LiFePO4 vs baterias de íons de lítio para ROVs e AUVs

Escolhendo entre LiFePO4 e outros Baterias de íons de lítio para ROVs e AUVs começa com a missão, e não apenas com o nome da química. O LiFePO4 favorece a estabilidade térmica, o ciclo de vida longo e a operação repetida, enquanto os produtos químicos à base de níquel, como o NMC, podem fornecer uma vantagem quando a energia deve ser concentrada em uma massa ou volume fortemente restrito. A orientação do Departamento de Energia dos EUA identifica de forma semelhante as vantagens do ciclo de vida e da estabilidade térmica do LFP, ao mesmo tempo em que observa seu menor potencial operacional e densidade de energia em relação aos produtos químicos ricos em níquel.

ROVs e AUVs também impõem requisitos que as aplicações comuns de baterias móveis não impõem. As cargas do propulsor podem produzir grandes oscilações de corrente, a resistência do AUV está diretamente ligada à energia armazenada e um pacote destinado à profundidade precisa de uma arquitetura de pressão apropriada em vez de um simples invólucro à prova d'água. O gerenciamento de baterias, conectores, caminhos térmicos, comunicações, documentação de transporte e integração de veículos são, portanto, tão importantes quanto a química celular.

Baterias LiFePO4 versus baterias de íon-lítio: o que é melhor para ROVs e AUVs?

Não existe uma química universal para todos os veículos subaquáticos. Um Bateria LiFePO4 é especialmente atraente onde ciclos frequentes, estabilidade térmica e operação previsível a longo prazo são importantes, enquanto NMC ou baterias de íons de lítio semelhantes merecem consideração quando o veículo deve transportar o máximo de energia possível dentro de limites estritos de peso e volume.

A decisão de engenharia deveria responder a uma pergunta mais útil: de que combinação de energia, potência, vida útil, arquitetura de pressão e recuperação da missão o veículo precisa?

LiFePO4 faz parte da família de íons de lítio

O próprio LiFePO4 é uma química de íons de lítio. O termo “LiFePO4 vs íon-lítio” é comum em pesquisas comerciais, mas tecnicamente a comparação é geralmente entre fosfato de ferro-lítio e outros produtos químicos de cátodo de íon-lítio, como NMC ou NCA.

O NREL trata o LFP e o NMC como dois produtos químicos dentro de uma família mais ampla de baterias de íons de lítio. Essa distinção é importante porque os engenheiros de ROV e AUV deveriam comparar as características reais da célula e do conjunto, em vez de assumir que “íon de lítio” descreve uma tecnologia padronizada.

Para este artigo, “outras baterias de íons de lítio” referem-se principalmente a produtos químicos à base de níquel com densidade de energia mais alta, como NMC, salvo indicação em contrário.

Comparação rápida: densidade de energia, segurança, ciclo de vida e tensão

Fator de projeto	LiFePO4	Produtos químicos de íons de lítio com densidade de energia mais alta, como NMC
Densidade de energia	Normalmente mais baixo, o que pode exigir mais massa ou volume para a mesma energia armazenada	Normalmente mais alto, útil onde o espaço e o peso são fortemente limitados
Estabilidade térmica	Forte característica da química LFP	Requer seleção cuidadosa de células e proteção térmica, especialmente com produtos químicos com alto teor de níquel
Ciclo de vida	Bem adequado para serviços repetidos de carga/descarga	Depende fortemente da química celular, janela operacional, temperatura e taxa de descarga
Tensão do pacote	Determinado pela contagem de células em série e arquitetura do sistema	Determinado pela contagem de células em série e arquitetura do sistema
Valor ROV/AUV	Atraente para implantações repetidas, ciclos de trabalho comercial e projetos preocupados com a segurança	Atraente quando maximizar a energia dentro de um veículo compacto é uma restrição primária

Essas diferenças são tendências de design e não garantias. A qualidade da célula, os limites do BMS, o resfriamento, a construção do gabinete, a estratégia de carga, a taxa de descarga e a temperatura operacional podem alterar substancialmente o desempenho da bateria final. A pesquisa de segurança de baterias do DOE observa especificamente o compromisso entre a estabilidade térmica e o ciclo de vida do LFP e sua densidade de energia reduzida.

