LiFePO4 vs batterie agli ioni di litio per ROV e AUV

Scegliere tra LiFePO4 e altro Batterie agli ioni di litio per ROV e AUV inizia con la missione, non solo con il nome della chimica. LiFePO4 favorisce la stabilità termica, la lunga durata del ciclo e la ripetizione delle operazioni, mentre i prodotti chimici a base di nichel come NMC possono fornire un vantaggio quando l'energia deve essere concentrata in una massa o un volume strettamente vincolato. Le linee guida del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti identificano in modo simile i vantaggi della durata del ciclo e della stabilità termica dell’LFP, rilevando al contempo il suo potenziale operativo e la densità di energia inferiori rispetto ai prodotti chimici ricchi di nichel.

ROV e AUV impongono inoltre requisiti che le normali applicazioni di batterie mobili non impongono. I carichi dei propulsori possono produrre grandi oscillazioni di corrente, la resistenza AUV è legata direttamente all'energia immagazzinata e uno zaino destinato alla profondità necessita di un'architettura di pressione adeguata piuttosto che di un semplice involucro impermeabile. La gestione della batteria, i connettori, i percorsi termici, le comunicazioni, la documentazione di trasporto e l’integrazione del veicolo sono quindi importanti quasi quanto la chimica delle cellule.

LiFePO4 vs batterie agli ioni di litio: quale è meglio per ROV e AUV?

Non esiste una chimica universale per ogni veicolo sottomarino. A Batteria LiFePO4 è particolarmente interessante laddove contano cicli frequenti, stabilità termica e funzionamento prevedibile a lungo termine, mentre le batterie NMC o simili agli ioni di litio meritano considerazione laddove il veicolo deve trasportare quanta più energia possibile entro rigorosi limiti di peso e volume.

La decisione ingegneristica dovrebbe rispondere a una domanda più utile: di quale combinazione di energia, potenza, durata di servizio, architettura della pressione e turnaround della missione ha bisogno il veicolo?

LiFePO4 fa parte della famiglia degli ioni di litio

LiFePO4 è esso stesso una chimica degli ioni di litio. Il termine “LiFePO4 vs ioni di litio” è comune nelle ricerche commerciali, ma tecnicamente il confronto è solitamente tra fosfato di litio ferro e altri prodotti chimici catodici agli ioni di litio come NMC o NCA.

NREL tratta LFP e NMC come due sostanze chimiche all'interno della più ampia famiglia di batterie agli ioni di litio. Questa distinzione è importante perché gli ingegneri ROV e AUV dovrebbero confrontare le caratteristiche effettive di celle e pacchi piuttosto che presumere che “ioni di litio” descriva una tecnologia standardizzata.

In questo articolo, “altre batterie agli ioni di litio” si riferisce principalmente a prodotti chimici a base di nichel a densità di energia più elevata come NMC, se non diversamente specificato.

Confronto rapido: densità di energia, sicurezza, durata del ciclo e tensione

Fattore di progettazione	LiFePO4	Chimiche agli ioni di litio a densità di energia più elevata come NMC
Densità energetica	Tipicamente inferiore, che può richiedere più massa o volume per la stessa energia immagazzinata	Tipicamente più alto, utile dove lo spazio e il peso sono strettamente limitati
Stabilità termica	Forte caratteristica della chimica LFP	Richiede un'attenta selezione delle celle e protezione termica, in particolare con sostanze chimiche ad alto contenuto di nichel
Ciclo di vita	Adatto per servizi di carica/scarica ripetuti	Dipende fortemente dalla chimica della cella, dalla finestra operativa, dalla temperatura e dalla velocità di scarica
Voltaggio del pacco	Determinato dal conteggio delle cellule in serie e dall'architettura del sistema	Determinato dal conteggio delle cellule in serie e dall'architettura del sistema
Valore ROV/AUV	Attraente per implementazioni ripetute, cicli di lavoro commerciali e progetti attenti alla sicurezza	Attraente quando massimizzare l'energia all'interno di un veicolo compatto è un vincolo primario

Queste differenze sono tendenze progettuali piuttosto che garanzie. La qualità delle celle, i limiti BMS, il raffreddamento, la struttura dell'involucro, la strategia di carica, la velocità di scarica e la temperatura operativa possono modificare sostanzialmente le prestazioni della batteria finale. La ricerca del DOE sulla sicurezza delle batterie rileva specificamente il compromesso tra la stabilità termica e la durata del ciclo di LFP e la sua ridotta densità di energia.

