智能电池还远远没有真正的智能化

来源:宇辰网 作者:彭辉 时间:2018-01-08 分享至:
[宇辰导读]消费类无人机所定义的BMS,依然被广泛应用到行业应用领域。

 

随着无人机的高速发展,核心的动力提供者——智能电池,与行业的需求差距似乎越来越明显。到底是什么制约了智能电池的发展?智能电池是否真的智能?如何才能最大限度提升电池的使用效率和它的安全性?未来在智能电池的改进,主攻方向应该是怎样的?

在不久前的“2017智能无人机控制系统峰会”上,深圳格瑞普电池有限公司董事长刘冰分享了自己的观点。

以下是刘冰讲话现场的整理内容:

格瑞普接触无人机是从2008年开始,接触智能化电池是在2011年,从我个人来讲,这将近6年的过程中,我自己对包括行业、对电池的制造以及我们现在的研发方向,说句实话是不满意的。不满意的的原因,我自己总结,在现在的农业植保电池里面,无非用了三个概念,一个是被动的管理,一个是自我的管理,还有一个就是我们提供了一个简单的协议。在应用的过程中,电池是不是能够满足行业?我个人感觉,我们离行业的需求,包括对行业配合的需求,差距还是蛮大的。所以从我们公司来讲,从2017年开始,重新架构了我们的电子研发团队,专门对无人机的BMS管理系统进行深入的再次的研发,今天借这个机会,我要跟大家汇报一下我们未来智能电池,我们的主攻方向,我们要解决的首要问题在哪里?

作为核心的动力提供者——电池,从原生态的电池组,陆续发展到现在所谓的智能电池。智能电池的概念,推出来已经很久了,笔记本电池也好,手机电池也好,包括更多的可携带的移动设备,都运用到了智能的概念。无人机往下发展,对电池有更多的需求,在这几年的发展过程中,我们自己总结出现的一些问题,或者是大家的一些需求:到底是什么制约了目前智能电池的发展?无人机电池的木桶效应到底在哪里?


格瑞普董事长刘冰/图 来源 宇辰网

简单地总结一下,从无人机的智能电池概念2011年出现开始,到现在我们很多行业在运用这个方案的时候,其实差不多都用的是TI(Texas Instruments,德州仪器)和BQ(BenchmarQ)的方案,这类的BMS管理系统只是实现了对电池的监控、管理及一些通信的功能,尤其是应用场景的特点,智能电池内的电芯单元较少,我们的放电电流较低,外部使用环境比较稳定,这是在消费类无人机电池我们对BMS采取的一种做法。从原生态电池组过度到今天,我认为,这已经是一个里程碑似的进步了,但是如果我们将这样的一个BMS的架构定义成一个真正的智能化电池系统的话,我觉得还是有些名不副实。原因在于什么?仅仅才实现了一个简单的通讯、监控,还有一些计算功能,而且这些监控和计能能力本身还都存在一些先天的缺点。比如我们举个例子,电量检测的不准确,动态计算的不足,保护启动的不及时。即便是我们能够实现相对精准的测量,我们对智能电池系统,从根本上解决原声态电池的一些短板效应,比如说,天生的电池个体的差异,如何来监管?充放电在整个现在的BMS过程中,我们现在还做不到百分之百的均衡,因此想要保持无人机行业的高速发展,扩大植保无人机包括行业无人机的应用,首先要最大限度提升的,就是电池的使用效率和它的安全性。

就电芯而言,作为电池制造商,包括格瑞普和很多同行,大家都在不断地提升单节电芯在化学性能、材料配方、制造工艺等方面的一致性,并最大程度地优化单节电芯的性能。但是因为电池新材料领域的研发,电池本身性能提升的空间,我个人觉得在未来的三到五年,这是一个瓶颈期,仅仅靠单纯地提高单电芯的性能,是远远不能快速适应和匹配现代无人机行业的发展的。最早的初级智能电池本身,无法从根本上解决的是电池系统的短板效应,这个短板效在理想的BMS管理过程中是可以分出的。解决短板效应,并实现真正智能化方案,在这个技术上,恰恰就是我们在很早以前就已经实施的一种应用技术,就是所谓的功率电子技术。