A resposta curta por perfil de missão

Um AUV compacto que deverá cobrir longas distâncias de levantamento antes da recuperação pode atribuir um valor excepcional à densidade de energia gravimétrica e volumétrica. A WHOI desenvolveu sistemas de íons de lítio de aproximadamente 1 a 16 kWh para AUVs da série REMUS, com requisitos de missão determinando quantos módulos de bateria estão instalados.

Um ROV de inspeção comercial pode ter uma prioridade diferente. Ele pode passar grande parte de sua vida útil mergulhando repetidamente, mantendo a estação, operando luzes e sensores, emergindo e retornando ao serviço. Nesse ciclo de trabalho, a frequência de recarga, o suporte de corrente de pico, a troca de bateria, a vida útil e a proteção contra falhas tornam-se importantes junto com a energia total.

A etiqueta do veículo por si só, portanto, não determina a química. Dois AUVs podem ter prioridades energéticas completamente diferentes, assim como dois ROVs podem ter propulsores e cargas de carga muito diferentes.

Como as baterias LiFePO4 e de íons de lítio afetam o desempenho da missão ROV e AUV

A química da bateria só se torna útil quando as suas características são traduzidas no desempenho do veículo. Para ROVs e AUVs, os resultados importantes são a energia utilizável da missão, o fornecimento de potência de pico, a massa do veículo, o comportamento térmico, o ciclo de vida e a capacidade de completar a missão com uma margem de recuperação apropriada.

Densidade de energia, peso e flutuabilidade

A densidade de energia é mais importante quando um AUV deve transportar energia substancial sem permitir que o sistema de bateria domine a massa ou o volume interno do veículo.

Mais massa de bateria pode exigir alterações no suporte estrutural e no acabamento do veículo. Mais volume do gabinete pode afetar a geometria do casco, o material de flutuabilidade, a alocação da carga útil e o projeto hidrodinâmico. Para um AUV de longo alcance, essas interações podem tornar a densidade de energia no nível do pacote mais significativa do que uma planilha de dados de célula vista isoladamente.

Os sistemas de bateria REMUS da WHOI ilustram esta abordagem em nível de sistema. Diferentes configurações do REMUS usam conjuntos modulares de baterias de íons de lítio, e o REMUS 6000 usa módulos de bateria instalados dentro de caixas de pressão para operações que atingem 6.000 metros.

A lição não é que todo AUV precise da mesma química. É que a densidade de energia da célula deve ser avaliada após levar em conta o hardware do BMS, a fiação, os suportes estruturais, os materiais térmicos e o invólucro de pressão que torna as células utilizáveis ​​debaixo d'água.

Corrente de pico, queda de tensão e cargas do propulsor

UM Bateria ROV pode ter watts-hora suficientes para o mergulho planejado e ainda assim ser subdimensionado eletricamente.

Os propulsores não atraem uma corrente constante durante uma missão. Aceleração, manobras, manutenção da posição na corrente, correções verticais e operação simultânea do propulsor podem mover o sistema elétrico muito acima da demanda de cruzeiro por curtos períodos. Sonar, luzes, manipuladores, processadores integrados, câmeras e outras cargas adicionam suas próprias cargas.

Um exemplo atual de ROV comercial deixa a distinção clara. O pacote de íons de lítio de 14,8 V e 18 Ah da Blue Robotics armazena 266,4 Wh, mas também é especificado para corrente contínua de 60 A e um burst de 132 A por 10 segundos. Esses limites atuais são separados da capacidade energética.

É por isso que um orçamento de energia de ROV precisa de pelo menos dois cálculos: quanta energia a missão consome e quanta corrente o sistema pode exigir ao mesmo tempo.

Se o conjunto, o BMS, a fiação, o conector ou o dispositivo de proteção não puderem suportar a carga transitória, a tensão poderá cair e a proteção poderá ser ativada mesmo que ainda haja energia substancial na bateria.

