智能锂电池存在哪些问题?智能电池痛点有哪些?

来源:锂电池厂家   2020-08-18  阅读数:

从商业角度来看,无人机智能锂电池是一个很好的发展方向和存在形式。另一方面,这种形式也使商业模式更加有利可图。智能锂电池在我们周围随处可见,笔记本电脑、手机和许多移动设备都采用了智能锂电池。无人机的动力锂电池也在向智能锂电池过渡。然而,在这篇文章中,我们不会谈论这一发展趋势,但我们将谈论无人机的智能锂电池给用户带来的欢乐和悲伤。

是的,你说得对,“sad”——在一种能让企业获得巨大利润潜力的模式下,用户不得不支付高昂的制造成本,并承担更多的隐性成本,比如由于生产能力不足而导致的等待时间。为了澄清这个问题,作者将首先与你分享“电池”和“智能”是如何结合在一起的。

一、普通电池是如何智能起来的

智能电池

每个人对电池都不陌生,无论是普通的5号圆柱形电池、汽车电池还是锂电池,无论它们是由什么技术或材料制成的,它们的本质都只是电能的储存介质。电能通过电池的两极与负载(电气设备)交换能量(利用电气设备做功)——当灯泡接通时,它将点亮;连接电机,它就会转动;连接收音机,它就会响。当一次性电池没电时,设备需要更换新电池;充电电池没电了,所以充电后可以继续使用。根据应用要求,串联可以获得满足要求的工作电压,并联可以获得满足要求的电池容量。

是的,就这么简单。这是我想向你们展示的电池应用的原始形式!然而,当应用条件变得越来越复杂时,这种简单的电池电源就不再那么令人满意了!你能让电池工作得更可靠吗?

1.解决过放电问题催生智能电池

对于非一次性电池,即可充电电池,过度放电是最烦人的事情。过度放电意味着电池性能下降甚至报废。为了避免过放电,人们在电池组中增加了过放电保护电路。当放电电压下降到预设电压值时,电池停止向外部供电。然而,实际情况更加复杂,比如笔记本电脑、无人驾驶飞机和电动汽车。如果为了避免电池过度放电而立即停止供电,计算机将立即关机,大量数据将无法保存;无人驾驶飞机将直接从天空坠落;电动汽车会毫无预警地抛锚。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,管理电路应计算终端寿命,为用户提供预警,以便用户有足够的时间采取相应的安全措施。

对于电池寿命的计算,在小电流设备上处理要简单得多,比如笔记本电脑和手机。但是,对于工作电流大、电流变化大、工作条件复杂的系统,如无人机、电动汽车等。必须动态计算电池寿命,情况变得复杂得多。

智能锂电池

以大江Elf 3为例,其智能锂电池与飞行控制数据集成后可实现三级电压预警保护措施。

一级:当检测到剩余30%的电量时,会启动报警,提示用户注意剩余电量,提前做好返回准备;

第二级:当检测到剩余功率仅够维持返航时,开始自动执行返航;该时间点的把握与飞行距离和高度有关,飞行距离和高度是在智能电池数据和无人机飞行控制数据融合后实时计算的。

三级:当检测到剩余功率不足以维持正常返航时(如返航时有逆风,可能会超过预计返航时间),将进行原地着陆,最大限度地避免无人机因功率不足而坠毁。

电池寿命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。作者提醒读者,这些因素是动态的,可能变化很大,所有的数据都需要实时计算,这就对智能锂电池管理芯片和算法设计提出了很高的要求。

2.解决充电和保存问题催生智能电池

目前,锂电池已经普及。众所周知,给锂电池充电有特殊要求。如果读者感兴趣,他们可以参考相关信息,这里不再重复。当然,这只是其中之一。其次,目前大量锂电池组采用多电池串并联的形式。由于电池的个体差异,不可能达到100%的充放电平衡,所以一套完善的充电管理电路就显得尤为必要。这是智能锂电池应该具备的第二个功能——完善锂电池的充电管理和放电管理。

大疆精灵3的智能锂电池

以大疆精灵3的智能锂电池为例。

一个功能:智能锂电池实际上已经为锂电池建立了一个特殊的充电管理电路,可以管理电池单元的电压平衡。因此,对充电器(电源适配器)的要求不高,只要提供合适的充电电压和电流,智能锂电池就可以充电。因此,Elf 3匹配的所谓充电器本质上是一个电源适配器,真正的充电管理电路在电池中。

功能2:智能锂电池具有自放电功能。当电池容量大于65%并保持10天不运行时,电池将开始自放电程序,电池容量将降低到65%,这样锂电池可以长期储存。自放电时间间隔也可由应用程序设定。

3.解决电池电量检测问题,催生智能电池

为了检测传统电池的电压,需要连接额外的检测设备,如电压表等。并且这种检测不能在飞行期间实时进行。有没有更方便、更直观的方式让用户了解实时剩余电池电量和其他信息?是的,这需要一个电池管理电路。

