Thiết kế pin Lithium cho robot trên không: An toàn và độ tin cậy ở quy mô lớn

Robot trên không không tha thứ cho phần cứng. Khi có sự cố xảy ra ở độ cao - động cơ, cảm biến, hệ thống định vị - máy bay sẽ rơi xuống. Khi pin hỏng, mọi thứ đều sụp đổ. Sự bất đối xứng đó định hình mức độ nghiêm trọngpin lithiumthiết kế cho các ứng dụng UAV phải như vậy và nó trở nên có hệ quả hơn khi quy mô hoạt động.

Việc chế tạo một cục pin hoạt động trong nguyên mẫu là một thách thức khác so với việc chế tạo một cục pin hoạt động đáng tin cậy trên hàng trăm bộ phận, hàng nghìn giờ bay và môi trường hoạt động thực tế không giống với băng ghế thử nghiệm. Vấn đề kỹ thuật đó thực sự trông như thế nào.

Kiến trúc an toàn phải được phân lớp

Một mạch bảo vệ duy nhất không phải là một hệ thống an toàn. Đó là phương án cuối cùng.

Thiết kế pin lithium đáng tin cậyđối với robot trên không sử dụng biện pháp bảo vệ theo lớp - nhiều cơ chế độc lập mà mỗi chế độ lỗi bắt mà các cơ chế khác có thể bỏ sót. Cấu trúc thường trông như thế này:

Bảo vệ cấp độ tế bào là ưu tiên hàng đầu. Lựa chọn tế bào chất lượng với dung sai sản xuất chặt chẽ giúp giảm khả năng xảy ra lỗi bên trong tế bào mà không BMS nào có thể bù đắp được sau thực tế. Đây là thượng nguồn của mọi thứ khác.

Hệ thống quản lý pin (BMS)logic xử lý việc giám sát thời gian thực và can thiệp tích cực - quá điện áp, thấp áp, quá dòng, ngắn mạch và ngưỡng nhiệt. Đối với các ứng dụng UAV, BMS cần phân biệt giữa lỗi thực sự và nhu cầu dòng điện cao hợp pháp trong quá trình điều khiển tích cực. Những kết quả dương tính giả làm cắt điện giữa chuyến bay cũng nguy hiểm như những lỗi bị bỏ sót.

Các biện pháp bảo vệ ở cấp hệ thống - cách pin tích hợp với bộ điều khiển chuyến bay, cách truyền dữ liệu lỗi, cách xử lý sự xuống cấp nhẹ nhàng khi BMS phát hiện sự bất thường - hoàn thành bức tranh. Pin bị hỏng âm thầm là lỗi thiết kế bất kể thành phần hóa học của pin tốt đến mức nào.

Độ tin cậy ở quy mô đòi hỏi sự nhất quán, không chỉ chất lượng

Pin lithium polymer hoạt động tốt trong thử nghiệm là kết quả nguyên mẫu tốt. Một cục pin hoạt động ổn định trong suốt quá trình sản xuất 500 chiếc là một thành tựu sản xuất.

Kết hợp ô là nơi điều này trở thành hiện thực. Các tế bào lithium riêng lẻ trong cùng một lô sản xuất có công suất, điện trở trong và tốc độ tự phóng điện khác nhau. Trong gói UAV nhiều ô, các ô không khớp sẽ tạo ra sự mất cân bằng làm tăng tốc độ xuống cấp, giảm công suất hiệu quả và trong trường hợp xấu nhất sẽ tạo ra ứng suất nhiệt cục bộ.

Các nhà sản xuất mở rộng quy mô sản xuất pin robot trên không cần phải kiểm tra chặt chẽ các tế bào đầu vào, phân nhóm phù hợp trước khi lắp ráp gói và xác nhận sau khi lắp ráp để xác nhận rằng mỗi đơn vị đều đáp ứng thông số kỹ thuật — không chỉ là mức trung bình của lô.

Kỷ luật này rất tốn kém và tốn thời gian. Đó cũng là điểm khác biệt giữa pin được thiết kế cho cân và pin được thiết kế cho mẫu.

Quản lý nhiệt không phải là tùy chọn ở quy mô

Nhiệt là chất đẩy nhanh quá trình thoái hóa của hóa chất lithium. Ở khối lượng nhỏ, các vấn đề về nhiệt có thể quản lý được — một gói riêng lẻ đang nóng sẽ được gắn cờ và kiểm tra. Ở quy mô lớn, các sự cố nhiệt hệ thống trở thành vấn đề về độ tin cậy của đội xe, khó chẩn đoán và khắc phục hơn nhiều.

Thiết kế pin cho robot trên không cần tính đến toàn bộ chu trình nhiệt: nhiệt sinh ra trong chuyến bay có mức xả cao, nhiệt dư trong quá trình cất giữ giữa các nhiệm vụ, tải nhiệt từ quá trình sạc và sự thay đổi nhiệt độ môi trường giữa các khu vực triển khai.

Điều đó có nghĩa là lựa chọn các thành phần hóa học trong tế bào có hoạt tính nhiệt thuận lợi, thiết kế vỏ gói có lưu ý đến khả năng tản nhiệt và chỉ định ngưỡng nhiệt độ BMS được hiệu chỉnh theo điều kiện vận hành thực tế thay vì các giá trị mặc định bảo thủ trong phòng thí nghiệm. Pin lithium-ion thể rắn ngày càng trở nên phù hợp ở đây - độ ổn định nhiệt được cải thiện so với hóa học LiPo thông thường giải quyết một trong những vấn đề khó khăn hơn về độ tin cậy ở chu kỳ hoạt động cao.

Tài liệu và chứng chỉ quan trọng hơn hầu hết các kỹ sư muốn thừa nhận

An toàn và độ tin cậy ở quy mô yêu cầu truy xuất nguồn gốc. Khi một gói bị lỗi tại hiện trường, bạn cần biết nó đến từ lô ô nào, lịch sử sạc của nó trông như thế nào và liệu chế độ lỗi có khớp với bất kỳ điều gì đã thấy trước đó hay không. Điều đó đòi hỏi cơ sở hạ tầng ghi nhật ký, tài liệu và quản lý chất lượng mà các nhóm kỹ thuật thuần túy thường ít đầu tư vào.

Chứng nhận UN38.3, tuân thủ IEC 62133 và tài liệu QC nội bộ nghiêm ngặt không phải là chi phí giấy tờ. Chúng là cơ sở bằng chứng cho phép bạn chẩn đoán vấn đề, cải tiến thiết kế và chứng minh sự an toàn cho khách hàng, công ty bảo hiểm và cơ quan quản lý.

Cách tiếp cận vấn đề này củapin ZYEB

Thiết kế pin lithium cho robot trên không ở quy mô lớn chính xác là vấn đềpin ZYEBđược xây dựng để giải quyết. Pin lithium-ion lithium-ion và lithium polymer hiệu suất cao, được thiết kế với kiến ​​trúc bảo vệ nhiều lớp, kết hợp tế bào chặt chẽ và tính nhất quán trong sản xuất mà độ tin cậy ở quy mô đội xe thực sự yêu cầu.

An toàn không phải là một tính năng được thêm vào cuối. Đó là một hạn chế về thiết kế từquyết định lựa chọn tế bào đầu tiênphía trước.