Drone-akun lämmönhallinta kuumille ja kylmille lentoolosuhteille

Drone-akku ei toimi lämpötilasta riippumattomassa ympäristössä. Ympäristöolosuhteet, purkausvirta, kotelon rakenne, moottorin kuormitus, auringonvalo, ilmavirta ja latausolosuhteet vaikuttavat kaikki akun lämpökäyttäytymiseen tehtävän aikana.

Kun drone-akku jäähtyy liian kylmäksi, sen sisäinen vastus yleensä kasvaa. Tuloksena voi olla suurempi jännitteen lasku, pienempi huipputeho ja lyhyempi käyttökelpoinen lentoaika. Liian kuumana kemiallinen vanheneminen kiihtyy ja suorituskyvyn epävakauden riski kasvaa. Suuri virta, huono ilmanvaihto ja suora altistuminen auringonvalolle voivat pahentaa tilannetta.

Drone-valmistajille ja järjestelmäintegraattoreille lämmönhallinta on siis enemmän kuin kapasiteetin suuremman akun valinta. Se on järjestelmätason suunnittelutehtävä, joka koskee akkukennoja, pakkausrakennetta, elektroniikkaa, lentokoneen koteloa, laturia ja lentoprofiilia.

Pikavastaus

Drone-akun lämpötila vaikuttaa tehoon, jännitteen vakauteen, lentoaikaan, latausturvallisuuteen ja akun käyttöikään.

• Kylmissä olosuhteissa sisäinen vastus kasvaa ja akku voi tuottaa vähemmän virtaa.

• Kuumissa olosuhteissa ikääntyminen kiihtyy ja lämpörasitus lisääntyy.

• Suuri purkausvirta tuottaa lämpöä suhteen mukaisesti Q ≈ I²R , mikä tarkoittaa, että lämpö nousee nopeasti virran kasvaessa.

• Luotettavassa ratkaisussa yhdistyvät sopiva kennokemia, matalaresistanssinen rakenne, lämpöpolut, lämpötila-anturi, ohjattu lataus ja sovelluskohtainen validointi.

• Jokaiselle drone-akulle ei ole universaalia lämpötila-aluetta. Noudata aina kenno-, pakkaus- ja BMS-valmistajan ohjeita.

Mikä on drone-akun lämmönhallinta?

Drone-akun lämmönhallinta on prosessi, jolla ohjataan, valvotaan ja validoidaan akun lämpötilaa koko akun käyttöiän ajan.

Se kattaa useita eri tiloja:

1. Purkaus lennon aikana

2. Lataus tehtävien välillä

3. Varastointi ja kuljetus

4. Esilämmitys tai jäähdytys ennen käyttöä

5. Ylikuormituksen, vaurion tai epänormaalin toiminnan aiheuttamat lämpötapahtumat

Akkupaketti saattaa olla hyväksyttävä lyhyen sisälennon aikana, mutta se ei sovellu pitkiin ulkotehtäviin suorassa auringonvalossa. Vastaavasti huoneenlämmössä normaalisti toimiva pakkaus voi kokea huomattavan jännitteen laskun talvikäytössä.

Lämmönhallinta tulisi siksi suunnitella koko tehtäväprofiilin ympärille yhden laboratoriolämpötilan sijaan.

Kuinka lämpötila vaikuttaa drone-akun suorituskykyyn

Kylmän sään vaikutukset

Kylmät olosuhteet voivat vaikuttaa drone-akkuun useilla tavoilla:

• Lisääntynyt sisäinen vastus

• Suurempi jännite laskee kuormituksen alaisena

• Pienempi hetkellinen tehonsyöttö

• Vähentynyt tehollinen kapasiteetti

• Hitaampi latauksen hyväksyminen

• Mahdollinen epätasapaino solujen välillä

• Alennettu regeneraatio- tai palautuskyky joissakin järjestelmissä

Akussa saattaa silti näyttää olevan riittävä lataustila, mutta jännite voi laskea nopeammin, kun moottorit vaativat suurta virtaa. Tämä on erityisen tärkeää FPV-drooneille, raskaita hyötykuormia kuljettaville teollisuusalustoille ja korkealla lentokoneille.

Kylmän sään suorituskyky riippuu muustakin kuin ympäristön lämpötilasta. Tuulen jäähdytys, pakkauksen eristys, akun käynnistyslämpötila, purkausnopeus ja korkealla virralla käytetty aika ovat kaikki tärkeitä.

