Išmaniojo BMS kūrimas dronų LiPo paketams: telemetrija, apsauga ir OTA atnaujinimai

A akumuliatoriaus valdymo sistemaanksčiau reiškė vieną dalyką: saugoti, kad ląstelės neužsidegtų. Tai vis dar yra sąraše, tačiau pramoninėms UAV programoms pagrindinės apsaugos grandinės nebepakanka.

Šiuolaikinės dronų operacijos reikalauja išmanesnės aparatinės įrangos. Flotilės valdytojai nori tiesioginių akumuliatoriaus duomenų skrydžio viduryje. Inžinieriams reikia apsaugos logikos, kuri reaguotų į realias sąlygas, o ne tik į statinius slenksčius. Kai BMS programinė įranga bręsta, galimybė stumti įdiegtų paketų naujinimus neištraukiant jų iš tarnybos tapo tikru veiklos pranašumu.

Pateikiame darbinį aprašymą, kas reikalinga kuriant išmanųjį BMS, skirtą dronų LiPo paketams, ir kodėl kiekvienas sluoksnis yra svarbus.

Telemetrija: kalbėjimas apie akumuliatorių

Pirmasis išmaniojo BMS darbas yra duomenų rinkimas. Ląstelės lygio įtampos stebėjimas yra pagrindas – reikia atskirų elementų rodmenų, o ne tik paketo įtampos. Šešių elementų LiPo paketas gali rodyti sveiką bendrą įtampą, tuo pačiu slepiantis vieną silpną elementą, kuris susvyruos veikiant apkrovai.

Be įtampos, gerai suprojektuota BMS turėtų pranešti:

Įkrovimo būsena (SoC) – apskaičiuojama pagal kulonų skaičiavimą ir įtampos kreives, o ne tik įtampą

Sveikatos būklė (SoH) – gaunama iš pajėgumų nykimo stebėjimo per ciklus

Temperatūra – idealiu atveju iš kelių jutiklių taškų visoje pakuotėje, o ne tik korpuse

Dabartinis brėžinys – realiuoju laiku ir registruojamas, naudingas diagnozuojant lėktuvo sklandmens ar naudingosios apkrovos problemas

Ciklų skaičius – vienoje pakuotėje, automatiškai registruojamas

Šie duomenys perduodami į skrydžio valdiklį per CAN magistralę arba UART ir patenka į antžeminės stoties programinę įrangą. Atliekant transporto parko operacijas, ji įvedama į akumuliatoriaus būklės prietaisų skydelius, kurie žymi paketus, artėjančius prie tarnybos pabaigos, kol jie netampa įvykiais.

Telemetrijos sluoksnis yra tai, kas paverčia LiPo bateriją iš maitinimo šaltinio į turtą su dokumentuota aptarnavimo istorija.

Apsauga: kur gyvena logika

Drono BMS apsaugos dizainas turi suderinti saugumą su eksploatavimo praktiškumu. Apsaugos, kurios yra pernelyg agresyvios antžeminių orlaivių be reikalo. Per daug leistina apsauga leidžia aparatūrai susilpnėti arba sugesti.

Pagrindinės apsaugos priemonės bet kokiame rimtame UAV BMS projekte:

Viršįtampa / nepakankama įtampa – elementų lygio atjungimai, o ne paketo lygis. Suveikia, kai kuri nors atskira ląstelė pasiekia apibrėžtas lubas arba grindis. Dėl jų negalima derėtis.

Viršsrovė – ir nuolatinės, ir didžiausios slenksčiai. Pramoniniams dronams, traukiantiems viršįtampio srovę sunkių krovinių keltuvų metu, reikia erdvės; BMS turi atskirti teisėtą galios šuolį nuo gedimo būklės.

Šiluminė apsauga – įkrovimo ir iškrovimo sumažinimas pagal temperatūrą. Kai elementų temperatūra pakyla virš nustatytos ribos, BMS sumažina turimą srovę prieš pasiekdama griežtą ribą. Tai naudingiau nei tiesioginis išjungimas – tai leidžia orlaiviui baigti tūpimą, o ne staigiai sumažinti galią.

Ląstelių balansavimas – pasyvus arba aktyvus, veikia įkrovimo metu. Nesubalansuotos ląstelės yra viena iš pagrindinių priešlaikinio LiPo degradacijos priežasčių. BMS, kuris nesubalansuoja, palieka ciklo trukmę ant stalo.

Trumpojo jungimo aptikimas – greitai veikiantis, su atkūrimo logika, kad atskirtų tikrąjį trumpąjį nuo trumpalaikio gedimo.

Kiekvienai iš šių apsaugos priemonių reikia suderintų slenksčių, o ne numatytųjų, nukopijuotų iš etaloninio dizaino. Pramoninio drono veikimo profilis – naudingosios apkrovos svoris, skrydžio aukštis, aplinkos temperatūros diapazonas – turėtų paskatinti kalibravimą.

OTA atnaujinimai: programinė įranga be prastovos

Čia išmanusis BMS dizainas atsiskiria nuo senos aparatinės įrangos. Programinės aparatinės įrangos naujinimai belaidžiu būdu leidžia peržiūrėti apsaugos slenksčius, balansavimo algoritmus ir telemetrijos parametrus fiziškai neatimant paketų iš tarnybos.

Dideliems laivynams tai svarbu. Penkiasdešimties pakuočių BMS programinės aparatinės įrangos atnaujinimas rankiniu būdu užtrunka ir sukelia tvarkymo riziką. Įprasto įkrovimo metu OTA siunčia atnaujinimą per drono duomenų ryšį arba antžeminės stoties ryšį.

Čia saugumo reikalai. OTA naujinimo vamzdynams reikia pasirašytų programinės aparatinės įrangos paketų ir versijos patvirtinimo, kad būtų išvengta neteisėto pakeitimo – ypač svarbu komercinėms ar reguliuojamoms UAV operacijoms.

Kaip ZYEBATTERY artėja prie BMS dizaino

ZYEBATTERYgamina savo didelio našumo ličio polimerų ir kietojo kūno ličio jonų UAV baterijas su integruota išmaniąja BMS aparatūra, sukurta specialiai pramoniniams dronams. Tai reiškia ląstelių lygio telemetriją, kalibruotą kelių sluoksnių apsaugą ir BMS architektūras, sukurtas palaikyti programinės aparatinės įrangos atnaujinimus, kai keičiasi veiklos reikalavimai.

Tikslas yra ne tik veikianti baterija. Tai akumuliatorius, kuris palaiko ryšį, išmaniai apsaugo ir išlaiko srovę visą tarnavimo laiką.