pesada. O que se segue é o que aprendemos com projetos reais, e não com a teoria da folha de dados: como ler as especificações da bateria da mesma forma que um engenheiro as lê, como escolher entre LiPo, íons de lítio e células semissólidas, o que um BMS inteligente realmente faz durante o voo e o que realmente é necessário para enviar pacotes de lítio por via aérea sem problemas alfandegários ou aéreos.

Isto foi escrito para as pessoas que realmente compram e mantêm esses pacotes, não para mecanismos de pesquisa. Se você é um integrador que foi queimado por uma bateria que parecia correta no papel e falhou em campo, as seções abaixo economizarão seu dinheiro.

Lendo as principais especificações para baterias de drones industriais

Os compradores comparam primeiro os números de capacidade e param por aí. A capacidade é importante, mas é apenas um dos quatro valores impressos que decidem se um pacote sobreviverá a uma temporada de trabalho de campo.

A capacidade (mAh) informa quanta energia a mochila carrega, mas também informa quanto peso morto você está levantando. Duplicar a capacidade raramente duplica o tempo de voo na mesma fuselagem, porque o peso extra consome o mesmo orçamento de empuxo. Trate a capacidade como uma compensação e não como uma meta.

A tensão e a contagem S orientam diretamente o comportamento do motor. Um pacote 6S tem 22,2 V nominais e carrega até 25,2 V; um pacote 12S funciona em 44,4 V e atinge o pico em 50,4 V. Tensão mais alta significa corrente mais baixa para a mesma potência, o que significa ESCs mais frios e fiação mais fina. É por isso que as plataformas de carga pesada tendem a passar de 6S para 12S ou 14S à medida que aumentam de escala.

A taxa C contínua é o valor que os compradores mais interpretam mal. Uma classificação de 25C em um pacote de 5.000 mAh promete saída contínua de 125 A, mas apenas sob a temperatura de teste definida pelo fabricante. Em condições de campo de verão a uma temperatura ambiente de 45 °C, o número real de resultados cai. Ao avaliar fornecedores, solicite dados de taxa contínua testados a 45 °C, e não à temperatura ambiente ideal do laboratório, e pergunte como o número foi medido em vez de aceitar o adesivo.

A resistência interna, valor raramente impresso, aparece como calor sob carga. Dois pacotes com capacidade idêntica podem se comportar de maneira completamente diferente no consumo de 20 A se um tiver o dobro da resistência interna do outro. Para drones de alta descarga, a baixa resistência interna vale mais do que algumas centenas de mAh extras.

E nunca compare pacotes apenas por capacidade entre fornecedores. Calcule watt-hora, tensão multiplicada por amp-hora e compare esse valor. Um pacote 6S de 10.000 mAh e um pacote 8S de 7.500 mAh são produtos diferentes com energia semelhante, e apenas a comparação watt-hora lhe diz isso honestamente.

Uma nota prática sobre como fazer as perguntas certas aos fornecedores. Quando você solicita um orçamento de um fornecedor de baterias para drones, as respostas que você obtém são tão boas quanto as perguntas que você faz. Peça a curva de taxa contínua a 45 °C, peça a resistência interna medida numa amostra de produção em vez de uma unidade de laboratório, e pergunte como o fornecedor define a tolerância de capacidade, se o pacote tem garantia de fornecer capacidade nominal no primeiro ciclo ou após cinquenta ciclos. Os fornecedores que não conseguem responder a essas três perguntas por escrito geralmente estão cotando para você um produto de hobby a preços industriais.

Escolhendo entre células LiPo, íons de lítio e semissólidas

A química celular deve seguir o perfil do voo, não o do vendedor. Vemos três famílias práticas trabalhando com drones industriais.

As células de bolsa LiPo continuam sendo o padrão para qualquer coisa com desenho de 15C ou superior. Eles fornecem corrente sem colapso de tensão, o que é importante durante a subida e correção do vento. A compensação é menor densidade de energia e uma vida útil mais curta se você armazená-los incorretamente.

