¿Por qué Smart BMS marca la diferencia en los paquetes de baterías para drones industriales?

Autor:Equipo de ingeniería eléctrica de YIHANG | Fabricante de baterías industriales para drones y vehículos aéreos no tripulados | yihangpower.com

Seguimos escuchando la misma queja de integradores de drones y operadores de flotas: tome una batería nueva, etiquétela correctamente, recién sacada de la caja, conéctela y aún observará que el voltaje baja con fuerza durante el ascenso. El avión se atasca, el ESC se calienta y nadie en el proyecto puede explicar por qué.

De nuestros propios registros enPoder YIHANG, las células crudas rara vez son el problema. La mayoría de las veces, la especificación se finalizaba únicamente en función de la capacidad y después se elegía el BMS para igualar el precio. Esa ruta funciona para paquetes de pasatiempos. Se desmorona en las plataformas industriales, donde una batería defectuosa pone a tierra toda una inspección u operación de carga del día.

construimos completobatería de dron inteligente integrada en BMSconjuntos para drones de inspección, vehículos aéreos no tripulados agrícolas y aviones de carga pesada. Lo que sigue es lo que hemos aprendido de proyectos reales en lugar de la teoría de las hojas de datos: cómo leer las especificaciones de la batería de la misma manera que las lee un ingeniero, cómo elegir entre LiPo, Li-ion y celdas semisólidas, qué hace realmente un BMS inteligente en pleno vuelo y qué se necesita realmente para enviar paquetes de litio por aire sin problemas de aduanas o aerolíneas.

Esto está escrito para las personas que realmente compran y mantienen estos paquetes, no para los motores de búsqueda. Si usted es un integrador que se ha quemado por una batería que parecía correcta en el papel y falló en el campo, las secciones siguientes le permitirán ahorrar dinero.

Lectura de especificaciones clave para baterías de drones industriales

Los compradores comparan primero las cifras de capacidad y se detienen ahí. La capacidad importa, pero es sólo uno de los cuatro valores impresos el que decide si un paquete sobrevive a una temporada de trabajo de campo.

La capacidad (mAh) le indica cuánta energía transporta la mochila, pero también le indica cuánto peso muerto está levantando. Duplicar la capacidad rara vez duplica el tiempo de vuelo en el mismo fuselaje, porque el peso extra consume el mismo presupuesto de empuje. Trate la capacidad como una compensación, no como un objetivo.

El voltaje y el recuento S impulsan directamente el comportamiento del motor. Un paquete 6S tiene una tensión nominal de 22,2 V y se carga a 25,2 V; un paquete 12S funciona a 44,4 V y alcanza un máximo de 50,4 V. Un voltaje más alto significa una corriente más baja para la misma potencia, lo que significa ESC más fríos y cableado más delgado. Es por eso que las plataformas de carga pesada tienden a pasar de 6S a 12S o 14S a medida que aumentan de escala.

La tasa C continua es el valor que más malinterpretan los compradores. Una clasificación de 25 °C en un paquete de 5000 mAh promete una salida continua de 125 A, pero solo bajo la temperatura de prueba definida por el fabricante. En condiciones de campo de verano a una temperatura ambiente de 45 °C, el número real de entrega disminuye. Cuando evalúe a los proveedores, solicite datos de velocidad continua probados a 45 °C, no a la temperatura ambiente ideal del laboratorio, y pregunte cómo se midió el número en lugar de aceptar la etiqueta.

La resistencia interna, cuyo valor rara vez se imprime, se muestra como calor bajo carga. Dos paquetes con idéntica capacidad pueden comportarse de manera completamente diferente con un consumo de 20 A si uno tiene el doble de resistencia interna que el otro. Para los drones de alta descarga, una baja resistencia interna vale más que unos pocos cientos de mAh adicionales.

Y nunca compare paquetes únicamente por capacidad entre proveedores. Calcule los vatios-hora, el voltaje multiplicado por los amperios-hora y compare esa cifra. Un paquete 6S de 10,000 mAh y un paquete 8S de 7,500 mAh son productos diferentes con energía similar, y solo la comparación de vatios-hora te lo dice honestamente.

