Batteries LiFePO4 vs Lithium-Ion pour ROV et AUV

Choisir entre LiFePO4 et autre Batteries lithium-ion pour les ROV et AUV commence par la mission, pas seulement par le nom chimique. LiFePO4 favorise la stabilité thermique, une longue durée de vie et un fonctionnement répété, tandis que les produits chimiques à base de nickel tels que le NMC peuvent offrir un avantage lorsque l'énergie doit être concentrée dans une masse ou un volume étroitement contraint. Les directives du Département américain de l’énergie identifient également les avantages du LFP en termes de durée de vie et de stabilité thermique, tout en notant son potentiel de fonctionnement et sa densité énergétique inférieurs par rapport aux produits chimiques riches en nickel.

Les ROV et les AUV imposent également des exigences que les applications de batteries mobiles ordinaires n'imposent pas. Les charges du propulseur peuvent produire d'importantes oscillations de courant, l'endurance de l'AUV est directement liée à l'énergie stockée et un pack destiné à la profondeur a besoin d'une architecture de pression appropriée plutôt qu'un simple boîtier étanche. La gestion des batteries, les connecteurs, les chemins thermiques, les communications, la documentation de transport et l'intégration des véhicules comptent donc presque autant que la chimie des cellules.

Batteries LiFePO4 ou lithium-ion : quelle est la meilleure solution pour les ROV et les AUV ?

Il n’existe pas de chimie universelle pour chaque véhicule sous-marin. Un Batterie LiFePO4 est particulièrement convaincant lorsque les cycles fréquents, la stabilité thermique et le fonctionnement prévisible à long terme sont importants, tandis que les batteries NMC ou lithium-ion similaires méritent d'être prises en considération lorsque le véhicule doit transporter autant d'énergie que possible dans des limites strictes de poids et de volume.

La décision d'ingénierie devrait répondre à une question plus utile : de quelle combinaison d'énergie, de puissance, de durée de vie, d'architecture de pression et d'exécution de la mission le véhicule a-t-il besoin ?

LiFePO4 fait partie de la famille Lithium-Ion

LiFePO4 est lui-même une chimie lithium-ion. Le terme “ LiFePO4 vs lithium-ion ” est courant dans les recherches commerciales, mais techniquement, la comparaison se fait généralement entre le lithium fer phosphate et d'autres produits chimiques cathodiques lithium-ion tels que NMC ou NCA.

NREL traite le LFP et le NMC comme deux produits chimiques au sein de la famille plus large des batteries lithium-ion. Cette distinction est importante car les ingénieurs ROV et AUV devraient comparer les caractéristiques réelles des cellules et du pack plutôt que de supposer que le “ lithium-ion ” décrit une technologie standardisée.

Pour cet article, “ autres batteries lithium-ion ” fait principalement référence aux produits chimiques à base de nickel à plus haute densité énergétique, tels que le NMC, sauf indication contraire.

Comparaison rapide : densité énergétique, sécurité, durée de vie et tension

Facteur de conception	LiFePO4	Produits chimiques lithium-ion à plus haute densité énergétique tels que NMC
Densité énergétique	Généralement inférieur, ce qui peut nécessiter plus de masse ou de volume pour la même énergie stockée	Généralement plus haut, utile là où l'espace et le poids sont étroitement limités
Stabilité thermique	Forte caractéristique de la chimie LFP	Nécessite une sélection minutieuse des cellules et une protection thermique, en particulier avec les produits chimiques à haute teneur en nickel
Cycle de vie	Bien adapté au service de charge/décharge répétée	Dépend fortement de la chimie cellulaire, de la fenêtre de fonctionnement, de la température et du taux de décharge
Tension du bloc	Déterminé par le nombre de cellules en série et l'architecture du système	Déterminé par le nombre de cellules en série et l'architecture du système
Valeur ROV/AUV	Attrayant pour les déploiements répétés, les cycles de service commerciaux et les conceptions soucieuses de la sécurité	Intéressant lorsque la maximisation de l’énergie au sein d’un véhicule compact est une contrainte primordiale

Ces différences sont des tendances de conception plutôt que des garanties. La qualité des cellules, les limites du BMS, le refroidissement, la construction du boîtier, la stratégie de charge, le taux de décharge et la température de fonctionnement peuvent modifier considérablement les performances de la batterie finale. Les recherches du DOE sur la sécurité des batteries notent spécifiquement le compromis entre la stabilité thermique et la durée de vie du LFP et sa densité énergétique réduite.

