從商業(yè)格局上講，無人機(jī)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(jī)，以及眾多移動設(shè)備，均已采用了智能鋰電池。無人機(jī)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(jī)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(dān)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(shù)、什么材質(zhì)制造的電池，它的實(shí)質(zhì)僅僅是一個電能的存儲介質(zhì)。電能通過電池的兩極來與負(fù)載(用電設(shè)備)進(jìn)行能量交換(使用電設(shè)備做功)——接上燈泡，它就亮了;接上電機(jī)，它就轉(zhuǎn)了;接上收音機(jī)，它就響了。一次性電池沒電了，設(shè)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(yīng)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(guān)電池應(yīng)用的原生形態(tài)!然而，當(dāng)應(yīng)用條件日趨復(fù)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?
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(bào)廢。為了避免過放電，人們在電池組里增加了過放電保護(hù)電路，當(dāng)放電電壓降到預(yù)設(shè)電壓值時，電池停止向外供電。然而實(shí)際的情況還要更復(fù)雜一些，比如筆記本電腦、無人機(jī)、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(guān)機(jī)，很多數(shù)據(jù)來不及保存;無人機(jī)，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(hù)的最后一道防線，在此之前，管理電路還要計(jì)算出末端續(xù)航時間，來為用戶提供預(yù)警，以便用戶有足夠的時間來采取相應(yīng)的安全措施。
對于續(xù)航時間的計(jì)算，在小電流設(shè)備上處理起來要簡單得多，例如：筆電本電腦、手機(jī)等。但是對于像無人機(jī)、電動汽車等，這類工作電流大，電流變化大，工況復(fù)雜的系統(tǒng)來說，需要動態(tài)計(jì)算續(xù)航時間，那情況就變得復(fù)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?cái)?shù)據(jù)融合后可實(shí)現(xiàn)三級電壓預(yù)警保護(hù)措施。
第一級：當(dāng)檢測到電量剩余30%時，開始報(bào)警，提示用戶應(yīng)該注意剩余電量，提前做好返航準(zhǔn)備;
第二級：當(dāng)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(diǎn)的把握，與飛行距離、高度有關(guān)，是智能電池?cái)?shù)據(jù)與無人機(jī)飛控?cái)?shù)據(jù)融合后實(shí)時計(jì)算出來的。
第三級：當(dāng)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(fēng)，則有可能超出預(yù)估的返航時間)，則執(zhí)行原地降落，以最大限度避無人機(jī)因缺電導(dǎo)致墜毀。
續(xù)航時間的計(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)。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(shí)時計(jì)算，這對于智能鋰電池管理芯片、算法設(shè)計(jì)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(guān)資料，這里不再贅述，當(dāng)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(dǎo)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(xiàng)功能——對鋰電池組進(jìn)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(shí)際上已內(nèi)置了一個鋰電池的專用充電管理電路，并且能夠?qū)﹄娦締误w進(jìn)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?qū)υ撝悄茕囯姵剡M(jìn)行充電。因此精靈3所搭配的所謂充電器，其實(shí)質(zhì)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(dāng)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(jìn)行設(shè)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(shí)時進(jìn)行。有沒有更方便更直觀的方式，來讓用戶知曉電池的實(shí)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Inspire 1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(dāng)前剩余電量，實(shí)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(shí)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(diǎn)電腐老化問題催生智能電池
也許你還有印象，當(dāng)我們把電池連接到無人機(jī)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(dǎo)致插頭發(fā)熱，甚至空中熔解。因插頭老化問題導(dǎo)致無人機(jī)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(dāng)你把該電池安裝到飛行器上時，電極觸點(diǎn)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(diǎn)的壽命就能獲得前所未有的提升。通過點(diǎn)按電池上的輕觸開關(guān)按鈕，電池才會真正進(jìn)入電力輸出狀態(tài)，當(dāng)然，關(guān)閉電池時，也是通過輕觸開關(guān)按鈕來執(zhí)行的。
5.解決電池版權(quán)問題催生智能電池
智能鋰電池使電池版權(quán)得到了很好的保護(hù)，一方面只能使用原廠提供的鋰電池，電池品質(zhì)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(jī)，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(jìn)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(jī)升級了固件，那些被破解的數(shù)據(jù)有可能失效，造成一大波副廠電池不能正常使用。
以上五點(diǎn)，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。
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(jī)、MOS管等主要零件構(gòu)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(yīng)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?？赡苣阋呀?jīng)注意到了當(dāng)前流行的兩款無人機(jī)的智能鋰電池價格并不便宜，因?yàn)樵谒鼈兊闹悄茈姵乩锒加幸惶转?dú)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(dāng)前并沒有專門為無人機(jī)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(yīng)付低電流放電完全沒有問題，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，這些智能芯片有可能就會“傻掉”。這種情況往往出現(xiàn)在電芯品質(zhì)差異較大的情況下，當(dāng)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(zhǔn)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(jìn)行檢測和挑選。檢測所花費(fèi)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(hù)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(shè)計(jì)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(gòu)筑的技術(shù)壁壘，使之可以安穩(wěn)享受技術(shù)紅利，然而用戶卻要承擔(dān)高昂的價格以及面臨一貨難求的局面。筆者認(rèn)為，這一情況，會隨著整機(jī)用戶的增加，而越發(fā)嚴(yán)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(yīng)問題嚴(yán)重影響到購買者的積極性!沒有消費(fèi)者愿意接受買來的無人機(jī)，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(rèn)為，當(dāng)前所見無人機(jī)智能鋰電池并不是終極形態(tài)。當(dāng)前形態(tài)，既不利于促進(jìn)新生代無人機(jī)市場繁榮，又無端增加了消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)單和采購難度。理想中的無人機(jī)智能鋰電池，應(yīng)該進(jìn)一步簡化功能，把那些不需要重復(fù)制造的模塊從智能電池里移出來放進(jìn)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?yàn)椴槐刂貜?fù)生產(chǎn)那些本可以不必重復(fù)存在的電路(將來的電子垃圾)。
至于智能鋰電池加密，筆者認(rèn)為可以采取由原始廠家授權(quán)，多家認(rèn)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(kuò)大了用戶的選擇余地，電池供應(yīng)充沛了，整機(jī)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。
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