Wie lange halten die Batterien von Unterwasserdrohnen? ROV-Laufzeit nach Missionstyp erklärt

Batteriebetriebene Unterwasserdrohnen können pro Ladung mehrere Stunden lang betrieben werden, es gibt jedoch keine einheitliche Laufzeit, die für jedes ROV oder jede Mission gilt. Aktuelle Herstellerangaben zeigen, wie groß der Unterschied sein kann: QYSEA bewertet den FIFISH V-EVO mit einer Laufzeit von bis zu vier Stunden im Schwebeflug, aber etwa einer Stunde bei voller Mobilität, während Blue Robotics den BlueROV2 mit der angegebenen Batteriekonfiguration mit etwa zwei Stunden bei normalem Gebrauch und vier Stunden bei leichtem Gebrauch angibt.

Der Grund ist einfach: Unterwasser-Drohnenbatterien liefern eine wechselnde Stromlast, keine feste. Ein Fahrzeug, das langsam in ruhigem Wasser filmt, hat ein ganz anderes Energieprofil als ein ROV desselben Typs, das seine Position gegen die Strömung hält, ein Sonar betreibt oder einen Manipulator bedient.

Für Betreiber und ROV-Entwickler lautet die nützliche Frage daher nicht nur: “Wie viele Stunden hält die Batterie?” Es lautet: “Wie viel nutzbare Energie benötigt diese Mission und kann die Batterie sicher sowohl die durchschnittliche als auch die Spitzenleistung liefern, die das Fahrzeug benötigt?”

Wie lange halten Unterwasser-Drohnenbatterien im realen Einsatz?

Die meisten kompakten batteriebetriebenen ROVs sind für einen mehrstündigen Betrieb ausgelegt, veröffentlichte Laufzeitzahlen sind jedoch nur dann aussagekräftig, wenn auch die Betriebsbedingungen bekannt sind. Ein Hersteller kann normale Nutzung, leichte Nutzung, Schweben, volle Bewegung oder ein anderes Betriebsprofil angeben, und diese Zahlen sollten nicht als austauschbar behandelt werden.

Drei aktuelle ROV-Spezifikationen veranschaulichen beispielsweise die Bandbreite:

ROV	Veröffentlichte Akkulaufzeit	Betriebskontext
QYSEA FIFISH V-EVO	Bis zu 4 Stunden	Etwa 4 Stunden im Schwebeflug; ca. 1 Stunde volle Mobilität
Blue Robotics BlueROV2	Ungefähr 2 Stunden normaler Gebrauch	Etwa 4 Stunden bei leichtem Gebrauch
Blueye mit 216-Wh-Akku mit hoher Kapazität	Bis zu 5 Stunden	Normale Laufzeit; variiert je nach Nutzung und Gerätekonfiguration

Diese Zahlen stammen von den jeweiligen Herstellern und zeigen, warum ein einziges “Vier-Stunden-ROV”-Label wichtige Unterschiede in der tatsächlichen Missionsdauer verbergen kann.

Bewertete Laufzeit im Vergleich zur tatsächlichen Tauchzeit

Die Nennlaufzeit wird normalerweise unter einem definierten Betriebsprofil gemessen. Die tatsächliche Tauchzeit umfasst alles, was das Fahrzeug vom Start bis zur Bergung tun muss.

Eine praktische Mission kann Folgendes umfassen:

• Abstieg zur Arbeitsstelle;
• Transit vom Startpunkt zum Ziel;
• Inspektion, Filmen, Messen oder Eingreifen;
• Stationierung während der Datenerfassung;
• Neupositionierung zwischen Inspektionspunkten;
• Aufstieg und Erholung;
• eine Energiereserve für Verzögerungen oder sich ändernde Bedingungen.

Das Denken in Missionsphasen ist besonders nützlich, da die Phase der Aufgabenausführung möglicherweise ganz andere Energie verbraucht als der Abstieg oder der langsame Transit. Ihre zweite Referenz trennt in ähnlicher Weise Bereitstellung, Transport, Aufgabenausführung und Wiederherstellung, wenn es um die praktische Missionsdauer geht.

Ein ROV, das für die eigentliche Inspektion 90 Minuten benötigt, sollte daher nicht mit genau 90 Minuten theoretischer Batterielaufzeit angegeben werden. Die Batteriekapazität muss das vollständige Einsatzprofil und die erforderliche Reserve des Projekts unterstützen.

Warum zwei ähnliche ROVs eine sehr unterschiedliche Ausdauer haben können

Die Wattstunden der Batterie sind wichtig, aber sie machen nur einen Teil der Laufzeit aus.

