解析無(wú)人機智能鋰電池不得不說(shuō)的傷痛

　　從商業(yè)格局上講，無(wú)人機鋰電池智能化，是一個(gè)不錯的發(fā)展方向和存在形式。反過(guò)來(lái)講，這種形式也令商業(yè)模式更具有贏(yíng)利潛能。在我們身邊，智能鋰電池已隨處可見(jiàn)，筆記本電腦、手機，以及眾多移動(dòng)設備，均已采用了智能鋰電池。無(wú)人機的動(dòng)力鋰電池，也正在向智能鋰電池過(guò)渡。不過(guò)本文，不講這個(gè)發(fā)展趨勢，我們要講無(wú)人機智能鋰電池給用戶(hù)帶來(lái)的喜與悲。

　　是的，你沒(méi)看錯，“悲”——在一個(gè)能令企業(yè)獲得巨大贏(yíng)利潛能的模式下，用戶(hù)要為高昂的制造成本買(mǎi)單，同時(shí)還要承擔的更多其他隱形成本，例如由于產(chǎn)能不足帶來(lái)的等候時(shí)間。為了講清楚這個(gè)問(wèn)題，筆者先來(lái)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(lái)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(chē)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)電能的存儲介質(zhì)。電能通過(guò)電池的兩極來(lái)與負載（用電設備）進(jìn)行能量交換（使用電設備做功）——接上燈泡，它就亮了；接上電機，它就轉了；接上收音機，它就響了。一次性電池沒(méi)電了，設備就需要換上新電池；可充電電池沒(méi)電了，充好電可繼續使用。根據應用的需要，通過(guò)串聯(lián)獲得符合要求的工作電壓，通過(guò)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)電池應用的原生形態(tài)！然而，當應用條件日趨復雜化后，這種簡(jiǎn)單的電池供電形式就不再那么令人感到滿(mǎn)意了！可以讓電池工作得更靠譜一些嗎？

　　1.解決過(guò)放電問(wèn)題催生智能電池

　　對于非一次性電池，也就是可充電電池，過(guò)放電是最令人懊惱的事。過(guò)放意味著(zhù)電池性能的下降，甚至報廢。為了避免過(guò)放電，人們在電池組里增加了過(guò)放電保護電路，當放電電壓降到預設電壓值時(shí)，電池停止向外供電。然而實(shí)際的情況還要更復雜一些，比如筆記本電腦、無(wú)人機、電動(dòng)汽車(chē)，如果因避免電池過(guò)放電而立即停止供電，那么電腦就會(huì )立即關(guān)機，很多數據來(lái)不及保存；無(wú)人機，就會(huì )從天上直接掉下來(lái)；電動(dòng)汽車(chē)就會(huì )在毫無(wú)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的最后一道防線(xiàn)，在此之前，管理電路還要計算出末端續航時(shí)間，來(lái)為用戶(hù)提供預警，以便用戶(hù)有足夠的時(shí)間來(lái)采取相應的安全措施。

　　對于續航時(shí)間的計算，在小電流設備上處理起來(lái)要簡(jiǎn)單得多，例如：筆電本電腦、手機等。但是對于像無(wú)人機、電動(dòng)汽車(chē)等，這類(lèi)工作電流大，電流變化大，工況復雜的系統來(lái)說(shuō)，需要動(dòng)態(tài)計算續航時(shí)間，那情況就變得復雜得多了。

　　以大疆精靈3為例，它采用的智能鋰電池在與飛控數據融合后可實(shí)現三級電壓預警保護措施。

　　第一級：當檢測到電量剩余30%時(shí)，開(kāi)始報警，提示用戶(hù)應該注意剩余電量，提前做好返航準備；

　　第二級：當檢測到剩余電量?jì)H夠維持返航時(shí)，開(kāi)始自動(dòng)執行返航；而這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的把握，與飛行距離、高度有關(guān)，是智能電池數據與無(wú)人機飛控數據融合后實(shí)時(shí)計算出來(lái)的。

　　第三級：當檢測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)，則有可能超出預估的返航時(shí)間），則執行原地降落，以最大限度避無(wú)人機因缺電導致墜毀。

　　續航時(shí)間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)。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，所有數據都需要實(shí)時(shí)計算，這對于智能鋰電池管理芯片、算法設計都會(huì )提出極高的要求。

　　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)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)際上已內置了一個(gè)鋰電池的專(zhuān)用充電管理電路，并且能夠對電芯單體進(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，就能夠對該智能鋰電池進(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。當電池電量大于65%無(wú)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(cháng)時(shí)間保存。自放電時(shí)間間隔還能通過(guò)App進(jìn)行設置。

　　3.解決電池電量檢測問(wèn)題催生智能電池

　　傳統的電池要檢測電壓，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(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行。有沒(méi)有更方便更直觀(guān)的方式，來(lái)讓用戶(hù)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(lái)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(guò)4顆LED燈直觀(guān)提示用戶(hù)電池的當前剩余電量，實(shí)時(shí)顯示，在飛行過(guò)程中也能顯示。

