LiFePO4 frente a baterías de iones de litio para ROV y AUV

Elegir entre LiFePO4 y otros Baterías de iones de litio para ROV y AUV comienza con la misión, no solo con el nombre químico. LiFePO4 favorece la estabilidad térmica, un ciclo de vida prolongado y la repetición del funcionamiento, mientras que las sustancias químicas basadas en níquel, como el NMC, pueden proporcionar una ventaja cuando la energía debe concentrarse en una masa o volumen estrictamente limitado. La guía del Departamento de Energía de EE. UU. identifica de manera similar la vida útil del LFP y las ventajas de estabilidad térmica, al tiempo que señala su menor potencial operativo y densidad de energía en relación con las sustancias químicas ricas en níquel.

Los ROV y AUV también imponen requisitos que las aplicaciones de baterías móviles ordinarias no imponen. Las cargas del propulsor pueden producir grandes oscilaciones de corriente, la resistencia AUV está directamente ligada a la energía almacenada y un paquete destinado a profundidad necesita una arquitectura de presión adecuada en lugar de una simple carcasa impermeable. Por lo tanto, la gestión de la batería, los conectores, las rutas térmicas, las comunicaciones, la documentación de transporte y la integración del vehículo son casi tan importantes como la química de las celdas.

LiFePO4 frente a baterías de iones de litio: ¿cuál es mejor para los ROV y los AUV?

No existe una química universal para todos los vehículos submarinos. un Batería de LiFePO4 es especialmente convincente cuando los ciclos frecuentes, la estabilidad térmica y el funcionamiento predecible a largo plazo son importantes, mientras que las baterías NMC o similares de iones de litio merecen consideración cuando el vehículo debe transportar la mayor cantidad de energía posible dentro de límites estrictos de peso y volumen.

La decisión de ingeniería debería responder a una pregunta más útil: ¿qué combinación de energía, potencia, vida útil, arquitectura de presión y respuesta a la misión necesita el vehículo?

LiFePO4 es parte de la familia de iones de litio

LiFePO4 es en sí mismo una química de iones de litio. El término “LiFePO4 versus iones de litio” es común en las búsquedas comerciales, pero técnicamente la comparación suele ser entre fosfato de hierro y litio y otras químicas de cátodos de iones de litio como NMC o NCA.

NREL trata a LFP y NMC como dos químicas dentro de la familia más amplia de baterías de iones de litio. Esa distinción es importante porque los ingenieros de ROV y AUV deben comparar las características reales de las celdas y los paquetes en lugar de asumir que “iones de litio” describe una tecnología estandarizada.

En este artículo, “otras baterías de iones de litio” se refiere principalmente a productos químicos basados ​​en níquel de mayor densidad energética, como NMC, a menos que se indique lo contrario.

Comparación rápida: densidad de energía, seguridad, ciclo de vida y voltaje

factor de diseño	LiFePO4	Químicas de iones de litio de mayor densidad energética, como NMC
Densidad de energía	Normalmente es más bajo, lo que puede requerir más masa o volumen para la misma energía almacenada.	Normalmente más alto, útil cuando el espacio y el peso están muy limitados
Estabilidad térmica	Fuerte característica de la química LFP.	Requiere una cuidadosa selección de celdas y protección térmica, particularmente con productos químicos con alto contenido de níquel.
Ciclo de vida	Muy adecuado para servicios repetidos de carga/descarga.	Depende en gran medida de la química de la celda, la ventana operativa, la temperatura y la velocidad de descarga.
Voltaje del paquete	Determinado por el número de celdas en serie y la arquitectura del sistema.	Determinado por el número de celdas en serie y la arquitectura del sistema.
Valor ROV/AUV	Atractivo para implementaciones repetidas, ciclos de trabajo comerciales y diseños conscientes de la seguridad.	Atractivo cuando maximizar la energía dentro de un vehículo compacto es una limitación principal.

Estas diferencias son tendencias de diseño más que garantías. La calidad de la celda, los límites de BMS, la refrigeración, la construcción del gabinete, la estrategia de carga, la tasa de descarga y la temperatura de funcionamiento pueden cambiar sustancialmente el rendimiento de la batería final. La investigación del DOE sobre seguridad de las baterías señala específicamente la compensación entre la estabilidad térmica y el ciclo de vida del LFP y su reducida densidad de energía.