La risposta breve per profilo di missione

Un AUV compatto che dovrebbe coprire lunghe distanze di rilevamento prima del recupero può conferire un valore eccezionale alla densità di energia gravimetrica e volumetrica. WHOI ha sviluppato sistemi agli ioni di litio da circa 1 a 16 kWh per gli AUV della serie REMUS, con requisiti di missione che determinano il numero di moduli batteria installati.

Un ROV di ispezione commerciale può avere una priorità diversa. Può trascorrere gran parte della sua vita lavorativa ripetutamente immergendosi, mantenendo la stazione, azionando luci e sensori, emergendo e tornando in servizio. In questo ciclo di lavoro, la frequenza di ricarica, il supporto della corrente di picco, la sostituzione della batteria, la durata utile e la protezione dai guasti diventano importanti insieme all’energia totale.

L'etichetta del veicolo da sola quindi non determina la chimica. Due AUV possono avere priorità energetiche completamente diverse, proprio come due ROV possono avere carichi di propulsori e carico utile molto diversi.

In che modo le batterie LiFePO4 e agli ioni di litio influiscono sulle prestazioni delle missioni ROV e AUV

La chimica della batteria diventa utile solo quando le sue caratteristiche si traducono in prestazioni del veicolo. Per i ROV e gli AUV, i risultati importanti sono l'energia utilizzabile per la missione, l'erogazione di potenza di picco, la massa del veicolo, il comportamento termico, il ciclo di vita e la capacità di completare la missione con un margine di recupero adeguato.

Densità energetica, peso e galleggiabilità

La densità energetica conta di più quando un AUV deve trasportare una quantità notevole di energia senza consentire al sistema batteria di dominare la massa o il volume interno del veicolo.

Una maggiore massa della batteria può richiedere modifiche al supporto strutturale e all’assetto del veicolo. Un volume maggiore dell'involucro può influenzare la geometria dello scafo, il materiale di galleggiamento, l'allocazione del carico utile e la progettazione idrodinamica. Per un AUV a lungo raggio, queste interazioni possono rendere la densità energetica a livello di pacco più significativa di una scheda tecnica della cella vista isolatamente.

I sistemi di batterie REMUS di WHOI illustrano questo approccio a livello di sistema. Diverse configurazioni REMUS utilizzano gruppi modulari di batterie agli ioni di litio e REMUS 6000 utilizza moduli batteria installati all'interno di alloggiamenti a pressione per operazioni che raggiungono i 6.000 metri.

La lezione non è che ogni AUV abbia bisogno della stessa chimica. È che la densità energetica delle celle deve essere valutata dopo aver tenuto conto dell’hardware BMS, dei cablaggi, dei supporti strutturali, dei materiali termici e dell’involucro a pressione che rende le celle utilizzabili sott’acqua.

Corrente di picco, abbassamento di tensione e carichi del propulsore

UN Batteria ROV può avere abbastanza wattora per l'immersione pianificata ed essere ancora sottodimensionato dal punto di vista elettrico.

I propulsori non assorbono una corrente costante durante una missione. L'accelerazione, la manovra, il mantenimento della posizione in corrente, le correzioni verticali e il funzionamento simultaneo del propulsore possono spostare il sistema elettrico molto al di sopra della domanda di crociera per brevi periodi. Sonar, luci, manipolatori, processori di bordo, telecamere e altri carichi utili aggiungono i propri carichi.

Un attuale esempio di ROV commerciale rende chiara la distinzione. Il pacco agli ioni di litio da 14,8 V, 18 Ah di Blue Robotics immagazzina 266,4 Wh ma è anche specificato per corrente continua da 60 A e una raffica di 132 A per 10 secondi. Tali limiti attuali sono separati dalla capacità energetica.

Ecco perché un budget energetico per un ROV richiede almeno due calcoli: quanta energia consuma la missione e quanta corrente il sistema può richiedere contemporaneamente.

Se il gruppo, il BMS, il cablaggio, il connettore o il dispositivo di protezione non sono in grado di supportare il carico transitorio, la tensione può diminuire e la protezione potrebbe attivarsi anche se nella batteria rimane una notevole energia.

