隨著無人機(jī)的高速發(fā)展，核心的動力提供者——智能電池，與行業(yè)的需求差距似乎越來越明顯。到底是什么制約了智能電池的發(fā)展？智能電池是否真的智能？如何才能最大限度提升電池的使用效率和它的安全性？未來在智能電池的改進(jìn)，主攻方向應(yīng)該是怎樣的？
在不久前的“2017智能無人機(jī)控制系統(tǒng)峰會”上，深圳格瑞普電池有限公司董事長劉冰分享了自己的觀點(diǎn)。
以下是劉冰講話現(xiàn)場的整理內(nèi)容：
格瑞普接觸無人機(jī)是從2008年開始，接觸智能化電池是在2011年，從我個人來講，這將近6年的過程中，我自己對包括行業(yè)、對電池的制造以及我們現(xiàn)在的研發(fā)方向，說句實話是不滿意的。不滿意的的原因，我自己總結(jié)，在現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)植保電池里面，無非用了三個概念，一個是被動的管理，一個是自我的管理，還有一個就是我們提供了一個簡單的協(xié)議。在應(yīng)用的過程中，電池是不是能夠滿足行業(yè)？我個人感覺，我們離行業(yè)的需求，包括對行業(yè)配合的需求，差距還是蠻大的。所以從我們公司來講，從2017年開始，重新架構(gòu)了我們的電子研發(fā)團(tuán)隊，專門對無人機(jī)的BMS管理系統(tǒng)進(jìn)行深入的再次的研發(fā)，今天借這個機(jī)會，我要跟大家匯報一下我們未來智能電池，我們的主攻方向，我們要解決的首要問題在哪里？
作為核心的動力提供者——電池，從原生態(tài)的電池組，陸續(xù)發(fā)展到現(xiàn)在所謂的智能電池。智能電池的概念，推出來已經(jīng)很久了，筆記本電池也好，手機(jī)電池也好，包括更多的可攜帶的移動設(shè)備，都運(yùn)用到了智能的概念。無人機(jī)往下發(fā)展，對電池有更多的需求，在這幾年的發(fā)展過程中，我們自己總結(jié)出現(xiàn)的一些問題，或者是大家的一些需求：到底是什么制約了目前智能電池的發(fā)展？無人機(jī)電池的木桶效應(yīng)到底在哪里？
格瑞普董事長劉冰/圖 來源 宇辰網(wǎng)
簡單地總結(jié)一下，從無人機(jī)的智能電池概念2011年出現(xiàn)開始，到現(xiàn)在我們很多行業(yè)在運(yùn)用這個方案的時候，其實差不多都用的是TI（Texas Instruments，德州儀器）和BQ（BenchmarQ）的方案，這類的BMS管理系統(tǒng)只是實現(xiàn)了對電池的監(jiān)控、管理及一些通信的功能，尤其是應(yīng)用場景的特點(diǎn)，智能電池內(nèi)的電芯單元較少，我們的放電電流較低，外部使用環(huán)境比較穩(wěn)定，這是在消費(fèi)類無人機(jī)電池我們對BMS采取的一種做法。從原生態(tài)電池組過度到今天，我認(rèn)為，這已經(jīng)是一個里程碑似的進(jìn)步了，但是如果我們將這樣的一個BMS的架構(gòu)定義成一個真正的智能化電池系統(tǒng)的話，我覺得還是有些名不副實。原因在于什么？僅僅才實現(xiàn)了一個簡單的通訊、監(jiān)控，還有一些計算功能，而且這些監(jiān)控和計能能力本身還都存在一些先天的缺點(diǎn)。比如我們舉個例子，電量檢測的不準(zhǔn)確，動態(tài)計算的不足，保護(hù)啟動的不及時。即便是我們能夠?qū)崿F(xiàn)相對精準(zhǔn)的測量，我們對智能電池系統(tǒng)，從根本上解決原聲態(tài)電池的一些短板效應(yīng)，比如說，天生的電池個體的差異，如何來監(jiān)管？充放電在整個現(xiàn)在的BMS過程中，我們現(xiàn)在還做不到百分之百的均衡，因此想要保持無人機(jī)行業(yè)的高速發(fā)展，擴(kuò)大植保無人機(jī)包括行業(yè)無人機(jī)的應(yīng)用，首先要最大限度提升的，就是電池的使用效率和它的安全性。