La respuesta corta por perfil de misión

Un AUV compacto que se espera que cubra largas distancias de estudio antes de la recuperación puede otorgar un valor excepcional a la densidad de energía gravimétrica y volumétrica. WHOI ha desarrollado sistemas de iones de litio de aproximadamente 1 a 16 kWh para los AUV de la serie REMUS, y los requisitos de la misión determinan cuántos módulos de batería se instalan.

Un ROV de inspección comercial puede tener una prioridad diferente. Puede pasar gran parte de su vida útil sumergiéndose repetidamente, manteniéndose en posición, operando luces y sensores, saliendo a la superficie y volviendo al servicio. En ese ciclo de trabajo, la frecuencia de recarga, el soporte de corriente máxima, el cambio de batería, la vida útil y la protección contra fallas se vuelven importantes junto con la energía total.

Por lo tanto, la etiqueta del vehículo por sí sola no determina la química. Dos AUV pueden tener prioridades energéticas completamente diferentes, del mismo modo que dos ROV pueden tener cargas de propulsor y carga útil muy diferentes.

Cómo las baterías LiFePO4 y de iones de litio afectan el rendimiento de las misiones ROV y AUV

La química de la batería sólo resulta útil cuando sus características se traducen en el rendimiento del vehículo. Para los ROV y AUV, los resultados importantes son la energía utilizable de la misión, la entrega de potencia máxima, la masa del vehículo, el comportamiento térmico, el ciclo de vida y la capacidad de completar la misión con un margen de recuperación adecuado.

Densidad de energía, peso y flotabilidad

La densidad de energía es más importante cuando un AUV debe transportar una energía sustancial sin permitir que el sistema de batería domine la masa o el volumen interno del vehículo.

Una mayor masa de batería puede requerir cambios en el soporte estructural y el acabado del vehículo. Un mayor volumen de recinto puede afectar la geometría del casco, el material de flotabilidad, la asignación de carga útil y el diseño hidrodinámico. Para un AUV de largo alcance, esas interacciones pueden hacer que la densidad de energía a nivel de paquete sea más significativa que una hoja de datos de celda vista de forma aislada.

Los sistemas de baterías REMUS de WHOI ilustran este enfoque a nivel de sistema. Las diferentes configuraciones de REMUS utilizan conjuntos modulares de baterías de iones de litio, y el REMUS 6000 utiliza módulos de batería instalados dentro de carcasas de presión para operaciones que alcanzan los 6.000 metros.

La lección no es que todos los AUV necesiten la misma química. Es que la densidad de energía de la celda debe evaluarse después de tener en cuenta el hardware, el cableado, los soportes estructurales, los materiales térmicos y el recinto de presión del BMS que hace que las celdas sean utilizables bajo el agua.

Cargas de corriente máxima, caída de voltaje y propulsor

A batería ROV puede tener suficientes vatios-hora para la inmersión planificada y aún tener un tamaño eléctrico insuficiente.

Los propulsores no consumen una corriente constante durante una misión. La aceleración, las maniobras, mantener la posición en la corriente, las correcciones verticales y el funcionamiento simultáneo del propulsor pueden hacer que el sistema eléctrico esté muy por encima de la demanda de crucero durante períodos cortos. Sonares, luces, manipuladores, procesadores integrados, cámaras y otras cargas útiles añaden sus propias cargas.

Un ejemplo actual de ROV comercial deja clara la distinción. El paquete de iones de litio de 14,8 V y 18 Ah de Blue Robotics almacena 266,4 Wh, pero también está especificado para una corriente continua de 60 A y una ráfaga de 132 A durante 10 segundos. Esos límites actuales son independientes de la capacidad energética.

Es por eso que el presupuesto de energía de un ROV necesita al menos dos cálculos: cuánta energía consume la misión y cuánta corriente puede demandar el sistema al mismo tiempo.

Si el paquete, BMS, cableado, conector o dispositivo de protección no pueden soportar la carga transitoria, el voltaje puede caer y la protección puede activarse aunque quede una cantidad sustancial de energía en la batería.