La réponse courte par profil de mission

Un AUV compact censé couvrir de longues distances de levé avant sa récupération pourrait accorder une valeur exceptionnelle à la densité d'énergie gravimétrique et volumétrique. WHOI a développé des systèmes lithium-ion d'environ 1 à 16 kWh pour les AUV de la série REMUS, les exigences de la mission déterminant le nombre de modules de batterie installés.

Un ROV d'inspection commerciale peut avoir une priorité différente. Il peut passer une grande partie de sa vie active à plonger, à rester en position, à faire fonctionner des lumières et des capteurs, à faire surface et à remettre en service à plusieurs reprises. Dans ce cycle de service, la fréquence de recharge, la prise en charge du courant de pointe, l'échange de batterie, la durée de vie et la protection contre les pannes deviennent importants aux côtés de l'énergie totale.

L’étiquette du véhicule à elle seule ne dicte donc pas la chimie. Deux AUV peuvent avoir des priorités énergétiques complètement différentes, tout comme deux ROV peuvent avoir des charges de propulseur et de charge utile très différentes.

Comment les batteries LiFePO4 et lithium-ion affectent les performances des missions ROV et AUV

La chimie des batteries ne devient utile que lorsque leurs caractéristiques se traduisent en performances du véhicule. Pour les ROV et les AUV, les résultats importants sont l’énergie de mission utilisable, la puissance maximale délivrée, la masse du véhicule, le comportement thermique, la durée de vie et la capacité à mener à bien la mission avec une marge de récupération appropriée.

Densité énergétique, poids et flottabilité

La densité énergétique est particulièrement importante lorsqu’un AUV doit transporter une énergie substantielle sans permettre au système de batterie de dominer la masse ou le volume interne du véhicule.

Une batterie plus massive peut nécessiter des modifications du support structurel et de l'habillage du véhicule. Un volume d'enceinte plus important peut affecter la géométrie de la coque, le matériau de flottabilité, l'allocation de la charge utile et la conception hydrodynamique. Pour un AUV à longue portée, ces interactions peuvent rendre la densité énergétique au niveau du pack plus significative qu'une fiche technique de cellule considérée isolément.

Les systèmes de batterie REMUS de WHOI illustrent cette approche au niveau du système. Différentes configurations REMUS utilisent des ensembles de batteries lithium-ion modulaires, et le REMUS 6000 utilise des modules de batterie installés à l'intérieur de boîtiers sous pression pour des opérations atteignant 6 000 mètres.

La leçon n’est pas que tous les AUV ont besoin de la même chimie. En effet, la densité énergétique des cellules doit être évaluée après avoir pris en compte le matériel BMS, le câblage, les supports structurels, les matériaux thermiques et l'enceinte sous pression qui rend les cellules utilisables sous l'eau.

Courant de pointe, chute de tension et charges de propulseur

UN Batterie pour ROV peut avoir suffisamment de wattheures pour la plongée prévue tout en étant sous-dimensionné électriquement.

Les propulseurs ne consomment pas un courant constant tout au long d'une mission. L'accélération, les manœuvres, le maintien de la position dans le courant, les corrections verticales et le fonctionnement simultané du propulseur peuvent déplacer le système électrique bien au-dessus de la demande de croisière pendant de courtes périodes. Le sonar, les lumières, les manipulateurs, les processeurs embarqués, les caméras et autres charges utiles ajoutent leurs propres charges.

Un exemple commercial actuel de ROV rend la distinction claire. Le pack lithium-ion 14,8 V et 18 Ah de Blue Robotics stocke 266,4 Wh, mais est également spécifié pour un courant continu de 60 A et une rafale de 132 A pendant 10 secondes. Ces limites actuelles sont distinctes de la capacité énergétique.

C'est pourquoi un bilan énergétique d'un ROV nécessite au moins deux calculs : combien d'énergie la mission consomme et quelle quantité de courant le système peut exiger en même temps.

Si le pack, le BMS, le câblage, le connecteur ou le dispositif de protection ne peuvent pas supporter la charge transitoire, la tension peut chuter et la protection peut s'activer même s'il reste une énergie importante dans la batterie.