Ciclo de vida, água fria e repetição de missões

A vida útil do ciclo torna-se economicamente importante quando um veículo é acionado e recarregado com frequência. Um pacote usado para vários ciclos de inspeção a cada semana enfrenta um perfil de vida diferente de um AUV experimental implantado apenas ocasionalmente.

A temperatura também precisa ser tratada como uma condição operacional no nível da embalagem. A água fria do mar não significa que as células da bateria permaneçam automaticamente na mesma temperatura da água circundante, porque as células ficam dentro de um gabinete e geram calor sob carga. Por outro lado, uma bateria que esfria entre as missões pode ter diferentes restrições de carga e comportamento de energia.

Os limites apropriados são, portanto, os limites do fabricante para a embalagem real. Por exemplo, as especificações atuais da bateria do robô 24V 30Ah e 24V 50Ah da MANLY listam uma faixa de carga de 0°C a 45°C, enquanto suas faixas de descarga especificadas se estendem abaixo de zero.

A pesquisa moderna do AUV também trata o gerenciamento térmico da bateria como um problema de engenharia dedicado porque o conjunto opera em um gabinete confinado com volume limitado e cargas de energia exigentes.

Plataformas de bateria MANLY LiFePO4 para projeto de sistema de energia ROV e AUV

Para um projeto de robô subaquático OEM, as baterias de robô existentes da MANLY Battery são melhor tratadas como plataformas elétricas, em vez de conjuntos submarinos acabados com classificação de profundidade. MANLY oferece suporte a baterias de robôs personalizadas e inclui explicitamente robôs subaquáticos entre as aplicações para as quais tensão, capacidade, corrente, dimensões e outras características do pacote podem ser adaptadas.

Esta distinção é útil para engenheiros: primeiro estabeleça a arquitetura elétrica e depois projete ou especifique o gabinete e a qualificação apropriada à profundidade e ambiente reais do veículo.

Bateria viril do robô de 24V 30Ah LiFePO4

Especificações principais: 25,6 V nominal, 30 Ah, 768 Wh, descarga contínua de 30 A, pico de 60 A por 1–3 segundos, mais de 5.000 ciclos especificados, barramento RS485/RS232/CAN opcional, gabinete e conectores personalizáveis.

A plataforma 24V 30Ah é um ponto de partida útil quando um OEM precisa de uma arquitetura LiFePO4 de energia moderada sem saltar imediatamente para uma bateria muito maior. Sua classificação de 768Wh oferece aos engenheiros um orçamento de energia concreto para trabalhar, enquanto as classificações de pico contínuo de 30A e 60A de curta duração permitem que os requisitos de energia sejam avaliados separadamente do tempo de execução.

As interfaces de comunicação opcionais são particularmente relevantes para equipamentos autônomos. Os dados da bateria podem ser integrados em um controlador de supervisão para que a tensão, as informações de estado, as falhas e as condições operacionais possam se tornar parte do gerenciamento da missão, em vez de permanecerem isolados dentro do pacote.

MANLY também permite que dimensões, caixa, corrente de carga/descarga do BMS, conectores, caixa e fiação sejam personalizados. Essa flexibilidade é valiosa para o desenvolvimento de ROV ou AUV porque a geometria da bateria é frequentemente limitada pelo vaso de pressão ou pelo compartimento de veículo disponível.

A especificação padrão lista IP65. Essa classificação não deve ser interpretada como uma classificação de profundidade submarina. Um projeto destinado à imersão ou alta pressão hidrostática ainda precisa de um invólucro de pressão adequadamente projetado e qualificado ou de uma arquitetura tolerante à pressão.

Bateria viril do robô de 24V 50Ah LiFePO4

Especificações principais: 25,6 V nominal, 50 Ah, 1.280 Wh, descarga contínua de 50 A, pico de 100 A por 1–3 segundos, mais de 3.500 ciclos especificados, barramento RS485/RS232/CAN opcional, dimensões personalizáveis, caixa, fiação e corrente BMS.