Kuuman sään vaikutukset

Korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa:

• Nopeampi kalenterin ja syklin ikääntyminen

• Lisääntynyt itsepurkaus

• Suurempi lämpöjännitys suurvirtakäytön aikana

• Lisääntynyt turvotuksen tai vaurion riski, jos rajat ylittyvät

• Suojausjärjestelmän väliintulo

• Vähentynyt pitkän aikavälin kapasiteetin säilyttäminen

Akku voi aloittaa tehtävän kohtuullisessa lämpötilassa ja kuumenea paljon jatkuvan kiipeämisen, leijumisen tai nopean lennon jälkeen. Suoralle auringonvalolle alttiina oleva musta kotelo voi lisätä merkittävästi lämpöä ennen lentoonlähtöä.

ZERNE:n korkean lämpötilan akkuratkaisua voidaan harkita sovelluksissa, joissa kohonneet käyttölämpötilat ovat osa suunnitteluvaatimusta. Lopullinen suorituskyky on vielä vahvistettava suhteessa lentokoneen todelliseen kuormitusprofiiliin ja ympäristöolosuhteisiin.

Mistä akun lämpö tulee?

Akun lämpö syntyy sisäisesti ja siirtyy pakkausrakenteen kautta ympäröivään ympäristöön.

Resistiivinen lämmitys

Ensisijainen suhde on:

Lämmöntuotto ≈ I²R

Jossa:

• olen ajankohtainen

• R on kennon, kielekkeiden, virtakiskojen, liittimien ja johtojen sähkövastus

Jos virta kaksinkertaistuu, resistiivinen kuumennus voi kasvaa noin neljä kertaa, jos resistanssi pysyy vakiona. Tästä syystä suurivirtaiset dronesovellukset vaativat huolellista huomiota solujen valintaan, yhteenliitäntöihin ja liittimien suunnitteluun.

Opastamme drone-akun C-luokitus ja purkausvirta selittää, kuinka virrantarve tulisi arvioida jatkuvan ja purskepurkauskyvyn perusteella.

Ympäristön lämpö

Akun lämpötila voi nousta myös seuraavista syistä:

• Suora auringon säteily

• Lämpöä moottoreista, ESC:istä tai tehoelektroniikasta

• Kuuma ilma jäänyt kotelon sisään

• Huono erotus muista lämpöä tuottavista komponenteista

• Rajoitettu ilmavirta leijumisen aikana

• Korkea ympäristön lämpötila säilytyksen tai latauksen aikana

Tehtävään liittyvä lämpö

Eri lentovaiheet tuottavat erilaisia ​​lämpökuormia:

Lämpövalidoinnin tulisi testata koko tehtäväprofiili sen sijaan, että mitataan vain vakaan tilan purkaus.

Drone-akun lämmönhallinta kuumalla säällä

Paranna lämpöpolkua

Lämmön tulee siirtyä soluista ulkoiseen ympäristöön. Käytännön suunnittelussa voidaan käyttää:

• Lämpöä johtavat rakenneosat

• Oikea soluväli

• Lämpöä levittävät levyt

• Terminen rajapintamateriaalit

• Johtavat reitit soluista koteloon

• Erottaminen kuumasta elektroniikasta

• Tuuletusaukot tai ilmavirtauskanavat tarvittaessa

Oikea ratkaisu riippuu pakkauksen muodosta, lentokoneen rakenteesta, vesi- tai pölysuojavaatimuksista ja käytettävissä olevasta tilasta.

Käytä ilmavirtaa huolellisesti

Ilmavirta voi parantaa lämmönpoistoa, mutta se ei aina riitä. Pitkiä aikoja leijuvalla dronella voi olla vähemmän tehokas jäähdytys kuin nopeudella eteenpäin lentävän dronin.

Suunnitteluryhmien tulee arvioida:

• Ilman sisään- ja ulostulon paikat

• Painehäviö kotelon läpi

• Pölyn ja veden sisäänpääsy

• Jäähdytysteho leijunnan aikana

• Potkurin pesusuunta

• Saako ilmavirta akun ohi sen sijaan, että se ohittaisi sen

Ohjaa virtaa ja tehoa

Ohjelmisto voi vähentää lämpörasitusta seuraavilla tavoilla:

• Virran rajoitus

• Tehon aleneminen korkeassa lämpötilassa

• Tehtäväpohjaiset kotiinpaluukynnykset

• Akun lämpötilatietoiset varoitukset

• Latausaikataulu

• Vähentynyt huippukiihtyvyys

• Automaattinen lennon päättymis- tai laskulogiikka

Nämä ohjaimet tulee koordinoida BMS:n ja lennonjohtajan kanssa. Lämpötilavaroitus, joka ei laukaise mielekästä toimintaa, tarjoaa rajoitetun suojan.