Cycle de vie, eau froide et missions répétées

La durée de vie devient économiquement importante lorsqu'un véhicule est déployé et rechargé fréquemment. Un pack utilisé pour plusieurs cycles d’inspection chaque semaine est confronté à un profil de vie différent d’un AUV expérimental déployé seulement occasionnellement.

La température doit également être traitée comme une condition de fonctionnement au niveau du pack. L'eau de mer froide ne signifie pas que les cellules de la batterie restent automatiquement à la même température que l'eau environnante, car les cellules se trouvent à l'intérieur d'une enceinte et génèrent de la chaleur sous charge. À l’inverse, une batterie qui refroidit entre les missions peut avoir des restrictions de charge et un comportement de puissance différents.

Les limites appropriées sont donc les limites du fabricant pour le pack lui-même. Par exemple, les spécifications actuelles des batteries de robot MANLY 24 V 30 Ah et 24 V 50 Ah indiquent une plage de charge de 0 °C à 45 °C, tandis que leurs plages de décharge spécifiées s'étendent en dessous de zéro.

La recherche moderne sur les AUV traite également la gestion thermique des batteries comme un problème d'ingénierie dédié, car le pack fonctionne dans une enceinte confinée avec un volume limité et des charges électriques exigeantes.

Plateformes MANLY Battery LiFePO4 pour la conception de systèmes d'alimentation ROV et AUV

Pour un projet de robot sous-marin OEM, il est préférable de traiter les batteries de robot existantes de MANLY Battery comme des plates-formes électriques plutôt que comme des assemblages sous-marins finis résistant à la profondeur. MANLY prend en charge les batteries de robots personnalisées et inclut explicitement les robots sous-marins parmi les applications pour lesquelles la tension, la capacité, le courant, les dimensions et d'autres caractéristiques du pack peuvent être adaptées.

Cette distinction est utile pour les ingénieurs : établissez d’abord l’architecture électrique, puis concevez ou spécifiez le boîtier et la qualification appropriés à la profondeur et à l’environnement réels du véhicule.

Batterie robot MANLY 24V 30Ah LiFePO4

Spécifications de base : 25,6 V nominal, 30 Ah, 768 Wh, décharge continue de 30 A, crête de 60 A pendant 1 à 3 secondes, plus de 5 000 cycles spécifiés, bus RS485/RS232/CAN en option, boîtier et connecteurs personnalisables.

La plate-forme 24 V 30 Ah est un point de départ utile lorsqu'un OEM a besoin d'une architecture LiFePO4 à énergie modérée sans passer immédiatement à une batterie beaucoup plus grande. Sa puissance nominale de 768 Wh donne aux ingénieurs un budget énergétique concret avec lequel travailler, tandis que les puissances nominales de 30 A en continu et de 60 A en crête de courte durée permettent d'évaluer les besoins en énergie séparément de l'autonomie.

Les interfaces de communication en option sont particulièrement pertinentes pour les équipements autonomes. Les données de la batterie peuvent être intégrées dans un contrôleur de supervision afin que la tension, les informations sur l'état, les défauts et les conditions de fonctionnement puissent faire partie de la gestion de la mission plutôt que de rester isolées à l'intérieur du pack.

MANLY permet également de personnaliser les dimensions, le boîtier, le courant de charge/décharge du BMS, les connecteurs, le boîtier et le câblage. Cette flexibilité est précieuse pour le développement de ROV ou d'AUV, car la géométrie de la batterie est souvent limitée par le récipient sous pression ou le compartiment de véhicule disponible.

La spécification standard répertorie IP65. Cette évaluation ne doit pas être interprétée comme une évaluation de la profondeur sous-marine. Un projet destiné à l’immersion ou à une pression hydrostatique élevée nécessite toujours une enceinte sous pression correctement conçue et qualifiée ou une architecture tolérante à la pression.

Batterie robot MANLY 24V 50Ah LiFePO4

Spécifications de base : 25,6 V nominal, 50 Ah, 1 280 Wh, décharge continue de 50 A, crête de 100 A pendant 1 à 3 secondes, plus de 3 500 cycles spécifiés, bus RS485/RS232/CAN en option, dimensions, boîtier, câblage et courant BMS personnalisables.