A plataforma 24V 50Ah centra-se num envelope de energia e corrente diferente. Sua capacidade de 1,28 kWh cria mais espaço para ciclos de trabalho mais longos ou cargas elétricas adicionais a bordo, enquanto a classificação contínua de 50A e os sistemas de suporte de pico curto de 100A são projetados para atender a uma demanda instantânea mais alta.

Essa combinação é relevante quando a propulsão é apenas uma parte da carga. Equipamentos de imagem, sonar, iluminação, computação a bordo, detecção e hardware de intervenção, todos utilizam o mesmo orçamento de energia, a menos que o veículo use domínios elétricos separados.

Barramento CAN opcional, RS485 e RS232 também oferecem ao OEM vários caminhos de integração para telemetria de bateria e controle de supervisão. Como a carcaça e a configuração elétrica podem ser personalizadas, o fabricação de bateriasr pode trabalhar a partir de requisitos de nível de veículo, em vez de forçar o projetista a construir em torno de uma geometria de pacote fixa.

Tal como acontece com a plataforma de 30Ah, a especificação IP65 do produto padrão é uma classificação de proteção contra entrada. A implantação subaquática real exige que o sistema acabado seja projetado de acordo com sua profundidade planejada, estratégia de vedação, arquitetura de pressão, conectores e requisitos de qualificação.

Pacotes de bateria MANLY LiFePO4 personalizados para robôs subaquáticos

Configuração principal: Tensão personalizada, capacidade, dimensões, corrente BMS, caixa, fiação, conectores e comunicações podem ser especificadas de acordo com os requisitos elétricos e mecânicos do robô.

Um pacote personalizado torna-se particularmente útil quando o ROV ou AUV não pode ser projetado em torno de uma bateria retangular padrão. MANLY pode ajustar a tensão e a capacidade junto com as dimensões físicas, corrente de carga e descarga do BMS, fiação, conectores e características do gabinete.

Para um projeto OEM submarino, o processo de especificação deve começar com dados do veículo: tensão do barramento CC, carga média e de pico, Wh necessário, estratégia de recarga, massa e volume permitidos, interface do controlador, temperatura operacional e gabinete de pressão planejado. Um fabricante de baterias pode então traduzir essas restrições em contagem de células, topologia de pacote, configurações de BMS, caminhos atuais e empacotamento mecânico.

Essa abordagem também evita um erro comum de engenharia: escolher primeiro um número Ah grande e depois tentar fazer com que o veículo o acomode.

O que importa além da química em uma bateria submarina?

Uma química celular adequada não cria automaticamente uma bateria submarina adequada. O pacote completo deve gerenciar pressão hidrostática, exclusão de umidade, proteção elétrica, condições térmicas, comunicações, conectores e integração estrutural.

Uma solução tecnicamente adequada Bateria AUV pode ser reprovado na revisão do projeto em nível de veículo se sua arquitetura de pressão ou sistema de monitoramento não corresponder à missão.

Carcaça de pressão e classificação de profundidade

A resistência à água e a capacidade de profundidade são requisitos de engenharia diferentes.

As classificações IP descrevem formas definidas de proteção contra entrada sob condições de teste específicas. Eles não estabelecem, por si só, que um pacote pode operar a 100 metros, 1.000 metros ou 6.000 metros de profundidade da água do mar.

Os sistemas de águas profundas geralmente adotam uma de duas abordagens amplas: proteger os componentes convencionais da bateria dentro de um invólucro resistente à pressão ou usar uma arquitetura tolerante à pressão/compensada pela pressão. O REMUS 6000 da WHOI, por exemplo, coloca módulos de bateria de íons de lítio em caixas de pressão, enquanto pesquisas recentes investigaram estruturas de baterias imersas em óleo e compensadas por pressão especificamente para reduzir a massa estrutural necessária para sistemas AUV em águas profundas.

Essa diferença tem implicações diretas na compra. Quando um OEM solicita a um fabricante de bateria um pacote submarino, “à prova d'água” não é um requisito suficiente. A especificação deve indicar a profundidade pretendida, a arquitetura de pressão, o método de teste, a duração, o ambiente térmico, a estratégia do conector e se a própria bateria ou um recipiente de pressão do veículo fornece proteção contra pressão.

