Leitfaden zur ROV-Batteriedimensionierung: Wie viele Wattstunden benötigt Ihre Unterwasserdrohne?

Die Wattstunden, die eine Unterwasserdrohne benötigt, beginnen mit einer einfachen Berechnung: Multiplizieren Sie ihre durchschnittliche Betriebsleistung in Watt mit der erforderlichen Einsatzzeit in Stunden. Ein Fahrzeug mit durchschnittlich 300 W für zwei Stunden benötigt daher theoretisch 600 Wh Energie, ohne Berücksichtigung der nutzbaren Kapazität, der elektrischen Verluste, der Reserve und der wechselnden Unterwasserlasten.

Diese Zahl ist nur der Ausgangspunkt für eine ROV-Batterie Spezifikation. Triebwerksspitzen können weitaus mehr Strom erfordern als der Missionsdurchschnitt, während Kameras, Lichter, Sonar, Computer, Manipulatoren, Wasserströmungen und der Seilwiderstand den tatsächlichen Verbrauch beeinflussen. Batteriespannung, Entladefähigkeit, Abmessungen, Gewicht, BMS-Grenzwerte und das druckfeste Gehäuse müssen ebenfalls als ein System mit dem Fahrzeug funktionieren.

Dieser Leitfaden zeigt, wie Sie von einem Missionsprofil zu einem realistischen Wattstundenziel gelangen und diesen Wert dann in eine Batteriespezifikation umwandeln, die im Wasser validiert werden kann.

Wie viele Wattstunden benötigt eine ROV-Batterie?

Eine ROV-Batterie sollte genügend nutzbare Wattstunden enthalten, um den durchschnittlichen Gesamtstrombedarf des Fahrzeugs für die erforderliche Betriebszeit zu decken, mit zusätzlicher Kapazität für Verluste und einer technischen Reserve. Amperestunden allein reichen nicht aus, da der gleiche Ah-Wert unterschiedliche Energiemengen bei unterschiedlichen Spannungen speichert.

Die Grundformel: Durchschnittliche Wattleistung × Einsatzstunden

Die einfachste vorläufige Berechnung ist:

Benötigte Energie (Wh) = Durchschnittliche Leistung (W) × Einsatzzeit (h)

Zum Beispiel:

300 W × 2 Stunden = 600 Wh

Das bedeutet, dass eine Unterwasserdrohne mit durchschnittlich 300 W im angenommenen Betriebsprofil für eine zweistündige Mission 600 Wh an gelieferter Energie benötigt.

Das wichtige Wort ist durchschnittlich. Ein ROV hält selten jedes Triebwerk vom Start bis zur Bergung auf maximaler Leistung. Es kann mit mäßiger Leistung fliegen, während der Inspektion schweben, kurze Korrekturen mit hohem Schub vornehmen, die Position gegen eine Strömung halten und dann zeitweise Werkzeuge oder Beleuchtung bedienen.

Eine Batterie, die nur auf die maximale Leistung des Triebwerks ausgelegt ist, kann daher unnötig groß werden. Im anderen Extremfall kann die Dimensionierung auf Basis einer geringen Reiselast zu wenig Energie für einen realistischen Betrieb übrig lassen. Der nützliche Wert ist die durchschnittliche Leistung eines repräsentativen Missionsprofils.

Historische Daten der Woods Hole Oceanographic Institution veranschaulichen den Unterschied. Sein autonomes Unterwasserfahrzeug ABE war mit einem 5-kWh-Lithium-Ionen-Batteriesystem ausgestattet und verbrauchte je nach Mission etwa 210–300 W, wobei ein separater Dauersensor oder eine “Hotel”-Last unter 50 W lag. Die dokumentierte Betriebsdauer betrug ca. 14–20 Stunden. Obwohl ein AUV und ein ROV unterschiedliche Architekturen haben, zeigt das Beispiel, warum die Energiebudgetierung auf Missionsebene mehr als nur den Antrieb umfassen muss.

Umrechnung von Amperestunden in Wattstunden

Wenn die Kapazität in Amperestunden angegeben ist, rechnen Sie sie wie folgt in Wattstunden um:

Energie (Wh) = Nennspannung (V) × Kapazität (Ah)

Eine Batterie mit 25,6 V und 30 Ah speichert daher:

25,6 V × 30 Ah = 768 Wh

Diese Umrechnung ist besonders wichtig, wenn Batterien verglichen werden, die auf verschiedenen Spannungsplattformen basieren. Eine 30-Ah-Batterie bei 12,8 V und eine 30-Ah-Batterie bei 25,6 V haben die gleiche Amperestundenleistung, aber nicht die gleiche gespeicherte Energie.