Zwei ROVs, die Batterien mit ähnlicher Energiekapazität tragen, können diese Energie dennoch unterschiedlich schnell verbrauchen, weil:

• Fahrzeuggröße und hydrodynamischer Widerstand;
• Anzahl, Anordnung und Effizienz der Triebwerke;
• Betriebsgeschwindigkeit;
• Durchmesser des Halteseils und ausgefahrene Länge;
• Auftrieb und Trimm;
• Nutzlastmasse und Luftwiderstand;
• Lichtleistung;
• Sonar- und Navigationsausrüstung;
• Onboard-Prozessoren;
• Manipulatoren oder andere angetriebene Werkzeuge.

Die ROV-Architektur ist wichtig, weil die Triebwerkskonfiguration bestimmt, wie sich das Fahrzeug bewegt und seine Position hält, während das Halteseil selbst Widerstand in das System einbringt. In Ihrer Deep Trekker-Referenz wird ebenfalls die Konfiguration des Triebwerks als zentral für den Antrieb identifiziert und eine neutrale Auftriebsleine als Möglichkeit identifiziert, den Strömungswiderstand zu reduzieren.

Aus diesem Grund sollten Unterwasserdrohnenbatterien anhand des tatsächlichen Leistungsbudgets des Fahrzeugs bewertet werden, anstatt nur die Amperestundenwerte zu vergleichen.

ROV-Laufzeit nach Missionstyp

Der Missionstyp ist einer der stärksten Prädiktoren für den tatsächlichen Batteriebedarf. Dasselbe ROV kann bei langsamer visueller Inspektion effizient arbeiten und deutlich mehr Strom verbrauchen, wenn es schnell fahren, Strömungen bekämpfen oder mehrere Zubehörteile gleichzeitig betreiben muss.

Missionstyp	Typischer Strombedarf	Hauptbatterielasten	Auswirkungen auf die Laufzeit
Langsame Sichtprüfung	Niedrig bis mäßig	Triebwerke, Kamera, Lichter	Oft näher an der normalen Laufzeit oder bei geringer Nutzung
Stationierung in ruhigem Wasser	Niedrig bis mäßig	Triebwerke zur Positionskontrolle, Kamera	Effizient, wenn Auftrieb und Trimm gut eingestellt sind
Stationierung im Strom	Mäßig bis hoch	Kontinuierliche Korrektur des Triebwerks	Die Laufzeit kann erheblich sinken
Suche und großflächiger Transit	Mäßig bis hoch	Nachhaltiger Antrieb, Licht, Navigation	Höherer durchschnittlicher Strombedarf
Sonarinspektion	Mäßig bis hoch	Triebwerke, Sonar, Computer, Kamera	Hilfslasten erhöhen den Antriebsbedarf
Manipulatorarbeit	Variabel bis hoch	Triebwerke, Manipulator, Lichter, Sensoren	Das Leistungsprofil hängt stark vom Arbeitszyklus des Werkzeugs ab

Die Tabelle ist bewusst qualitativ. Die Angabe einer festen Stundenzahl für jede Mission ohne Kenntnis des ROV, der Strömung, der Nutzlast, der Geschwindigkeit und der Batterie würde zu falscher Präzision führen.

Visuelle Inspektion, Filmaufnahmen und Stationierung

Eine langsame visuelle Inspektion kann relativ energieeffizient sein, wenn das ROV richtig ausbalanciert ist und unter milden Bedingungen arbeitet.

Bei einer Schiffsrumpfuntersuchung, einer Tankinspektion, einer Aquakulturkontrolle oder einer Videoaufgabe aus nächster Nähe können langsame Bewegungen gefolgt von Schwebephasen erforderlich sein. In diesen Phasen kann der Antriebsbedarf geringer bleiben als im kontinuierlichen Hochgeschwindigkeitsverkehr.

Der QYSEA FIFISH V-EVO bietet ein nützliches veröffentlichtes Beispiel für diesen Unterschied: Seine Spezifikation trennt etwa vier Stunden Schwebeflug von etwa einer Stunde bei voller Mobilität. Das Fahrzeug und die Batterie haben sich nicht verändert; die Antriebseinschaltdauer hat.

Die Stationierung wird zu einem anderen Energieproblem, wenn der Strom zunimmt. Anstatt gelegentliche Korrekturen vorzunehmen, müssen die Triebwerke möglicherweise eine kontinuierliche Kraft liefern, nur um die Kamera oder das Sonar auf das Ziel zu richten.

Such-, Transit- und strömungsintensive Missionen

Suchmuster und lange Transitabschnitte legen mehr Wert auf den Antrieb.

Der Effekt verstärkt sich, wenn das Fahrzeug in Flüssen, Gezeitengebieten, Häfen oder Offshore-Umgebungen eingesetzt wird. Wasser wirkt sowohl auf das ROV als auch auf seine Halteleine, daher kann eine höhere Strömung einen anhaltenden Schub erfordern, selbst wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über dem Grund gering ist.

Hier kommt es auf das Tether-Management an. Eine längere Leine oder ein Haltegurt mit größerem Durchmesser bietet dem fließenden Wasser mehr Fläche und erhöht so die Last, die das Fahrzeug überwinden muss. Echte ROV-Benutzer erwähnen immer wieder die Strömung und den Halteseilwiderstand als praktische Bedenken, insbesondere wenn sie in der Nähe von Wracks oder in größerer horizontaler Entfernung operieren.