功率电子技术从上世纪50年代发展到现在,已经有将近70年的历史了,是与现代计算机技术、现代通讯技术并驾齐驱的一个前沿科学分支,技术成熟程度已经相当高了。经过我们几年的摸索跟准备,完全可以将功率电子技术融入到智能电池管理体系当中,在硬件架构上,实现能量转换和能量互补,将短板系统转化成一个冗余性,从根本上解决的就是短板效应。我们强调的是什么?冗余系统本身也是一个容错系统。在这里举一个例子,我们现代行业里大部分应用的都是12S的电池,在12S的电池运行过程中,到目前为止我们整个行业都不能避免的是,有任何一节单电芯出现低压、出现零辐射现象的时候,在整个运用过程中,或者说BMS管理过程中,如何能够屏蔽掉在飞行过程有一只电芯,或者在使用过程中多只电芯出现问题,这是目前我们电池行业的一个最大的需要突破的地方。如果将功率电子技术融入到智能电池的系统中,我们就可以构建一个冗余系统。智能电池系统的冗余系统主要体现在电池放电倍率上,高倍率电池在最大放电倍率和正常使用放电倍率之间,会有一个冗余数,这就是我们的智能电池具有一定的容错能力,大大提升的是电池系统的安全性和可靠性。以一个12S的电池为例,把这个电池的冗余度和冗余系统做出来的话,也就是说我们对电池的管理并不是完全在于到底要用多少颗电芯,只要达到了用户的要求和规定的功率,你要求的电池使用的一些我传输的能够让你认定的功率信号的话,我们就应该把这个电池视为可以满足客户需求的产品。这些电池组如果可以正常的工作,肯定有人会问电芯的数量减少,难道不会导致电池组的电压降低吗,这恰恰就是功率电子需要解决的,而且又是完全解决的一个问题。


刘冰在现场畅谈智能电池/图 来源宇辰网

功率电子技术我们通过这种冗余电流的切换电压,保持整组电池输出电压的正常,这样的话即便是电池在无人机飞行过程中出现短板,只要电池综合容量足够,就能够维持无人机的飞行。通过深度的监测并记录电池组的历史和当前的数据,可以对未来存在的不可控因素进行预测,降低电池组对外界环境的依赖,使智能电池系统能够跟上甚至超过无人机飞控系统的发展。最后智能电池通讯功能不再仅限于电池和无人机之间的沟通,也不是电池和充电器之间的沟通,甚至要在未来建设一个电池的健康监测站。我们现在在美国的硅谷和西雅图,已经与一些无人机公司建立试运营了将近有一年,就是电池的健康监测系统,希望在未来的一年甚至两年的时间内,把这个系统导入到国内来,这是远程的监控每一个终端客户电池的健康系数,建立电池的健康指数,在控制比重里面,我们可以通过可观性和可控性来描述一个系统。目前我们的智能电池虽然做到了简单的可观性,可通过电池芯片来管理读取电池的部分信息,但可控性还只限于对短路、过压、默充等状态做一些简单的运算,远远没能实现真正意义上的智能化。智能电池系统未来要深入地做好可观性和深入发展的可控性,对已经发生或者将要发生的问题通过控制理论有依据地进行补偿。其实我们更要追求的是一件事情,如何对电池在飞行或使用过程中出现的单电芯的问题,整组电池组如何对它进行补偿?这是我们未来要追求,现在已经设立了简单的可行性实验在做的一件事情。

智能电池的发展可以分成三代,最早的一代是从模型完全演化过来的,就是我们说的原生态的电池,也就是电芯加上硬件,通过用电实行的过流、补充、保护;现在普遍应用的就是我们所谓的第二代智能电池,它的定位是电芯加硬件加软件,对电流电压电量计包括一些温度的监测,对过流、欠压、过充包括一些反接,包括一些打火的处理,进行一些简单的通讯;作为我们格瑞普来讲,在对行业分析过程中,我们觉得在2018年,要实现的是电芯加功率电子、加硬件加软件、深度的监测,经过冗余的保护,保护电池的安全性和可靠性。除了与主机通讯以外,要实现远程的通讯,更多的去监测电池在未来的发展。现在在我们所有的BMS里,被动的均衡,简单的对单独电芯的电化学性能的监控,是远远达不到未来无人机发展的方向的,所以我们在下一个目标里面,真正地实现在电芯内部的主动均衡,配合充电器,配合整个无人机的飞控系统,更好地提升电池的最大效率。

可能在座的很多行业内里的朋友们会发现,我们智能电池的电量计的使用.我问过很多人,大家到底对智能保护的电量计真正的要求是什么?你要电量计是为了什么?更多的朋友会告诉说,我的电量计是要给飞控存积一个电压信息,我们要测试它什么时候回来。其实如果说作为电池来讲,我更要精准的提示你,你可以回来,你要注意了。我觉得在成本控制上,和整个跟飞控在主动沟通的过程中,这才是可能比电量计更完美的。

所以在今年,作为格瑞普来讲,我们更多的是要重新定义,在这个行业里,智能电池的BMS真正的功能,真正的是要理解我们的用户对这块电池提出来的需求是什么,而不是依赖于几年前,一个行业的消费类无人机所定义出来的一块所谓的BMS——大家针对这个BMS的内容,向行业应用的各个行业里去定义BMS。我觉得今年,应该是我们要重新定义智能化电池向模块化电池系统过度的一年,这是我个人的一些感想。


 

 

 

 

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