การออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับหุ่นยนต์ทางอากาศ: ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในวงกว้าง

หุ่นยนต์ทางอากาศไม่ให้อภัยฮาร์ดแวร์ เมื่อมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้นที่ระดับความสูง เช่น มอเตอร์ เซ็นเซอร์ ระบบนำทาง เครื่องบินจะตกลงมา เมื่อแบตเตอรี่หมด ทุกอย่างจะพังลง ความไม่สมดุลนั้นก่อให้เกิดความร้ายแรงแบตเตอรี่ลิเธียมการออกแบบสำหรับการใช้งาน UAV จะต้องเป็นไปตามนั้น และจะมีความสำคัญมากขึ้นตามขนาดการปฏิบัติงาน

การสร้างแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้ต้นแบบนั้นเป็นความท้าทายที่แตกต่างจากการสร้างแบตเตอรี่ที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในหลายร้อยหน่วย ชั่วโมงการบินหลายพันชั่วโมง และสภาพแวดล้อมการทำงานจริงที่ไม่เหมือนกับม้านั่งทดสอบ นี่คือลักษณะของปัญหาทางวิศวกรรมที่แท้จริง

สถาปัตยกรรมความปลอดภัยจะต้องมีการแบ่งชั้น

วงจรป้องกันเดียวไม่ใช่ระบบความปลอดภัย เป็นทางเลือกสุดท้าย

การออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมที่เชื่อถือได้สำหรับหุ่นยนต์ทางอากาศใช้การป้องกันแบบหลายชั้น ซึ่งเป็นกลไกอิสระหลายกลไกที่แต่ละกลไกตรวจจับความล้มเหลวที่กลไกอื่นๆ อาจพลาดไป โดยทั่วไปโครงสร้างจะมีลักษณะดังนี้:

การปกป้องระดับเซลล์มาก่อน การเลือกเซลล์คุณภาพที่มีเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการผลิตที่จำกัดจะช่วยลดความน่าจะเป็นของข้อบกพร่องของเซลล์ภายในซึ่งไม่มี BMS ใดสามารถชดเชยได้หลังจากนั้น นี่คือต้นน้ำของทุกสิ่งทุกอย่าง

ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS)ลอจิกจัดการการตรวจสอบแบบเรียลไทม์และการแทรกแซงที่ทำงานอยู่ — แรงดันไฟเกิน แรงดันไฟตก กระแสไฟเกิน การลัดวงจร และขีดจำกัดความร้อน สำหรับการใช้งาน UAV นั้น BMS จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างความผิดพลาดของแท้และความต้องการกระแสไฟสูงที่ถูกต้องตามกฎหมายในระหว่างการซ้อมรบเชิงรุก ผลบวกลวงที่ตัดกำลังกลางเที่ยวบินนั้นอันตรายพอๆ กับความผิดพลาดที่พลาดไป

การป้องกันระดับระบบ — วิธีที่แบตเตอรี่รวมเข้ากับตัวควบคุมการบิน วิธีการสื่อสารข้อมูลข้อผิดพลาด วิธีจัดการกับการเสื่อมสภาพอย่างงดงามเมื่อ BMS ตรวจพบความผิดปกติ — สร้างภาพให้สมบูรณ์ แบตเตอรี่ที่ไม่ทำงานอย่างเงียบๆ ถือเป็นความล้มเหลวในการออกแบบ ไม่ว่าคุณสมบัติทางเคมีของเซลล์จะดีแค่ไหนก็ตาม

ความน่าเชื่อถือในระดับที่ต้องการความสม่ำเสมอ ไม่ใช่แค่คุณภาพ

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ที่ทำงานได้ดีในการทดสอบถือเป็นผลลัพธ์ต้นแบบที่ดี แบตเตอรี่ที่ทำงานอย่างต่อเนื่องตลอดระยะเวลาการผลิต 500 หน่วยถือเป็นความสำเร็จในการผลิต

การจับคู่เซลล์คือจุดที่สิ่งนี้เกิดขึ้นจริง เซลล์ลิเธียมแต่ละเซลล์จากชุดการผลิตเดียวกันจะแตกต่างกันไปในด้านความจุ ความต้านทานภายใน และอัตราการคายประจุเอง ในแพ็ค UAV แบบหลายเซลล์ เซลล์ที่ไม่ตรงกันจะสร้างความไม่สมดุลที่เร่งการย่อยสลาย ลดความจุที่มีประสิทธิภาพ และในกรณีที่เลวร้ายที่สุดจะทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนเฉพาะที่