Bei der Dimensionierung von ROV-Batterien beantworten Wattstunden die Energiefrage klarer:

Wie viel Energie steht für die Mission zur Verfügung?

Amperestunden sind für die Elektrokonstruktion immer noch wichtig, sie sollten jedoch immer zusammen mit der Nennspannung berücksichtigt werden.

Berücksichtigung nutzbarer Energie und Missionsreserve

Der nominale Wh-Wert sollte nicht automatisch als für die Missionsplanung verfügbare Energie behandelt werden.

Ein nützlicherer vorläufiger technischer Ausdruck ist:

Erforderliche Batterieenergie = (Durchschnittliche Leistung × Einsatzzeit) ÷ (Nutzbarer Energieanteil × Systemeffizienz)

Für Wiederherstellung, unerwartete Ströme, längere Inspektionszeiten, Batteriealterung oder andere Betriebsunsicherheiten kann dann eine zusätzliche projektspezifische Reserve vorgesehen werden.

Beispielsweise würde ein theoretischer 600-Wh-Bedarf 600 Wh übersteigen, wenn das Design ein zulässiges Entladungsfenster und Systemverluste berücksichtigt. Der richtige Wert hängt von der Chemie, den BMS-Schwellenwerten, dem erwarteten Batteriezustand, der Temperatur, dem Betriebsprofil und der Wiederherstellungsstrategie des Fahrzeugs ab und nicht von einem universellen Prozentsatz.

Diese Unterscheidung ist bei Unterwasserarbeiten wichtig, da die Konsequenz einer Batterieunterbrechung nicht einfach eine “kürzere Laufzeit” ist. Es kann sich auf den Antrieb, die Fahrzeugelektronik, die Bergung und die Fähigkeit, die Aufgabe sicher zu erledigen, auswirken.

Erstellen Sie ein realistisches ROV-Leistungsbudget, bevor Sie sich für eine Batterie entscheiden

Ein nützliches ROV-Strombudget trennt durchschnittliche Missionsenergie aus maximaler Strombedarf. Die durchschnittliche Wattzahl bestimmt, wie viele Wattstunden die Mission verbraucht; Dauer- und Spitzenstrom bestimmen, ob die Batterie tatsächlich das Antriebssystem und andere Lasten ohne übermäßigen Spannungsabfall oder Schutzabschaltung unterstützen kann.

Triebwerke: Durchschnittlicher Bedarf vs. Vollgasspitzen

Triebwerke stellen oft die größte variable Last dar, aber die Addition der maximalen Leistung jedes Triebwerks und die Multiplikation mit der Missionsdauer ergibt selten einen normalen Tauchgang.

Schätzen Sie stattdessen die Zeit, die das Fahrzeug voraussichtlich verbringen wird:

• Kreuzfahrt;
• Schwebe- oder Halteposition;
• auf- und absteigend;
• Manövrieren;
• gegen den Strom arbeiten;
• Betrieb mit hohem Schub.

Der resultierende Arbeitszyklus führt zu einer realistischeren durchschnittlichen Antriebslast.

Der Spitzenbedarf sollte weiterhin separat berechnet werden. Ein ROV kann kurzzeitig mehrere Triebwerke mit hoher Leistung steuern, während es die Richtung ändert, beschleunigt, einer Strömung entgegenwirkt oder das Fahrzeug stabilisiert. Die Batterie, das BMS, die Verkabelung, die Anschlüsse und die Motorsteuerung müssen dieser Anforderung standhalten.

Blue Robotics demonstriert diese Trennung deutlich in seinen BlueROV2-Batterieanforderungen. Kompatible Alternativen werden nicht nur durch energiebezogene Kapazität und Spannung spezifiziert, sondern auch durch mindestens 60 A Dauerentladung und 120 A Stoßentladung. Die empfohlene Mindestkapazität beträgt 10 Ah, wobei eine höhere Kapazität mit einer längeren Laufzeit verbunden ist.

In der Praxis:

Die durchschnittliche Leistung hilft bei der Größe von Wh. Der Spitzenstrom hilft bei der Dimensionierung des elektrischen Pfads.

Keine Figur ersetzt die andere.

Kameras, Lichter, Sonar und Manipulatoren

Der Antrieb ist nur ein Teil des ROV-Energiebudgets.

