智能鋰電池存在哪些問(wèn)題?智能電池痛點(diǎn)有哪些?

從商業(yè)角度來(lái)看，無(wú)人機智能鋰電池是一個(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?chē)S處可見(jiàn)，筆記本電腦、手機和許多移動(dòng)設備都采用了智能鋰電池。無(wú)人機的動(dòng)力鋰電池也在向智能鋰電池過(guò)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(wú)人機的智能鋰電池給用戶(hù)帶來(lái)的歡樂(lè )和悲傷。

是的，你說(shuō)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(hù)不得不支付高昂的制造成本，并承擔更多的隱性成本，比如由于生產(chǎn)能力不足而導致的等待時(shí)間。為了澄清這個(gè)問(wèn)題，作者將首先與你分享“電池”和“智能”是如何結合在一起的。

一、普通電池是如何智能起來(lái)的

每個(gè)人對電池都不陌生，無(wú)論是普通的5號圓柱形電池、汽車(chē)電池還是鋰電池，無(wú)論它們是由什么技術(shù)或材料制成的，它們的本質(zhì)都只是電能的儲存介質(zhì)。電能通過(guò)電池的兩極與負載(電氣設備)交換能量(利用電氣設備做功)——當燈泡接通時(shí)，它將點(diǎn)亮；連接電機，它就會(huì )轉動(dòng)；連接收音機，它就會(huì )響。當一次性電池沒(méi)電時(shí)，設備需要更換新電池；充電電池沒(méi)電了，所以充電后可以繼續使用。根據應用要求，串聯(lián)可以獲得滿(mǎn)足要求的工作電壓，并聯(lián)可以獲得滿(mǎn)足要求的電池容量。

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

1.解決過(guò)放電問(wèn)題催生智能電池

對于非一次性電池，即可充電電池，過(guò)度放電是最煩人的事情。過(guò)度放電意味著(zhù)電池性能下降甚至報廢。為了避免過(guò)放電，人們在電池組中增加了過(guò)放電保護電路。當放電電壓下降到預設電壓值時(shí)，電池停止向外部供電。然而，實(shí)際情況更加復雜，比如筆記本電腦、無(wú)人駕駛飛機和電動(dòng)汽車(chē)。如果為了避免電池過(guò)度放電而立即停止供電，計算機將立即關(guān)機，大量數據將無(wú)法保存；無(wú)人駕駛飛機將直接從天空墜落；電動(dòng)汽車(chē)會(huì )毫無(wú)預警地拋錨。因此，智能電池的放電截止只是電池自我保護的最后一道防線(xiàn)。在此之前，管理電路應計算終端壽命，為用戶(hù)提供預警，以便用戶(hù)有足夠的時(shí)間采取相應的安全措施。

對于電池壽命的計算，在小電流設備上處理要簡(jiǎn)單得多，比如筆記本電腦和手機。但是，對于工作電流大、電流變化大、工作條件復雜的系統，如無(wú)人機、電動(dòng)汽車(chē)等。必須動(dòng)態(tài)計算電池壽命，情況變得復雜得多。

以大江Elf 3為例，其智能鋰電池與飛行控制數據集成后可實(shí)現三級電壓預警保護措施。

一級:當檢測到剩余30%的電量時(shí)，會(huì )啟動(dòng)報警，提示用戶(hù)注意剩余電量，提前做好返回準備；

第二級:當檢測到剩余功率僅夠維持返航時(shí)，開(kāi)始自動(dòng)執行返航；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數據和無(wú)人機飛行控制數據融合后實(shí)時(shí)計算的。

三級:當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(guò)預計返航時(shí)間)，將進(jìn)行原地著(zhù)陸，最大限度地避免無(wú)人機因功率不足而墜毀。

電池壽命的計算結果與飛行距離、飛行高度、當前電機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，所有的數據都需要實(shí)時(shí)計算，這就對智能鋰電池管理芯片和算法設計提出了很高的要求。

2.解決充電和保存問(wèn)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。當然，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。當電池容量大于65%并保持10天不運行時(shí)，電池將開(kāi)始自放電程序，電池容量將降低到65%，這樣鋰電池可以長(cháng)期儲存。自放電時(shí)間間隔也可由應用程序設定。

