智能鋰電池存在哪些問題?智能電池痛點(diǎn)有哪些?

從商業(yè)角度來看，無人機(jī)智能鋰電池是一個(gè)很好的發(fā)展方向和存在形式。另一方面，這種形式也使商業(yè)模式更加有利可圖。智能鋰電池在我們周圍隨處可見，筆記本電腦、手機(jī)和許多移動(dòng)設(shè)備都采用了智能鋰電池。無人機(jī)的動(dòng)力鋰電池也在向智能鋰電池過渡。然而，在這篇文章中，我們不會(huì)談?wù)撨@一發(fā)展趨勢，但我們將談?wù)摕o人機(jī)的智能鋰電池給用戶帶來的歡樂和悲傷。

是的，你說得對，“sad”——在一種能讓企業(yè)獲得巨大利潤潛力的模式下，用戶不得不支付高昂的制造成本，并承擔(dān)更多的隱性成本，比如由于生產(chǎn)能力不足而導(dǎo)致的等待時(shí)間。為了澄清這個(gè)問題，作者將首先與你分享“電池”和“智能”是如何結(jié)合在一起的。

一、普通電池是如何智能起來的

每個(gè)人對電池都不陌生，無論是普通的5號(hào)圓柱形電池、汽車電池還是鋰電池，無論它們是由什么技術(shù)或材料制成的，它們的本質(zhì)都只是電能的儲(chǔ)存介質(zhì)。電能通過電池的兩極與負(fù)載(電氣設(shè)備)交換能量(利用電氣設(shè)備做功)——當(dāng)燈泡接通時(shí)，它將點(diǎn)亮；連接電機(jī)，它就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)；連接收音機(jī)，它就會(huì)響。當(dāng)一次性電池沒電時(shí)，設(shè)備需要更換新電池；充電電池沒電了，所以充電后可以繼續(xù)使用。根據(jù)應(yīng)用要求，串聯(lián)可以獲得滿足要求的工作電壓，并聯(lián)可以獲得滿足要求的電池容量。

是的，就這么簡單。這是我想向你們展示的電池應(yīng)用的原始形式！然而，當(dāng)應(yīng)用條件變得越來越復(fù)雜時(shí)，這種簡單的電池電源就不再那么令人滿意了！你能讓電池工作得更可靠嗎？

1.解決過放電問題催生智能電池

對于非一次性電池，即可充電電池，過度放電是最煩人的事情。過度放電意味著電池性能下降甚至報(bào)廢。為了避免過放電，人們在電池組中增加了過放電保護(hù)電路。當(dāng)放電電壓下降到預(yù)設(shè)電壓值時(shí)，電池停止向外部供電。然而，實(shí)際情況更加復(fù)雜，比如筆記本電腦、無人駕駛飛機(jī)和電動(dòng)汽車。如果為了避免電池過度放電而立即停止供電，計(jì)算機(jī)將立即關(guān)機(jī)，大量數(shù)據(jù)將無法保存；無人駕駛飛機(jī)將直接從天空墜落；電動(dòng)汽車會(huì)毫無預(yù)警地拋錨。因此，智能電池的放電截止只是電池自我保護(hù)的最后一道防線。在此之前，管理電路應(yīng)計(jì)算終端壽命，為用戶提供預(yù)警，以便用戶有足夠的時(shí)間采取相應(yīng)的安全措施。

對于電池壽命的計(jì)算，在小電流設(shè)備上處理要簡單得多，比如筆記本電腦和手機(jī)。但是，對于工作電流大、電流變化大、工作條件復(fù)雜的系統(tǒng)，如無人機(jī)、電動(dòng)汽車等。必須動(dòng)態(tài)計(jì)算電池壽命，情況變得復(fù)雜得多。

以大江Elf 3為例，其智能鋰電池與飛行控制數(shù)據(jù)集成后可實(shí)現(xiàn)三級(jí)電壓預(yù)警保護(hù)措施。

一級(jí):當(dāng)檢測到剩余30%的電量時(shí)，會(huì)啟動(dòng)報(bào)警，提示用戶注意剩余電量，提前做好返回準(zhǔn)備；

第二級(jí):當(dāng)檢測到剩余功率僅夠維持返航時(shí)，開始自動(dòng)執(zhí)行返航；該時(shí)間點(diǎn)的把握與飛行距離和高度有關(guān)，飛行距離和高度是在智能電池?cái)?shù)據(jù)和無人機(jī)飛行控制數(shù)據(jù)融合后實(shí)時(shí)計(jì)算的。