La plateforme 24V 50Ah se concentre sur une enveloppe énergétique et actuelle différente. Sa capacité de 1,28 kWh crée plus d'espace pour des cycles de service plus longs ou des charges électriques embarquées supplémentaires, tandis que les systèmes de prise en charge continue de 50 A et de pointe courte de 100 A sont conçus pour répondre à une demande instantanée plus élevée.

Cette combinaison est pertinente lorsque la propulsion ne représente qu’une partie de la charge. Les équipements d'imagerie, le sonar, l'éclairage, les calculs embarqués, les capteurs et le matériel d'intervention consomment tous le même budget énergétique, sauf si le véhicule utilise des domaines électriques distincts.

Les bus CAN, RS485 et RS232 en option offrent également à un OEM plusieurs chemins d'intégration pour la télémétrie de la batterie et le contrôle de supervision. Étant donné que le boîtier et la configuration électrique peuvent être personnalisés, le fabrication de batteriesr peut fonctionner à partir d'exigences au niveau du véhicule plutôt que d'obliger le concepteur à construire autour d'une géométrie de package fixe.

Comme pour la plate-forme 30 Ah, la spécification IP65 du produit standard est un indice de protection contre la pénétration. Le déploiement sous-marin réel nécessite que le système fini soit conçu en fonction de sa profondeur prévue, de sa stratégie d'étanchéité, de son architecture de pression, de ses connecteurs et de ses exigences de qualification.

Packs de batteries MANLY LiFePO4 personnalisés pour robots sous-marins

Configuration de base : La tension, la capacité, les dimensions, le courant BMS, le boîtier, le câblage, les connecteurs et les communications personnalisés peuvent être spécifiés en fonction des exigences électriques et mécaniques du robot.

Un pack personnalisé devient particulièrement utile lorsque le ROV ou l'AUV ne peut pas être conçu autour d'une batterie rectangulaire standard. MANLY peut ajuster la tension et la capacité ainsi que les dimensions physiques, le courant de charge et de décharge du BMS, le câblage, les connecteurs et les caractéristiques du boîtier.

Pour un projet OEM sous-marin, le processus de spécification doit commencer par les données du véhicule : tension du bus CC, charge moyenne et maximale, Wh requis, stratégie de recharge, masse et volume autorisés, interface du contrôleur, température de fonctionnement et enceinte sous pression prévue. Un fabricant de batteries peut ensuite traduire ces contraintes en nombre de cellules, topologie de pack, paramètres BMS, chemins de courant et packaging mécanique.

Cette approche évite également une erreur d'ingénierie courante : choisir d'abord un nombre Ah élevé et essayer de faire en sorte que le véhicule l'adapte ensuite.

Qu’est-ce qui compte au-delà de la chimie dans une batterie sous-marine ?

Une chimie cellulaire appropriée ne crée pas automatiquement une batterie sous-marine appropriée. Le pack complet doit gérer la pression hydrostatique, l’exclusion de l’humidité, la protection électrique, les conditions thermiques, les communications, les connecteurs et l’intégration structurelle.

Un produit techniquement approprié Batterie AUV peut échouer à l’examen de conception au niveau du véhicule si son architecture de pression ou son système de surveillance ne correspond pas à la mission.

Boîtier sous pression et profondeur nominale

La résistance à l’eau et la capacité en profondeur sont des exigences techniques différentes.

Les indices IP décrivent des formes définies de protection contre la pénétration dans des conditions de test spécifiées. Ils n’établissent pas, à eux seuls, qu’un pack peut fonctionner à 100 mètres, 1 000 mètres ou 6 000 mètres de profondeur d’eau de mer.

Les systèmes en haute mer adoptent généralement l'une des deux grandes approches suivantes : protéger les composants de batterie conventionnels à l'intérieur d'un boîtier résistant à la pression, ou utiliser une architecture tolérante à la pression/compensée en pression. Le REMUS 6000 de WHOI, par exemple, place des modules de batterie lithium-ion dans des boîtiers sous pression, tandis que des recherches récentes ont étudié les structures de batteries à pression compensée immergées dans l'huile, spécifiquement pour réduire la masse structurelle requise pour les systèmes AUV en eaux profondes.

Cette différence a des implications directes sur les achats. Lorsqu’un équipementier demande à un fabricant de batteries un pack sous-marin, “ l’étanchéité ” n’est pas une exigence suffisante. La spécification doit indiquer la profondeur prévue, l'architecture de pression, la méthode de test, la durée, l'environnement thermique, la stratégie de connecteur et si la batterie elle-même ou un récipient sous pression du véhicule offre une protection contre la pression.