Fügen Sie alle Lasten hinzu, die Energie aus der Bordbatterie beziehen, einschließlich:

• Bordcomputer und Steuerelektronik;
• Kameras und Videosysteme;
• LED-Beleuchtung;
• Sonar;
• Navigationssensoren;
• Kommunikationshardware;
• Manipulatoren und Greifer;
• Pumpen oder Probenahmegeräte;
• wissenschaftliche Sensoren und andere Nutzlasten.

Einige Lasten bleiben während des ROV-Betriebs nahezu konstant. Andere treten zeitweise auf. Ein Manipulator kann sekundenlang laufen, während ein Computer, eine Kamera oder ein Navigationssystem während des gesamten Tauchgangs aktiv bleiben kann.

Hier erweist sich eine Tabelle mit den einzelnen Komponenten als nützlich. Notieren Sie die Betriebsleistung und den geschätzten Arbeitszyklus jeder Last und berechnen Sie dann deren Beitrag zum Missionsdurchschnitt, anstatt einfach die maximale Nennleistung jedes Geräts zu addieren.

Das Ergebnis sollte zwei verschiedene Fragen beantworten:

1. Wie hoch ist die realistische Durchschnittsleistung während der geplanten Mission?
2. Was ist die höchste gleichzeitige elektrische Belastung, die die Batterie erfahren darf?

Arbeitszyklus, Wasserströmung und Halteseilwiderstand

Das gleiche ROV kann bei zwei Missionen sehr unterschiedliche Mengen an Energie verbrauchen.

Eine langsame Sichtprüfung in ruhigem Wasser kann den Antriebsbedarf relativ niedrig halten. Das Halten der Position in einer starken Strömung kann einen anhaltenden Schub erfordern. Eine lange Leine kann den hydrodynamischen Widerstand erhöhen und eine zusätzliche Nutzlast kann sowohl die Masse als auch die Hydrodynamik des Fahrzeugs verändern.

Dies ist einer der Gründe, warum eine veröffentlichte Batteriekapazität nicht direkt in eine universelle Laufzeitzahl umgerechnet werden kann.

Kommerzielle Unterwasserdrohnen zeigen den Zusammenhang. Blueye gibt einen 86,4-Wh-Akku mit etwa 2,5 Stunden normaler Laufzeit und einen 216-Wh-Akku mit etwa fünf Stunden an, weist jedoch ausdrücklich darauf hin, dass die Laufzeit von der Nutzung und der Gerätekonfiguration abhängt. Bei den Zahlen handelt es sich um nützliche Beispiele für die Gesamtfahrzeugleistung und nicht um universelle Umrechnungsfaktoren von Wh in Stunden.

Für ein kundenspezifisches ROV sind Missionsdaten nützlicher als die angekündigte Laufzeit eines anderen Fahrzeugs.

MANLY-Batteriekapazitätsoptionen für kundenspezifische ROV-Stromversorgungssysteme

MANLY Battery bietet mehrere LiFePO4-Plattformen der 24-V-Klasse, die als Ausgangspunkt für die Entwicklung eines maßgeschneiderten batteriebetriebenen Robotersystems dienen können. Das Finale ROV-Batterie Die Konfiguration muss weiterhin mit der Betriebsspannung, dem Dauer- und Spitzenstrom, der physischen Umgebung, der Steckerarchitektur, den BMS-Anforderungen und dem druckfesten Gehäuse des Fahrzeugs übereinstimmen.

MANLY 24V 20Ah LiFePO4-Akku – 512Wh

25,6 V nominal | 20Ah | 512Wh | 20A Dauerentladung | 5,7 kg | IP67

Mit 512 Wh bietet diese MANLY-Lithiumbatterie einen nützlichen Bezugspunkt für ROV-Designs, deren gemessene Missionsenergie in die Klasse von etwa einer halben Kilowattstunde passt. Die Dauerentladungsleistung von 20 A ist ebenso wichtig wie der Wert von 512 Wh: Bei einer Nennspannung von 25,6 V muss der Konstrukteur sicherstellen, dass der Dauerstrom des gesamten Fahrzeugs innerhalb der erforderlichen elektrischen Grenzen bleibt und dass kurzzeitige Belastungen von der endgültigen Batteriespezifikation bewältigt werden.

Das 229 × 138 × 212 mm große Gehäuse und das ca. 5,7 kg schwere Gewicht machen die mechanische Berechnung auch schon früh im Projekt sichtbar. Diese Zahlen wirken sich auf den Platz im Batteriefach, den Auftrieb, die Trimmung und die Gesamtmasse des Fahrzeugs aus und sind keine zweitrangigen Details nach der Auswahl der Kapazität.