Ciclo di vita, acqua fredda e missioni ripetute

Il ciclo di vita diventa economicamente importante quando un veicolo viene utilizzato e ricaricato frequentemente. Un pacco utilizzato per più cicli di ispezione ogni settimana presenta un profilo di vita diverso rispetto a un AUV sperimentale utilizzato solo occasionalmente.

Anche la temperatura deve essere trattata come una condizione operativa a livello di pacchetto. L'acqua di mare fredda non significa che le celle della batteria rimangono automaticamente alla stessa temperatura dell'acqua circostante, perché le celle si trovano all'interno di un involucro e generano calore sotto carico. Al contrario, una batteria che si raffredda tra una missione e l'altra può avere restrizioni di carica e comportamento energetico diversi.

I limiti appropriati sono quindi i limiti stabiliti dal produttore per la confezione effettiva. Ad esempio, le attuali specifiche della batteria del robot MANLY da 24 V 30 Ah e 24 V 50 Ah elencano un intervallo di ricarica compreso tra 0 ° C e 45 ° C, mentre gli intervalli di scarica specificati si estendono sotto lo zero.

La moderna ricerca AUV considera anche la gestione termica della batteria come un problema ingegneristico dedicato perché il pacco funziona in un involucro ristretto con volume limitato e carichi di potenza impegnativi.

Piattaforme MANLY con batteria LiFePO4 per la progettazione di sistemi di alimentazione ROV e AUV

Per un progetto OEM di robot subacquei, le batterie robotiche esistenti di MANLY Battery sono meglio trattate come piattaforme elettriche piuttosto che come gruppi sottomarini finiti con profondità nominale. MANLY supporta batterie robotiche personalizzate e include esplicitamente i robot subacquei tra le applicazioni per le quali è possibile personalizzare tensione, capacità, corrente, dimensioni e altre caratteristiche del pacchetto.

Questa distinzione è utile per gli ingegneri: stabilire prima l'architettura elettrica, quindi progettare o specificare l'involucro e la qualifica adeguati alla profondità e all'ambiente effettivi del veicolo.

Batteria per robot MANLY 24V 30Ah LiFePO4

Specifiche principali: 25,6 V nominali, 30 Ah, 768 Wh, scarica continua 30 A, picco 60 A per 1–3 secondi, oltre 5.000 cicli specificati, bus RS485/RS232/CAN opzionale, custodia e connettori personalizzabili.

La piattaforma da 24 V 30 Ah è un utile punto di partenza quando un OEM necessita di un'architettura LiFePO4 a consumo moderato senza passare immediatamente a una batteria molto più grande. La sua potenza nominale di 768 Wh offre agli ingegneri un budget energetico concreto con cui lavorare, mentre la potenza nominale di 30 A continui e 60 A di picco di breve durata consente di valutare i requisiti di potenza separatamente dal tempo di autonomia.

Le interfacce di comunicazione opzionali sono particolarmente rilevanti per le apparecchiature autonome. I dati della batteria possono essere integrati in un controller di supervisione in modo che tensione, informazioni sullo stato, guasti e condizioni operative possano diventare parte della gestione della missione anziché rimanere isolati all'interno del pacco.

MANLY consente inoltre di personalizzare dimensioni, alloggiamento, corrente di carica/scarica BMS, connettori, custodia e cablaggio. Questa flessibilità è preziosa per lo sviluppo di ROV o AUV perché la geometria della batteria è spesso vincolata dal recipiente a pressione o dal vano veicolo disponibile.

La specifica standard elenca IP65. Tale valutazione non deve essere interpretata come una valutazione della profondità sottomarina. Un progetto destinato all'immersione o all'elevata pressione idrostatica necessita comunque di una custodia a pressione adeguatamente progettata e qualificata o di un'architettura resistente alla pressione.

Batteria per robot MANLY 24V 50Ah LiFePO4

Specifiche principali: 25,6 V nominali, 50 Ah, 1.280 Wh, scarica continua 50 A, picco 100 A per 1-3 secondi, oltre 3.500 cicli specificati, bus RS485/RS232/CAN opzionale, dimensioni personalizzabili, custodia, cablaggio e corrente BMS.

La piattaforma da 24 V 50 Ah è incentrata su un diverso involucro di energia e corrente. La sua capacità di 1,28 kWh crea più spazio per cicli di lavoro più lunghi o carichi elettrici di bordo aggiuntivi, mentre la potenza continua di 50 A e i sistemi di supporto di picco breve da 100 A sono progettati attorno a una domanda istantanea più elevata.