Ciclo de vida, agua fría y misiones repetidas

El ciclo de vida se vuelve económicamente importante cuando un vehículo se utiliza y recarga con frecuencia. Un paquete utilizado para múltiples ciclos de inspección cada semana enfrenta un perfil de vida diferente al de un AUV experimental implementado solo ocasionalmente.

La temperatura también debe tratarse como una condición operativa a nivel del paquete. El agua de mar fría no significa que las celdas de la batería permanezcan automáticamente a la misma temperatura que el agua circundante, porque las celdas se encuentran dentro de un recinto y generan calor bajo carga. Por el contrario, una batería que se enfría entre misiones puede tener diferentes restricciones de carga y comportamiento de energía.

Por lo tanto, los límites apropiados son los límites establecidos por el fabricante para el paquete real. Por ejemplo, las especificaciones actuales de las baterías de robot de 24V 30Ah y 24V 50Ah de MANLY enumeran un rango de carga de 0°C a 45°C, mientras que sus rangos de descarga especificados se extienden por debajo del punto de congelación.

La investigación moderna de AUV también trata la gestión térmica de la batería como un problema de ingeniería específico porque el paquete opera en un recinto confinado con volumen limitado y cargas de energía exigentes.

Plataformas MANLY Battery LiFePO4 para diseño de sistemas de energía ROV y AUV

Para un proyecto de robot submarino OEM, las baterías de robot existentes de MANLY Battery se tratan mejor como plataformas eléctricas en lugar de conjuntos submarinos terminados con clasificación de profundidad. MANLY admite baterías de robots personalizadas e incluye explícitamente robots submarinos entre las aplicaciones para las que se pueden adaptar el voltaje, la capacidad, la corriente, las dimensiones y otras características del paquete.

Esta distinción es útil para los ingenieros: primero establezca la arquitectura eléctrica, luego diseñe o especifique el recinto y la calificación apropiada para la profundidad y el entorno reales del vehículo.

Batería de robot MANLY 24V 30Ah LiFePO4

Especificaciones principales: 25,6 V nominal, 30 Ah, 768 Wh, descarga continua de 30 A, pico de 60 A durante 1 a 3 segundos, más de 5000 ciclos especificados, bus RS485/RS232/CAN opcional, gabinete y conectores personalizables.

La plataforma de 24 V 30 Ah es un punto de partida útil cuando un OEM necesita una arquitectura LiFePO4 de energía moderada sin pasar inmediatamente a una batería mucho más grande. Su clasificación de 768 Wh brinda a los ingenieros un presupuesto de energía concreto con el que trabajar, mientras que las clasificaciones pico de 30 A continuos y de corta duración de 60 A permiten evaluar los requisitos de energía por separado del tiempo de ejecución.

Las interfaces de comunicación opcionales son particularmente relevantes para los equipos autónomos. Los datos de la batería se pueden integrar en un controlador de supervisión para que el voltaje, la información de estado, las fallas y las condiciones de operación puedan formar parte de la gestión de la misión en lugar de permanecer aislados dentro del paquete.

MANLY también permite personalizar las dimensiones, la carcasa, la corriente de carga/descarga del BMS, los conectores, la carcasa y el cableado. Esa flexibilidad es valiosa para el desarrollo de ROV o AUV porque la geometría de la batería a menudo está limitada por el recipiente a presión o el compartimento para vehículos disponible.

La especificación estándar enumera IP65. Esa calificación no debe interpretarse como una calificación de profundidad submarina. Un proyecto destinado a inmersión o alta presión hidrostática aún necesita un recinto de presión calificado y diseñado adecuadamente o una arquitectura tolerante a la presión.

Batería de robot MANLY 24V 50Ah LiFePO4

Especificaciones principales: 25,6 V nominal, 50 Ah, 1280 Wh, descarga continua de 50 A, pico de 100 A durante 1 a 3 segundos, más de 3500 ciclos especificados, bus RS485/RS232/CAN opcional, dimensiones, carcasa, cableado y corriente BMS personalizables.

La plataforma de 24V 50Ah se centra en una envolvente de energía y corriente diferente. Su capacidad de 1,28 kWh crea más espacio para ciclos de trabajo más largos o cargas eléctricas a bordo adicionales, mientras que los sistemas de soporte de picos cortos de 50 A y 100 A están diseñados para una mayor demanda instantánea.