大疆Inspire 1的智能锂电池

以大疆Inspire 1的智能锂电池为例。

功能1:检测剩余电量。四个发光二极管灯用于在视觉上提醒用户当前剩余的电池电量,可以在飞行期间实时显示。

功能2:通过数字图像传输,电压数据可以实时传回,甚至可以在APP中查看电池组的电压。

功能3:记录电池历史数据,如:使用次数、异常次数、电池寿命等。

功能4:提示电池异常。它可以提示各种电池异常,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

也许你仍然有这样的印象,当我们把电池连接到无人机上时,插头会随着点火的声音发出火花。随着时间的推移,插头的连接可靠性将会降低,这将导致插头发热,甚至在空气中熔化。无人机因插头老化而坠毁的情况并不少见。为了解决这个问题,锂电池智能管理电路应该重新发挥作用。

锂电池智能管理
锂电池智能管理

以DJI Elf 3的智能锂电池为例。当你在飞机上安装电池时,电极触点不会真正放电,所以不会有火花和电偶腐蚀,所以触点的寿命将会延长,这是前所未有的。通过点击电池上的触摸开关按钮,电池可以真正进入电源输出状态。当然,当电池关闭时,也可以通过触摸开关按钮来执行。

5.解决电池版(Li)权(Yi)问题催生智能电池

智能锂电池很好地保护了电池的版权。一方面,只能使用原厂提供的锂电池,电池质量可以得到更好的保证,理论上一致性更好,可靠性更好;另一方面,我们的无人机从现在起只能使用我们自己的锂电池!我不会给你另一所房子的钥匙,即使你把它放进去,我也不会给你工作。有些人还试图破解智能锂电池的加密措施。然而,一旦无人机升级固件,破解的数据可能会失效,导致山厂(寨)的大量电池无法正常工作。

以上五点使电池管理电路(电池智能管理模块)与原有的生态电池紧密相连,成为我们常见的各种形式的智能锂电池。智能锂电池有很多优点,但是我们在享受这些“智能”带来的可靠性和易用性的同时,也为此付出了更高的代价。

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

智能电池管理芯片

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,由主板、管理芯片、单片机和金属氧化物半导体管等主要部分组成。这样的电池管理模块与每个电池组一一对应匹配,也就是说,每个锂电池组都需要连接这样一个相同的管理电路。这些生产成本的增加,无一例外地要求用户支付账单。也许你已经注意到,两种流行无人机的智能锂电池并不便宜,因为它们的智能电池都有一套独立的充放电管理电路和其他附加功能。

2.智能电池良品率及产能降低

智能锂电池“大脑”

这颗芯片就是智能锂电池里最为常用的“大脑”

目前还没有专门为无人机开发的锂电池智能管理芯片,所以很容易想到这些管理芯片是从哪里来的。显然,这些芯片在处理低电流放电方面没有问题。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,这些智能芯片可能是“愚蠢的”。这种情况经常发生在电池质量差异很大的时候。当工作电流变化很大时(飞行中突然爬升或着陆),电压检测可能不太准确。为了避免这些情况,有必要在生产过程中花更多的时间进行检测和选择。测试时间会导致产能下降,而产量会影响最终产能,不合格产品会增加生产成本!我再次提醒你,所有增加的费用将由用户支付。

3.加密的智能锂电池使用户饱受垄断之苦

众所周知,为了保护自己的利益,制造商对智能锂电池采用加密方法,这使得飞机与其他锂电池不兼容。设计良好的加密手段不仅极难破解,而且一旦固件升级可能会失败。制造商建造技术壁垒,这样他们就可以安全地享受技术红利。然而,用户不得不承受高昂的价格,并面临产品难找的局面。作者认为,随着整机用户的增加,这种情况会越来越严重。如果制造商不从根本上提高智能锂电池的生产能力,就有可能搬起石头砸自己的脚——电池供应问题严重影响了买家的积极性!没有消费者愿意接受购买的无人机,其配套电池昂贵且难以购买!

三、智能锂电池的终极形态探讨

作者认为,无人机的智能锂电池不是最终的形式。目前的形式不利于促进新一代无人机市场的繁荣,也不合理地增加了消费者的经济负账单和购买困难。无人机理想的智能锂电池应进一步简化其功能,将那些不需要重复制造的模块从智能电池中取出,放入飞机或充电器中,如放电管理模块和充电管理模块。这不仅可以在不改变原有功能的情况下降低生产成本,增加生产能力,而且在环境保护方面也有重要意义,因为不需要重复生产不能重复存在的电路(未来的电子废弃物)。

对于智能锂电池加密,笔者认为可以由原厂商授权,由几家认证电池企业生产。这不仅会影响原制造商的利益,还会增加生产能力和扩大用户的选择。有了充足的电池供应,整机将更受欢迎,最终将获得更大的市场增长势头,提高客户满意度。

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