As células cilíndricas de íons de lítio ganham em densidade de energia e ciclo de vida para trabalhos de baixa descarga e longa duração. Drones de pesquisa que navegam em baixa corrente por uma hora se beneficiam diretamente da química do íon-lítio, mais watt-hora por quilograma. O problema é que a alta descarga sustentada faz com que as células cilíndricas aqueçam e elas precisam de mais células paralelas para atingir a mesma corrente, o que rapidamente consome peso.

As células semissólidas são as mais recentes no mercado e as que mais vale a pena observar. Eles ficam entre o eletrólito líquido e sólido, oferecendo maior densidade de energia que o LiPo e melhores margens de segurança em testes térmicos e de perfuração. Um número crescente de projetos de longa duração nos pergunta especificamente sobre opções de baterias semissólidas para drones. A ressalva honesta é que o material de marketing para a química semissólida é frequentemente exagerado, citando um número de desempenho ideal de um slide de laboratório. Sempre solicite classificações de descarga contínua validadas em temperaturas operacionais reais e pelo menos 80% de profundidade de descarga antes de se comprometer.

Algumas regras básicas que repetimos para cada cliente, sem nenhuma ordem específica. Nunca tente achatar uma embalagem inchada, retire-a de serviço imediatamente e descarte-a de maneira adequada. Espere cerca de 80% da capacidade utilizável em temperatura ambiente ao operar pacotes a 0 °C e planeje missões de acordo, em vez de descobri-la no ar. E armazene os pacotes com cerca de 40 a 60 por cento de carga para longos intervalos entre as operações, nunca totalmente carregados e nunca totalmente drenados.

A temperatura também altera a própria escolha química. Se sua operação for executada em climas frios, os produtos químicos de íons de lítio e semissólidos retêm melhor a tensão em baixas temperaturas do que o LiPo de alta taxa, que endurece e perde a corrente entregue quando está frio. Se sua operação for tropical, a alta temperatura ambiente acelera o envelhecimento de todos os produtos químicos, portanto, uma embalagem classificada para condições de laboratório de 25 °C não sobreviverá aos seus ciclos nominais em condições de campo de 40 °C. Pergunte ao fornecedor qual produto químico ele recomenda para sua temperatura operacional real, e não para aquele em seu folheto.

Funções práticas de um BMS inteligente integrado

Um BMS inteligente não é uma placa de proteção com um nome mais longo. Ele observa continuamente as condições dentro da mochila e conversa com o sistema de vôo enquanto faz isso.

No nível do grupo de células, ele rastreia a voltagem e a temperatura de cada grupo individualmente. Uma leitura total saudável de 22,2 V na estação terrestre pode ocultar uma célula fraca, arrastando todo o pacote para baixo, e apenas o monitoramento por grupo a detecta antes que se torne uma falha durante o vôo.

No lado da proteção, ele aciona o desligamento da corrente em milissegundos durante ataques de hélice ou travamento do motor. Numa falha repentina, essa velocidade é a diferença entre um conector queimado e um motor danificado, caso contrário o conector se torna um fusível improvisado.

No lado da comunicação, ele informa o estado preciso da carga através de SMBus, CAN bus ou UART. Isso é mais importante do que a maioria dos compradores imagina: o controlador de voo planeja as decisões de retorno a casa e pouso com base na energia real restante. Um pacote idiota deixa o piloto na dúvida, e adivinhar é como as baterias voltam vazias.

Cada bateria de drone industrial BMS inteligente que enviamos passa por testes de interface de comunicação pré-entrega, porque vimos muitos pacotes falharem na bancada que teriam passado por uma simples verificação de capacidade. O BMS é verificado quanto à precisão do SOC, tempo de resposta a falhas e estabilidade da comunicação do barramento antes do pacote ser liberado para entrega.