Questa combinazione è rilevante quando la propulsione è solo una parte del carico. Le apparecchiature di imaging, il sonar, l'illuminazione, il calcolo di bordo, il rilevamento e l'hardware di intervento attingono tutti dallo stesso budget energetico, a meno che il veicolo non utilizzi domini elettrici separati.

Il bus CAN opzionale, RS485 e RS232 offrono inoltre a un OEM diversi percorsi di integrazione per la telemetria della batteria e il controllo di supervisione. Poiché l'alloggiamento e la configurazione elettrica possono essere personalizzati, il fabbricazione di batterier può funzionare partendo da requisiti a livello di veicolo anziché costringere il progettista a costruire attorno a una geometria fissa del pacchetto.

Come per la piattaforma da 30 Ah, la specifica IP65 del prodotto standard corrisponde a un grado di protezione dall'ingresso. L'effettiva implementazione subacquea richiede che il sistema finito sia progettato per la profondità pianificata, la strategia di tenuta, l'architettura della pressione, i connettori e i requisiti di qualificazione.

Pacchi batterie MANLY LiFePO4 personalizzati per robot subacquei

Configurazione principale: È possibile specificare tensione, capacità, dimensioni, corrente BMS, custodia, cablaggio, connettori e comunicazioni personalizzati in base ai requisiti elettrici e meccanici del robot.

Un pacchetto personalizzato diventa particolarmente utile quando il ROV o l'AUV non possono essere progettati attorno a una batteria rettangolare standard. MANLY può regolare la tensione e la capacità insieme alle dimensioni fisiche, alla corrente di carica e scarica del BMS, al cablaggio, ai connettori e alle caratteristiche dell'involucro.

Per un progetto OEM sottomarino, il processo di specifica dovrebbe iniziare con i dati del veicolo: tensione del bus CC, carico medio e di picco, Wh richiesti, strategia di ricarica, massa e volume consentiti, interfaccia del controller, temperatura operativa e camera di pressione pianificata. A produttore di batterie può quindi tradurre tali vincoli in conteggio delle cellule, topologia del pacco, impostazioni BMS, percorsi correnti e imballaggio meccanico.

Questo approccio previene anche un errore ingegneristico comune: scegliere prima un numero Ah elevato e poi cercare di adattarlo al veicolo.

Cosa conta oltre la chimica in un pacco batterie sottomarino?

Una chimica cellulare adeguata non crea automaticamente una batteria sottomarina adeguata. Il pacchetto completo deve gestire la pressione idrostatica, l'esclusione dell'umidità, la protezione elettrica, le condizioni termiche, le comunicazioni, i connettori e l'integrazione strutturale.

Un tecnicamente appropriato Batteria AUV può fallire la revisione della progettazione a livello di veicolo se la sua architettura di pressione o il suo sistema di monitoraggio non corrispondono alla missione.

Custodia a pressione e valutazione della profondità

L'impermeabilità e la capacità di profondità sono requisiti tecnici diversi.

Le classificazioni IP descrivono forme definite di protezione dall'ingresso in condizioni di test specificate. Da soli non stabiliscono che un branco possa operare a 100 metri, 1.000 metri o 6.000 metri di profondità dell’acqua di mare.

I sistemi in acque profonde generalmente adottano uno dei due approcci generali: proteggere i componenti convenzionali della batteria all’interno di un alloggiamento resistente alla pressione o utilizzare un’architettura tollerante alla pressione/compensata dalla pressione. Il REMUS 6000 dell’OMS, ad esempio, posiziona i moduli delle batterie agli ioni di litio in alloggiamenti a pressione, mentre recenti ricerche hanno studiato le strutture delle batterie a bagno d’olio con compensazione della pressione specificamente per ridurre la massa strutturale richiesta per i sistemi AUV in acque profonde.

Questa differenza ha implicazioni dirette sull’acquisto. Quando un OEM richiede a un produttore di batterie un pacco sottomarino, “impermeabile” non è un requisito sufficiente. La specifica dovrebbe indicare la profondità prevista, l'architettura della pressione, il metodo di prova, la durata, l'ambiente termico, la strategia del connettore e se la batteria stessa o un recipiente a pressione del veicolo fornisce protezione dalla pressione.

BMS, stato di carica e comunicazioni

Un AUV deve prendere decisioni energetiche senza che un pilota controlli continuamente la batteria. Informazioni accurate sullo stato di carica hanno quindi un valore operativo che va oltre la semplice visualizzazione di una percentuale.