ผู้ผลิตที่ปรับขนาดการผลิตแบตเตอรี่หุ่นยนต์ทางอากาศจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเซลล์ขาเข้าที่เข้มงวด การจัดกลุ่มที่ตรงกันก่อนการประกอบแพ็ค และการตรวจสอบหลังการประกอบที่ยืนยันว่าแต่ละหน่วยมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนด ไม่ใช่แค่ค่าเฉลี่ยของแบทช์เท่านั้นที่ตรงตามเงื่อนไข

ระเบียบวินัยนี้มีราคาแพงและใช้เวลานาน นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งที่แยกแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาสำหรับเครื่องชั่งออกจากแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาสำหรับตัวอย่างอีกด้วย

การจัดการระบายความร้อนไม่ใช่ทางเลือกตามขนาดที่ต้องการ

ความร้อนเป็นตัวเร่งการย่อยสลายเบื้องต้นของเคมีลิเธียม ปัญหาด้านความร้อนสามารถจัดการได้ในปริมาณน้อย โดยแพ็คเดี่ยวที่ทำงานร้อนจะถูกทำเครื่องหมายและตรวจสอบ ในวงกว้าง ปัญหาด้านความร้อนอย่างเป็นระบบกลายเป็นปัญหาด้านความน่าเชื่อถือของกลุ่มยานพาหนะ ซึ่งยากต่อการวินิจฉัยและแก้ไข

การออกแบบแบตเตอรี่สำหรับหุ่นยนต์ทางอากาศจำเป็นต้องคำนึงถึงวงจรความร้อนทั้งหมด: ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการบินที่มีการปล่อยประจุสูง ความร้อนตกค้างระหว่างการเก็บรักษาระหว่างภารกิจ โหลดความร้อนจากการชาร์จ และความแปรผันของอุณหภูมิโดยรอบทั่วทั้งภูมิภาคที่ใช้งาน

นั่นหมายถึงการเลือกเคมีของเซลล์ที่มีพฤติกรรมทางความร้อนที่ดี การออกแบบกล่องบรรจุภัณฑ์โดยคำนึงถึงการกระจายความร้อน และการระบุเกณฑ์อุณหภูมิ BMS ที่ปรับเทียบกับสภาพการทำงานจริง แทนที่จะเป็นค่าเริ่มต้นของห้องปฏิบัติการแบบอนุรักษ์นิยม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโซลิดสเตตมีความเกี่ยวข้องมากขึ้นในที่นี้ — ความเสถียรทางความร้อนที่ดีขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเคมี LiPo ทั่วไปช่วยแก้ปัญหาความน่าเชื่อถือที่ยากขึ้นประการหนึ่งที่รอบการทำงานสูง

เอกสารและการรับรองมีความสำคัญมากกว่าที่วิศวกรส่วนใหญ่ต้องการยอมรับ

ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในวงกว้างจำเป็นต้องมีการตรวจสอบย้อนกลับ เมื่อแพ็คเกิดความล้มเหลวในภาคสนาม คุณจำเป็นต้องทราบว่าเซลล์ดังกล่าวมาจากแบตช์ใด ประวัติการชาร์จเป็นอย่างไร และโหมดความล้มเหลวตรงกับที่เคยพบเห็นมาก่อนหรือไม่ ซึ่งจำเป็นต้องมีการบันทึก เอกสาร และโครงสร้างพื้นฐานการจัดการคุณภาพที่ทีมวิศวกรรมล้วนๆ มักลงทุนน้อยเกินไป

การรับรอง UN38.3, การปฏิบัติตาม IEC 62133 และเอกสารการควบคุมคุณภาพภายในที่เข้มงวดไม่ถือเป็นค่าใช้จ่ายด้านเอกสาร เป็นฐานหลักฐานที่ช่วยให้คุณสามารถวินิจฉัยปัญหา ปรับปรุงการออกแบบ และแสดงให้เห็นถึงความปลอดภัยแก่ลูกค้า บริษัทประกัน และหน่วยงานกำกับดูแล

แนวทางของ ZYEBATTERY ในการแก้ไขปัญหานี้

การออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับหุ่นยนต์ทางอากาศในวงกว้างเป็นปัญหาอย่างแน่นอนไซแบตเตอรี่ถูกสร้างขึ้นเพื่อแก้ปัญหา แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ประสิทธิภาพสูงและแบตเตอรี่ UAV ลิเธียมไอออนโซลิดสเตต ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยสถาปัตยกรรมการป้องกันแบบหลายชั้น การจับคู่เซลล์ที่แน่นหนา และความสม่ำเสมอในการผลิตที่จำเป็นสำหรับความน่าเชื่อถือในระดับยานพาหนะ

ความปลอดภัยไม่ใช่คุณสมบัติที่ถูกเพิ่มในตอนท้าย มันเป็นข้อจำกัดในการออกแบบจากการตัดสินใจเลือกเซลล์ครั้งแรกซึ่งไปข้างหน้า.