Vältä kuuman pakkauksen lataamista välittömästi

Vaativan lennon jälkeen pakkaus saattaa pysyä kuumana, vaikka lentokone olisi laskeutunut. Lataus tulee aloittaa vasta, kun akku saavuttaa valmistajan hyväksymän latausalueen.

Turvallinen työnkulku on:

1. Anna pakkauksen jäähtyä valvotussa, tuuletetussa paikassa.

2. Tarkista pakkaus turpoamisen, iskujen tai liittimen vaurioiden varalta.

3. Varmista, että lämpötila ja jännite ovat hyväksyttyjen latausrajojen sisällä.

4. Käytä määritettyä laturia ja latausprofiilia.

5. Lopeta lataaminen, jos havaitset epänormaalia kuumenemista, hajua tai muodonmuutoksia.

Drone-akun lämmönhallinta kylmällä säällä

Esilämmitä ennen suurvirtakäyttöä

Esilämmitys voi vähentää jännitteen laskua ja parantaa tehonsyöttöä. Akun tulee saavuttaa hyväksytty toiminta-alue ennen kuin se vaatii suurta virtaa.

Sopivia lähestymistapoja voivat olla:

• Integroitu resistiivinen lämmitys

• Ohjatut lämmityskaapit

• Eristetyt paristolokerot

• Lentokonetason esilämmitysjärjestelmät

• Lämpötilaohjatut maalaitteet

Älä käytä avotulta, hallitsematonta lämmönlähdettä tai improvisoitua lämmitysmenetelmää. Tavoitteena on tasainen, kontrolloitu lämmitys vahingoittamatta kennoja, koteloa tai elektroniikkaa.

ZERNE:n matalan lämpötilan litiumakkuratkaisu on olennainen drone-sovelluksissa, jotka ovat alttiina kylmille ympäristöille. Tarvittava suunnittelulämpötila, purkausvirta ja esilämmitysstrategia tulee määritellä akun toimittajan kanssa määrittelyn aikana.

Vähennä kylmäkäynnistyksen stressiä

Kylmiä paristoja ei saa välittömästi altistaa suurimmalle käytettävissä olevalle virralle. Lentokoneesta riippuen lennonjohtaja saattaa tarvita:

• Rajoita alkukiihtyvyyttä

• Rajoita aggressiivista kiipeilyä

• Viive suuritehoisia hyötykuormatoimintoja

• Tarkkaile kennojännitteen laskua

• Kasvata vähimmäispaluuvarausta

• Käytä vaiheittaista lämmitysjaksoa

Erilliset käyttö- ja latausrajat

Akun sallittu purkauslämpötila ei välttämättä ole sama kuin sen sallittu latauslämpötila. Liian kylmän akun lataaminen voi aiheuttaa peruuttamattomia vaurioita kennoille.

Laturin tai BMS:n tulee tarkistaa lämpötila ennen latauksen aloittamista. Jos lämpötila on hyväksytyn alueen ulkopuolella, latauksen tulee pysyä poissa käytöstä, kunnes pakkaus saavuttaa turvallisen tilan.

Akun suunnitteluelementit, jotka vaikuttavat lämpötilaan

Solun valinta

Solukemian ja rakenteen vaikutus:

• Sisäinen vastus

• Purkauskyky

• Lämmöntuotanto

• Kapasiteetin säilyttäminen

• Matalan lämpötilan suorituskyky

• Vanheneminen korkeassa lämpötilassa

Paras kenno ei välttämättä ole se, jonka nimelliskapasiteetti on suurin. Oikea valinta tasapainottaa energiatiheyttä, tehoa, lämpötila-aluetta, syklin kestoa ja mekaanisia rajoituksia.

Edistyneille sovelluksille, puolikiinteät akut droneille voivat tarjota vaihtoehtoisen suunnan energiatiheyden ja turvallisuusominaisuuksien parantamiseen. Minkä tahansa kemian soveltuvuus on validoitava lentokoneen teho- ja lämpövaatimuksiin nähden.

Liitännät ja liittimet

Kielekkeet, virtakiskot, johdot ja liittimet voivat olla paikallisia lämmönlähteitä. Insinöörien tulee tarkistaa:

• Virran tiheys

• Kosketusvastus

• Juotoksen tai hitsin laatu

• Liittimen lämpötilan nousu

• Mekaaninen tärinä

• Kaapelin reititys

• Suoja hankausta vastaan

Kennolla voi olla riittävät tekniset tiedot, vaikka koko pakkaus silti ylikuumenee huonosti suunnitellun yhteyden vuoksi.

