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智能锂电池在无人机航模电池领域的应用
发布时间:2015-09-23    浏览次数:2526 次  

 一、什么是智能锂电池?智能锂电池是怎么来的?

  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。这就是我们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!那电池工作可以更靠谱一些吗?

 这样我们就根据应用的需要,通过多电池串联获得符合要求的工作电压,通过对电池并联获得符合要求的电池容量。也就是我们常常说道的packing电池组。电池组是智能锂电池的存在的基础,因为如果不需要电池组,都是电芯单体,那么情况就不会那么复杂了。而智能锂电池的核心就是管理这些单体锂电池电芯的芯片了,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。



二、智能锂电池能给我们解决什么问题?智能锂电池在无人机航拍电池领域的实际应用。

 1、解决过放电问题

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:笔记本电脑、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。

实际应用以大疆精灵3无人机航拍电池为例,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。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

  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。

再次以大疆精灵3无人机航拍飞行器的智能锂电池为例。

 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

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。

这次的实际应用以大疆Inspire 1无人航模飞机智能锂电池为例。

功能之一:检测剩余电量。通过4LED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

也许你还有印象,当我们把无人机航模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。

以大疆精灵3无人航拍飞机的智能锂电池为例,当你把该无人机航拍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

无人机航模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,使智能锂电池(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。

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