Aus diesem Grund a Batteriehersteller oder ROV-Integrator benötigt mehr als die gewünschte “vierstündige Laufzeit”. Aktuelle Geschwindigkeit, Halteseilkonfiguration, Transitdistanz und erwartete Triebwerksleistung sind technische Eingaben.

Sonar-, Manipulator- und Multisensor-Operationen

Ein ROV verwendet nicht seine gesamte Energie für die Bewegung.

Kameras, LED-Leuchten, Sonar, Navigationselektronik, Bordcomputer, Kommunikationshardware und Manipulatoren erzeugen elektrische Hilfslasten. Auf einer sensorlastigen Inspektionsplattform bleiben diese Lasten möglicherweise für einen Großteil der Mission aktiv.

Besonders wertvoll ist Sonar in trübem oder schlecht sichtbarem Wasser, wo die optische Bildgebung allein möglicherweise keine brauchbaren Navigations- oder Inspektionsdaten liefert. Moderne ROV-Plattformen können auch Sonar mit DVLs, USBL-Positionierung, Trägheitssensoren und Onboard-Verarbeitung kombinieren. Ihre erste Referenz beschreibt Sonar, Positionierung, Kameras, Beleuchtung und Navigation als integrierte Bestandteile professioneller ROV-Einsätze.

Die korrekte Berechnung verwendet daher die gesamte durchschnittliche Missionsleistung und nicht nur die Triebwerksleistung.

MANLY-Batterieplattformen für kundenspezifische Unterwasser-Drohnenbatterien

MANLY Battery bietet LiFePO4-Plattformen, die als elektrische Ausgangspunkte bei der Entwicklung maßgeschneiderter Unterwasserdrohnenbatterien dienen können. Die endgültige Packspezifikation muss noch an die Spannung, die Durchschnitts- und Spitzenlast, das Batteriefach, die BMS-Anforderungen, das Umgebungsdesign und die Ladearchitektur des ROV angepasst werden.

Ein wichtiger Unterschied ist die Gehäusequalifikation. Die Katalogbatterien von MANLY verfügen möglicherweise über die Gehäusespezifikationen IP65 oder IP67, eine IP-Klassifizierung gemäß IEC 60529 ist jedoch eine Eindringschutzklassifizierung; Es handelt sich hierbei nicht um eine alleinige Angabe der Druck-Tiefe unter Wasser. Eine für ein ROV vorgesehene Batterie muss in einem System installiert oder als Teil eines Systems konstruiert werden, das für die tatsächlichen Druck- und Tiefenanforderungen des Fahrzeugs validiert ist.

MANLY 24V 20Ah LiFePO4-Akku – 512Wh Referenzplattform

Die MANLY 24V 20Ah LiFePO4-Batterie verwendet eine 25,6-V-Nennkonfiguration mit einer Nennkapazität von 20 Ah, was 512 Wh nominaler gespeicherter Energie ergibt.

Die veröffentlichte elektrische Spezifikation umfasst:

• 25,6V Nennspannung;
• 20 Ah Nennkapazität;
• 512Wh Energie;
• 20A maximale Dauerentladung;
• BMS-Schutz gegen Überladung, Tiefentladung, Überstrom, Überspannung, Kurzschluss und Übertemperatur;
• Gehäuseklassifizierung IP67.

Für ein kompaktes 24-V-ROV-Projekt stellen 512 Wh eine nützliche technische Referenz dar, wenn der Dauerstrombedarf des Fahrzeugs innerhalb der konfigurierten Batteriegrenzen bleibt.

Der Wert der 512-Wh-Zahl besteht nicht darin, dass sie eine bestimmte Anzahl von Tauchstunden garantiert. Dadurch erhält das Ingenieurteam ein definiertes Energiebudget, das mit der gemessenen oder geschätzten durchschnittlichen Wattleistung des ROV verglichen werden kann.

Beispielsweise hypothetisch Ein ROV mit einer durchschnittlichen Leistung von 200 W hätte eine einfache theoretische Energieberechnung von:

512 Wh ÷ 200 W = 2,56 Stunden

Das ist keine versprochene Feldlaufzeit. Die tatsächlich nutzbare Zeit hängt auch von den BMS-Grenzwerten, der Betriebstemperatur, dem Batteriezustand, dem tatsächlichen Arbeitszyklus, den Reserveanforderungen und der elektrischen Effizienz des Fahrzeugs ab.

MANLY 24V 50Ah Roboterbatterie – 1.280Wh Plattform mit höherer Kapazität

Die MANLY 24V 50Ah Roboterbatterie ist eine LiFePO4-Plattform, die für Roboteranwendungen entwickelt wurde, bei denen mehr Bordenergie und eine höhere Stromkapazität erforderlich sind.