BMS, estado de carga e comunicações

Um AUV precisa tomar decisões energéticas sem que um piloto observe continuamente a bateria. Portanto, informações precisas sobre o estado da carga têm valor operacional além da simples exibição de uma porcentagem.

Um BMS normalmente supervisiona as condições da célula e do conjunto e pode gerenciar a proteção contra sobrecarga, descarga excessiva, sobrecorrente, curto-circuito e condições de temperatura. Num sistema autónomo, os dados do BMS também podem informar decisões como se o veículo tem energia suficiente para continuar um percurso de pesquisa, regressar a um ponto de atracação ou iniciar a recuperação.

A pesquisa AUV revisada por pares identifica a estimativa de SOC como uma parte fundamental da otimização da energia da bateria de íons de lítio porque a carga restante não pode ser medida diretamente da mesma forma que o volume de combustível poderia ser.

CAN e RS485 podem conectar as informações da bateria ao controlador do veículo. Os pacotes de robôs 24V 30Ah e 24V 50Ah da MANLY oferecem RS485, RS232 e barramento CAN como interfaces de comunicação opcionais.

Para um OEM, a especificação de comunicação deve ir além de nomear a interface física. Defina os objetos de dados, taxa de atualização, estados de falha, comportamento do SOC, IDs ou registros de mensagens, interação do carregador e o que o veículo deve fazer quando a comunicação for perdida.

Vedação, conectores e caminhos térmicos

O gabinete é apenas uma barreira entre a bateria e a água do mar. Penetrações de cabos, conectores, passagens de pressão, vedações, interfaces de caixa e aberturas de serviço fazem parte da integridade ambiental do sistema.

A capacidade atual também é importante nessas interfaces. Um conector adequado para corrente média baixa pode se tornar um gargalo térmico durante uma manobra de alto empuxo. A resistência de contato, a bitola do cabo, as configurações de proteção e a classificação de corrente do conector devem, portanto, ser verificadas em relação ao mesmo modelo de corrente de pico usado para dimensionar a bateria.

O design térmico merece a mesma abordagem sistêmica. Um vaso de pressão selado pode limitar a transferência direta de calor mesmo quando a água do mar circundante está fria. Consequentemente, a pesquisa publicada do AUV investigou estruturas dedicadas de gerenciamento térmico de baterias para controlar a temperatura das células em módulos compactos e selados.

Como você deve dimensionar uma bateria para uma missão ROV ou AUV?

Dimensione a bateria com base em watt-hora e na demanda atual, não apenas em amp-hora. Comece com a potência média do sistema e o tempo de missão e, em seguida, leve em consideração a energia utilizável, a temperatura, o envelhecimento da bateria, as perdas de conversão, as cargas de pico e a reserva de recuperação necessária do projeto.

Esse método produz uma especificação de bateria vinculada ao veículo real, em vez de uma meta genérica de capacidade.

Calcule a energia necessária em Watt-hora

A primeira conversão é direta:

Energia (Wh) = Tensão Nominal (V) × Capacidade (Ah)

Um pacote nominal de 25,6 V, 30 Ah armazena, portanto:

25,6 × 30 = 768Wh

A plataforma MANLY 24V 30Ah é especificada exatamente em 768Wh porque “24V” descreve a classe do sistema enquanto a tensão nominal listada do pacote é 25,6V. A versão 50Ah utiliza a mesma tensão nominal de 25,6V e armazena 1.280Wh.

A energia da missão pode então ser estimada a partir de:

Energia necessária para a missão ≈ Energia elétrica média × Duração da missão

Se um ROV tiver em média 300W em uma missão de duas horas, o ponto de partida matemático é 600Wh. Isso faz não significa que uma bateria de 600Wh é automaticamente suficiente. O dimensionamento final ainda deve incluir a janela SOC utilizável do projeto, política de reserva, perdas de conversão de energia, comportamento da temperatura, envelhecimento esperado e qualquer contingência específica da missão.