Der Akku nutzt LiFePO4-Chemie und ein integriertes BMS mit Überladungs-, Tiefentladungs-, Überstrom-, Überspannungs-, Kurzschluss- und Übertemperaturschutz. MANLY bietet auch eine Batterieanpassung an, was nützlich ist, wenn ein ROV-Programm eine andere Stromstärke, Gehäuseanordnung, einen anderen Stecker oder eine andere Verpackungsstrategie benötigt als eine Standardinstallation.

MANLY 24V 30Ah Roboterbatterie – 768Wh

25,6 V nominal | 30Ah | 768Wh | 30A Dauerentladung | 60 A Spitze für 1–3 Sek. | optional RS485/RS232/CANBus

Die 768-Wh-Roboterbatterie ist eine besonders relevante Engineering-Plattform, wenn das ROV mehr gespeicherte Energie benötigt und gleichzeitig eine definierte Kurzzeitstromfähigkeit benötigt. Seine Dauerleistung von 30 A und die Spitzenleistung von 60 A für ein bis drei Sekunden ermöglichen es dem Elektrokonstrukteur, den Dauerbetrieb und den vorübergehenden Antriebsbedarf getrennt zu bewerten.

Kommunikation ist ein weiterer nützlicher Integrationspunkt. Optionale RS485-, RS232- und CANBus-Schnittstellen können Robotersysteme unterstützen, die Batterieinformationen benötigen, um mit Fahrzeugsteuerungen oder Überwachungshardware zu interagieren. Spannung, Kapazität, Strom, Abmessungen, Gehäuse und Ausgangsanordnung können ebenfalls individuell angepasst werden.

Diese Funktionen machen die 24-V-30-Ah-Plattform zu einem logischen Ausgangspunkt für einen OEM oder ein Entwicklungsteam, das bereits seine Ziel-Wh, den Stromumfang und das verfügbare Batterievolumen kennt, aber dennoch eine an den Roboter angepasste Paketarchitektur benötigt. Die Nennleistung von 768 Wh sollte jedoch nicht als Versprechen einer bestimmten Anzahl von Tauchstunden betrachtet werden; Die tatsächliche Ausdauer bleibt eine Funktion der gesamten Missionslast.

MANLY 24V 50Ah LiFePO4-Akku – 1.280Wh

25,6 V nominal | 50Ah | 1.280 Wh | 50A Dauerentladung | 12,3 kg | IP67

Die 1.280-Wh-Plattform verschiebt das Energiebudget in eine wesentlich größere Klasse und erhöht gleichzeitig die Dauerentladefähigkeit auf 50 A. Diese Kombination eignet sich für Projekte mit längeren Betriebsfenstern, höheren Durchschnittslasten oder zusätzlicher Bordausrüstung, wenn das mechanische Design des ROVs die entsprechende Batteriemasse und das entsprechende Gehäusevolumen aufnehmen kann.

Sein Gewicht von etwa 12,3 kg und die Abmessungen von 330 × 173 × 221 mm veranschaulichen, warum die einfache Auswahl der höchsten verfügbaren Wh-Bewertung keine technische Abkürzung ist. Neben der Verdrängung, dem Auftriebsmaterial, dem Schwerpunkt, den Abmessungen des Druckgehäuses und dem Wartungszugang muss auch eine größere Batterie berücksichtigt werden.

Wie bei den kleineren MANLY-Paketen schützt das integrierte BMS vor schwerwiegenden elektrischen Fehlern, und wenn das Produktionssystem eine andere physische oder elektrische Konfiguration erfordert, ist eine kundenspezifische Batterietechnik verfügbar. Für einen ROV-Entwickler, der mit einem Batteriehersteller zusammenarbeitet, ist die Fähigkeit, Energie-, Strom-, Verpackungs- und BMS-Anforderungen zu koordinieren, oft nützlicher als die isolierte Auswahl der Kapazität.

Warum Wattstunden allein nicht die richtige ROV-Batterie ausmachen

Wattstunden geben an, wie viel Nennenergie eine Batterie speichert. Sie sagen Ihnen nicht, ob die Batterie mit der Spannung des Fahrzeugs betrieben werden kann, ein Hochstrommanöver ermöglicht, in das verfügbare Gehäuse passt oder bei einer vorübergehenden Belastung über der Mindestspannung der Elektronik bleibt.