就電芯而言，作為電池制造商，包括格瑞普和很多同行，大家都在不斷地提升單節(jié)電芯在化學(xué)性能、材料配方、制造工藝等方面的一致性，并最大程度地優(yōu)化單節(jié)電芯的性能。但是因為電池新材料領(lǐng)域的研發(fā)，電池本身性能提升的空間，我個人覺得在未來的三到五年，這是一個瓶頸期，僅僅靠單純地提高單電芯的性能，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能快速適應(yīng)和匹配現(xiàn)代無人機(jī)行業(yè)的發(fā)展的。最早的初級智能電池本身，無法從根本上解決的是電池系統(tǒng)的短板效應(yīng)，這個短板效在理想的BMS管理過程中是可以分出的。解決短板效應(yīng)，并實現(xiàn)真正智能化方案，在這個技術(shù)上，恰恰就是我們在很早以前就已經(jīng)實施的一種應(yīng)用技術(shù)，就是所謂的功率電子技術(shù)。
功率電子技術(shù)從上世紀(jì)50年代發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)有將近70年的歷史了，是與現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)并駕齊驅(qū)的一個前沿科學(xué)分支，技術(shù)成熟程度已經(jīng)相當(dāng)高了。經(jīng)過我們幾年的摸索跟準(zhǔn)備，完全可以將功率電子技術(shù)融入到智能電池管理體系當(dāng)中，在硬件架構(gòu)上，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和能量互補(bǔ)，將短板系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個冗余性，從根本上解決的就是短板效應(yīng)。我們強(qiáng)調(diào)的是什么？冗余系統(tǒng)本身也是一個容錯系統(tǒng)。在這里舉一個例子，我們現(xiàn)代行業(yè)里大部分應(yīng)用的都是12S的電池，在12S的電池運(yùn)行過程中，到目前為止我們整個行業(yè)都不能避免的是，有任何一節(jié)單電芯出現(xiàn)低壓、出現(xiàn)零輻射現(xiàn)象的時候，在整個運(yùn)用過程中，或者說BMS管理過程中，如何能夠屏蔽掉在飛行過程有一只電芯，或者在使用過程中多只電芯出現(xiàn)問題，這是目前我們電池行業(yè)的一個最大的需要突破的地方。如果將功率電子技術(shù)融入到智能電池的系統(tǒng)中，我們就可以構(gòu)建一個冗余系統(tǒng)。智能電池系統(tǒng)的冗余系統(tǒng)主要體現(xiàn)在電池放電倍率上，高倍率電池在最大放電倍率和正常使用放電倍率之間，會有一個冗余數(shù)，這就是我們的智能電池具有一定的容錯能力，大大提升的是電池系統(tǒng)的安全性和可靠性。以一個12S的電池為例，把這個電池的冗余度和冗余系統(tǒng)做出來的話，也就是說我們對電池的管理并不是完全在于到底要用多少顆電芯，只要達(dá)到了用戶的要求和規(guī)定的功率，你要求的電池使用的一些我傳輸?shù)哪軌蜃屇阏J(rèn)定的功率信號的話，我們就應(yīng)該把這個電池視為可以滿足客戶需求的產(chǎn)品。這些電池組如果可以正常的工作，肯定有人會問電芯的數(shù)量減少，難道不會導(dǎo)致電池組的電壓降低嗎，這恰恰就是功率電子需要解決的，而且又是完全解決的一個問題。
劉冰在現(xiàn)場暢談智能電池/圖 來源宇辰網(wǎng)