Una nota práctica sobre cómo hacer las preguntas correctas a los proveedores. Cuando solicita una cotización a un proveedor de baterías para drones, las respuestas que obtiene son tan buenas como las preguntas que hace. Pregunte por la curva de tasa continua a 45 °C, pregunte por la resistencia interna medida en una muestra de producción en lugar de una unidad de laboratorio, y pregunte cómo define el proveedor la tolerancia de capacidad, si se garantiza que el paquete entregará la capacidad nominal en el primer ciclo o después de cincuenta ciclos. Los proveedores que no pueden responder a estas tres preguntas por escrito suelen ofrecerle un producto de hobby a precio industrial.

Elegir entre LiPo, Li-ion y celdas semisólidas

La química celular debe seguir el perfil del vuelo, no el del vendedor. Vemos tres familias prácticas en el trabajo con drones industriales.

Las celdas de bolsa LiPo siguen siendo las predeterminadas para cualquier cosa que alcance 15 ° C o más. Entregan corriente sin colapso de voltaje, lo cual es importante durante el ascenso y la corrección del viento. La desventaja es una menor densidad de energía y una vida útil más corta si no se almacenan correctamente.

Las celdas cilíndricas de iones de litio ganan en densidad de energía y ciclo de vida para trabajos de larga duración y baja descarga. Los drones de reconocimiento que navegan a baja corriente durante una hora se benefician directamente de la química de los iones de litio: más vatios-hora por kilogramo. El problema es que una descarga elevada y sostenida hace que las células cilíndricas se calienten y necesitan más células paralelas para alcanzar la misma corriente, lo que rápidamente reduce el peso.

Las células semisólidas son las recién llegadas al mercado y las que más vale la pena observar. Se ubican entre electrolitos líquidos y sólidos, ofreciendo una mayor densidad de energía que LiPo y mejores márgenes de seguridad en pruebas térmicas y de punción. Un número creciente de proyectos de larga duración nos preguntan específicamente sobre opciones de baterías semisólidas para drones. La advertencia honesta es que el material de marketing para la química semisólida con frecuencia es exagerado y cita una cifra de rendimiento ideal extraída de una diapositiva de laboratorio. Solicite siempre clasificaciones de descarga continua validadas a temperaturas de funcionamiento reales y al menos un 80 por ciento de profundidad de descarga antes de comprometerse.

Algunas reglas básicas que repetimos a cada cliente, sin ningún orden en particular. Nunca intente aplanar una compresa hinchada, retírela de servicio inmediatamente y deséchela adecuadamente. Espere aproximadamente el 80 por ciento de la capacidad utilizable a temperatura ambiente cuando opere los paquetes a 0 °C y planifique las misiones en consecuencia en lugar de descubrirlos en el aire. Y almacene los paquetes con una carga de alrededor del 40 al 60 por ciento durante largos intervalos entre operaciones, nunca completamente cargados y nunca completamente agotados.

La temperatura también cambia la elección química en sí. Si su operación se realiza en climas fríos, los productos químicos semisólidos y de iones de litio mantienen mejor el voltaje a baja temperatura que el LiPo de alta velocidad, que se endurece y pierde corriente entregable cuando está frío. Si su operación es tropical, la temperatura ambiente alta acelera el envejecimiento en todos los productos químicos, por lo que un paquete clasificado en condiciones de laboratorio de 25 °C no vivirá sus ciclos nominales en condiciones de campo de 40 °C. Pregúntele al proveedor qué química recomienda para su temperatura de funcionamiento real, no para la que figura en su folleto.

Funciones prácticas de un BMS inteligente integrado

Un BMS inteligente no es una placa de protección con un nombre más largo. Observa continuamente las condiciones dentro de la mochila y habla con el sistema de vuelo mientras lo hace.

A nivel de grupo de celdas, realiza un seguimiento del voltaje y la temperatura de cada grupo individualmente. Una lectura total saludable de 22,2 V en la estación terrestre puede ocultar una celda débil que arrastra a todo el paquete hacia abajo, y solo el monitoreo por grupo la detecta antes de que se convierta en una falla en vuelo.

En el lado de la protección, activa un corte de corriente en milisegundos durante el funcionamiento de la hélice o el bloqueo del motor. En una falla repentina, esa velocidad es la diferencia entre un conector quemado y un motor dañado, porque de lo contrario el conector se convierte en un fusible improvisado.

En cuanto a la comunicación, informa el estado de carga preciso a través de SMBus, bus CAN o UART. Eso importa más de lo que la mayoría de los compradores creen: el controlador de vuelo planifica las decisiones de regreso a casa y aterrizaje basándose en la energía restante real. Un paquete tonto deja al piloto adivinando, y adivinar es cómo las baterías regresan vacías.