Zwei Packungen mit ähnlich gespeicherter Energie können sich daher im selben Unterwasserroboter sehr unterschiedlich verhalten.

Passen Sie die Nennspannung an das volle Betriebsspannungsfenster an

Beginnen Sie mit der elektrischen Architektur des Fahrzeugs und nicht nur mit einem “24V”- oder “48V”-Etikett.

Überprüfen:

• Nennbatteriespannung;
• voll geladene Spannung;
• Entladungs-Abschaltspannung;
• ESC-Eingangsbereich;
• Eingangsbereich des DC/DC-Wandlers;
• Grenzen der Bordelektronik;
• Ladegerätkompatibilität;
• BMS-Bedienfenster.

Ein LiFePO4-Akku mit einer Nennspannung von 25,6 V bleibt beispielsweise nicht während des gesamten Entladezyklus auf genau 25,6 V. Der gesamte Betriebsspannungsbereich muss mit den Antriebs- und Elektroniksystemen kompatibel bleiben.

Die Spannung beeinflusst auch den Strom. Denn elektrische Energie ist:

P = V × I

Eine Architektur mit höherer Spannung kann die gleiche Leistung bei niedrigerem Strom liefern, aber dadurch ist eine höhere Spannung nicht automatisch geeignet. Regler, BMS-Hardware, Isolierung, Anschlüsse, Ladegeräte und andere Komponenten müssen alle für die ausgewählte Spannung ausgelegt sein.

Überprüfen Sie Dauerstrom, Spitzenstrom und Spannungsabfall

Eine Batterie kann genügend Wattstunden für die geplante Mission enthalten und dennoch elektrisch ungeeignet sein.

Drei Bewertungen sollten unabhängig voneinander berücksichtigt werden:

• durchschnittlicher Strom, was den typischen Missionsverbrauch widerspiegelt;
• Dauerstrom, das die Dauerlastfähigkeit definiert;
• Spitzenstrom und Spitzendauer, die bei kurzen Hochleistungsereignissen von Bedeutung sind.

Auch der innere Widerstand spielt eine Rolle. Ein plötzlicher Stromanstieg kann die Klemmenspannung nach unten ziehen. Ein übermäßiger Spannungsabfall kann die für Triebwerke oder Elektronik verfügbare Spannung verringern und je nach Systemdesign Schutzschwellen aktivieren.

Aus diesem Grund sollte eine ROV-Batteriespezifikation den gesamten Strompfad berücksichtigen: Zellen, interne Leiter, BMS, Sicherung, Kabel, Anschlüsse, ESCs und Motoren.

Die BlueROV2-Anforderungen von Blue Robotics sind ein praktisches Branchenbeispiel. Die alternativen Batterierichtlinien definieren Spannung, Dauerstrom, Burst-Strom, Kapazität, Steckertyp und physikalische Abmessungen, anstatt die Kapazität als einzigen Kompatibilitätsparameter zu behandeln.

Die IP-Schutzart ist nicht dasselbe wie ein druckfestes Batteriegehäuse

Eine IP67- oder IP68-Einstufung sollte nicht als Einstufung in die Unterwassertiefe interpretiert werden.

Eine IP-Bewertung befasst sich mit definierten Testbedingungen für den Eindringschutz. Ein untergetauchtes ROV-Batteriesystem muss möglicherweise auch hydrostatischem Druck, wiederholten Druckwechseln, Dichtungskompression, Korrosion, Temperaturänderungen, mechanischen Belastungen und dem in der vorgesehenen Betriebstiefe erzeugten Druck standhalten.

Aus diesem Grund sollte eine IP67 MANLY-Batterie nicht automatisch als eine Batterie beschrieben werden, die in einer bestimmten ROV-Tiefe betrieben werden kann.

Eine gängige technische Architektur platziert die Batterie in einem speziellen druckfesten Gehäuse. Blue Robotics beispielsweise installiert die BlueROV2-Batterie in einem separaten Batteriegehäuse mit versiegelten Endkappen, Penetratoren, O-Ringen und einer Druckentlastungsanordnung.

Für kundenspezifische Unterwasserausrüstung sollten daher der elektrische Batteriesatz und das Unterwasserdrucksystem als verwandte, aber unterschiedliche Konstruktionsebenen spezifiziert und validiert werden.

Verwandeln Sie Wattstunden in einen Akku, der zum ROV passt

Sobald die Zielenergie bekannt ist, stellt sich als nächstes die Frage, ob diese Energie in das Fahrzeug integriert werden kann, ohne das mechanische Design zu beeinträchtigen.