BMS, état de charge et communications

Un AUV doit prendre des décisions énergétiques sans qu’un pilote surveille en permanence la batterie. Des informations précises sur l’état de charge ont donc une valeur opérationnelle au-delà du simple affichage d’un pourcentage.

Un BMS supervise normalement l’état des cellules et des packs et peut gérer la protection contre les surcharges, les décharges excessives, les surintensités, les courts-circuits et les conditions de température. Dans un système autonome, les données BMS peuvent également éclairer des décisions telles que savoir si le véhicule dispose de suffisamment d'énergie pour poursuivre une étape d'enquête, retourner à un point d'amarrage ou commencer la récupération.

Les recherches AUV évaluées par des pairs identifient l'estimation du SOC comme un élément clé de l'optimisation énergétique des batteries lithium-ion, car la charge restante ne peut pas être mesurée directement de la même manière que le volume de carburant.

CAN et RS485 peuvent connecter ces informations sur la batterie au contrôleur du véhicule. Les packs robots 24 V 30 Ah et 24 V 50 Ah de MANLY offrent tous deux des bus RS485, RS232 et CAN comme interfaces de communication en option.

Pour un OEM, la spécification de communication doit aller au-delà du nom de l’interface physique. Définissez les objets de données, la fréquence de mise à jour, les états de défaut, le comportement du SOC, les ID ou registres de messages, l'interaction du chargeur et ce que le véhicule doit faire en cas de perte de communication.

Étanchéité, connecteurs et chemins thermiques

L'enceinte n'est qu'une barrière entre une batterie et l'eau de mer. Les pénétrations de câbles, les connecteurs, les traversées de pression, les joints, les interfaces de boîtier et les ouvertures de service font tous partie de l’intégrité environnementale du système.

La capacité actuelle est également importante à ces interfaces. Un connecteur adapté à un courant moyen faible peut devenir un goulot d'étranglement thermique lors d'une manœuvre à forte poussée. La résistance de contact, le calibre du câble, les paramètres de protection et le courant nominal du connecteur doivent donc être vérifiés par rapport au même modèle de courant de crête utilisé pour dimensionner la batterie.

La conception thermique mérite la même approche systémique. Un récipient sous pression scellé peut limiter le transfert direct de chaleur même lorsque l’eau de mer environnante est froide. Les recherches publiées par l'AUV ont par conséquent étudié les structures dédiées à la gestion thermique des batteries pour contrôler la température des cellules dans des modules compacts et scellés.

Comment dimensionner une batterie pour une mission ROV ou AUV ?

Dimensionnez la batterie en fonction des wattheures et de la demande actuelle, et non seulement des ampères-heures. Commencez par la puissance moyenne du système et la durée de mission, puis tenez compte de l’énergie utilisable, de la température, du vieillissement de la batterie, des pertes de conversion, des charges de pointe et de la réserve de récupération requise par le projet.

Cette méthode produit une spécification de batterie liée au véhicule réel au lieu d’un objectif de capacité générique.

Calculer l'énergie requise en watts-heures

La première conversion est simple :

Énergie (Wh) = Tension nominale (V) × Capacité (Ah)

Un pack nominal de 25,6 V, 30 Ah stocke donc :

25,6 × 30 = 768 Wh

La plate-forme MANLY 24V 30Ah est spécifiée à exactement 768Wh car “24V” décrit la classe du système alors que la tension nominale de son pack est de 25,6V. La version 50 Ah utilise la même tension nominale de 25,6 V et stocke 1 280 Wh.

L'énergie de mission peut alors être estimée à partir de :

Énergie requise pour la mission ≈ Puissance électrique moyenne × Durée de la mission

Si un ROV consomme en moyenne 300 W sur une mission de deux heures, le point de départ mathématique est de 600 Wh. Cela fait pas signifie qu’une batterie de 600 Wh suffit automatiquement. Le dimensionnement final doit encore inclure la fenêtre SOC utilisable du projet, la politique de réserve, les pertes de conversion de puissance, le comportement en température, le vieillissement attendu et toute éventualité spécifique à la mission.

Les spécifications commerciales des ROV montrent pourquoi la charge moyenne est importante. Blue Robotics donne différentes durées de fonctionnement du BlueROV2 pour une utilisation normale et légère, tandis que Blueye note explicitement que la durée d'exécution varie en fonction de l'équipement et de l'utilisation.

