鉅大LARGE | 點擊量：3447次 | 2018年06月09日
淺析無人機智能鋰電池
從商業(yè)格局上講，無人機鋰電池智能化，是一個不錯的發(fā)展方向和存在形式。反過來講，這種形式也令商業(yè)模式更具有贏利潛能。在我們身邊，智能鋰電池已隨處可見，筆記本電腦、手機，以及眾多移動設備，均已采用了智能鋰電池。無人機的動力鋰電池，也正在向智能鋰電池過渡。不過本文，不講這個發(fā)展趨勢，我們要講無人機智能鋰電池給用戶帶來的喜與悲。
是的，你沒看錯，"悲"——在一個能令企業(yè)獲得巨大贏利潛能的模式下，用戶要為高昂的制造成本買單，同時還要承擔的更多其他隱形成本，例如由于產(chǎn)能不足帶來的等候時間。為了講清楚這個問題，筆者先來和大家分享一下"電池"與"智能"是如何溝兌到一塊兒的。
一、普通電池是如何智能起來的
電池，大家并不陌生，不管是普通的五號圓柱形電池，還是汽車蓄電池，以及鋰電池，不管是采用什么技術、什么材質制造的電池，它的實質僅僅是一個電能的存儲介質。電能通過電池的兩極來與負載（用電設備）進行能量交換（使用電設備做功）——接上燈泡，它就亮了；接上電機，它就轉了；接上收音機，它就響了。一次性電池沒電了，設備就需要換上新電池；可充電電池沒電了，充好電可繼續(xù)使用。根據(jù)應用的需要，通過串聯(lián)獲得符合要求的工作電壓，通過并聯(lián)獲得符合要求的電池容量。
是的，就是這么簡單。這就是筆者要揭示給你的有關電池應用的原生形態(tài)！然而，當應用條件日趨復雜化后，這種簡單的電池供電形式就不再那么令人感到滿意了！可以讓電池工作得更靠譜一些嗎？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1.解決過放電問題催生智能電池
對于非一次性電池，也就是可充電電池，過放電是最令人懊惱的事。過放意味著電池性能的下降，甚至報廢。為了避免過放電，人們在電池組里增加了過放電保護電路，當放電電壓降到預設電壓值時，電池停止向外供電。然而實際的情況還要更復雜一些，比如筆記本電腦、無人機、電動汽車，如果因避免電池過放電而立即停止供電，那么電腦就會立即關機，很多數(shù)據(jù)來不及保存；無人機，就會從天上直接掉下來；電動汽車就會在毫無征兆的情況下拋錨。因此，智能電池的放電截止只是電池自我保護的最后一道防線，在此之前，管理電路還要計算出末端續(xù)航時間，來為用戶提供預警，以便用戶有足夠的時間來采取相應的安全措施。
對于續(xù)航時間的計算，在小電流設備上處理起來要簡單得多，例如：筆電本電腦、手機等。但是對于像無人機、電動汽車等，這類工作電流大，電流變化大，工況復雜的系統(tǒng)來說，需要動態(tài)計算續(xù)航時間，那情況就變得復雜得多了。
以大疆精靈3為例，它采用的智能鋰電池在與飛控數(shù)據(jù)融合后可實現(xiàn)三級電壓預警保護措施。
第一級：當檢測到電量剩余30%時，開始報警，提示用戶應該注意剩余電量，提前做好返航準備；第二級：當檢測到剩余電量僅夠維持返航時，開始自動執(zhí)行返航；而這個時間點的把握，與飛行距離、高度有關，是智能電池數(shù)據(jù)與無人機飛控數(shù)據(jù)融合后實時計算出來的。
第三級：當檢測到剩余電量都不足以維持正常返航時（例如返航途中遇到逆風，則有可能超出預估的返航時間），則執(zhí)行原地降落，以最大限度避無人機因缺電導致墜毀。