Cada paquete de baterías de drones industriales BMS inteligentes que enviamos pasa por pruebas de interfaz de comunicación previas a la entrega, porque hemos visto fallar demasiados paquetes en el banco que habrían pasado una simple verificación de capacidad. Se verifica la precisión del SOC, el tiempo de respuesta a fallas y la estabilidad de la comunicación del bus en el BMS antes de que se autorice la entrega del paquete.

Los drones pueden volar con hardware básico no administrado, nadie lo discute. La diferencia es la advertencia. Con un BMS inteligente, usted ve una celda degradada, un grupo caliente o una conexión defectuosa que se desarrolla durante los vuelos. Sin uno, descubres la falla cuando el voltaje colapsa a mitad de la misión y el avión no llega al punto de aterrizaje.

El registro de fallos es la característica que los administradores de flotas empiezan a valorar sólo después del primer incidente. Cuando se devuelve una mochila después de un aterrizaje forzoso, el registro le indica a su equipo si la batería se protegió correctamente, si el piloto excedió los límites de descarga o si la falla fue mecánica en lugar de eléctrica. Sin ese registro, cada incidente se convierte en una discusión entre el piloto, el equipo de mantenimiento y el proveedor de baterías.

Paquete de baterías inteligente con BMS y comunicación integrados

Funciones de protección imprescindibles para la batería BMS de UAV

Los diferentes trabajos con drones hacen hincapié en las baterías de manera muy diferente. Un dron de espectáculo de luces que vuela en ráfagas de tres minutos tiene un requisito de BMS diferente al de un UAV de carga que consume alta corriente durante ciclos de veinte minutos. Las funciones a continuación son las que consideramos obligatorias para uso industrial, y lo que realmente hace cada una en campo:

El equilibrio celular merece una mirada más cercana, porque es la función más subestimada. Los paquetes que nunca están equilibrados se desvían lentamente, la célula más débil alcanza su límite primero y todo el paquete se ve obligado a detenerse antes de tiempo. Más de cien ciclos, la diferencia entre un paquete equilibrado y uno desequilibrado puede ser del veinte por ciento de la capacidad utilizable. Esta no es una cifra de marketing, es lo que medimos cuando las cajetillas regresan del campo.

 dron y batería

Reglas de envío aéreo: UN38.3 y UN3480

¿Se pregunta si la batería de litio de su UAV industrial puede viajar por transporte aéreo? La respuesta corta es sí, con estrictas normas sobre mercancías peligrosas.

Cada batería de litio enviada por vía aérea debe pasar UN38.3, el conjunto de pruebas completo que cubre simulación de altitud, ciclos térmicos, vibración, choque mecánico, cortocircuito, impacto, sobrecarga y descarga forzada. Un informe de prueba UN38.3 del fabricante de celdas no es automáticamente válido para su paquete ensamblado; un paquete personalizado necesita sus propias pruebas a menos que las celdas y la configuración coincidan con el alcance de la certificación original.

La clasificación depende de cómo se envía la batería. Los paquetes sueltos independientes están clasificados como UN3480. Las baterías enviadas instaladas en el equipo o empaquetadas junto con el dron utilizan UN3481. Si se equivoca, la aerolínea o el transportista rechazarán el envío en el mostrador, a veces después de que la carga ya haya sido reservada.

También necesitará un documento SDS válido para la batería, y la mayoría de los transportistas exigen que el paquete se envíe con un estado de carga del 30 por ciento o menos para aviones de pasajeros. Algunas aerolíneas ajustan esto aún más, así que confirme el límite con el transportista antes de reservar en lugar de hacerlo en la puerta del almacén.

El transporte aéreo de baterías de litio se rige por las Regulaciones de Mercancías Peligrosas de la IATA, y las reglas cambian cada año. Si tu volumen de exportación lo justifica, haz que un especialista te prepare la documentación, porque un solo certificado faltante puede retener un envío por días y costar más que la certificación en sí.

El embalaje es la parte en la que la mayoría de los exportadores primerizos se equivocan. Las baterías de litio necesitan un embalaje exterior rígido que pase la prueba de caída de la ONU, con las celdas o paquetes protegidos contra cortocircuitos durante el transporte, cubiertas de terminales instaladas y sin objetos metálicos sueltos en la caja. Las aerolíneas y los transportistas inspeccionan esto mucho más estrictamente que hace cinco años, y un paquete que sobrevive a un viaje normal de mensajería no sobrevivirá automáticamente a una inspección de mercancías peligrosas.