Die veröffentlichte Spezifikation umfasst:

• 25,6 V tatsächliche Nennbatteriespannung;
• 50Ah Kapazität;
• 1.280 Wh Energie;
• 50A maximale Dauerentladung;
• 100 A Spitzenentladung für 1–3 Sekunden;
• IP65-Gehäusespezifikation;
• optionale RS485-, RS232- oder CANBus-Kommunikation;
• anpassbare Abmessungen;
• anpassbares Gehäuse;
• anpassbare Kabel und Anschlüsse.

Für einen ROV-Entwickler ist die Bedeutung der 50-A-Dauerleistung und der 100-A-Kurzzeitleistung eine andere als die Bedeutung der 1.280-Wh-Kapazität.

Die Energiekapazität bestimmt, wie viel Energie gespeichert wird. Die aktuelle Kapazität bestimmt, ob die Batterie die zu einem bestimmten Zeitpunkt erforderliche Last liefern kann.

Ein ROV mit einer großen Batterie kann immer noch über ein ungeeignetes Stromversorgungssystem verfügen, wenn das BMS, die Zellen, die Verkabelung, der Stecker oder die Sicherungsarchitektur den erforderlichen Strom nicht unterstützen können.

Kundenspezifische Batteriepakete für ROV-Spannungs-, Strom- und Laufzeitanforderungen

Ein Brauch ROV-Batterie Sie sollten mit der Fahrzeugspezifikation und nicht mit einer Katalogbatteriegröße beginnen.

Vor der Entwicklung von Batterien für Unterwasserdrohnen sind folgende nützliche technische Inputs erforderlich:

• Nenn- und zulässige Betriebsspannung;
• angestrebte Missionsdauer;
• gemessene oder geschätzte Durchschnittsleistung;
• maximaler Dauerstrom;
• kurzzeitiger Spitzenstrom;
• Triebwerkskonfiguration;
• Zusatzausrüstungslast;
• maximale Batterieabmessungen und -gewicht;
• Anforderungen an Stecker und Kabel;
• BMS-Schutzschwellenwerte;
• erforderliche Batteriekommunikation;
• Ladestrategie;
• Temperaturbereich;
• mechanische und umwelttechnische Anforderungen.

MANLY kann Spannung, Kapazität, Abmessungen, BMS-Lade- und Entladestrom, Anschlüsse, Gehäuse und Verkabelung der Roboterbatterie anpassen. Ausgewählte Roboterkonfigurationen unterstützen auch CAN-Bus-, RS485- und RS232-Kommunikation.

Kommunikation kann wichtig sein, wenn die Fahrzeugsteuerung Ladezustand, Spannung, Strom, Temperatur, Alarme oder Ladeinformationen benötigt. Das genaue Protokoll muss noch zum ROV-Controller passen; Eine physische CAN- oder RS485-Schnittstelle macht zwei Geräte nicht automatisch interoperabel.

Bei einem OEM-Projekt sollte ein Batteriehersteller daher Zellen, BMS, Controller-Schnittstelle, Verkabelung, Ladesystem und mechanisches Gehäuse als eine integrierte Leistungsarchitektur behandeln.

Was verkürzt die Akkulaufzeit von Unterwasserdrohnen?

Der Bedarf an Triebwerken ist oft die größte Variable bei der Laufzeit von Unterwasserdrohnen, aber nicht die einzige. Strom, Seilwiderstand, Nutzlasten, Beleuchtung, Sonar, Fahrzeugbalance, Temperatur und Betriebstechnik können den durchschnittlichen Stromverbrauch beeinflussen.

Triebwerkslast, Geschwindigkeit, Strom und Halteseilwiderstand

Die Antriebsleistung ändert sich kontinuierlich.

Langsames Manövrieren erfordert möglicherweise nur einen Bruchteil des verfügbaren Schubs. Eine anhaltende Hochgeschwindigkeitsbewegung oder das Halten der Position gegen die Strömung erfordert eine viel stärkere Arbeit der Triebwerke.

Blue Robotics verdeutlicht diesen Unterschied direkt in seiner BlueROV2-Laufzeitspezifikation: etwa zwei Stunden bei normaler Nutzung im Vergleich zu etwa vier Stunden bei leichter Nutzung. In technischen Diskussionen rund um ROV-Leistungsberechnungen stellt Blue Robotics außerdem fest, dass die Annahme, dass jedes Triebwerk kontinuierlich mit maximaler Leistung läuft, keinen typischen Betrieb darstellt.

Der Halteseilwiderstand fügt eine weitere externe Last hinzu. Eine stärkere Entfaltung des Halteseils bedeutet, dass mehr Kabel dem fließenden Wasser ausgesetzt sind. Daher können sich der Durchmesser des Halteseils, der Auftrieb, die Route und die Strömungsrichtung auf den Antrieb auswirken, der zur Aufrechterhaltung der Position erforderlich ist.