Mehr Wh können das verfügbare Energiebudget erweitern, aber das Paket nimmt auch Platz ein und erhöht die Masse. Diese Änderungen wirken sich auf Auftrieb, Trimm, Druckgehäuseanforderungen, Wartungszugang und manchmal auch auf den hydrodynamischen Widerstand aus.

Batteriemasse und Gehäusevolumen

Eine praktische Auswahltabelle für ROV-Batterien sollte mehr als nur die Kapazität enthalten:

Designparameter	Warum es wichtig ist
Ziel-Wh	Bestimmt die nominal gespeicherte Missionsenergie
Nennspannung	Muss zur Antriebs- und Leistungsarchitektur passen
Dauerstrom	Muss dauerhafte Fahrzeuglasten tragen
Spitzenstrom	Muss kurze, hohe Schub- oder Werkzeuglasten unterstützen
Packmaße	Muss in die verfügbare Batteriehülle passen
Battery mass	Beeinflusst Fahrzeugmasse, Auftrieb und Trimmung
Stecker- und Kabelbewertung	Muss den erforderlichen Strom sicher führen
BMS-Funktionen	Definieren Sie Überwachungs- und Schutzverhalten
Kommunikation	Möglicherweise für SOC und Fahrzeugintegration erforderlich
Bewertung der Gehäusetiefe	Muss zur beabsichtigten Unterwasserumgebung passen

Auch hier kann eine kundenspezifische Fertigung wertvoll sein. Eine standardmäßige rechteckige Lithiumbatterie kann zwar den elektrischen Bedarf decken, das verfügbare Druckgehäusevolumen jedoch nur unzureichend nutzen. Umgekehrt kann ein perfekt sitzender Akku dennoch ungeeignet sein, wenn er nicht den benötigten Strom liefern kann.

Der Batteriehersteller benötigt daher die elektrischen und mechanischen Anforderungen zusammen.

Auftrieb, Trimm und Schwerpunkt

Das Batteriegewicht verschwindet nicht unter Wasser.

Eine Änderung der Batteriemasse oder -position kann den Schwerpunkt des ROV verschieben und das Verhältnis zwischen Schwerpunkt und Auftriebszentrum verändern. Das Ergebnis kann sich auf Nicken, Rollen, Stabilität und die Menge oder Position des Auftriebsmaterials auswirken, das zum Erreichen des beabsichtigten Trimms erforderlich ist.

Druckgehäuse können den Kompromiss verschärfen. Das für dieses Projekt bereitgestellte Quellenmaterial hebt zutreffend hervor, dass Batteriekapazität, Gehäuseauslastung, Fahrzeuggewicht und Auftrieb eher verknüpfte Designvariablen als unabhängige Spezifikationen sind.

Die sinnvolle Designfrage lautet daher nicht einfach:

“Können wir weitere 500 Wh hinzufügen?”

Es ist:

“Können wir die erforderliche Energie hinzufügen und gleichzeitig die elektrischen Grenzwerte, das Gehäusevolumen, den Auftrieb, die Trimmung und die Nutzlastziele des Fahrzeugs innerhalb der Spezifikationen halten?”

Eine große Packung oder austauschbare Batteriemodule?

Für mehr Missionszeit ist nicht immer ein körperlich größerer Rucksack erforderlich.

Abhängig von der ROV-Architektur kann ein Ingenieurteam Folgendes in Betracht ziehen:

• eine größere Bordbatterie;
• mehrere Batteriemodule;
• vor Ort austauschbare Packs;
• für diesen Zweck entwickelte parallele Batteriearchitektur;
• oder oberflächenversorgter Strom für sehr lange Einsätze.

Die geeignete Vereinbarung hängt von der Missionsdauer, den Turnaround-Anforderungen, dem Fahrzeugzugang, der Druckunterbringung, der Ladelogistik, der Fehlerisolierung, der Stromaufteilung und der Art und Weise ab, wie das ROV eingesetzt wird.

Austauschbare Akkus können besonders nützlich sein, wenn es auf eine schnelle Neubereitstellung ankommt. Blueye verwendet beispielsweise vor Ort austauschbare Batterien auf seiner gesamten Unterwasserdrohnenplattform, während Blue Robotics sowohl Batterieleistung als auch eine oberseitige Oberflächenenergiearchitektur für Einsätze bietet, bei denen eine kontinuierliche Laufzeit erforderlich ist.