Un BMS normalmente supervisiona le condizioni della cella e del pacco e può gestire la protezione da sovraccarico, scarica eccessiva, sovracorrente, cortocircuito e condizioni di temperatura. In un sistema autonomo, i dati BMS possono anche informare decisioni come se il veicolo ha abbastanza energia per continuare un tratto di rilevamento, tornare a un punto di attracco o iniziare il recupero.

La ricerca AUV sottoposta a revisione paritaria identifica la stima del SOC come una parte fondamentale dell’ottimizzazione energetica delle batterie agli ioni di litio perché la carica rimanente non può essere misurata direttamente come potrebbe essere il volume del carburante.

CAN e RS485 possono collegare le informazioni sulla batteria al controller del veicolo. I pacchetti robot da 24 V 30 Ah e 24 V 50 Ah di MANLY offrono entrambi RS485, RS232 e bus CAN come interfacce di comunicazione opzionali.

Per un OEM, le specifiche di comunicazione dovrebbero andare oltre la denominazione dell'interfaccia fisica. Definire gli oggetti dati, la frequenza di aggiornamento, gli stati di guasto, il comportamento del SOC, gli ID o i registri dei messaggi, l'interazione del caricabatterie e cosa dovrebbe fare il veicolo in caso di perdita della comunicazione.

Sigillatura, connettori e percorsi termici

L'involucro è solo una barriera tra la batteria e l'acqua di mare. Gli attraversamenti dei cavi, i connettori, i passaggi di pressione, le guarnizioni, le interfacce della custodia e le aperture di servizio fanno tutti parte dell'integrità ambientale del sistema.

Anche la capacità attuale conta su quelle interfacce. Un connettore adeguato per una corrente media bassa può diventare un collo di bottiglia termico durante una manovra ad alta spinta. La resistenza di contatto, la sezione del cavo, le impostazioni di protezione e la corrente nominale del connettore devono pertanto essere verificati rispetto allo stesso modello di corrente di picco utilizzato per dimensionare la batteria.

La progettazione termica merita lo stesso approccio sistemico. Un recipiente a pressione sigillato può limitare il trasferimento diretto di calore anche quando l’acqua di mare circostante è fredda. La ricerca AUV pubblicata ha quindi studiato strutture dedicate alla gestione termica delle batterie per controllare la temperatura delle celle in moduli compatti e sigillati.

Come dimensionare una batteria per una missione ROV o AUV?

Dimensionare la batteria in base ai wattora e alla domanda di corrente, non solo agli ampere. Inizia con la potenza media del sistema e il tempo di missione, quindi prendi in considerazione l’energia utilizzabile, la temperatura, l’invecchiamento della batteria, le perdite di conversione, i carichi di picco e la riserva di recupero richiesta dal progetto.

Questo metodo produce una specifica della batteria legata al veicolo reale invece di un obiettivo di capacità generico.

Calcolare l'energia richiesta in wattora

La prima conversione è semplice:

Energia (Wh) = Tensione nominale (V) × Capacità (Ah)

Un pacco nominale da 25,6 V, 30 Ah immagazzina quindi:

25,6×30 = 768Wh

La piattaforma MANLY 24V 30Ah è specificata esattamente a 768Wh perché “24V” descrive la classe del sistema mentre la tensione nominale del pacchetto elencata è 25,6V. La versione da 50 Ah utilizza la stessa tensione nominale di 25,6 V e immagazzina 1.280 Wh.

L’energia della missione può quindi essere stimata da:

Energia richiesta per la missione ≈ Energia elettrica media × Durata della missione

Se un ROV produce in media 300 W in una missione di due ore, il punto di partenza matematico è 600 Wh. Questo sì non significa che una batteria da 600 Wh è automaticamente sufficiente. Il dimensionamento finale deve ancora includere la finestra SOC utilizzabile del progetto, la politica di riserva, le perdite di conversione di potenza, il comportamento della temperatura, l’invecchiamento previsto e qualsiasi contingenza specifica della missione.

Le specifiche dei ROV commerciali mostrano perché il carico medio è importante. Blue Robotics offre tempi di funzionamento BlueROV2 diversi per un utilizzo normale e leggero, mentre Blueye rileva esplicitamente che il tempo di funzionamento varia in base all'attrezzatura e all'utilizzo.