As especificações comerciais do ROV mostram por que a carga média é importante. A Blue Robotics fornece diferentes tempos de operação do BlueROV2 para uso normal e leve, enquanto a Blueye observa explicitamente que o tempo de execução varia de acordo com o equipamento e o uso.

Adicione picos de propulsor, cargas úteis e reserva de recuperação

A energia determina quanto tempo um sistema pode teoricamente operar. A capacidade atual determina se ela pode suportar a carga em um determinado momento.

O modelo de missão deve incluir propulsão, luzes, sonar, câmeras, computadores de bordo, comunicações, sensores, manipuladores, bombas e cargas científicas, quando aplicável. Os propulsores devem ser avaliados quanto ao carregamento simultâneo realista, em vez de simplesmente multiplicar a corrente máxima pelo número de motores e assumir que essa condição persiste durante toda a missão.

Uma recente discussão de engenharia da Blue Robotics ilustra a distinção: um veículo de oito propulsores pode sofrer uma grande variação de corrente dependendo das condições de operação e da agressividade com que o veículo é manobrado.

Depois que o perfil de carga for compreendido, compare-o com a corrente contínua do pacote, duração da corrente de pico, corte do BMS, classificação do conector, fiação, fusível ou disjuntor e tensão mínima aceitável do barramento.

A reserva deverá então ser definida pelo modelo de risco operacional do veículo. Um AUV que deva retornar autonomamente de um trecho de pesquisa distante pode precisar de uma política de reserva diferente de um ROV de inspeção amarrado operando ao lado de seu ponto de lançamento.

Verifique recarga, troca de bateria e retorno da missão

O dimensionamento da bateria também deve considerar o que acontece entre os mergulhos.

Para trabalhos de inspeção que duram o dia todo, a disponibilidade operacional às vezes pode ser melhorada projetando-se em torno de baterias intercambiáveis, em vez de maximizar a capacidade de um conjunto. A Blueye comercializa um pacote de 216Wh para troca de campo e tempo de execução, e a bateria BlueROV2 também pode ser substituída entre as operações.

Um OEM deve, portanto, modelar o ciclo de trabalho completo: tempo de missão, recuperação, inspeção, substituição de embalagem, carregamento, resfriamento ou aquecimento, se necessário, e preparação para o próximo lançamento.

É também aqui que a relação com o fabricante de baterias torna-se importante. A capacidade, a corrente de carga permitida, o design do conector, as comunicações de carregamento, a acessibilidade do pacote e a estratégia de pacotes sobressalentes podem afetar a utilização do veículo, mesmo quando não alteram diretamente o desempenho subaquático.

Requisitos de segurança e transporte para baterias de íons de lítio em projetos ROV/AUV nos EUA

Conformidade de transporte, padrões de segurança de bateria e qualificação submarina são requisitos diferentes. Uma bateria pode atender a um e ainda exigir testes ou engenharia adicionais para os outros.

Para os OEMs dos EUA, a documentação de aquisição deve, portanto, identificar a configuração exata da bateria, em vez de depender de uma declaração geral de que as células são “certificadas”.”

ONU 38.3 é um requisito de transporte

As baterias de íons de lítio oferecidas para transporte nos Estados Unidos estão sujeitas aos Regulamentos de Materiais Perigosos. A PHMSA direciona os remetentes para 49 CFR 173.185 e declara que os projetos de bateria de lítio oferecidos para transporte devem atender aos requisitos aplicáveis ​​do Manual de Testes e Critérios da ONU, subseção 38.3.

Os fabricantes e distribuidores subsequentes também devem disponibilizar o resumo do teste de bateria de lítio necessário para as baterias aplicáveis. A orientação atual da PHMSA explica que o resumo fornece informações rastreáveis ​​sobre o design da célula ou bateria e os testes realizados.

O UN 38.3 não deve ser apresentado como uma qualificação de profundidade, teste de desempenho marítimo ou prova de que o invólucro da bateria pode suportar pressão hidrostática. Seu objetivo é a segurança do transporte.

Segurança do produto e qualificação marítima são separadas

Os padrões IEC também definiram escopos, em vez de atuarem como “certificações submarinas” universais.”