續(xù)航時間的計算結果與飛行距離、飛行高度、當前電機輸出功率等因素有關。筆者提醒各位看官，這些因素都是動態(tài)變化的，而且變化幅度有可能很大，所有數(shù)據(jù)都需要實時計算，這對于智能鋰電池管理芯片、算法設計都會提出極高的要求。
2.解決充電和保存問題催生智能電池
目前鋰電池已經(jīng)大行其道。眾所周知，鋰電池充電，是有特殊要求的。如果讀者感興趣，可以查閱相關資料，這里不再贅述，當然這只是其一。其二是，目前大量鋰電池組采用了多電芯串并形式，由于電芯個體差異，導致充電和放電不可能做到100%均衡，因此一套完善的充電管理電路就顯得尤為必要了。而這，就是智能鋰電池要具備的第二項功能——對鋰電池組進行完善的充電管理，以及放電管理。
以大疆精靈3的智能鋰電池為例。
功能之一：該智能鋰電池實際上已內置了一個鋰電池的專用充電管理電路，并且能夠對電芯單體進行電壓均衡管理。故而，對于充電器（電源適配器）的要求就并不那么高了，只要提供合適的充電電壓和充電電流，就能夠對該智能鋰電池進行充電。因此精靈3所搭配的所謂充電器，其實質只是一個電源適配器，真正的充電管理電路在電池里面。
功能之二：該智能鋰電池具有自放電功能。當電池電量大于65%無任何操作放置10天后，電池會啟動自放電程序，將電量放到65%,以便于鋰電池長時間保存。自放電時間間隔還能通過App進行設置。
3.解決電池電量檢測問題催生智能電池
傳統(tǒng)的電池要檢測電壓，需要額外連接檢測裝置，比如電壓表等等，而且這種檢測不能在飛行過程中實時進行。有沒有更方便更直觀的方式，來讓用戶知曉電池的實時剩余電量以及其他訊信呢？是的，這就需要電池管理電路來完成了。
以大疆Inspire1的智能鋰電池為例。
功能之一：檢測剩余電量。通過4顆LED燈直觀提示用戶電池的當前剩余電量，實時顯示，在飛行過程中也能顯示。
功能之二：通過數(shù)字圖傳，實時回傳電壓數(shù)據(jù)，甚至能夠在APP里查看電池組單體的電壓。
功能之三：記錄電池歷史數(shù)據(jù)，比如：使用次數(shù)，異常次數(shù)，電池壽命等。
功能之四：提示電池異常。能夠通過LED燈提示各種電池異常，例如：短路、充電電流過大、電壓過高、溫度過高、溫度過低等。
4.解決電極觸點電腐老化問題催生智能電池
也許你還有印象，當我們把電池連接到無人機上的那一瞬間，插頭冒出火花，并伴隨打火的響聲。時間一長，插頭的連接可靠性就降低了，會導致插頭發(fā)熱，甚至空中熔解。因插頭老化問題導致無人機墜毀的案例并不少見。為了解決這個問題，鋰電池智能管理電路又要發(fā)揮作用了。
以大疆精靈3的智能鋰電池為例。
當你把該電池安裝到飛行器上時，電極觸點并不會真正放電，因此不會產(chǎn)生火花，也不會產(chǎn)生電蝕現(xiàn)象，這樣一來，接觸點的壽命就能獲得前所未有的提升。通過點按電池上的輕觸開關按鈕，電池才會真正進入電力輸出狀態(tài)，當然，關閉電池時，也是通過輕觸開關按鈕來執(zhí)行的。
5.解決電池版（Li）權（Yi）問題催生智能電池
智能鋰電池使電池版權得到了很好的保護，一方面只能使用原廠提供的鋰電池，電池品質能夠得到比較好的保證，一致性也較好，可靠性理論上也更好；另一方面，我們家的無人機，從此只能用我們自家的鋰電池了！別家的，我不給你鑰匙，就算你放進來了，也不給你工作。有人也試圖破解智能鋰電池的加密措施，然而一旦無人機升級了固件，那些被破解的數(shù)據(jù)有可能失效，造成一大波副（Shan）廠（Zhai）電池不能正常使用。