Ajoutez des pics de propulseur, des charges utiles et une réserve de récupération

L'énergie détermine la durée pendant laquelle un système peut théoriquement fonctionner. La capacité actuelle détermine si elle peut supporter la charge à un moment donné.

Le modèle de mission doit inclure la propulsion, les lumières, le sonar, les caméras, les ordinateurs de bord, les communications, les capteurs, les manipulateurs, les pompes et les charges utiles scientifiques, le cas échéant. Les propulseurs doivent être évalués pour une charge simultanée réaliste plutôt que de simplement multiplier le courant maximum par le nombre de moteurs et de supposer que cette condition persiste pendant toute la mission.

Une récente discussion technique de Blue Robotics illustre la distinction : un véhicule à huit propulseurs peut voir une large variation de courant en fonction des conditions de fonctionnement et de l'agressivité avec laquelle le véhicule est manoeuvré.

Une fois le profil de charge compris, comparez-le avec le courant continu du pack, la durée du courant de pointe, la coupure du BMS, la valeur nominale du connecteur, le câblage, le fusible ou le disjoncteur et la tension de bus minimale acceptable.

La réserve doit ensuite être définie par le modèle de risque opérationnel du véhicule. Un AUV qui doit revenir de manière autonome d'une étape d'enquête distante peut avoir besoin d'une politique de réserve différente de celle d'un ROV d'inspection captif opérant à côté de son point de lancement.

Vérifiez la recharge, l'échange de batterie et le déroulement de la mission

Le dimensionnement de la batterie doit également tenir compte de ce qui se passe entre les plongées.

Pour les travaux d'inspection qui durent toute la journée, la disponibilité opérationnelle peut parfois être améliorée en concevant des batteries interchangeables plutôt qu'en maximisant la capacité d'un seul pack. Blueye commercialise un pack de 216 Wh pour l'échange sur le terrain ainsi que pour l'autonomie, et la batterie BlueROV2 peut également être remplacée entre les opérations.

Un OEM doit donc modéliser le cycle de service complet : temps de mission, récupération, inspection, remplacement du pack, charge, refroidissement ou réchauffement si nécessaire, et préparation du prochain lancement.

C'est aussi là que se situe la relation avec le fabricant de batteries devient important. La capacité, le courant de charge autorisé, la conception des connecteurs, les communications de charge, l'accessibilité du pack et la stratégie en matière de pack de rechange peuvent tous affecter l'utilisation du véhicule, même s'ils ne modifient pas directement les performances sous-marines.

Exigences de sécurité et de transport pour les batteries lithium-ion dans les projets ROV/AUV américains

La conformité du transport, les normes de sécurité des batteries et la qualification sous-marine sont des exigences différentes. Une batterie peut en satisfaire un et nécessiter néanmoins des tests ou une ingénierie supplémentaire pour les autres.

Pour les équipementiers américains, la documentation d’approvisionnement doit donc identifier la configuration exacte de la batterie plutôt que de s’appuyer sur une déclaration générale selon laquelle les cellules sont “ certifiées ”.”

L'ONU 38.3 est une exigence de transport

Les batteries lithium-ion proposées au transport aux États-Unis sont soumises à la réglementation sur les matières dangereuses. La PHMSA dirige les expéditeurs vers 49 CFR 173.185 et déclare que les conceptions de batteries au lithium proposées pour le transport doivent répondre aux exigences de la sous-section 38.3 du Manuel de tests et de critères de l'ONU.

Les fabricants et les distributeurs ultérieurs doivent également mettre à disposition le résumé des tests de batterie au lithium requis pour les batteries applicables. Les directives actuelles de la PHMSA expliquent que le résumé fournit des informations traçables sur la conception de la cellule ou de la batterie et les tests effectués.

L'ONU 38.3 ne doit pas être présentée comme une qualification de profondeur, un essai de performances marines ou une preuve que le boîtier de la batterie peut résister à la pression hydrostatique. Son objectif est la sécurité des transports.

La sécurité des produits et la qualification maritime sont distinctes

Les normes CEI ont également des domaines d’application définis plutôt que de servir de “ certifications sous-marines ” universelles.”