功率電子技術(shù)我們通過這種冗余電流的切換電壓，保持整組電池輸出電壓的正常，這樣的話即便是電池在無人機(jī)飛行過程中出現(xiàn)短板，只要電池綜合容量足夠，就能夠維持無人機(jī)的飛行。通過深度的監(jiān)測并記錄電池組的歷史和當(dāng)前的數(shù)據(jù)，可以對未來存在的不可控因素進(jìn)行預(yù)測，降低電池組對外界環(huán)境的依賴，使智能電池系統(tǒng)能夠跟上甚至超過無人機(jī)飛控系統(tǒng)的發(fā)展。最后智能電池通訊功能不再僅限于電池和無人機(jī)之間的溝通，也不是電池和充電器之間的溝通，甚至要在未來建設(shè)一個電池的健康監(jiān)測站。我們現(xiàn)在在美國的硅谷和西雅圖，已經(jīng)與一些無人機(jī)公司建立試運(yùn)營了將近有一年，就是電池的健康監(jiān)測系統(tǒng)，希望在未來的一年甚至兩年的時間內(nèi)，把這個系統(tǒng)導(dǎo)入到國內(nèi)來，這是遠(yuǎn)程的監(jiān)控每一個終端客戶電池的健康系數(shù)，建立電池的健康指數(shù)，在控制比重里面，我們可以通過可觀性和可控性來描述一個系統(tǒng)。目前我們的智能電池雖然做到了簡單的可觀性，可通過電池芯片來管理讀取電池的部分信息，但可控性還只限于對短路、過壓、默充等狀態(tài)做一些簡單的運(yùn)算，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能實現(xiàn)真正意義上的智能化。智能電池系統(tǒng)未來要深入地做好可觀性和深入發(fā)展的可控性，對已經(jīng)發(fā)生或者將要發(fā)生的問題通過控制理論有依據(jù)地進(jìn)行補(bǔ)償。其實我們更要追求的是一件事情，如何對電池在飛行或使用過程中出現(xiàn)的單電芯的問題，整組電池組如何對它進(jìn)行補(bǔ)償？這是我們未來要追求，現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)立了簡單的可行性實驗在做的一件事情。
智能電池的發(fā)展可以分成三代，最早的一代是從模型完全演化過來的，就是我們說的原生態(tài)的電池，也就是電芯加上硬件，通過用電實行的過流、補(bǔ)充、保護(hù)；現(xiàn)在普遍應(yīng)用的就是我們所謂的第二代智能電池，它的定位是電芯加硬件加軟件，對電流電壓電量計包括一些溫度的監(jiān)測，對過流、欠壓、過充包括一些反接，包括一些打火的處理，進(jìn)行一些簡單的通訊；作為我們格瑞普來講，在對行業(yè)分析過程中，我們覺得在2018年，要實現(xiàn)的是電芯加功率電子、加硬件加軟件、深度的監(jiān)測，經(jīng)過冗余的保護(hù)，保護(hù)電池的安全性和可靠性。除了與主機(jī)通訊以外，要實現(xiàn)遠(yuǎn)程的通訊，更多的去監(jiān)測電池在未來的發(fā)展?，F(xiàn)在在我們所有的BMS里，被動的均衡，簡單的對單獨(dú)電芯的電化學(xué)性能的監(jiān)控，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到未來無人機(jī)發(fā)展的方向的，所以我們在下一個目標(biāo)里面，真正地實現(xiàn)在電芯內(nèi)部的主動均衡，配合充電器，配合整個無人機(jī)的飛控系統(tǒng)，更好地提升電池的最大效率。
可能在座的很多行業(yè)內(nèi)里的朋友們會發(fā)現(xiàn)，我們智能電池的電量計的使用.我問過很多人，大家到底對智能保護(hù)的電量計真正的要求是什么？你要電量計是為了什么？更多的朋友會告訴說，我的電量計是要給飛控存積一個電壓信息，我們要測試它什么時候回來。其實如果說作為電池來講，我更要精準(zhǔn)的提示你，你可以回來，你要注意了。我覺得在成本控制上，和整個跟飛控在主動溝通的過程中，這才是可能比電量計更完美的。
所以在今年，作為格瑞普來講，我們更多的是要重新定義，在這個行業(yè)里，智能電池的BMS真正的功能，真正的是要理解我們的用戶對這塊電池提出來的需求是什么，而不是依賴于幾年前，一個行業(yè)的消費(fèi)類無人機(jī)所定義出來的一塊所謂的BMS——大家針對這個BMS的內(nèi)容，向行業(yè)應(yīng)用的各個行業(yè)里去定義BMS。我覺得今年，應(yīng)該是我們要重新定義智能化電池向模塊化電池系統(tǒng)過度的一年，這是我個人的一些感想。
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