Esa combinación es relevante cuando la propulsión es sólo una parte de la carga. Los equipos de imágenes, el sonar, la iluminación, la computación a bordo, los sensores y el hardware de intervención se basan en el mismo presupuesto de energía, a menos que el vehículo utilice dominios eléctricos separados.

El bus CAN opcional, RS485 y RS232 también brindan al OEM varias rutas de integración para telemetría de batería y control de supervisión. Debido a que la carcasa y la configuración eléctrica se pueden adaptar, el fabricación de bateríasPuede trabajar a partir de requisitos a nivel de vehículo en lugar de obligar al diseñador a construir alrededor de una geometría de paquete fija.

Al igual que con la plataforma de 30 Ah, la especificación IP65 del producto estándar es una clasificación de protección de ingreso. El despliegue submarino real requiere que el sistema terminado esté diseñado para su profundidad planificada, estrategia de sellado, arquitectura de presión, conectores y requisitos de calificación.

Paquetes de baterías MANLY LiFePO4 personalizados para robots submarinos

Configuración central: Se pueden especificar voltaje, capacidad, dimensiones, corriente BMS, carcasa, cableado, conectores y comunicaciones personalizados en función de los requisitos eléctricos y mecánicos del robot.

Un paquete personalizado resulta particularmente útil cuando el ROV o AUV no se puede diseñar alrededor de una batería rectangular estándar. MANLY puede ajustar el voltaje y la capacidad junto con las dimensiones físicas, la corriente de carga y descarga del BMS, el cableado, los conectores y las características del gabinete.

Para un proyecto OEM submarino, el proceso de especificación debe comenzar con los datos del vehículo: voltaje del bus de CC, carga promedio y máxima, Wh requeridos, estrategia de recarga, masa y volumen permitidos, interfaz del controlador, temperatura de funcionamiento y el recinto de presión planificado. un fabricante de baterías Luego puede traducir esas limitaciones en recuento de células, topología del paquete, configuración de BMS, rutas actuales y empaquetado mecánico.

Este enfoque también evita un error de ingeniería común: elegir primero un número Ah grande e intentar que el vehículo lo admita después.

¿Qué importa más allá de la química en una batería submarina?

Una química de celda adecuada no crea automáticamente una batería submarina adecuada. El paquete completo debe gestionar la presión hidrostática, la exclusión de humedad, la protección eléctrica, las condiciones térmicas, las comunicaciones, los conectores y la integración estructural.

Un técnicamente apropiado batería UV puede fallar la revisión de diseño a nivel de vehículo si su arquitectura de presión o sistema de monitoreo no coincide con la misión.

Alojamiento de presión y clasificación de profundidad

La resistencia al agua y la capacidad de profundidad son requisitos de ingeniería diferentes.

Las clasificaciones IP describen formas definidas de protección de ingreso bajo condiciones de prueba específicas. Por sí solos, no establecen que un paquete pueda operar a 100 metros, 1.000 metros o 6.000 metros de profundidad de agua de mar.

Los sistemas de aguas profundas generalmente adoptan uno de dos enfoques amplios: proteger los componentes de las baterías convencionales dentro de una carcasa resistente a la presión o utilizar una arquitectura tolerante a la presión/compensada por la presión. El REMUS 6000 de WHOI, por ejemplo, coloca módulos de baterías de iones de litio en carcasas de presión, mientras que investigaciones recientes han investigado estructuras de baterías sumergidas en aceite con presión compensada específicamente para reducir la masa estructural requerida para los sistemas AUV en aguas profundas.

Esa diferencia tiene implicaciones directas en las compras. Cuando un OEM solicita a un fabricante de baterías un paquete submarino, “impermeable” no es un requisito suficiente. La especificación debe indicar la profundidad prevista, la arquitectura de presión, el método de prueba, la duración, el entorno térmico, la estrategia del conector y si la batería en sí o un recipiente a presión del vehículo proporciona protección contra la presión.