三級(jí):當(dāng)檢測到剩余功率不足以維持正常返航時(shí)(如返航時(shí)有逆風(fēng)，可能會(huì)超過預(yù)計(jì)返航時(shí)間)，將進(jìn)行原地著陸，最大限度地避免無人機(jī)因功率不足而墜毀。

電池壽命的計(jì)算結(jié)果與飛行距離、飛行高度、當(dāng)前電機(jī)輸出功率等因素有關(guān)。作者提醒讀者，這些因素是動(dòng)態(tài)的，可能變化很大，所有的數(shù)據(jù)都需要實(shí)時(shí)計(jì)算，這就對智能鋰電池管理芯片和算法設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

2.解決充電和保存問題催生智能電池

目前，鋰電池已經(jīng)普及。眾所周知，給鋰電池充電有特殊要求。如果讀者感興趣，他們可以參考相關(guān)信息，這里不再重復(fù)。當(dāng)然，這只是其中之一。其次，目前大量鋰電池組采用多電池串并聯(lián)的形式。由于電池的個(gè)體差異，不可能達(dá)到100%的充放電平衡，所以一套完善的充電管理電路就顯得尤為必要。這是智能鋰電池應(yīng)該具備的第二個(gè)功能——完善鋰電池的充電管理和放電管理。

以大疆精靈3的智能鋰電池為例。

一個(gè)功能:智能鋰電池實(shí)際上已經(jīng)為鋰電池建立了一個(gè)特殊的充電管理電路，可以管理電池單元的電壓平衡。因此，對充電器(電源適配器)的要求不高，只要提供合適的充電電壓和電流，智能鋰電池就可以充電。因此，Elf 3匹配的所謂充電器本質(zhì)上是一個(gè)電源適配器，真正的充電管理電路在電池中。

功能2:智能鋰電池具有自放電功能。當(dāng)電池容量大于65%并保持10天不運(yùn)行時(shí)，電池將開始自放電程序，電池容量將降低到65%，這樣鋰電池可以長期儲(chǔ)存。自放電時(shí)間間隔也可由應(yīng)用程序設(shè)定。

3.解決電池電量檢測問題，催生智能電池

為了檢測傳統(tǒng)電池的電壓，需要連接額外的檢測設(shè)備，如電壓表等。并且這種檢測不能在飛行期間實(shí)時(shí)進(jìn)行。有沒有更方便、更直觀的方式讓用戶了解實(shí)時(shí)剩余電池電量和其他信息？是的，這需要一個(gè)電池管理電路。

以大疆Inspire 1的智能鋰電池為例。

功能1:檢測剩余電量。四個(gè)發(fā)光二極管燈用于在視覺上提醒用戶當(dāng)前剩余的電池電量，可以在飛行期間實(shí)時(shí)顯示。

功能2:通過數(shù)字圖像傳輸，電壓數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳回，甚至可以在APP中查看電池組的電壓。

功能3:記錄電池歷史數(shù)據(jù)，如:使用次數(shù)、異常次數(shù)、電池壽命等。

功能4:提示電池異常。它可以提示各種電池異常，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(diǎn)電腐老化問題催生智能電池

也許你仍然有這樣的印象，當(dāng)我們把電池連接到無人機(jī)上時(shí)，插頭會(huì)隨著點(diǎn)火的聲音發(fā)出火花。隨著時(shí)間的推移，插頭的連接可靠性將會(huì)降低，這將導(dǎo)致插頭發(fā)熱，甚至在空氣中熔化。無人機(jī)因插頭老化而墜毀的情況并不少見。為了解決這個(gè)問題，鋰電池智能管理電路應(yīng)該重新發(fā)揮作用。

以DJI Elf 3的智能鋰電池為例。當(dāng)你在飛機(jī)上安裝電池時(shí)，電極觸點(diǎn)不會(huì)真正放電，所以不會(huì)有火花和電偶腐蝕，所以觸點(diǎn)的壽命將會(huì)延長，這是前所未有的。通過點(diǎn)擊電池上的觸摸開關(guān)按鈕，電池可以真正進(jìn)入電源輸出狀態(tài)。當(dāng)然，當(dāng)電池關(guān)閉時(shí)，也可以通過觸摸開關(guān)按鈕來執(zhí)行。

5.解決電池版（Li）權(quán)（Yi）問題催生智能電池

智能鋰電池很好地保護(hù)了電池的版權(quán)。一方面，只能使用原廠提供的鋰電池，電池質(zhì)量可以得到更好的保證，理論上一致性更好，可靠性更好；另一方面，我們的無人機(jī)從現(xiàn)在起只能使用我們自己的鋰電池！我不會(huì)給你另一所房子的鑰匙，即使你把它放進(jìn)去，我也不會(huì)給你工作。有些人還試圖破解智能鋰電池的加密措施。然而，一旦無人機(jī)升級(jí)固件，破解的數(shù)據(jù)可能會(huì)失效，導(dǎo)致山廠(寨)的大量電池?zé)o法正常工作。