La CEI 62133-2 couvre les exigences de sécurité pour les piles et batteries secondaires au lithium scellées portables utilisées dans les applications portables. La CEI 62619 :2022 couvre les piles et batteries secondaires au lithium pour les applications industrielles et inclut explicitement les véhicules marins parmi les exemples d'applications motrices.

Les normes qui s'appliquent à un programme ROV ou AUV spécifique dépendent de l'architecture finale de la batterie, de l'équipement final, des exigences du projet, du marché visé, des exigences de classification et des spécifications du client.

Les tests de profondeur, la conception des appareils sous pression, la protection contre la corrosion, l'isolation électrique, la protection contre les infiltrations, la qualification des connecteurs et l'analyse de la sécurité au niveau du véhicule peuvent donc accompagner les normes sur les batteries plutôt que d'être remplacés par elles.

Un responsable fabricant de batteries devrait aider l'OEM à identifier quelles revendications appartiennent à la configuration de batterie standard et lesquelles nécessitent une qualification de l'assemblage personnalisé final.

Documentez la batterie complète, pas seulement les cellules

Le fichier de conformité doit suivre la configuration de la batterie qui sera effectivement expédiée et installée.

La PHMSA exige que le résumé des tests UN 38.3 contienne des informations d'identification, notamment le fabricant, l'installation de test, la description du modèle, la masse, la puissance nominale en wattheures, les détails du rapport de test et les tests effectués. Une déclaration générique selon laquelle les cellules sous-jacentes ont satisfait à la norme UN 38.3 n'est pas la même chose qu'un résumé complet des tests pour la conception de batterie applicable.

Pour un programme OEM, le contrôle de configuration fait donc partie de l’ingénierie des batteries. Les modifications apportées au type de cellule, à la topologie série/parallèle, au matériel BMS, au boîtier, au câblage, aux connecteurs ou à d'autres éléments pertinents doivent être examinées pour déterminer leur impact sur les tests, la documentation, l'intégration du véhicule et l'état de transport.

Cette discipline devient de plus en plus importante à mesure qu’un prototype entre en production répétée.

Quelle composition chimique de batterie convient à votre ROV ou AUV ?

Choisissez la chimie en identifiant la contrainte qui contrôle le plus fortement le succès de la mission.

Si un AUV doit maximiser l'énergie stockée à l'intérieur d'une masse et d'un volume de coque étroitement limités, les batteries lithium-ion à plus haute densité énergétique, telles que les cellules appropriées basées sur NMC, méritent une évaluation minutieuse. L’utilisation par WHOI de systèmes modulaires lithium-ion sur plusieurs véhicules REMUS illustre l’intérêt d’adapter la capacité de la batterie aux exigences de la mission et de la charge utile plutôt que d’utiliser une configuration universelle.

Si le projet donne la priorité aux cycles répétés, à la stabilité thermique, à la durée de vie prévisible et à une architecture d'alimentation OEM configurable, LiFePO4 constitue une base d'ingénierie solide. La valeur de la chimie devient particulièrement évidente lorsqu’elle est associée au BMS, à la capacité de courant de pointe, aux communications et à la conception mécanique appropriés.

Pour les ROV, portez une attention particulière à la demande de propulsion instantanée et à l’exécution de la mission. Pour les AUV, l'énergie stockée, la masse du pack, la précision du SOC, la réserve de retour et l'intégration du système de pression ont souvent un poids plus important.

Les plates-formes robotisées LiFePO4 24 V 30 Ah et 24 V 50 Ah de MANLY Battery fournissent des points de départ électriques vérifiés à 768 Wh et 1 280 Wh respectivement, tandis que la tension, la capacité, les dimensions, le courant BMS, le câblage, les connecteurs et les communications personnalisés permettent de développer une conception OEM autour du véhicule plutôt que de forcer le véhicule autour d'un pack fixe.

La décision finale doit donc être prise au niveau du système complet : chimie + énergie + courant + BMS + architecture pression + conception thermique + communications + qualification.

FAQ

Une batterie LiFePO4 peut-elle être utilisée directement sous l’eau ?

Pas simplement parce qu’il utilise du LiFePO4 ou qu’il possède un indice IP. Les cellules et le BMS nécessitent une architecture d'enceinte adaptée à l'immersion et à la pression hydrostatique prévues. La recherche AUV en haute mer utilise des boîtiers résistants à la pression ou des structures compensées en pression, spécifiquement parce que la protection ordinaire contre la pénétration n'établit pas de profondeur nominale utilisable. Les packs de robots MANLY peuvent fournir la plate-forme électrique, tandis que le système sous-marin final doit être conçu et qualifié pour la profondeur prévue.