BMS, estado de carga y comunicaciones

Un AUV tiene que tomar decisiones energéticas sin que un piloto vigile continuamente la batería. Por lo tanto, la información precisa sobre el estado de carga tiene valor operativo más allá de simplemente mostrar un porcentaje.

Un BMS normalmente supervisa las condiciones de las celdas y del paquete y puede gestionar la protección contra sobrecargas, sobredescargas, sobrecorrientes, cortocircuitos y condiciones de temperatura. En un sistema autónomo, los datos de BMS también pueden informar decisiones tales como si el vehículo tiene suficiente energía para continuar un tramo de reconocimiento, regresar a un punto de atraque o comenzar la recuperación.

La investigación AUV revisada por pares identifica la estimación del SOC como una parte clave de la optimización de la energía de las baterías de iones de litio porque la carga restante no se puede medir directamente de la misma manera que lo haría el volumen de combustible.

CAN y RS485 pueden conectar esa información de la batería al controlador del vehículo. Los paquetes de robots de 24V 30Ah y 24V 50Ah de MANLY ofrecen RS485, RS232 y bus CAN como interfaces de comunicación opcionales.

Para un OEM, la especificación de comunicación debe ir más allá de nombrar la interfaz física. Defina los objetos de datos, la tasa de actualización, los estados de falla, el comportamiento del SOC, los ID o registros de mensajes, la interacción del cargador y lo que debe hacer el vehículo cuando se pierde la comunicación.

Sellado, conectores y rutas térmicas

El recinto es sólo una barrera entre una batería y el agua de mar. Las penetraciones de cables, los conectores, los pasamuros de presión, los sellos, las interfaces de la caja y las aberturas de servicio forman parte de la integridad ambiental del sistema.

La capacidad actual también importa en esas interfaces. Un conector que sea adecuado para una corriente promedio baja puede convertirse en un cuello de botella térmico durante una maniobra de alto empuje. Por lo tanto, la resistencia de los contactos, el calibre del cable, los ajustes de protección y la clasificación de corriente del conector deben compararse con el mismo modelo de corriente máxima utilizado para dimensionar la batería.

El diseño térmico merece el mismo enfoque sistémico. Un recipiente a presión sellado puede limitar la transferencia directa de calor incluso cuando el agua de mar circundante está fría. En consecuencia, la investigación publicada por AUV ha investigado estructuras dedicadas de gestión térmica de baterías para controlar la temperatura de la celda en módulos compactos y sellados.

¿Cómo debería dimensionarse una batería para una misión ROV o AUV?

Dimensione la batería en función de los vatios-hora y la demanda actual, no solo de los amperios-hora. Comience con la potencia promedio del sistema y el tiempo de misión, luego tenga en cuenta la energía utilizable, la temperatura, el envejecimiento de la batería, las pérdidas de conversión, las cargas máximas y la reserva de recuperación requerida por el proyecto.

Ese método produce una especificación de batería vinculada al vehículo real en lugar de un objetivo de capacidad genérico.

Calcular la energía requerida en vatios-hora

La primera conversión es sencilla:

Energía (Wh) = Voltaje Nominal (V) × Capacidad (Ah)

Por lo tanto, un paquete nominal de 25,6 V y 30 Ah almacena:

25,6 × 30 = 768 Wh

La plataforma MANLY 24V 30Ah se especifica en exactamente 768Wh porque “24V” describe la clase del sistema, mientras que el voltaje nominal del paquete es de 25,6V. La versión de 50Ah utiliza el mismo voltaje nominal de 25,6V y almacena 1280Wh.

La energía de la misión se puede entonces estimar a partir de:

Energía requerida para la misión ≈ Potencia eléctrica promedio × Duración de la misión

Si un ROV tiene un promedio de 300 W durante una misión de dos horas, el punto de partida matemático es 600 Wh. Eso hace no Esto significa que una batería de 600 Wh es automáticamente suficiente. El dimensionamiento final aún debe incluir la ventana de SOC utilizable del proyecto, la política de reserva, las pérdidas de conversión de energía, el comportamiento de la temperatura, el envejecimiento esperado y cualquier contingencia específica de la misión.

Las especificaciones comerciales de ROV muestran por qué es importante la carga promedio. Blue Robotics ofrece diferentes tiempos de funcionamiento de BlueROV2 para uso normal y ligero, mientras que Blueye señala explícitamente que el tiempo de ejecución varía según el equipo y el uso.