　　功能之二：通過(guò)數字圖傳，實(shí)時(shí)回傳電壓數據，甚至能夠在A(yíng)PP里查看電池組單體的電壓。

　　功能之三：記錄電池歷史數據，比如：使用次數，異常次數，電池壽命等。

　　功能之四：提示電池異常。能夠通過(guò)LED燈提示各種電池異常，例如：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

　　也許你還有印象，當我們把電池連接到無(wú)人機上的那一瞬間，插頭冒出火花，并伴隨打火的響聲。時(shí)間一長(cháng)，插頭的連接可靠性就降低了，會(huì )導致插頭發(fā)熱，甚至空中熔解。因插頭老化問(wèn)題導致無(wú)人機墜毀的案例并不少見(jiàn)。為了解決這個(gè)問(wèn)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)生電蝕現象，這樣一來(lái)，接觸點(diǎn)的壽命就能獲得前所未有的提升。通過(guò)點(diǎn)按電池上的輕觸開(kāi)關(guān)按鈕，電池才會(huì )真正進(jìn)入電力輸出狀態(tài)，當然，關(guān)閉電池時(shí)，也是通過(guò)輕觸開(kāi)關(guān)按鈕來(lái)執行的。

　　5.解決電池版（Li）權（Yi）問(wèn)題催生智能電池

　　智能鋰電池使電池版權得到了很好的保護，一方面只能使用原廠(chǎng)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(wú)人機，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(lái)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(wú)人機升級了固件，那些被破解的數據有可能失效，造成一大波副（Shan）廠(chǎng)（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(jiàn)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(lái)的可靠性、易用性的同時(shí)，也在為此付出更大的代價(jià)。
智能鋰電池不得不說(shuō)的傷痛#e#

　　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(＄8.6613)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，這部分電路由主板、管理芯片、單片機、MOS管等主要零件構成。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應配套的，也就是說(shuō)，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(wú)一例外，都需要用戶(hù)來(lái)買(mǎi)單?？赡苣阋呀?jīng)注意到了當前流行的兩款無(wú)人機的智能鋰電池價(jià)格并不便宜，因為在它們的智能電池里都有一套獨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

　　這顆芯片就是智能鋰電池里最為常用的“大腦”

　　由于當前并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)為無(wú)人機而開(kāi)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(lái)源于何處。很顯然，這些芯片應付低電流放電完全沒(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，這些智能芯片有可能就會(huì )“傻掉”。這種情況往往出現在電芯品質(zhì)差異較大的情況下，當工作電流發(fā)生巨烈變化時(shí)（飛行時(shí)的突然爬升或降落），電壓檢測就可能不會(huì )那么準確了。為了避免這些情況的發(fā)生，在生產(chǎn)過(guò)程中就需要花更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行檢測和挑選。檢測所花費的時(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(hù)買(mǎi)單。

　　3.加密的智能鋰電池使用戶(hù)飽受壟斷之苦

　　眾所周知，廠(chǎng)家為了維護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(guò)精良設計的加密手段，不僅破解難度極高，一旦固件升級，破解就有可能失效。廠(chǎng)家構筑的技術(shù)壁壘，使之可以安穩享受技術(shù)紅利，然而用戶(hù)卻要承擔高昂的價(jià)格以及面臨一貨難求的局面。筆者認為，這一情況，會(huì )隨著(zhù)整機用戶(hù)的增加，而越發(fā)嚴重，如果廠(chǎng)家不從根本上改善智能鋰電池的產(chǎn)能問(wèn)題，有可能還會(huì )搬起石頭砸了自己的腳——電池供應問(wèn)題嚴重影響到購買(mǎi)者的積極性！沒(méi)有消費者愿意接受買(mǎi)來(lái)的無(wú)人機，其配套的電池既昂貴又難買(mǎi)到！

　　三、智能鋰電池的終極形態(tài)探討

　　筆者認為，當前所見(jiàn)無(wú)人機智能鋰電池并不是終極形態(tài)。當前形態(tài)，既不利于促進(jìn)新生代無(wú)人機市場(chǎng)繁榮，又無(wú)端增加了消費者的經(jīng)濟負單和采購難度。理想中的無(wú)人機智能鋰電池，應該進(jìn)一步簡(jiǎn)化功能，把那些不需要重復制造的模塊從智能電池里移出來(lái)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，因為不必重復生產(chǎn)那些本可以不必重復存在的電路（將來(lái)的電子垃圾）。

　　至于智能鋰電池加密，筆者認為可以采取由原始廠(chǎng)家授權，多家認證電池企業(yè)協(xié)作生產(chǎn)的形式。這樣既不影響原始廠(chǎng)家的利益，又增大了產(chǎn)能，擴大了用戶(hù)的選擇余地，電池供應充沛了，整機也將更受歡迎，最終獲得更大的市場(chǎng)增長(cháng)動(dòng)力，以及帶來(lái)客戶(hù)滿(mǎn)意度的提升。