Drones podem voar com hardware básico não gerenciado, ninguém contesta isso. A diferença é um aviso. Com um BMS inteligente você vê uma célula degradada, um grupo ativo ou uma conexão com falha se desenvolvendo durante os voos. Sem ele, você descobre a falha quando a tensão entra em colapso no meio da missão e a aeronave cai antes do ponto de pouso.

O registro de falhas é o recurso que os gerentes de frota começam a valorizar somente após o primeiro incidente. Quando um pacote é devolvido após um pouso forçado, o registro informa à sua equipe se a bateria se protegeu corretamente, se o piloto excedeu os limites de descarga ou se a falha foi mecânica e não elétrica. Sem esse registo, cada incidente torna-se numa discussão entre o piloto, a equipa de manutenção e o fornecedor da bateria.

Bateria inteligente com BMS e comunicação integrados

Recursos de proteção indispensáveis ​​para bateria UAV BMS

Diferentes trabalhos com drones sobrecarregam as baterias de maneira muito diferente. Um drone com show de luzes voando em rajadas de três minutos tem um requisito de BMS diferente de um UAV de carga puxando alta corrente por ciclos de vinte minutos. As funções abaixo são as que consideramos obrigatórias para uso industrial, e o que cada uma realmente faz no campo:

O equilíbrio celular merece um olhar mais atento, porque é a função mais frequentemente subestimada. As matilhas que nunca são equilibradas derivam lentamente, a célula mais fraca atinge primeiro o seu limite e toda a matilha é forçada a parar mais cedo. Ao longo de cem ciclos, a diferença entre um pacote balanceado e um não balanceado pode ser de vinte por cento da capacidade utilizável. Isso não é um número de marketing, é o que medimos quando as embalagens voltam do campo.

 drone e bateria

Regras de remessa aérea: UN38.3 e UN3480

Quer saber se a sua bateria de lítio UAV industrial pode viajar por frete aéreo? A resposta curta é sim, com regras estritas sobre mercadorias perigosas anexadas.

Cada bateria de lítio enviada por via aérea deve passar pelo UN38.3, o conjunto completo de testes que abrange simulação de altitude, ciclagem térmica, vibração, choque mecânico, curto-circuito, impacto, sobrecarga e descarga forçada. Um relatório de teste UN38.3 do fabricante da célula não é automaticamente válido para o seu pacote montado; um pacote personalizado precisa de seus próprios testes, a menos que as células e a configuração correspondam ao escopo de certificação original.

A classificação depende de como a bateria é enviada. Pacotes soltos independentes são classificados como UN3480. As baterias enviadas instaladas no equipamento ou embaladas junto com o drone usam UN3481. Se errar, a companhia aérea ou o despachante rejeitará a remessa no balcão, às vezes depois que a carga já tiver sido reservada.

Você também precisará de um documento SDS válido para a bateria, e a maioria das transportadoras exige que o pacote seja enviado com carga igual ou inferior a 30% para aeronaves de passageiros. Algumas companhias aéreas restringem ainda mais isso, portanto, confirme o limite com o despachante antes de fazer a reserva, e não na porta do armazém.

O frete aéreo de baterias de lítio está sujeito aos Regulamentos de Mercadorias Perigosas da IATA, e as regras mudam a cada ano. Se o seu volume de exportação justificar, peça a um especialista que prepare a documentação, pois um único certificado faltante pode reter uma remessa por dias e custar mais que a certificação em si.

A embalagem é a parte que a maioria dos exportadores iniciantes erram. As baterias de lítio precisam de uma embalagem externa rígida que passe no teste de queda da ONU, com as células ou conjuntos protegidos contra curto-circuito durante o transporte, tampas de terminal instaladas e nenhum objeto metálico solto na caixa. As companhias aéreas e os despachantes inspecionam isso com muito mais rigor do que há cinco anos, e um pacote que sobrevive a uma viagem normal de correio não sobreviverá automaticamente a uma inspeção de mercadorias perigosas.

Manutenção e vida útil da bateria

A forma como um pacote é tratado entre os voos determina seu custo real por missão mais do que o preço de compra.