Les AUV utilisent-ils normalement des batteries lithium-ion ?

La technologie lithium-ion est largement utilisée dans les AUV modernes car elle combine le stockage d’énergie rechargeable avec l’énergie utile et la densité de puissance. Le programme REMUS de WHOI a utilisé des systèmes de batteries lithium-ion allant d'environ 1 à 16 kWh, tandis que la littérature de recherche actuelle décrit les batteries lithium-ion comme une technologie majeure de stockage d'énergie pour les AUV. La composition chimique exacte et l'architecture du pack doivent toujours être sélectionnées en fonction de la portée de la mission, de la masse, du volume, de la puissance, de la température, de la profondeur et des exigences de service.

Un ROV peut-il fonctionner à partir d’une batterie embarquée au lieu de recevoir de l’énergie via son câble d’attache ?

Oui. Les architectures ROV alimentées par batterie sont déjà utilisées commercialement ; le BlueROV2, par exemple, utilise normalement une batterie lithium-ion intégrée tandis que son câble d'attache assure les communications. Les ROV propulsés en surface sont une autre architecture valable. La décision affecte la taille de l'attache, la masse embarquée, la puissance disponible, la logistique de déploiement et la durée de fonctionnement. L'architecture d'alimentation doit donc être sélectionnée avant de finaliser la capacité de la batterie du ROV.

Un indice Ah plus élevé donne-t-il toujours à un ROV une autonomie plus longue ?

Uniquement lorsque la tension, la capacité utilisable, la charge et les conditions de fonctionnement sont également prises en compte. Les ampères-heures à eux seuls ne décrivent pas l’énergie stockée ; les wattheures le font. Un pack 25,6V 30Ah stocke par exemple 768Wh. La durée d'exécution dépend alors de la puissance moyenne du véhicule, de l'utilisation du propulseur, des charges utiles, des pertes, de la température et des besoins en réserves. La capacité de courant de pointe doit également être vérifiée séparément, car une batterie peut avoir suffisamment d'énergie mais ne pas être en mesure de répondre à une courte demande de puissance élevée.

Que devrait fournir un OEM à un fabricant de batterie pour une batterie AUV personnalisée ?

Commencez par la tension nominale du bus CC, l'énergie de mission requise en Wh, le courant moyen et de crête, la masse et les dimensions autorisées, les températures de fonctionnement et de charge, les fonctions BMS, les exigences CAN ou RS485, les besoins en matière de connecteurs et de câblage, la stratégie de charge et l'architecture de pression du véhicule. Les exigences de profondeur et de qualification prévues doivent également être explicites. MANLY peut personnaliser les fonctions de tension, de capacité, de dimensions, de courant BMS, de boîtier, de connecteur, de câblage et de communication en fonction des exigences des robots OEM.

Conclusion

La distinction utile entre LiFePO4 et les autres batteries lithium-ion n'est pas qu'une chimie appartient à chaque ROV et une autre à chaque AUV. Le facteur décisif est la mission.

Les projets AUV limités par le volume de la coque et la masse du véhicule devraient donner un poids substantiel à la densité énergétique. Les projets de ROV avec des cycles d'inspection répétés devraient évaluer la capacité actuelle, la durée de vie du cycle, la logistique de charge et l'échange de batterie ainsi que le Wh total. Les deux ont besoin d’un BMS et d’une architecture électrique capables de prendre en charge les charges de propulsion et de charge utile.

L’exploitation sous-marine ajoute une autre couche : la protection IP ne peut pas remplacer une architecture de pression vérifiée, et la conformité au transport UN 38.3 ne peut pas remplacer une qualification sous-marine.

Pour les équipes OEM développant un produit spécialement conçu batterie de véhicule utilitaire ou Batterie AUV, MANLY Battery peut s'appuyer sur des plates-formes robotisées LiFePO4 existantes ou développer des configurations personnalisées de tension, de capacité, de BMS, de communication, de câblage, de connecteur et d'emballage. Définir d'abord la charge de mission et l'enveloppe mécanique ; la batterie peut alors être conçue en fonction des besoins réels du véhicule.

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