Lichter, Sonar, Kameras und Manipulatoren

Zusatzgeräte verbrauchen einen Teil des gleichen Energiebudgets.

Ein einfaches Beobachtungs-ROV kann mit einer Kamera, einem Controller, Kommunikationshardware und mäßiger Beleuchtung ausgestattet sein. Eine professionelle Inspektionsplattform kann bildgebendes Sonar, Positionierungssensoren, zusätzliche Lichter, integrierte Computer und einen Manipulator hinzufügen.

Das richtige Leistungsmodell lautet daher:

Durchschnittliche Missionsleistung = Antriebslast + Elektronik + Sensoren + Beleuchtung + Werkzeuge + Umwandlungsverluste

Da nicht jedes Gerät ständig mit maximaler Leistung arbeitet, ist die Verwendung des Arbeitszyklus realistischer als die Addition aller auf dem Typenschild angegebenen Maximalwerte.

Beispielsweise kann ein Manipulator beim Bewegen erhebliche Energie verbrauchen, im Leerlauf jedoch nahezu keine. Während einer Dunkelwasserinspektion kann es sein, dass die Lichter ununterbrochen laufen. Sonar- und Navigationselektronik können während des gesamten Tauchgangs mit Strom versorgt bleiben.

Dieses Betriebsmuster ist es, das eine Komponentenliste in einen realistischen Batteriebedarf umwandelt.

Wassertemperatur, Auftrieb und Fahrzeugtrimm

Die Effizienz von Batterie und Fahrzeug hängt auch von den physikalischen Betriebsbedingungen ab.

Die Temperatur kann die Leistung von Lithiumbatterien beeinträchtigen, insbesondere wenn sich die Bedingungen vom bevorzugten Betriebsbereich der Zellen entfernen. Die Batterieauswahl sollte daher auf der tatsächlichen thermischen Umgebung basieren und nicht nur auf der Kapazität bei Raumtemperatur.

Ebenso wichtig ist die Fahrzeugbalance. Ein gut getrimmtes ROV mit nahezu neutralem Auftrieb muss nicht so viel Antriebsenergie aufwenden, um kontinuierlich Tiefe oder Lage zu korrigieren.

Blue Robotics empfiehlt ausdrücklich, den BlueROV2 für Batterielebensdauer und Handhabung nahezu neutral einzustellen; Ein Fahrzeug, das übermäßig positiv oder negativ ist, muss mehr Schub verwenden, um die Tiefe aufrechtzuerhalten.

Die Tiefe selbst sollte nicht als einfache Beziehung “Tiefer bedeutet schnellerer Batterieverbrauch” betrachtet werden. Die relevanteren Faktoren sind die für den Abstieg und Aufstieg erforderliche Energie, das Verhalten des Halteseils, die Anforderungen an das Drucksystem, die Strömung in der Arbeitstiefe und die Zeit, die das ROV zurücklegen muss, bevor es das Einsatzgebiet erreicht.

So berechnen Sie die ROV-Laufzeit anhand der Batteriekapazität und des Stromverbrauchs

Die grundlegende theoretische Berechnung ist einfach:

Laufzeit (Stunden) = nutzbare Batterieenergie (Wh) ÷ durchschnittliche ROV-Leistung (W)

Der schwierige Teil besteht darin, die realistisch nutzbare Energie und die durchschnittliche Missionsleistung zu bestimmen.

Wandeln Sie Spannung und Amperestunden in Wattstunden um

Amperestunden allein sagen nicht aus, wie viel Energie eine Batterie speichert.

Verwendung:

Wattstunden (Wh) = Nennspannung (V) × Amperestunden (Ah)

Zum Beispiel:

• 25,6 V × 20 Ah = 512 Wh
• 25,6 V × 50 Ah = 1.280 Wh

Aus diesem Grund sind Wattstunden beim Vergleich von Batterien mit unterschiedlichen Spannungen nützlicher als Amperestunden.

Eine 20-Ah-Batterie bei einer Spannung enthält nicht die gleiche Energie wie eine 20-Ah-Batterie bei einer anderen Spannung.

Schätzen Sie die durchschnittliche Missionsleistung, nicht nur die Spitzenleistung

Spitzenleistung beantwortet eine technische Frage: Kann die Batterie die höchste zu erwartende Belastung sicher aushalten?

Die durchschnittliche Leistung antwortet einem anderen: Wie schnell wird die gespeicherte Energie verbraucht?

Beides ist wichtig.

Angenommen, ein ROV verfügt über sechs oder acht Triebwerke. Wenn man die maximale elektrische Nennleistung jedes Triebwerks addiert und davon ausgeht, dass die Gesamtlast während des gesamten Tauchgangs anhält, wird der Energieverbrauch der Mission normalerweise zu hoch angesetzt. Umgekehrt kann die Dimensionierung der Batterie allein bei Fahrten in ruhigem Wasser unterschätzen, was der Rucksack bei Manövern mit starker Strömung leisten muss.