以上五點，使電池管理電路（電池智能管理模塊）與原生態(tài)電池緊密的聯(lián)系在了一起，變成了我們常見的各種形式的智能鋰電池。智能鋰電池的優(yōu)勢非常多，但我們在享受這些"智能化"帶來的可靠性、易用性的同時，也在為此付出更大的代價。
二、智能鋰電池不得不說的傷痛
1.智能電池成本大幅度增加
智能鋰電池的核心是管理電路，這部分電路由主板、管理芯片、單片機、MOS管等主要零件構成。這樣一個電池管理模塊，是以每一個電池組為單位一一對應配套的，也就是說，每一個鋰電池組都需要附加上這么一塊相同的管理電路。而這些生產(chǎn)成本的增加，無一例外，都需要用戶來買單。可能你已經(jīng)注意到了當前流行的兩款無人機的智能鋰電池價格并不便宜，因為在它們的智能電池里都有一套獨立的充放電管理電路，以及其它附加功能。
2.智能電池良品率及產(chǎn)能降低
由于當前并沒有專門為無人機而開發(fā)鋰電池智能管理芯片，因此你很容易想到這些正在使用的管理芯片來源于何處。很顯然，這些芯片應付低電流放電完全沒有問題，然而眾所周知，無人機需要鋰電池進行大電流放電。面對使用條件的特殊性，這些智能芯片有可能就會"傻掉".這種情況往往出現(xiàn)在電芯品質差異較大的情況下，當工作電流發(fā)生巨烈變化時（飛行時的突然爬升或降落），電壓檢測就可能不會那么準確了。為了避免這些情況的發(fā)生，在生產(chǎn)過程中就需要花更多的時間來進行檢測和挑選。檢測所花費的時間會造成產(chǎn)能的下降，而良品率更會影響到最終的產(chǎn)能，不合格的產(chǎn)品加劇了生產(chǎn)成本！筆者再次提醒各位，所有的成本增加，最終都需要由用戶買單。
3.加密的智能鋰電池使用戶飽受壟斷之苦
眾所周知，廠家為了維護自身利益對智能鋰電池采取加密手段，使飛行器不兼容其他鋰電池。經(jīng)過精良設計的加密手段，不僅破解難度極高，一旦固件升級，破解就有可能失效。廠家構筑的技術壁壘，使之可以安穩(wěn)享受技術紅利，然而用戶卻要承擔高昂的價格以及面臨一貨難求的局面。筆者認為，這一情況，會隨著整機用戶的增加，而越發(fā)嚴重，如果廠家不從根本上改善智能鋰電池的產(chǎn)能問題，有可能還會搬起石頭砸了自己的腳——電池供應問題嚴重影響到購買者的積極性！沒有消費者愿意接受買來的無人機，其配套的電池既昂貴又難買到！
三、智能鋰電池的終極形態(tài)探討
筆者認為，當前所見無人機智能鋰電池并不是終極形態(tài)。當前形態(tài)，既不利于促進新生代無人機市場繁榮，又無端增加了消費者的經(jīng)濟負單和采購難度。理想中的無人機智能鋰電池，應該進一步簡化功能，把那些不需要重復制造的模塊從智能電池里移出來放進飛行器或放入充電器，例如：放電管理模塊、充電管理模塊。此舉，不僅能在不改變原有功能的前提下降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)能，在環(huán)保方面也具有重要意義，因為不必重復生產(chǎn)那些本可以不必重復存在的電路（將來的電子垃圾）。
至于智能鋰電池加密，筆者認為可以采取由原始廠家授權，多家認證電池企業(yè)協(xié)作生產(chǎn)的形式。這樣既不影響原始廠家的利益，又增大了產(chǎn)能，擴大了用戶的選擇余地，電池供應充沛了，整機也將更受歡迎，最終獲得更大的市場增長動力，以及帶來客戶滿意度的提升。