Aggiungi picchi di propulsione, carichi utili e riserva di recupero

L’energia determina per quanto tempo un sistema può teoricamente funzionare. La capacità attuale determina se può supportare il carico in un particolare momento.

Il modello di missione dovrebbe includere propulsione, luci, sonar, telecamere, computer di bordo, comunicazioni, sensori, manipolatori, pompe e carichi scientifici ove applicabile. I propulsori dovrebbero essere valutati per un carico simultaneo realistico piuttosto che semplicemente moltiplicando la corrente massima per il numero di motori e presupponendo che la condizione persista per l'intera missione.

Una recente discussione ingegneristica di Blue Robotics illustra la distinzione: un veicolo a otto propulsori può subire ampie variazioni di corrente a seconda delle condizioni operative e dell’aggressività con cui il veicolo viene manovrato.

Dopo aver compreso il profilo di carico, confrontarlo con la corrente continua del pacco, la durata della corrente di picco, l'interruzione del BMS, la classificazione del connettore, il cablaggio, il fusibile o l'interruttore e la tensione minima del bus accettabile.

La riserva dovrebbe quindi essere definita dal modello di rischio operativo del veicolo. Un AUV che deve ritornare autonomamente da una tratta di indagine distante potrebbe necessitare di una politica di riserva diversa da un ROV di ispezione vincolato che opera accanto al suo punto di lancio.

Controlla la ricarica, lo scambio della batteria e il completamento della missione

Il dimensionamento della batteria dovrebbe anche considerare cosa succede tra un’immersione e l’altra.

Per il lavoro di ispezione che dura tutto il giorno, a volte la disponibilità operativa può essere migliorata progettando batterie intercambiabili anziché massimizzare la capacità di un pacco. Blueye commercializza un pacchetto da 216 Wh per lo scambio sul campo e l'autonomia, e la batteria BlueROV2 può anche essere sostituita tra un'operazione e l'altra.

Un OEM dovrebbe quindi modellare l’intero ciclo di lavoro: tempo di missione, recupero, ispezione, sostituzione del pacco, ricarica, raffreddamento o riscaldamento se necessario, e preparazione per il lancio successivo.

Questo è anche il punto in cui inizia il rapporto con il produttore di batterie diventa importante. Capacità, corrente di carica consentita, progettazione del connettore, comunicazioni di ricarica, accessibilità del pacco e strategia del pacco di riserva possono influenzare l'utilizzo del veicolo anche quando non modificano direttamente le prestazioni subacquee.

Requisiti di sicurezza e trasporto per le batterie agli ioni di litio nei progetti ROV/AUV statunitensi

La conformità del trasporto, gli standard di sicurezza delle batterie e la qualificazione sottomarina sono requisiti diversi. Una batteria può soddisfarne uno e richiedere comunque ulteriori test o ingegneria per gli altri.

Per gli OEM statunitensi, la documentazione di approvvigionamento dovrebbe quindi identificare l’esatta configurazione della batteria piuttosto che fare affidamento su una dichiarazione generale secondo cui le celle sono “certificate”.”

L'ONU 38.3 è un requisito di trasporto

Le batterie agli ioni di litio offerte per il trasporto negli Stati Uniti sono soggette alle normative sui materiali pericolosi. PHMSA indirizza gli spedizionieri al 49 CFR 173.185 e afferma che i modelli di batterie al litio offerti per il trasporto devono soddisfare i requisiti del Manuale di test e criteri delle Nazioni Unite applicabile, sottosezione 38.3.

I produttori e i successivi distributori devono inoltre rendere disponibile il riepilogo del test della batteria al litio richiesto per le batterie applicabili. Le attuali linee guida del PHMSA spiegano che il riepilogo fornisce informazioni tracciabili sulla progettazione della cella o della batteria e sui test eseguiti.

La norma UN 38.3 non deve essere presentata come una qualifica di profondità, un test delle prestazioni marine o una prova che l'involucro della batteria può resistere alla pressione idrostatica. Il suo scopo è la sicurezza dei trasporti.

La sicurezza del prodotto e la qualificazione marittima sono separate

Gli standard IEC hanno anche ambiti definiti anziché fungere da “certificazioni sottomarine” universali.”

La norma IEC 62133-2 copre i requisiti di sicurezza per celle e batterie al litio secondarie sigillate portatili utilizzate in applicazioni portatili. La norma IEC 62619:2022 riguarda le celle e le batterie al litio secondarie per applicazioni industriali e include esplicitamente i veicoli marini tra le applicazioni motorie di esempio.