Kotelo ja eristys

Kotelon tulee tasapainottaa suojaus ja lämmönpoisto. Liiallinen eristys voi säilyttää lämpöä kuumalla säällä, kun taas riittämätön eristys voi johtaa siihen, että kylmä akku menettää lämpöä liian nopeasti.

Tärkeitä huomioita ovat mm.

• Seinän paksuus

• Materiaalin lämmönjohtavuus

• Palo- ja iskunkestävyys

• IP-suojaus

• Huollettavuus

• Paine- tai tuuletuskäyttäytyminen

• Asennuskosketus lentokoneeseen

Lämpötila-anturit

Yksi anturi ei välttämättä edusta monikennopakkauksen kuuminta solua. Pakkauksen koosta ja riskiprofiilista riippuen suunnittelu saattaa vaatia antureita lähellä:

• Soluryhmän keskus

• Korkeavirtaiset välilehdet

• Liittimet

• Lämpöä tuottava elektroniikka

• Alueet, joilla on rajoitettu ilmavirta

Anturin sijoitus tulee varmistaa lämpötestauksen aikana, ei valita vain CAD-mallista.

Lämmönhallinta dronesovelluksella

FPV droonit

FPV-droonien nykyinen kysyntä muuttuu usein nopeasti. Lämpöprioriteetit sisältävät:

• Matala sisäinen vastus

• Korkea purskevirtakyky

• Turvalliset liittimet

• Valvonta aggressiivisen lennon aikana

• Riittävä viilennys lentojen välillä

Kompaktissa pakkauksessa voi olla rajallinen pinta-ala lämmön hylkäämiselle, joten nykyinen profiili ja lennon kesto on arvioitava yhdessä.

Maatalouden dronit

Maatalousdrooneilla on yleensä suuri hyötykuorma ja ne voivat leijua pitkiä aikoja. Ne vaativat huomiota:

• Jatkuva virta

• Akkukotelon ilmavirtaus

• Kuumat ulkoolosuhteet

• Säännölliset latausjaksot

• Kemiallinen tai kosteusaltistus

• Nopea akun vaihto

Teollisuus- ja tarkastusdronit

Tarkastus- ja kartoituslentokone voi toimia kylmässä, kuumassa, pölyisessä tai korkeassa ympäristössä. Lämpösuunnittelussa tulee ottaa huomioon:

• Pitkät tehtävät

• Rajoitetut laskeutumismahdollisuudet

• Herkät hyötykuormat

• Matala ympäristön paine

• Vuodenaikojen lämpötilan vaihtelut

• Luotettava telemetria ja viankäsittely

Dronit kylmällä säällä ja korkealla

Kylmän sään järjestelmät hyötyvät:

• Ohjattu esilämmitys

• Matalan lämpötilan kennovalinta

• Lämpötilaperusteiset tehorajat

• Eristetyt, mutta lämpötasapainotetut kotelot

• Konservatiiviset reserviasetukset

• Kylmäkäynnistyksen validointi

Käytännön lämpövalidointisuunnitelma

Lämmönhallinta tulee validoida edustavilla laitteisto- ja tehtäväkuormilla.

Kirjaa sekä maksimilämpötila että lämpötilan muutosnopeus. Hyvin nopeasti kohtalaisen lämpötilan saavuttava akku saattaa vaatia enemmän huomiota kuin akku, joka saavuttaa saman lämpötilan vähitellen.

Testauksen tulee sisältää myös pahimman tapauksen yhdistelmiä, kuten:

• Korkea ympäristön lämpötila plus suurin hyötykuorma

• Kylmävesiakku plus välitön nousu

• Matala ilmavirta ja jatkuva leijuminen

• Korkea lataustila ja suora auringonvalo

• Toistuvat tehtävät lyhyillä viilennysväleillä

Yleisiä lämmönhallinnan virheitä

Ympäristön lämpötilan käyttäminen ainoana vertailukohtana

Akun lämpötila kotelon sisällä voi poiketa merkittävästi säätiedotuksesta. Mittaa pakkaus suoraan.

Testaus vain nimellisvirralla

Huippuvirta, toistuvat purskeet ja pitkät leijumisjaksot voivat tuottaa hyvin erilaisen lämmityskäyttäytymisen.

Latauslämpötilaa huomioimatta

Pakkaus voi selviytyä lennosta, mutta se voi vaurioitua lataamalla sen sallitun kantaman ulkopuolella.

Anturien sijoittaminen viileään paikkaan

Ilmavirtausreitin lähellä oleva anturi voi ilmoittaa kuumimman kennon tai liittimen lämpötilan aliarvosta.