Carregue com o carregador e perfil de carga correspondentes, nunca com um carregador de equilíbrio aleatório definido para uma contagem de células estimada. Carregue em um local seguro contra incêndio e nunca deixe um carregador sem supervisão, não importa quão bom seja o BMS.

Para o ciclo de vida, evite descargas completas habituais. Ciclos superficiais, encerrando os voos com 20 a 30 por cento restantes, prolongam de forma mensurável a vida útil do pacote em comparação com voar sempre até o corte de baixa tensão. Vemos embalagens bem tratadas em nossa base de clientes que duram muito além de sua contagem de ciclo nominal, e embalagens maltratadas falham precocemente com o mesmo lote de fabricação.

O armazenamento sazonal é importante especialmente para LiPo. Um pacote armazenado totalmente carregado por três meses degrada-se visivelmente mais rápido do que um armazenado com tensão de armazenamento. Se a frota ficar ociosa durante o inverno, coloque os pacotes sob carga de armazenamento, etiquete-os e verifique a voltagem a cada poucas semanas.

Células semissólidas, onde temos dados de campo, comportam-se melhor no armazenamento do que LiPo, mas ainda seguem as mesmas regras de bom senso. A química melhora as margens, não dispensa cuidados básicos.

Acompanhe o custo da bateria por hora de voo em vez do preço por pacote. Um pacote que custa 20% mais, mas oferece 30% mais ciclos, é a bateria mais barata ao longo de uma temporada, e um BMS inteligente que evita uma falha durante o voo se paga em um único incidente. Os compradores que negociam apenas o preço unitário acabam regularmente com a bateria mais cara por hora de voo.

Como YIHANG desenvolve soluções personalizadas de bateria para drones

Partimos da aeronave, não da cela. Uma bateria de drone industrial personalizada é projetada em torno do seu envelope de voo real, não montada a partir de quaisquer células que estejam em estoque neste mês.

Nosso fluxo de trabalho de engenharia é executado em uma ordem fixa: análise de demanda de descarga de pico, correspondência de química celular, layout de pacote mecânico, seleção de conector, ajuste de limite de proteção BMS, verificação de capacidade e teste de descarga com carga total antes de qualquer coisa ser enviada.

A análise da corrente de pico é mais importante porque define tudo a jusante. Um drone de mapeamento navegando em baixa corrente tem um requisito diferente de um UAV de pulverização de colheitas que puxa alta corrente durante a pulverização, e o design do pacote muda de acordo.

Para que o tempo de voo seja prioridade, nossa linha de baterias de drones de longa duração oferece duração de voo 20 a 40 por cento mais longa do que pacotes padrão de capacidade nominal idêntica, medida na mesma fuselagem e nas mesmas condições.

Para projetos com envelopes personalizados de tensão, capacidade ou dimensão física, compartilhe suas necessidades através de nossa página de consulta. Nossa equipe de engenharia analisa os parâmetros e propõe configurações adequadas de bateria de lítio para sua plataforma UAV.

Os projetos personalizados típicos que apoiamos variam desde a prototipagem de pacote único para uma nova fuselagem até a produção para frotas estabelecidas. Os prazos de entrega variam de acordo com a disponibilidade da célula e os requisitos de teste, mas fornecemos um cronograma por escrito com a cotação, e a documentação de entrega inclui o relatório de teste para cada pacote do pedido. Essa papelada não é uma cortesia, é o que o seu próprio departamento de qualidade e o seu cliente final irão pedir.

Se você estiver adquirindo baterias de drones industriais personalizadas com um BMS inteligente integrado para missões de inspeção, agricultura ou carga, entre em contato com a YIHANG Power. Executamos simulação de pico de corrente e validação de descarga carregada para condições reais de voo, e fizemos isso para clientes nos cinco continentes.

Envie hoje mesmo seus requisitos de tensão, capacidade e dimensão. A primeira discussão técnica não custa nada e dirá mais sobre as opções de bateria do que uma semana de leitura da folha de dados.