Agregue picos de propulsión, cargas de carga útil y reserva de recuperación

La energía determina cuánto tiempo puede funcionar teóricamente un sistema. La capacidad actual determina si puede soportar la carga en un momento particular.

El modelo de misión debe incluir propulsión, luces, sonar, cámaras, computadoras a bordo, comunicaciones, sensores, manipuladores, bombas y cargas útiles científicas cuando corresponda. Los propulsores deben evaluarse para una carga simultánea realista en lugar de simplemente multiplicar la corriente máxima por el número de motores y asumir que esa condición persiste durante toda la misión.

Una discusión reciente sobre ingeniería de Blue Robotics ilustra la distinción: un vehículo de ocho propulsores puede experimentar una amplia variación actual dependiendo de las condiciones de operación y de la agresividad con la que se maniobra el vehículo.

Una vez comprendido el perfil de carga, compárelo con la corriente continua del paquete, la duración de la corriente máxima, el corte del BMS, la clasificación del conector, el cableado, el fusible o disyuntor y el voltaje de bus mínimo aceptable.

Luego, la reserva debe definirse según el modelo de riesgo operacional del vehículo. Un AUV que debe regresar de forma autónoma desde un tramo de reconocimiento distante puede necesitar una política de reserva diferente a la de un ROV de inspección atado que opera junto a su punto de lanzamiento.

Verificar recarga, cambio de batería y respuesta a la misión

El tamaño de la batería también debe considerar lo que sucede entre inmersiones.

Para trabajos de inspección que duran todo el día, a veces se puede mejorar la disponibilidad operativa diseñando baterías intercambiables en lugar de maximizar la capacidad de un paquete. Blueye comercializa un paquete de 216 Wh para el intercambio de campo y el tiempo de ejecución, y la batería BlueROV2 también se puede reemplazar entre operaciones.

Por lo tanto, un OEM debe modelar el ciclo de trabajo completo: tiempo de misión, recuperación, inspección, reemplazo del paquete, carga, enfriamiento o calentamiento si es necesario, y preparación para el próximo lanzamiento.

Aquí es también donde la relación con el fabricante de baterías se vuelve importante. La capacidad, la corriente de carga permitida, el diseño del conector, las comunicaciones de carga, la accesibilidad del paquete y la estrategia del paquete de repuesto pueden afectar la utilización del vehículo incluso cuando no cambian directamente el rendimiento bajo el agua.

Requisitos de seguridad y transporte para baterías de iones de litio en proyectos ROV/AUV de EE. UU.

El cumplimiento del transporte, los estándares de seguridad de las baterías y la calificación submarina son requisitos diferentes. Una batería puede cumplir uno y aún requerir pruebas o ingeniería adicionales para los demás.

Por lo tanto, para los OEM de EE. UU., la documentación de adquisición debe identificar la configuración exacta de la batería en lugar de depender de una declaración general de que las celdas están “certificadas”.”

ONU 38.3 es un requisito de transporte

Las baterías de iones de litio que se ofrecen para el transporte en los Estados Unidos están sujetas a las Regulaciones de Materiales Peligrosos. PHMSA dirige a los transportistas a 49 CFR 173.185 y establece que los diseños de baterías de litio ofrecidos para el transporte deben cumplir con los requisitos de la subsección 38.3 del Manual de Pruebas y Criterios de la ONU correspondiente.

Los fabricantes y distribuidores posteriores también deben poner a disposición el resumen de prueba de batería de litio requerido para las baterías aplicables. La guía actual de PHMSA explica que el resumen proporciona información rastreable sobre el diseño de la celda o batería y las pruebas realizadas.

ONU 38.3 no debe presentarse como una calificación de profundidad, una prueba de rendimiento marino o una prueba de que el recinto de la batería puede soportar la presión hidrostática. Su finalidad es la seguridad del transporte.

La seguridad del producto y la calificación marítima están separadas

Las normas IEC también tienen alcances definidos en lugar de actuar como “certificaciones submarinas” universales.”