以上五點(diǎn)使電池管理電路(電池智能管理模塊)與原有的生態(tài)電池緊密相連，成為我們常見的各種形式的智能鋰電池。智能鋰電池有很多優(yōu)點(diǎn)，但是我們在享受這些“智能”帶來的可靠性和易用性的同時(shí)，也為此付出了更高的代價(jià)。

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

BQ30Z55芯片在智能鋰電池里最為常用

智能鋰電池的核心是管理電路，由主板、管理芯片、單片機(jī)和金屬氧化物半導(dǎo)體管等主要部分組成。這樣的電池管理模塊與每個(gè)電池組一一對應(yīng)匹配，也就是說，每個(gè)鋰電池組都需要連接這樣一個(gè)相同的管理電路。這些生產(chǎn)成本的增加，無一例外地要求用戶支付賬單。也許你已經(jīng)注意到，兩種流行無人機(jī)的智能鋰電池并不便宜，因?yàn)樗鼈兊闹悄茈姵囟加幸惶转?dú)立的充放電管理電路和其他附加功能。

2.智能電池良品率及產(chǎn)能降低

這顆芯片就是智能鋰電池里最為常用的“大腦”

目前還沒有專門為無人機(jī)開發(fā)的鋰電池智能管理芯片，所以很容易想到這些管理芯片是從哪里來的。顯然，這些芯片在處理低電流放電方面沒有問題。然而，眾所周知，無人機(jī)需要鋰電池進(jìn)行大電流放電。面對使用條件的特殊性，這些智能芯片可能是“愚蠢的”。這種情況經(jīng)常發(fā)生在電池質(zhì)量差異很大的時(shí)候。當(dāng)工作電流變化很大時(shí)(飛行中突然爬升或著陸)，電壓檢測可能不太準(zhǔn)確。為了避免這些情況，有必要在生產(chǎn)過程中花更多的時(shí)間進(jìn)行檢測和選擇。測試時(shí)間會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能下降，而產(chǎn)量會(huì)影響最終產(chǎn)能，不合格產(chǎn)品會(huì)增加生產(chǎn)成本！我再次提醒你，所有增加的費(fèi)用將由用戶支付。

3.加密的智能鋰電池使用戶飽受壟斷之苦

眾所周知，為了保護(hù)自己的利益，制造商對智能鋰電池采用加密方法，這使得飛機(jī)與其他鋰電池不兼容。設(shè)計(jì)良好的加密手段不僅極難破解，而且一旦固件升級(jí)可能會(huì)失敗。制造商建造技術(shù)壁壘，這樣他們就可以安全地享受技術(shù)紅利。然而，用戶不得不承受高昂的價(jià)格，并面臨產(chǎn)品難找的局面。作者認(rèn)為，隨著整機(jī)用戶的增加，這種情況會(huì)越來越嚴(yán)重。如果制造商不從根本上提高智能鋰電池的生產(chǎn)能力，就有可能搬起石頭砸自己的腳——電池供應(yīng)問題嚴(yán)重影響了買家的積極性！沒有消費(fèi)者愿意接受購買的無人機(jī)，其配套電池昂貴且難以購買！

三、智能鋰電池的終極形態(tài)探討

作者認(rèn)為，無人機(jī)的智能鋰電池不是最終的形式。目前的形式不利于促進(jìn)新一代無人機(jī)市場的繁榮，也不合理地增加了消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)賬單和購買困難。無人機(jī)理想的智能鋰電池應(yīng)進(jìn)一步簡化其功能，將那些不需要重復(fù)制造的模塊從智能電池中取出，放入飛機(jī)或充電器中，如放電管理模塊和充電管理模塊。這不僅可以在不改變原有功能的情況下降低生產(chǎn)成本，增加生產(chǎn)能力，而且在環(huán)境保護(hù)方面也有重要意義，因?yàn)椴恍枰貜?fù)生產(chǎn)不能重復(fù)存在的電路(未來的電子廢棄物)。

對于智能鋰電池加密，筆者認(rèn)為可以由原廠商授權(quán)，由幾家認(rèn)證電池企業(yè)生產(chǎn)。這不僅會(huì)影響原制造商的利益，還會(huì)增加生產(chǎn)能力和擴(kuò)大用戶的選擇。有了充足的電池供應(yīng)，整機(jī)將更受歡迎，最終將獲得更大的市場增長勢頭，提高客戶滿意度。

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