Mantenimiento de la batería y vida útil

La forma en que se trata un paquete entre vuelos determina su costo real por misión más que el precio de compra.

Cargue con el cargador y el perfil de carga coincidentes, nunca con un cargador de equilibrio aleatorio configurado con un recuento de células adivinado. Cargue en un lugar a prueba de incendios y nunca deje un paquete de carga desatendido, sin importar cuán bueno sea el BMS.

Para el ciclo de vida, evite las descargas completas habituales. Los ciclos poco profundos, que finalizan los vuelos con entre un 20 y un 30 por ciento restante, extienden considerablemente la vida útil del paquete en comparación con volar hasta el corte de bajo voltaje cada vez. Vemos que los paquetes bien tratados en nuestra base de clientes duran mucho más allá de su número de ciclos nominales, y los que sufren abusos fallan temprano con el mismo lote de fabricación.

El almacenamiento estacional es especialmente importante para LiPo. Un paquete almacenado completamente cargado durante tres meses se degrada notablemente más rápido que uno almacenado con voltaje de almacenamiento. Si la flota está inactiva durante el invierno, coloque los paquetes en carga de almacenamiento, etiquételos y verifique el voltaje cada pocas semanas.

Las celdas semisólidas, donde tenemos datos de campo, se comportan mejor en almacenamiento que LiPo, pero siguen las mismas reglas de sentido común. La química mejora los márgenes, no elimina la necesidad de cuidados básicos.

Realice un seguimiento del coste de la batería por hora de vuelo en lugar del precio por paquete. Un paquete que cuesta un veinte por ciento más pero ofrece un treinta por ciento más de ciclos es la batería más barata durante una temporada, y un BMS inteligente que evita una falla en vuelo se amortiza con un solo incidente. Los compradores que negocian únicamente sobre el precio unitario normalmente terminan con la batería más cara por hora de vuelo.

Cómo YIHANG desarrolla soluciones personalizadas de baterías para drones

Partimos del avión, no del celular. Un paquete de baterías para drones industriales personalizado está diseñado en torno a su entorno de vuelo real, no ensamblado a partir de las celdas que estén disponibles este mes.

Nuestro flujo de trabajo de ingeniería se ejecuta en un orden fijo: análisis de la demanda máxima de descarga, coincidencia de la química de las celdas, diseño del paquete mecánico, selección de conectores, ajuste del umbral de protección BMS, luego verificación de capacidad y pruebas de descarga con carga completa antes de enviar algo.

El análisis de la corriente máxima es lo más importante porque define todo lo que ocurre aguas abajo. Un dron de mapeo que navega a baja corriente tiene requisitos diferentes a los de un UAV para fumigación de cultivos que consume alta corriente durante las fumigaciones, y el diseño del paquete cambia en consecuencia.

Para que el tiempo de vuelo sea la prioridad, nuestra línea de baterías para drones de larga duración ofrece una duración de vuelo entre un 20 y un 40 por ciento más larga que los paquetes estándar de capacidad nominal idéntica, medidas en el mismo fuselaje y en las mismas condiciones.

Para proyectos con envolventes de voltaje, capacidad o dimensiones físicas personalizadas, comparta sus requisitos a través de nuestra página de consultas. Nuestro equipo de ingeniería revisa los parámetros y propone configuraciones de baterías de litio adecuadas para su plataforma UAV.

Los proyectos personalizados típicos que apoyamos van desde la creación de prototipos de paquete único para una nueva estructura de avión hasta series de producción para flotas establecidas. Los plazos de entrega varían según la disponibilidad de las celdas y los requisitos de prueba, pero le brindamos un cronograma escrito con la cotización y la documentación de entrega incluye el informe de prueba para cada paquete del pedido. Ese papeleo no es una cortesía, es lo que te pedirá tu propio departamento de calidad y tu cliente final.

Si está buscando paquetes de baterías para drones industriales personalizados con un BMS inteligente integrado para misiones de inspección, agricultura o carga, comuníquese con YIHANG Power. Realizamos simulación de corriente máxima y validación de descarga cargada para sus condiciones de vuelo reales, y lo hemos hecho para clientes en los cinco continentes.

Envíe sus requisitos de voltaje, capacidad y dimensiones hoy. La primera discusión técnica no cuesta nada y le brindará más información sobre las opciones de batería que una semana de lectura de hojas de datos.