IEC 62133-2 cubre los requisitos de seguridad para baterías y celdas de litio secundarias selladas portátiles utilizadas en aplicaciones portátiles. IEC 62619:2022 cubre celdas y baterías de litio secundarias para aplicaciones industriales e incluye explícitamente vehículos marinos entre ejemplos de aplicaciones motrices.

Los estándares que se aplican a un programa ROV o AUV específico dependen de la arquitectura final de la batería, el equipo final, los requisitos del proyecto, el mercado previsto, los requisitos de clasificación y las especificaciones del cliente.

Por lo tanto, las pruebas de profundidad, el diseño de recipientes a presión, la protección contra la corrosión, el aislamiento eléctrico, la protección de ingreso, la calificación de conectores y el análisis de seguridad a nivel de vehículo pueden acompañar los estándares de baterías en lugar de ser reemplazados por ellos.

un responsable fabricante de baterías debería ayudar al OEM a identificar qué afirmaciones pertenecen a la configuración de batería estándar y cuáles requieren calificación del ensamblaje personalizado final.

Documente el paquete de baterías completo, no solo las celdas

El archivo de cumplimiento debe seguir la configuración de la batería que realmente se enviará e instalará.

PHMSA requiere que el resumen de prueba ONU 38.3 contenga información de identificación, incluido el fabricante, la instalación de prueba, la descripción del modelo, la masa, la clasificación de vatios-hora, los detalles del informe de prueba y las pruebas realizadas. Una declaración genérica de que las celdas subyacentes han pasado la norma ONU 38.3 no es lo mismo que un resumen completo de la prueba para el diseño de batería aplicable.

Por lo tanto, para un programa OEM, el control de la configuración es parte de la ingeniería de baterías. Se deben revisar los cambios en el tipo de celda, topología en serie/paralelo, hardware BMS, gabinete, cableado, conectores u otros elementos relevantes para determinar su impacto en las pruebas, la documentación, la integración del vehículo y el estado del transporte.

Esa disciplina se vuelve cada vez más importante a medida que un prototipo pasa a la producción repetida.

¿Qué química de batería se adapta a su ROV o AUV?

Elija la química identificando la limitación que controla más fuertemente el éxito de la misión.

Si un AUV necesita maximizar la energía almacenada dentro de una masa y un volumen de casco estrictamente limitados, las baterías de iones de litio de mayor densidad de energía, como las celdas adecuadas basadas en NMC, merecen una evaluación cuidadosa. El uso por parte de WHOI de sistemas modulares de iones de litio en varios vehículos REMUS ilustra el valor de adaptar la capacidad de la batería a los requisitos de la misión y la carga útil en lugar de utilizar una configuración universal.

Si el proyecto prioriza los ciclos repetidos, la estabilidad térmica, la vida útil predecible y una arquitectura de energía OEM configurable, LiFePO4 proporciona una sólida base de ingeniería. El valor de la química se vuelve particularmente claro cuando se combina con el BMS, la capacidad de corriente máxima, las comunicaciones y el diseño mecánico correctos.

En el caso de los ROV, preste mucha atención a la demanda de propulsión instantánea y al cambio de misión. Para los AUV, la energía almacenada, la masa del paquete, la precisión del SOC, la reserva de retorno y la integración del sistema de presión suelen tener mayor peso.

Las plataformas robóticas LiFePO4 de 24V 30Ah y 24V 50Ah de MANLY Battery proporcionan puntos de arranque eléctricos verificados a 768Wh y 1280Wh respectivamente, mientras que el voltaje, la capacidad, las dimensiones, la corriente BMS, el cableado, los conectores y las comunicaciones personalizados permiten desarrollar un diseño OEM alrededor del vehículo en lugar de forzarlo alrededor de un paquete fijo.

Por lo tanto, la decisión final debe tomarse a nivel de sistema completo: química + energía + corriente + BMS + arquitectura de presión + diseño térmico + comunicaciones + cualificación.

Preguntas frecuentes

¿Se puede utilizar una batería LiFePO4 directamente bajo el agua?