A IEC 62133-2 cobre requisitos de segurança para células e baterias secundárias de lítio seladas portáteis usadas em aplicações portáteis. A IEC 62619:2022 cobre células e baterias secundárias de lítio para aplicações industriais e inclui explicitamente veículos marítimos entre exemplos de aplicações motrizes.

Quais padrões se aplicam a um programa específico de ROV ou AUV depende da arquitetura final da bateria, do equipamento final, dos requisitos do projeto, do mercado pretendido, dos requisitos de classificação e das especificações do cliente.

Testes de profundidade, projeto de vasos de pressão, proteção contra corrosão, isolamento elétrico, proteção contra entrada, qualificação de conectores e análise de segurança em nível de veículo podem, portanto, acompanhar os padrões de bateria, em vez de serem substituídos por eles.

Um responsável fabricante de baterias deve ajudar o OEM a identificar quais reivindicações pertencem à configuração padrão da bateria e quais exigem qualificação da montagem personalizada final.

Documente a bateria completa, não apenas as células

O arquivo de conformidade deverá seguir a configuração da bateria que realmente será enviada e instalada.

A PHMSA exige que o resumo do teste UN 38.3 contenha informações de identificação, incluindo o fabricante, instalação de teste, descrição do modelo, massa, classificação em watt-hora, detalhes do relatório de teste e testes realizados. Uma declaração genérica de que as células subjacentes foram aprovadas na ONU 38.3 não é o mesmo que um resumo completo do teste para o projeto de bateria aplicável.

Para um programa OEM, o controle de configuração faz, portanto, parte da engenharia da bateria. Mudanças no tipo de célula, topologia série/paralelo, hardware BMS, gabinete, fiação, conectores ou outros elementos relevantes devem ser revisadas quanto ao seu impacto nos testes, documentação, integração do veículo e status do transporte.

Essa disciplina torna-se cada vez mais importante à medida que um protótipo passa para a produção repetida.

Qual química da bateria se adapta ao seu ROV ou AUV?

Escolha a química identificando a restrição que controla mais fortemente o sucesso da missão.

Se um AUV precisar maximizar a energia armazenada dentro de uma massa e volume de casco fortemente limitados, baterias de íons de lítio com maior densidade de energia, como células adequadas baseadas em NMC, merecem uma avaliação cuidadosa. O uso de sistemas modulares de íons de lítio pela WHOI em vários veículos REMUS ilustra o valor de adaptar a capacidade da bateria aos requisitos de missão e carga útil, em vez de usar uma configuração universal.

Se o projeto prioriza ciclos repetidos, estabilidade térmica, vida útil previsível e uma arquitetura de energia OEM configurável, o LiFePO4 fornece uma base de engenharia sólida. O valor da química torna-se particularmente claro quando combinado com o BMS correto, capacidade de pico de corrente, comunicações e projeto mecânico.

Para ROVs, preste muita atenção à demanda instantânea de propulsão e ao retorno da missão. Para AUVs, a energia armazenada, a massa da embalagem, a precisão do SOC, a reserva de retorno e a integração do sistema de pressão geralmente têm um peso maior.

As plataformas robóticas 24V 30Ah e 24V 50Ah LiFePO4 da MANLY Battery fornecem pontos de partida elétricos verificados em 768Wh e 1.280Wh respectivamente, enquanto tensão personalizada, capacidade, dimensões, corrente BMS, fiação, conectores e comunicações permitem que um design OEM seja desenvolvido em torno do veículo em vez de forçar o veículo em torno de um pacote fixo.

A decisão final deve, portanto, ser tomada ao nível do sistema completo: química + energia + corrente + BMS + arquitetura de pressão + projeto térmico + comunicações + qualificação.

Perguntas frequentes

Uma bateria LiFePO4 pode ser usada diretamente debaixo d'água?

