以大疆為例，淺析無人機(jī)智能鋰電池

從商業(yè)格局上講，無人機(jī)鋰電池智能化，是一個(gè)不錯(cuò)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(dòng)設(shè)備，均已采用了智能鋰電池。無人機(jī)的動(dòng)力鋰電池，也正在向智能鋰電池過渡。不過本文，不講這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，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(cuò)，"悲"——在一個(gè)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(shí)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(shí)間。為了講清楚這個(gè)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(hào)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(gè)電能的存儲(chǔ)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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?cè)陔姵亟M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(shí)，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(dòng)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(huì)立即關(guān)機(jī)，很多數(shù)據(jù)來不及保存；無人機(jī)，就會(huì)從天上直接掉下來；電動(dòng)汽車就會(huì)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(shí)間，來為用戶提供預(yù)警，以便用戶有足夠的時(shí)間來采取相應(yīng)的安全措施。

對(duì)于續(xù)航時(shí)間的計(jì)算，在小電流設(shè)備上處理起來要簡(jiǎn)單得多，例如：筆電本電腦、手機(jī)等。但是對(duì)于像無人機(jī)、電動(dòng)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?jiǎng)討B(tài)計(jì)算續(xù)航時(shí)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(jí)電壓預(yù)警保護(hù)措施。

第一級(jí)：當(dāng)檢測(cè)到電量剩余30%時(shí)，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(jí)：當(dāng)檢測(cè)到剩余電量?jī)H夠維持返航時(shí)，開始自動(dòng)執(zhí)行返航；而這個(gè)時(shí)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(shí)計(jì)算出來的。

第三級(jí)：當(dāng)檢測(cè)到剩余電量都不足以維持正常返航時(shí)（例如返航途中遇到逆風(fēng)，則有可能超出預(yù)估的返航時(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)計(jì)算，這對(duì)于智能鋰電池管理芯片、算法設(shè)計(jì)都會(huì)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(gè)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(duì)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(gè)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(duì)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(gè)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(huì)啟動(dòng)自放電程序，將電量放到65%,以便于鋰電池長時(shí)間保存。自放電時(shí)間間隔還能通過App進(jìn)行設(shè)置。

3.解決電池電量檢測(cè)問題催生智能電池

傳統(tǒng)的電池要檢測(cè)電壓，需要額外連接檢測(cè)裝置，比如電壓表等等，而且這種檢測(cè)不能在飛行過程中實(shí)時(shí)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(shí)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(cè)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(shí)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(shí)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(shí)間一長，插頭的連接可靠性就降低了，會(huì)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(gè)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(shí)，電極觸點(diǎn)并不會(huì)真正放電，因此不會(huì)產(chǎn)生火花，也不會(huì)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(huì)真正進(jìn)入電力輸出狀態(tài)，當(dāng)然，關(guān)閉電池時(shí)，也是通過輕觸開關(guān)按鈕來執(zhí)行的。

5.解決電池版（Li）權(quán)（Yi）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(jí)了固件，那些被破解的數(shù)據(jù)有可能失效，造成一大波副（Shan）廠（Zhai）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(shì)非常多，但我們?cè)谙硎苓@些"智能化"帶來的可靠性、易用性的同時(shí)，也在為此付出更大的代價(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

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(gè)電池管理模塊，是以每一個(gè)電池組為單位一一對(duì)應(yīng)配套的，也就是說，每一個(gè)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(jià)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(duì)使用條件的特殊性，這些智能芯片有可能就會(huì)"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(shí)（飛行時(shí)的突然爬升或降落），電壓檢測(cè)就可能不會(huì)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(shí)間來進(jìn)行檢測(cè)和挑選。檢測(cè)所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)造成產(chǎn)能的下降，而良品率更會(huì)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(duì)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(jí)，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(jià)格以及面臨一貨難求的局面。筆者認(rèn)為，這一情況，會(huì)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(huì)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(chǎng)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(jiǎn)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?cè)泄δ艿那疤嵯陆档蜕a(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(chǎng)增長動(dòng)力，以及帶來客戶滿意度的提升。

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