Проектирование современных аккумуляторных систем для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) часто связно с решением многих конструктивных и функциональных задач. Например, обеспечение высокой энергоемкости, работоспособность в широком диапазоне температур, обеспечения долговечной и безопасной эксплуатации аккумуляторов.
Для выполнения условий безопасной эксплуатации литиевых аккумуляторных систем необходимо реализовать следующие функции:
- Обеспечить защиту аккумуляторов от перезаряда и переразряда. Необходимо контролировать напряжение аккумуляторов в аккумуляторной системе. Напряжение аккумулятора должно быть в диапазоне напряжений, установленных производителем. Перезаряд или переразряд аккумуляторов может привести к их деградации и другим последствиям.
- Обеспечить защиту аккумуляторов от превышения максимального тока нагрузки и тока заряда. Необходимо контролировать ток, протекающий в аккумуляторной цепи и в случае превышения — своевременно отключать аккумуляторную батарею от потребителя или зарядного устройства, или выдать соответствующее предупреждение.
- Обеспечить эксплуатацию аккумуляторов в допустимом диапазоне температур. Важно своевременно корректировать параметры и функции аккумуляторной системы в условиях влияния различных температур. Например, необходимо ограничивать заряд аккумуляторов при отрицательной температуре, а также не допустить их перегрева. Контроль температуры осуществляется за счѐт термодатчиков и контроллера. Обеспечение потребителя необходимой мощностью при отрицательных температурах может потребовать наличие системы предварительного обогрева аккумуляторов до необходимой температуры.
- Обеспечение оптимального режима заряда аккумуляторной системы. Литиевые аккумуляторы необходимо заряжать двухступенчатым режимом, состоящим из ступени постоянного тока (CC) и ступени постоянного напряжение (CV). Ток заряда должен быть установлен технической документацией производителя аккумулятора. В процессе заряда аккумуляторной системы важно обеспечить балансирование аккумуляторов, это позволит увеличить ресурс и зарядную емкость аккумуляторной системы.
Помимо вышеуказанного, имеются и другие критерии, влияющие на безопасность и долговечность аккумуляторной системы. Выполнение данных функций обеспечивается системой автоматического управления (САУ). САУ аккумуляторной системы может иметь также необходимые интерфейсы связи для передачи информации о текущем состоянии аккумуляторов во внешнюю систему.
Также, при проектировании аккумуляторной системы БПЛА, необходимо решить ряд конструктивных проблем для обеспечения технических требований к изделию. Например, такими проблемами могут быть:
- Расчетная масса аккумуляторной системы превышает массу, установленную техническими требованиями. В данном случае, одним из вариантов решений является изменение материалов деталей на материалы с большей твердостью и меньшей массой, например, детали из углепластика.
- Время разряда опытного образца меньше расчетного времени. Необходимо учитывать, что в определѐнных случаях, нагрузка, подключаемая к аккумуляторной системе, потребляет постоянную мощность, а не постоянное значение тока. В связи с этим, по мере разряда аккумуляторной системы и соответствующего падения напряжения, увеличивается ток разряда, а потребляемая мощность остается неизменной.
- Аккумуляторная системы перегревается в процессе разряда значительной мощностью. При проектировании аккумуляторной системы необходимо понимать, что при разряде аккумуляторов большой мощностью происходит их саморазогрев, а если аккумуляторы расположены вплотную друг к другу в закрытом корпусе, то они начинают нагревать друг друга. Это приводит к тому, что аккумуляторная система может нагреваться на 50-60% быстрее, относительно отдельно разряжаемого аккумулятора.
Результатом проектирования оптимальной конструкции аккумуляторной системы БПЛА является учет всех возможных условий эксплуатации, прогнозирование критических моментов, а также подбор соответствующей электрохимии аккумуляторов.