Não apenas porque usa LiFePO4 ou tem classificação IP. As células e o BMS necessitam de uma arquitetura de invólucro adequada à imersão pretendida e à pressão hidrostática. A pesquisa de AUV em águas profundas utiliza invólucros resistentes à pressão ou estruturas com compensação de pressão, especificamente porque a proteção de entrada comum não estabelece uma classificação de profundidade utilizável. Os pacotes de robôs MANLY podem fornecer a plataforma elétrica, enquanto o sistema subaquático final deve ser projetado e qualificado para a profundidade pretendida.

Os AUVs normalmente usam baterias de íons de lítio?

A tecnologia de íons de lítio é amplamente utilizada em AUVs modernos porque combina armazenamento de energia recarregável com energia útil e densidade de potência. O programa REMUS da WHOI utilizou sistemas de baterias de íons de lítio que variam de aproximadamente 1 a 16 kWh, enquanto a literatura de pesquisa atual descreve as baterias de íons de lítio como uma importante tecnologia de armazenamento de energia AUV. A química exata e a arquitetura do pacote ainda devem ser selecionadas de acordo com o alcance da missão, massa, volume, potência, temperatura, profundidade e requisitos de serviço.

Um ROV pode funcionar com uma bateria integrada em vez de receber energia por meio de seu cabo?

Sim. Arquiteturas de ROV alimentadas por bateria já são utilizadas comercialmente; o BlueROV2, por exemplo, normalmente usa uma bateria de íons de lítio integrada enquanto seu cabo realiza comunicações. ROVs movidos a superfície são outra arquitetura válida. A decisão afeta o tamanho da corda, a massa a bordo, a energia disponível, a logística de implantação e o tempo de operação, portanto a arquitetura de energia deve ser selecionada antes de finalizar a capacidade da bateria do ROV.

Uma classificação Ah maior sempre proporciona ao ROV um tempo de execução mais longo?

Somente quando também forem consideradas tensão, capacidade útil, carga e condições de operação. Amperes-hora por si só não descrevem a energia armazenada; watt-hora sim. Um pack de 25,6V 30Ah armazena 768Wh, por exemplo. O tempo de execução depende então da potência média do veículo, uso do propulsor, cargas úteis, perdas, temperatura e requisitos de reserva. A capacidade de pico de corrente também deve ser verificada separadamente porque uma bateria pode ter energia suficiente, mas ainda assim ser incapaz de suportar uma demanda curta de alta potência.

O que um OEM deve fornecer a um fabricante de baterias para uma bateria AUV personalizada?

Comece com a tensão nominal do barramento CC, energia de missão necessária em Wh, corrente média e de pico, massa e dimensões permitidas, temperaturas de operação e carga, funções BMS, requisitos CAN ou RS485, necessidades de conectores e fiação, estratégia de carga e arquitetura de pressão do veículo. Os requisitos pretendidos de profundidade e qualificação também devem ser explícitos. MANLY pode personalizar tensão, capacidade, dimensões, corrente BMS, caixa, conector, fiação e funções de comunicação de acordo com os requisitos do robô OEM.

Conclusão

A distinção útil entre LiFePO4 e outras baterias de íons de lítio não é que uma química pertença a cada ROV e outra a cada AUV. O fator decisivo é a missão.

Os projetos de AUV limitados pelo volume do casco e pela massa do veículo devem dar um peso substancial à densidade energética. Projetos de ROV com ciclos repetidos de inspeção devem avaliar a capacidade atual, o ciclo de vida, a logística de carregamento e a troca de baterias juntamente com o total de Wh. Ambos precisam de um BMS e de uma arquitetura elétrica capaz de suportar cargas de propulsão e carga útil.

A operação submarina acrescenta outra camada: a proteção IP não pode substituir uma arquitetura de pressão verificada e a conformidade com o transporte UN 38.3 não pode substituir a qualificação subaquática.

Para equipes OEM que desenvolvem um produto específico bateria rov ou Bateria AUV, A MANLY Battery pode ser construída a partir de plataformas de robô LiFePO4 existentes ou desenvolver configurações personalizadas de tensão, capacidade, BMS, comunicação, fiação, conector e embalagem. Defina primeiro a carga da missão e o envelope mecânico; então a bateria pode ser projetada de acordo com o que o veículo realmente precisa.

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