Gli standard applicabili a uno specifico programma ROV o AUV dipendono dall'architettura finale della batteria, dall'apparecchiatura finale, dai requisiti del progetto, dal mercato previsto, dai requisiti di classificazione e dalle specifiche del cliente.

I test approfonditi, la progettazione dei recipienti a pressione, la protezione dalla corrosione, l’isolamento elettrico, la protezione dall’ingresso, la qualificazione dei connettori e l’analisi della sicurezza a livello di veicolo potrebbero quindi affiancarsi agli standard delle batterie anziché essere sostituiti da essi.

Un responsabile produttore di batterie dovrebbe aiutare l'OEM a identificare quali affermazioni appartengono alla configurazione standard della batteria e quali richiedono la qualificazione dell'assemblaggio personalizzato finale.

Documenta l'intero pacco batteria, non solo le celle

Il file di conformità deve seguire la configurazione della batteria che verrà effettivamente spedita e installata.

Il PHMSA richiede che il riepilogo del test UN 38.3 contenga informazioni identificative tra cui il produttore, l'impianto di prova, la descrizione del modello, la massa, la potenza in wattora, i dettagli del rapporto di prova e i test condotti. Una dichiarazione generica che le celle sottostanti hanno superato la norma UN 38.3 non equivale a un riepilogo completo del test per il progetto della batteria applicabile.

Per un programma OEM, il controllo della configurazione fa quindi parte della progettazione della batteria. Le modifiche al tipo di cella, alla topologia in serie/parallelo, all'hardware BMS, all'involucro, al cablaggio, ai connettori o ad altri elementi rilevanti devono essere esaminate per il loro impatto su test, documentazione, integrazione del veicolo e stato di trasporto.

Questa disciplina diventa sempre più importante man mano che un prototipo passa alla produzione ripetuta.

Quale chimica della batteria è adatta al tuo ROV o AUV?

Scegli l'alchimia identificando il vincolo che controlla maggiormente il successo della missione.

Se un AUV ha bisogno di massimizzare l’energia immagazzinata all’interno di una massa e di un volume dello scafo strettamente limitati, le batterie agli ioni di litio ad alta densità di energia, come le celle adatte basate su NMC, meritano un’attenta valutazione. L’uso da parte dell’OMS di sistemi modulari agli ioni di litio su diversi veicoli REMUS illustra il valore di adattare la capacità della batteria ai requisiti della missione e del carico utile piuttosto che utilizzare una configurazione universale.

Se il progetto dà priorità ai cicli ripetuti, alla stabilità termica, alla durata di servizio prevedibile e a un'architettura di alimentazione OEM configurabile, LiFePO4 fornisce una solida base ingegneristica. Il valore della chimica diventa particolarmente evidente quando viene abbinata al BMS, alla capacità di corrente di picco, alle comunicazioni e alla progettazione meccanica corretti.

Per i ROV, prestare molta attenzione alla domanda di propulsione istantanea e al turnaround della missione. Per gli AUV, l’energia immagazzinata, la massa del pacco, la precisione del SOC, la riserva di ritorno e l’integrazione del sistema di pressione spesso hanno un peso maggiore.

Le piattaforme robotiche LiFePO4 da 24 V 30 Ah e 24 V 50 Ah di MANLY Battery forniscono punti di partenza elettrici verificati rispettivamente a 768 Wh e 1.280 Wh, mentre voltaggio, capacità, dimensioni, corrente BMS, cablaggio, connettori e comunicazioni personalizzati consentono di sviluppare un design OEM attorno al veicolo anziché forzare il veicolo attorno a un pacco fisso.

La decisione finale dovrebbe quindi essere presa a livello del sistema completo: chimica + energia + corrente + BMS + architettura della pressione + progettazione termica + comunicazioni + qualificazione.

Domande frequenti

È possibile utilizzare una batteria LiFePO4 direttamente sott'acqua?

Non semplicemente perché utilizza LiFePO4 o ha un grado di protezione IP. Le celle e il BMS necessitano di un'architettura della custodia adeguata all'immersione e alla pressione idrostatica previste. La ricerca AUV in acque profonde utilizza alloggiamenti resistenti alla pressione o strutture con compensazione della pressione proprio perché la normale protezione dall'ingresso non stabilisce un livello di profondità utilizzabile. I pacchetti robot MANLY possono fornire la piattaforma elettrica, mentre il sistema subacqueo finale deve essere progettato e qualificato per la profondità prevista.