Für ein kundenspezifisches Design sollten mehrere Packs nicht einfach miteinander verbunden werden, ohne das BMS-Verhalten, die Stromverteilung, die Sicherung, die Anschlüsse, die Ladestrategie und die Pack-Anpassung zu planen.

So überprüfen Sie die Größe Ihrer ROV-Batterie vor dem Einsatz

Bei der berechneten ROV-Batteriekapazität handelt es sich um eine technische Schätzung. Die endgültige Dimensionierung sollte anhand von Spannungs-, Strom-, Energie-, Temperatur- und Einsatzzeitdaten validiert werden, die unter Betriebsbedingungen gesammelt wurden, die den beabsichtigten Unterwasserarbeiten ähneln.

Die zuverlässigste Designschleife ist:

Schätzen → integrieren → messen → validieren → verfeinern

Protokollieren Sie Spannung, Strom und Energieverbrauch

Die Batterieüberwachung wandelt Annahmen in verwertbare Missionsdaten um.

Notieren Sie mindestens Folgendes:

• Batteriespannung;
• aktuell;
• Spitzenstrom;
• verbraucht Ah;
• verbrauchte Wh;
• Missionsdauer;
• Batterie- oder Gehäusetemperatur, sofern relevant.

Ein Autopilot oder ein spezieller Leistungsmonitor kann bei der Erfassung dieser Werte helfen. ArduPilot Sub unterstützt beispielsweise Batteriewächter, die eine Spannungs- und Stromüberwachung in Echtzeit ermöglichen und ausfallsichere Funktionen bei niedrigem Batteriestand unterstützen können.

Die resultierenden Protokolle zeigen, ob die ursprüngliche Durchschnittsleistungsschätzung realistisch ist und ob Ereignisse mit hohem Schub zu problematischem Strom- oder Spannungsverhalten führen.

Für ein Entwicklungsprogramm ist dies wesentlich nützlicher als die Annahme, dass sich die Nenn-Wh einer Batterie direkt in eine feste Anzahl von Unterwasserstunden umwandeln lässt.

Testen Sie ein repräsentatives In-Water-Missionsprofil

Ein Prüfstandstest ist zur Validierung der elektrischen Funktion nützlich, stellt jedoch nicht die gesamte Betriebslast unter Wasser wieder her.

Ein repräsentativer Wassertest sollte die Aktivitäten umfassen, die das Fahrzeug tatsächlich ausführen soll, wie zum Beispiel:

• Kreuzfahrt;
• schwebend;
• vertikale Bewegung;
• schnelles Manövrieren;
• Position halten;
• Betrieb in realistischen Strömungen;
• normale Beleuchtungsstärke;
• Sonar- oder Sensornutzung;
• Manipulator- oder Werkzeugbedienung;
• die vorgesehene Nutzlast.

Wenn ein Fahrzeug einen Großteil seiner tatsächlichen Mission damit verbringt, seine Position in der Strömung zu halten, wird ein Test, bei dem es hauptsächlich um Fahrten mit geringer Leistung geht, den Energieverbrauch unterschätzen.

Ebenso sollte ein Inspektions-ROV mit Lichtern und Sonar bei aktiven Lasten getestet werden, anstatt nur Messungen des Antriebs durchzuführen.

Passen Sie die Größe des Rucksacks anhand der gemessenen Missionsdaten an

Sobald reale Missionsdaten verfügbar sind, berechnen Sie die Zielenergie neu, indem Sie die gemessenen durchschnittlichen Wattwerte anstelle erster Schätzungen verwenden.

Angenommen, die Entwicklungsschätzung lag bei 300 W, aber die Aufzeichnung im Wasser zeigt einen Durchschnitt von 380 W unter dem repräsentativen Missionsprofil. Ein zweistündiger theoretischer Bedarf ändert sich von 600 Wh auf:

380 W × 2 Stunden = 760 Wh

Nach dieser Berechnung müssen noch Nutzenergiezuschlag, Systemeffizienz, Batteriezustand, Temperatur und technische Reserve berücksichtigt werden.

Dieselben Daten sollten auch zur Überprüfung verwendet werden:

• maximal beobachteter Strom;
• Dauer aktueller Spitzen;
• minimale Belastungsspannung;
• Temperaturverhalten;
• verbleibende Kapazität bei der Wiederherstellung.