Die technische Anleitung von Blue Robotics macht den gleichen Unterschied: Die tatsächliche Batterielebensdauer hängt stark davon ab, wie aggressiv das Fahrzeug arbeitet, und dass alle Triebwerke gleichzeitig mit maximaler Leistung laufen, ist kein typischer Dauerzustand.

Ein nützlicheres technisches Arbeitsblatt sieht so aus:

Laden	Durchschnittliche Leistung	Zeit oder Arbeitszyklus	Missionsenergie
Triebwerke	Gemessen/geschätzt	Missionsabhängig	B × Stunden
Kamera und Steuerung	Gemessen/geschätzt	Normalerweise kontinuierlich	B × Stunden
Lichter	Gemessen/geschätzt	Nach Bedarf	B × Stunden
Sonar	Gemessen/geschätzt	Nach Bedarf	B × Stunden
Manipulator	Gemessen/geschätzt	Intermittierend	B × Stunden
Andere Nutzlasten	Gemessen/geschätzt	Missionsabhängig	B × Stunden

Addieren Sie die erwarteten Wattstunden für jede Last, um ein Missionsenergiebudget zu erstellen.

Betriebsreserve hinzufügen und mit Felddaten validieren

Die berechnete Laufzeit sollte nicht als der Punkt betrachtet werden, an dem die Batterie voraussichtlich leer sein wird.

Die erforderliche Reserve hängt vom Fahrzeug, dem Einsatzrisiko, der Bergungsmethode, den BMS-Grenzwerten, der Umgebungsunsicherheit und den Verfahren des Betreibers ab. Ein Fahrzeug, das einen Tank neben einer Zugangsplattform inspiziert, weist ein anderes Bergungsprofil auf als ein Offshore-ROV, das in beträchtlicher Entfernung von seinem Startpunkt betrieben wird.

Nach der Bereitstellung des Prototyps sollten gemessene Daten, wo immer möglich, Annahmen ersetzen.

Zu den nützlichen Aufzeichnungen gehören:

• durchschnittlicher Strom;
• Spitzenstrom;
• Batteriespannung;
• Missionsdauer;
• Anfangs- und Endladezustand;
• Wassertemperatur;
• aktuelle Bedingungen;
• Länge des eingesetzten Halteseils;
• Nutzlastkonfiguration;
• Missionsphase.

Mehrere Tauchgänge unter repräsentativen Bedingungen können ein viel nützlicheres Leistungsprofil ergeben als eine geschätzte Laufzeit, die nur auf Katalogspezifikationen basiert.

Dieses gemessene Profil bietet einem Batteriehersteller auch eine bessere Grundlage für die Entscheidung, ob zusätzliche Kapazität, eine andere Stromkapazität, überarbeitete BMS-Einstellungen oder eine andere Pack-Architektur angemessen sind.

Wählen Sie Unterwasser-Drohnenbatterien für Ihre ROV-Mission

Der richtige Akku für Unterwasserdrohnen ist nicht einfach der Akku mit der höchsten Ah-Zahl. Spannungskompatibilität, Wattstunden, Dauerstrom, Spitzenstrom, BMS-Verhalten, Größe, Gewicht, Ladung, Kommunikation und Drucksystemintegration müssen alle zusammenarbeiten.

Li-Ion, LiPo oder LiFePO4?

Es gibt keine einheitliche Lithiumchemie, die zu jedem ROV passt.

Kommerzielle ROV-Systeme zeigen diese Vielfalt bereits. Blue Robotics bietet sowohl Lithium-Ionen- als auch Lithium-Polymer-Batterieansätze für den BlueROV2 an, während die Roboterplattformen von MANLY LiFePO4 verwenden.

Die Auswahl sollte sich nach der Anwendung richten:

Lithium-Ionen:
Wird oft in Betracht gezogen, wenn eine hohe Energiespeicherung im Verhältnis zur Packungsmasse und -volumen wichtig ist. Die genauen Energie- und Entladungseigenschaften hängen von der Zellchemie und dem Aufbau ab.

Lithium-polymer:
Häufig in Systemen, die eine kompakte Verpackung und eine hohe Entladungsfähigkeit erfordern. Packdesign, Ladesteuerung, mechanischer Schutz und Wärmemanagement müssen dennoch zur Anwendung passen.

LiFePO4:
Gut geeignet für viele Industriesysteme, bei denen Lebensdauer, Leistungsfähigkeit und thermisches Verhalten wichtige Designprioritäten sind. Veröffentlichte vergleichende Batterieforschung zeigt bedeutsame chemieabhängige Unterschiede in der thermischen Reaktion, was die Notwendigkeit unterstreicht, die Chemie als Teil des Systemdesigns und nicht allein aufgrund der Kapazität zu wählen.

MANLY Battery verwendet LiFePO4 in seinen aktuellen Roboterbatterieplattformen, einschließlich der oben besprochenen Konfigurationen 24V 20Ah und 24V 50Ah.