Gli AUV utilizzano normalmente batterie agli ioni di litio?

La tecnologia agli ioni di litio è ampiamente utilizzata nei moderni AUV perché combina l’accumulo di energia ricaricabile con energia utile e densità di potenza. Il programma REMUS dell’OMS ha utilizzato sistemi di batterie agli ioni di litio che vanno da circa 1 a 16kWh, mentre la letteratura di ricerca attuale descrive le batterie agli ioni di litio come una delle principali tecnologie di accumulo di energia AUV. La chimica esatta e l’architettura del pacco dovrebbero comunque essere selezionate in base al raggio di missione, alla massa, al volume, alla potenza, alla temperatura, alla profondità e ai requisiti di servizio.

Un ROV può funzionare con una batteria di bordo invece di ricevere energia tramite il cavo?

SÌ. Le architetture ROV alimentate a batteria sono già utilizzate commercialmente; il BlueROV2, ad esempio, utilizza normalmente una batteria agli ioni di litio integrata mentre il suo cavo trasporta le comunicazioni. I ROV a propulsione di superficie sono un’altra architettura valida. La decisione influisce sulle dimensioni del cavo, sulla massa a bordo, sulla potenza disponibile, sulla logistica di implementazione e sul tempo di funzionamento, quindi l'architettura di alimentazione dovrebbe essere selezionata prima di finalizzare la capacità della batteria ROV.

Un valore Ah maggiore garantisce sempre al ROV un tempo di funzionamento più lungo?

Solo quando si considerano anche la tensione, la capacità utilizzabile, il carico e le condizioni operative. Gli ampere-ora da soli non descrivono l'energia immagazzinata; i wattora lo fanno. Un pacco da 25,6 V 30 Ah immagazzina 768 Wh, ad esempio. L'autonomia dipende quindi dalla potenza media del veicolo, dall'uso dei propulsori, dai carichi utili, dalle perdite, dalla temperatura e dai requisiti di riserva. Anche la capacità della corrente di picco deve essere controllata separatamente perché una batteria può avere abbastanza energia ma non essere comunque in grado di supportare una breve richiesta di alta potenza.

Cosa dovrebbe fornire un OEM a un produttore di batterie per una batteria AUV personalizzata?

Inizia con la tensione nominale del bus CC, l'energia di missione richiesta in Wh, la corrente media e di picco, la massa e le dimensioni consentite, le temperature di funzionamento e di carica, le funzioni BMS, i requisiti CAN o RS485, le esigenze di connettori e cablaggio, la strategia di carica e l'architettura della pressione del veicolo. Anche i requisiti di approfondimento e di qualificazione previsti dovrebbero essere espliciti. MANLY può personalizzare tensione, capacità, dimensioni, corrente BMS, custodia, connettore, cablaggio e funzioni di comunicazione in base ai requisiti del robot OEM.

Conclusione

L’utile distinzione tra LiFePO4 e le altre batterie agli ioni di litio non è che una sostanza chimica appartiene a ogni ROV e un’altra appartiene a ogni AUV. Il fattore decisivo è la missione.

I progetti AUV vincolati dal volume dello scafo e dalla massa del veicolo dovrebbero dare un peso sostanziale alla densità energetica. I progetti ROV con cicli di ispezione ripetuti dovrebbero valutare la capacità attuale, la durata del ciclo, la logistica di ricarica e la sostituzione della batteria insieme ai Wh totali. Entrambi necessitano di un BMS e di un'architettura elettrica in grado di supportare la propulsione e i carichi utili.

Le operazioni sottomarine aggiungono un altro livello: la protezione IP non può sostituire un’architettura di pressione verificata e la conformità ai trasporti UN 38.3 non può sostituire la qualificazione subacquea.

Per i team OEM che sviluppano un prodotto appositamente realizzato batteria rov O Batteria AUV, MANLY Battery può basarsi su piattaforme robotiche LiFePO4 esistenti o sviluppare configurazioni personalizzate di tensione, capacità, BMS, comunicazione, cablaggio, connettore e imballaggio. Definire prima il carico di missione e l'inviluppo meccanico; quindi la batteria può essere progettata in base a ciò di cui il veicolo ha effettivamente bisogno.

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