Durch diese Rückkopplungsschleife wird die Batteriedimensionierung von einer Katalogentscheidung zu einer validierten Fahrzeuganforderung. Darüber hinaus erhält ein Batteriehersteller wesentlich bessere Informationen für die Konfiguration von Kapazität, BMS-Stromgrenzen, Kommunikation, Anschlüssen, Verkabelung und Verpackung für nachfolgende Prototypen oder die Produktion.

FAQs zur ROV-Batteriedimensionierung

Wie lange sollte eine ROV-Batterie halten?

Es gibt keine universelle ROV-Batterielaufzeit. Die Ausdauer hängt von der nutzbaren Wh, der durchschnittlichen Antriebslast, der Wasserströmung, den Nutzlasten, den Lichtern, dem Sonar, der Elektronik, dem Halteseilwiderstand, der Temperatur und dem Betriebsprofil ab. Komplette kommerzielle Systeme veranschaulichen die Unterschiede: Blueye bewertet seine 86,4-Wh- und 216-Wh-Akkus für unterschiedliche normale Laufzeiten und weist darauf hin, dass Ausstattung und Nutzung das Ergebnis beeinflussen. Bei einem kundenspezifischen ROV stellen gemessene durchschnittliche Watt die zuverlässigere Grundlage für die Schätzung der Lebensdauer dar.

Ist eine Batterie mit höherem Ah für eine Unterwasserdrohne immer besser?

Nein. Amperestunden zeigen nicht die gesamte gespeicherte Energie an, es sei denn, die Spannung ist ebenfalls bekannt. Vergleichen Sie daher zuerst die Wattstunden. Ein Paket mit größerer Kapazität kann auch die Masse erhöhen und mehr Gehäusevolumen beanspruchen. Die Batterie benötigt weiterhin das richtige Spannungsfenster, die Dauer- und Spitzenstromfähigkeit, die BMS-Konfiguration, die Anschlussleistung und die mechanische Passform. Wählen Sie die Kapazität aus, die die Mission unterstützt und gleichzeitig mit der gesamten ROV-Architektur kompatibel bleibt.

Kann eine Marine-LiFePO4-Batterie in einem ROV verwendet werden?

Eine Marine-LiFePO4-Batterie kann für einige ROV-Architekturen geeignete Spannung, Energie und Strom liefern, diese elektrischen Spezifikationen allein begründen jedoch keine Unterwasserkompatibilität. Eine Schiffsbatterie mit IP-Einstufung sollte nicht automatisch als druckfest für eine bestimmte Betriebstiefe eingestuft werden. Der Lithiumbatteriesatz, die elektrischen Schnittstellen, das Druckgehäuse, die Dichtungen, der Korrosionsschutz, das thermische Verhalten und das gesamte Fahrzeugdesign müssen alle für die vorgesehene Unterwasserumgebung überprüft werden.

Abschluss

Die richtige ROV-Batterie beginnt mit der Mission, nicht mit der größten Ah-Zahl, die zum Budget passt.

Berechnen Sie die theoretische Energie aus durchschnittliche Watt × Einsatzstunden, Berücksichtigen Sie dann die nutzbare Kapazität, die Effizienz und eine angemessene technische Reserve. Überprüfen Sie getrennt die Nenn- und Maximalspannung, den Dauerstrom, den kurzzeitigen Spitzenstrom, das Spannungsverhalten unter Last, die BMS-Grenzwerte, die Anschlusswerte, die Batterieabmessungen, das Gewicht, die Auftriebseffekte und das druckfeste Gehäuse des ROV.

Die LiFePO4-Plattformen der 24-V-Klasse mit 512 Wh, 768 Wh und 1.280 Wh von MANLY Battery bieten praktische Ausgangspunkte für unterschiedliche Energieanforderungen, während kundenspezifische Spannungs-, Kapazitäts-, Strom-, Verpackungs-, BMS-, Kommunikations- und Steckerkonfigurationen OEM-Projekte unterstützen können, die ein auf das Fahrzeug abgestimmtes Paket benötigen und nicht umgekehrt.

Definieren Sie für eine benutzerdefinierte ROV-Batteriebewertung die Zielspannung, gemessene oder geschätzte Durchschnittsleistung, Dauer- und Spitzenstrom, erforderliche Einsatzzeit, verfügbare Batterieraumabmessungen, Zielbatteriemasse, Betriebstemperatur, Steckeranforderungen, Kommunikationsschnittstelle und Druckgehäusearchitektur. Diese Eingaben bilden eine viel stärkere Grundlage für die Konstruktion des Batteriesystems als die Kapazität allein.

Erfahren Sie mehr über Batterien