Spannung, Dauerstrom, Spitzenstrom und BMS

Eine Lithiumbatterie für ein ROV muss mehrere elektrische Anforderungen gleichzeitig erfüllen.

Stromspannung muss mit der zulässigen elektrischen Reichweite des Fahrzeugs übereinstimmen.

Dauerstrom muss dauerhafte Antriebs- und Hilfslasten abdecken, ohne die Grenzwerte für Batterie, BMS, Verkabelung oder Anschlüsse zu überschreiten.

Spitzenstrom müssen kurzfristige Lasterhöhungen wie schnelles Manövrieren oder gleichzeitigen Triebwerksbedarf bewältigen, sofern die ROV-Architektur dies zulässt.

Das BMS muss die Zellen schützen und gleichzeitig mit dem normalen Fahrzeugbetrieb kompatibel bleiben. Ein Überstromschutz, der beispielsweise unterhalb einer legitimen Antriebsspitze auslöst, würde die Mission unterbrechen, selbst wenn die Batterie reichlich Energie speichert.

Bei angeschlossenen Systemen können Kommunikationsanforderungen den Ladezustand, die Spannung, den Strom, die Temperatur, Warnungen und die Koordination des Ladegeräts umfassen. Diese Funktionen sollten definiert werden, bevor ein benutzerdefiniertes Paket fertiggestellt wird, und nicht hinzugefügt werden, nachdem die ROV-Elektronik bereits entworfen wurde.

Batteriewechsel, Oberflächenenergie und Feldlogistik

Für die Einsatzfähigkeit bei langen Einsätzen ist nicht immer eine sehr große Bordbatterie erforderlich.

Es gibt drei gängige Architekturoptionen:

1. Mehr Energie an Bord für längere Erholungsintervalle.
2. Austauschbare Batterien damit ein Fahrzeug schnell wieder einsatzbereit ist.
3. Oberflächenkraft wenn ein kontinuierlicher Betrieb wichtiger ist als eine völlig autarke Bordstromversorgung.

Blue Robotics gibt beispielsweise an, dass die BlueROV2-Batterie in etwa 30 Sekunden gewechselt werden kann und außerdem eine separate Oberflächenstromarchitektur für den Dauerbetrieb unterstützt.

Oberflächenenergie verändert das Energieproblem grundlegend. Anstatt die gesamte Missionsenergie an Bord zu transportieren, wird die elektrische Energie von der Oberfläche durch die Leine übertragen. Dadurch entfällt die normale Begrenzung der Batterielaufzeit an Bord, obwohl die tatsächliche Einsatzdauer immer noch von der Ausrüstungsbewertung, dem Einsatz der Besatzung, der Wartung, dem Management der Halteleine und der Energiequelle an der Oberfläche abhängt.

Auch in ROV-Benutzergemeinschaften tauchen immer wieder Fragen zur Bord- und Oberflächenenergie auf, insbesondere bei Herstellern, die versuchen, Halteseilverluste, Fahrzeuggewicht, aktuelle Nachfrage und Ausdauer in Einklang zu bringen.

Die zweite Referenz, die Sie angegeben haben, erreicht den gleichen nützlichen Unterschied: Batteriebetriebene und oberflächenbetriebene ROVs haben grundsätzlich unterschiedliche Ausdauermodelle.

Bei wiederholten Einsätzen vor Ort kann die Betriebszeit daher ebenso stark vom Austausch der Akkus, der Ladelogistik und der Ersatzbatterieplanung abhängen wie von der Laufzeit einer Batterie.

Häufig gestellte Fragen zu Unterwasser-Drohnenbatterien

Verleiht eine größere Batterie einem ROV immer eine längere Laufzeit?

Mehr Wattstunden sorgen im Allgemeinen für mehr gespeicherte Energie, aber eine größere Batterie führt nicht automatisch zu einer proportionalen Verlängerung der ROV-Laufzeit. Das hinzugefügte Paket kann das Gewicht, den Auftrieb, die Abmessungen und die Trimmung des Fahrzeugs verändern, während die Batterie weiterhin den Spannungs- und Stromanforderungen genügen muss. Vergleichen W, nicht Ah allein, und bewerten Sie das gesamte Missionsleistungsbudget. Bei kundenspezifischen Batterien für Unterwasserdrohnen sollte neben der elektrischen Kapazität auch die mechanische Integration berücksichtigt werden.

Kann eine Unterwasserdrohne kontinuierlich mit Oberflächenstrom betrieben werden?

Ja. Ein ordnungsgemäß konzipiertes, angebundenes ROV kann Strom von einer Stromversorgung an der Oberseite beziehen, anstatt sich nur auf eine Bordbatterie zu verlassen. Blue Robotics bietet eine Oberflächen-Power-Konfiguration für den kontinuierlichen BlueROV2-Betrieb.