Kaikkia litiumakkuja käsitellään vastaavina

Eri kemikaaleilla ja solurakenteilla on erilainen vastus, teho ja lämpötilakäyttäytyminen.

Eristyksen lisääminen ilman lämpöanalyysiä

Eristys voi auttaa toimintaa kylmällä säällä, mutta vangitsee lämpöä kuuman sään tehtävissä.

Luotetaan vain BMS:ään

BMS on tärkeä suojakerros, mutta se ei voi kompensoida riittämätöntä kennovalintaa, huonoja lämpöpolkuja tai sopimatonta lentokonekoteloa.

FAQ

Mikä on ihanteellinen drone-akun lämpötila?

Jokaiselle akulle ei ole yhtä ihanteellinen lämpötila. Oikeat toiminta- ja latausalueet riippuvat kennokemiasta, pakkauksen suunnittelusta ja valmistajan tiedoista.

Lyhentääkö kylmä sää droonien lentoaikaa?

Kyllä. Kylmät olosuhteet voivat lisätä sisäistä vastusta, vähentää käytettävissä olevaa tehoa ja saada akku saavuttamaan jänniterajansa nopeammin. Esilämmitys ja sopivan alhaisen lämpötilan akun valinta voi auttaa.

Voinko ladata kylmän dronin akun?

Vain jos akku on hyväksytyllä latausalueella. Kylmä akku tulee lämmittää hallitusti ennen lataamista.

Miksi droonini akku kuumenee leijuessa?

Hover vaatii jatkuvaa moottoritehoa samalla kun se tarjoaa suhteellisen rajoitetun eteenpäin suuntautuvan jäähdytyksen. Suuri virta, huono ilmavirta, ylikuormitettu lentokone tai suuren resistanssin liitännät voivat lisätä lämpöä.

Onko tehokkaampi akku aina parempi lämmönsuorituskyvyn kannalta?

Ei. Suurempi kapasiteetti voi lisätä painoa ja lisätä lentokoneen tehontarvetta. Lämpöteho riippuu kapasiteetista, nykyisestä tarpeesta, resistanssista, jäähdytyksestä ja koko toimintaprofiilista.

Miten C-luokitus vaikuttaa akun lämpötilaan?

Käytännön purkausrajan lähellä toimiva akku voi tuottaa enemmän lämpöä, varsinkin kun sisäinen vastus on korkea. C-luokitus tulee arvioida yhdessä todellisen virran, pakkauskapasiteetin, pulssin keston ja jäähdytyksen kanssa.

Pitäisikö minun käyttää tuuletinta drone-akun jäähdyttämiseen?

Tuuletin voi auttaa joissakin lentokoneissa, mutta sen on oltava yhteensopiva kotelon, pölyn, veden ja aerodynaamisten vaatimusten kanssa. Jäähdytyslaitteisto tulee validoida todellisissa lento-olosuhteissa.

Voiko lämmönhallinta parantaa akun käyttöikää?

Kyllä. Liiallisen lämmön rajoittaminen, kylmälatauksen välttäminen ja toistuvan lämpörasituksen vähentäminen voivat tukea kapasiteetin parempaa säilymistä ja käyttöikää. Se ei voi poistaa normaalia akun ikääntymistä.

Mitä tietoja minun tulee antaa, kun pyydän mukautettua drone-akkua?

Ilmoita lentokoneen jännite, kapasiteettitavoite, jatkuva ja huippuvirta, lentoaika, hyötykuorma, mitat, liitin, viestintävaatimukset, käyttölämpötilat, lataustapa ja odotettu tehtäväprofiili.

Johtopäätös

Tehokas drone-akun lämpötilan hallinta yhdistää akun kemian, sähkösuunnittelun, mekaanisen pakkauksen, sensorin, ohjelmistoohjauksen ja ympäristötestauksen.

Kuuman sään järjestelmät tarvitsevat tehokkaan lämmönpoiston ja lämpötilaperusteisen vähennyksen. Kylmän sään järjestelmät tarvitsevat hallitun esilämmityksen, sopivat kennot ja suojauksen kylmälatausta vastaan. Molemmat ehdot edellyttävät validointia todellisten nykyisten profiilien, hyötykuormien, koteloiden ja lentotehtävien avulla.

ZERNE tukee sovelluskohtaista akkukehitystä vaativiin dronejärjestelmiin, mukaan lukien mukautettu litiumakkusuunnittelu , matalan lämpötilan ratkaisut, korkean lämpötilan ratkaisut ja erikoistuneet suuritehoiset paketit.

Jos haluat keskustella vaatimuksistasi, ota yhteyttä ZERNE Battery -tiimiin ja kerro sähköiset, mekaaniset ja ympäristötiedot.