3.解決電池電量檢測問(wèn)題，催生智能電池

為了檢測傳統電池的電壓，需要連接額外的檢測設備，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(méi)有更方便、更直觀(guān)的方式讓用戶(hù)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(jué)上提醒用戶(hù)當前剩余的電池電量，可以在飛行期間實(shí)時(shí)顯示。

功能2:通過(guò)數字圖像傳輸，電壓數據可以實(shí)時(shí)傳回，甚至可以在A(yíng)PP中查看電池組的電壓。

功能3:記錄電池歷史數據，如:使用次數、異常次數、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(guò)大、電壓過(guò)高、溫度過(guò)高、溫度過(guò)低等。

4.解決電極觸點(diǎn)電腐老化問(wèn)題催生智能電池

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

以DJI Elf 3的智能鋰電池為例。當你在飛機上安裝電池時(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(cháng)，這是前所未有的。通過(guò)點(diǎn)擊電池上的觸摸開(kāi)關(guān)按鈕，電池可以真正進(jìn)入電源輸出狀態(tài)。當然，當電池關(guān)閉時(shí)，也可以通過(guò)觸摸開(kāi)關(guān)按鈕來(lái)執行。

5.解決電池版（Li）權（Yi）問(wèn)題催生智能電池

智能鋰電池很好地保護了電池的版權。一方面，只能使用原廠(chǎng)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(wú)人機從現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(wú)人機升級固件，破解的數據可能會(huì )失效，導致山廠(chǎng)(寨)的大量電池無(wú)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(jiàn)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(lái)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(shuō)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、單片機和金屬氧化物半導體管等主要部分組成。這樣的電池管理模塊與每個(gè)電池組一一對應匹配，也就是說(shuō)，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(wú)一例外地要求用戶(hù)支付賬單。也許你已經(jīng)注意到，兩種流行無(wú)人機的智能鋰電池并不便宜，因為它們的智能電池都有一套獨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(méi)有專(zhuān)門(mén)為無(wú)人機開(kāi)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(lái)的。顯然，這些芯片在處理低電流放電方面沒(méi)有問(wèn)題。然而，眾所周知，無(wú)人機需要鋰電池進(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。當工作電流變化很大時(shí)(飛行中突然爬升或著(zhù)陸)，電壓檢測可能不太準確。為了避免這些情況，有必要在生產(chǎn)過(guò)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，所有增加的費用將由用戶(hù)支付。

3.加密的智能鋰電池使用戶(hù)飽受壟斷之苦

眾所周知，為了保護自己的利益，制造商對智能鋰電池采用加密方法，這使得飛機與其他鋰電池不兼容。設計良好的加密手段不僅極難破解，而且一旦固件升級可能會(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(hù)不得不承受高昂的價(jià)格，并面臨產(chǎn)品難找的局面。作者認為，隨著(zhù)整機用戶(hù)的增加，這種情況會(huì )越來(lái)越嚴重。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——電池供應問(wèn)題嚴重影響了買(mǎi)家的積極性！沒(méi)有消費者愿意接受購買(mǎi)的無(wú)人機，其配套電池昂貴且難以購買(mǎi)！

三、智能鋰電池的終極形態(tài)探討

作者認為，無(wú)人機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(wú)人機市場(chǎng)的繁榮，也不合理地增加了消費者的經(jīng)濟負賬單和購買(mǎi)困難。無(wú)人機理想的智能鋰電池應進(jìn)一步簡(jiǎn)化其功能，將那些不需要重復制造的模塊從智能電池中取出，放入飛機或充電器中，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)境保護方面也有重要意義，因為不需要重復生產(chǎn)不能重復存在的電路(未來(lái)的電子廢棄物)。

對于智能鋰電池加密，筆者認為可以由原廠(chǎng)商授權，由幾家認證電池企業(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)能力和擴大用戶(hù)的選擇。有了充足的電池供應，整機將更受歡迎，最終將獲得更大的市場(chǎng)增長(cháng)勢頭，提高客戶(hù)滿(mǎn)意度。

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