Das System erfordert mehr als nur den Anschluss eines Ladekabels an das Fahrzeug. Die Größe des Kabelleiters, die Übertragungsspannung, der Spannungsabfall, die Umwandlungselektronik, der elektrische Schutz, die Unterwasseranschlüsse und die Energiearchitektur des ROV müssen alle für die erforderliche Last ausgelegt sein.

Wie lange hält die Batterie einer Unterwasserdrohne, bevor sie ausgetauscht wird?

Laufzeit pro Ladung und Batterielebensdauer sind unterschiedliche Angaben. Die Laufzeit beschreibt, wie lange eine Mission laufen kann, bevor sie wieder aufgeladen wird. Die Lebensdauer beschreibt, wie die Batterie über wiederholte Lade-Entlade-Zyklen und kalendarische Alterung ihre nutzbare Kapazität behält.

Die Lebensdauer hängt von der Zellchemie, der Entladetiefe, der Temperatur, den Ladebedingungen, dem aktuellen Bedarf, dem Lagerzustand und dem End-of-Life-Kriterium des Herstellers ab. Die aktuelle 24V 20Ah LiFePO4-Spezifikation von MANLY gibt unter den angegebenen Bedingungen 6.000 Zyklen bei einer Entladetiefe von 80% an.

Der Batteriezustand sollte immer noch anhand der tatsächlichen Anwendung beurteilt werden, anstatt davon auszugehen, dass jedes Feldpaket einen Katalogzykluswert reproduzieren wird.

Ist die Wattstundenkapazität für ein ROV nützlicher als die Amperestundenkapazität?

Ja, beim Vergleich von Batterien mit unterschiedlichen Spannungen. Wattstunden stellen gespeicherte Energie dar, da sie Spannung und Amperestundenkapazität kombinieren:

Wh = V × Ah

Ein 25,6-V-20-Ah-Akku speichert 512 Wh, während ein 25,6-V-50-Ah-Akku 1.280 Wh speichert. Amperestunden allein können diesen Unterschied bei Spannungsänderungen nicht anzeigen. Die aktuellen Nennwerte müssen dann separat überprüft werden, da Wattstunden die Energiekapazität beschreiben und nicht, wie viel Strom der Akku sicher auf einmal liefern kann.

Welche Informationen sollte ich einem Batteriehersteller für eine kundenspezifische ROV-Batterie geben?

Beginnen Sie mit der Nennspannung des ROV, dem zulässigen Spannungsbereich, der gewünschten Missionsdauer, der gemessenen Durchschnittsleistung, dem Dauer- und Spitzenstrom, den Abmessungen des Batterieraums, den Gewichtsgrenzen, dem Anschluss, der Lademethode, dem Temperaturbereich, den BMS-Anforderungen und dem Kommunikationsprotokoll.

Beschreiben Sie auch die Mission: visuelle Inspektion, Hochstrom-Stationierung, Sonarvermessung, Manipulation oder ein anderes Aufgabenprofil. Diese Details ermöglichen es dem Batteriehersteller, die erforderliche Laufzeit in Energie-, Strom-, BMS-, Mechanik- und Integrationsanforderungen umzuwandeln, anstatt ein Paket allein anhand der Ah-Kapazität auszuwählen.

Abschluss

Die nützliche Antwort auf die Frage “Wie lange halten Batterien von Unterwasserdrohnen?” ist keine einzelne Zahl. Veröffentlichte ROV-Spezifikationen zeigen bereits, dass ein Fahrzeug sehr unterschiedliche Laufzeiten liefern kann, je nachdem, ob es schwebt, leicht kreuzt oder mit hohem Antriebsbedarf betrieben wird.

Bei visueller Inspektion und langsamer Beobachtung können effizientes Manövrieren und neutraler Auftrieb dazu beitragen, die Durchschnittsleistung relativ niedrig zu halten. Suchmuster, anhaltender Transit, strömungsstarke Stationierung, Sonar, Manipulatoren und andere Nutzlasten erhöhen den Energiebedarf der Mission.

Beginnen Sie mit Wattstunden, um die gespeicherte Energie zu ermitteln, und überprüfen Sie dann Spannung, Dauerstrom, Spitzenstrom, BMS-Verhalten, Umgebungsanforderungen und den gesamten Einsatzzyklus.

Für die OEM-ROV-Entwicklung stellen die 24V 20Ah 512Wh LiFePO4-Batterie und die 24V 50Ah 1.280Wh Roboterbatterie von MANLY Battery zwei bestehende elektrische Referenzplattformen dar. MANLY kann auch kundenspezifische Batteriekonfigurationen entsprechend den Spannungen, Kapazitäten, Stromstärken, BMS, Kommunikation, Anschlüssen, Verkabelungen und mechanischen Anforderungen des Projekts entwickeln. Das endgültige Unterwasserstromsystem sollte dann für die tatsächliche Betriebstiefe, das Gehäuse, die Nutzlast und das Missionsprofil des ROVs konstruiert und validiert werden.

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