No simplemente porque utiliza LiFePO4 o tiene una clasificación IP. Las celdas y el BMS necesitan una arquitectura de gabinete apropiada para la inmersión y la presión hidrostática previstas. La investigación de AUV en aguas profundas utiliza carcasas resistentes a la presión o estructuras con presión compensada específicamente porque la protección de ingreso ordinaria no establece una clasificación de profundidad utilizable. Los paquetes de robots MANLY pueden proporcionar la plataforma eléctrica, mientras que el sistema submarino final debe diseñarse y calificarse para la profundidad prevista.

¿Los AUV normalmente utilizan baterías de iones de litio?

La tecnología de iones de litio se utiliza ampliamente en los AUV modernos porque combina el almacenamiento de energía recargable con energía útil y densidad de potencia. El programa REMUS de WHOI ha utilizado sistemas de baterías de iones de litio que van desde aproximadamente 1 a 16 kWh, mientras que la literatura de investigación actual describe las baterías de iones de litio como una importante tecnología de almacenamiento de energía AUV. La química exacta y la arquitectura del paquete aún deben seleccionarse en función del alcance de la misión, la masa, el volumen, la potencia, la temperatura, la profundidad y los requisitos de servicio.

¿Puede un ROV funcionar con una batería incorporada en lugar de recibir energía a través de su correa?

Sí. Las arquitecturas de ROV alimentados por baterías ya se utilizan comercialmente; El BlueROV2, por ejemplo, normalmente utiliza una batería de iones de litio a bordo mientras su correa transmite comunicaciones. Los ROV de superficie son otra arquitectura válida. La decisión afecta el tamaño de la correa, la masa a bordo, la energía disponible, la logística de implementación y el tiempo de operación, por lo que la arquitectura de energía debe seleccionarse antes de finalizar la capacidad de la batería del ROV.

¿Una clasificación Ah mayor siempre le da a un ROV un tiempo de funcionamiento más prolongado?

Sólo cuando también se consideran voltaje, capacidad utilizable, carga y condiciones de operación. Los amperios-hora por sí solos no describen la energía almacenada; Los vatios-hora sí. Un paquete de 25,6 V y 30 Ah almacena 768 Wh, por ejemplo. El tiempo de ejecución depende entonces de la potencia promedio del vehículo, el uso de los propulsores, las cargas útiles, las pérdidas, la temperatura y los requisitos de reserva. La capacidad de corriente máxima también debe verificarse por separado porque una batería puede tener suficiente energía pero aún así ser incapaz de soportar una demanda breve de alta potencia.

¿Qué debería proporcionar un OEM a un fabricante de baterías para una batería AUV personalizada?

Comience con el voltaje nominal del bus de CC, la energía requerida para la misión en Wh, la corriente promedio y máxima, la masa y dimensiones permitidas, las temperaturas de operación y carga, las funciones BMS, los requisitos de CAN o RS485, las necesidades de conectores y cableado, la estrategia de carga y la arquitectura de presión del vehículo. Los requisitos de profundidad y calificación previstos también deben ser explícitos. MANLY puede personalizar el voltaje, la capacidad, las dimensiones, la corriente BMS, la carcasa, el conector, el cableado y las funciones de comunicación según los requisitos del robot OEM.

Conclusión

La distinción útil entre LiFePO4 y otras baterías de iones de litio no es que una química pertenezca a cada ROV y otra a cada AUV. El factor decisivo es la misión.

Los proyectos AUV limitados por el volumen del casco y la masa del vehículo deberían dar un peso sustancial a la densidad energética. Los proyectos de ROV con ciclos de inspección repetidos deben evaluar la capacidad actual, el ciclo de vida, la logística de carga y el cambio de baterías junto con el total de Wh. Ambos necesitan un BMS y una arquitectura eléctrica capaz de soportar cargas de propulsión y carga útil.

La operación submarina agrega otra capa: la protección de propiedad intelectual no puede sustituir una arquitectura de presión verificada, y el cumplimiento del transporte UN 38.3 no puede sustituir la calificación submarina.

Para equipos OEM que desarrollan un diseño específico batería rov o batería UV, MANLY Battery puede construir a partir de plataformas robóticas LiFePO4 existentes o desarrollar configuraciones personalizadas de voltaje, capacidad, BMS, comunicación, cableado, conector y empaque. Primero defina la carga de la misión y la envolvente mecánica; entonces la batería se puede diseñar en función de lo que el vehículo realmente necesita.

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