Questo è il capitolo B della nota C02 sulle radio tattiche e militari, che riprende il profilo di funzionamento del capitolo A e lo trasforma in un progetto di pacco: quante celle, quale capacità e quale margine la radio necessita per svolgere la missione. Segue la sequenza realmente usata da un ingegnere - definire la missione e la convenzione di servizio, convertire i tre stati di funzionamento in una corrente media, scegliere la configurazione delle celle per la tensione richiesta, applicare i derating per freddo e fine vita, verificare i limiti di impulso e termici, quindi definire l'organizzazione della ricarica sul campo. Sono mostrati due esempi numerici completi: una radio portatile secondo la convenzione 5-5-90 e una radio di pattuglia secondo la convenzione 1:9. Ogni numero in essi è esplicitamente etichettato come illustrativo e costruito da correnti nel campo di schede tecniche pubblicate, non una specifica di un prodotto nominato; i valori vincolanti di un progetto reale sono la scheda tecnica della radio e il disegno del pacco concordato.
Fatto chiave 1. Il dimensionamento parte dalla missione, non dall'etichetta mAh. Gli ingressi sono le correnti della radio in standby, ricezione e trasmissione, la convenzione di servizio che le pondera, l'autonomia richiesta in ore e la temperatura di funzionamento. Sul campo compaiono due convenzioni: 5-5-90 (5 per cento trasmissione, 5 per cento ricezione, 90 per cento standby) e 1:9 (una parte trasmissione, nove parti ricezione, senza standby separato). I dati di autonomia sono comparabili solo quando convenzione e temperatura corrispondono.
Fatto chiave 2. La corrente media è una somma ponderata, e la capacità è la corrente media moltiplicata per le ore. Nell'esempio illustrativo portatile sottostante, correnti di 0,08 A in standby, 0,3 A in ricezione e 1,6 A in trasmissione secondo 5-5-90 danno una media di 0,167 A, quindi un turno di dieci ore richiede 1,67 Ah di carica. Lo stato di trasmissione è solo il 5 per cento del tempo, ma contribuisce per quasi metà della corrente media, motivo per cui l'autonomia di un forte parlatore diverge presto dal valore pubblicato.
Fatto chiave 3. Il numero di celle è fissato dalla tensione. Ogni cella di nichel sigillata è 1,2 V, quindi sei celle danno 7,2 V, otto 9,6 V, dieci 12 V e dodici 14,4 V. I pacchi portatili professionali sono comunemente 7,2 V o 9,6 V, mentre i sistemi di campo e manpack più grandi usano configurazioni superiori. L'intervallo di batteria accettato dalla radio, non il solo caricatore, determina quale configurazione è lecita per il progetto.
Fatto chiave 4. La capacità nominale deve superare il numero di missione perché la capacità utilizzabile si riduce. Il freddo diminuisce la prestazione di scarica e un pacco perde capacità durante la vita, quindi il progetto applica fattori di derating e mantiene un margine. Nell'esempio numerico il fabbisogno di missione di 1,67 Ah è diviso per fattori illustrativi di freddo e fine vita di 0,85 ciascuno, dando una capacità nominale richiesta di circa 2,31 Ah prima di scegliere una cella standard.
Fatto chiave 5. Il pacco è un insieme meccanico e di sicurezza, non solo celle. Deve fornire l'impulso di trasmissione senza crollo di tensione, controllare la propria temperatura in carica e scarica, e portare protezioni come un PTC e un fusibile ripristinabile entro la geometria definita della radio. La ricarica sul campo è definita contemporaneamente, inclusa la ricarica veicolare dal bus 28 V MIL-STD-1275 e gli eliminatori di batteria che rimuovono del tutto la batteria dal percorso di carico.
La prima decisione di progetto è quale convenzione di servizio rappresenti l'utente. La convenzione 5-5-90 viene dalla pratica mobile terrestre ed è costruita attorno a lunghi periodi di standby con chiamate brevi, adatta a una portatile portata durante un turno. La convenzione 1:9 viene dalla pratica HF e di pattuglia, dove la radio ascolta continuamente e trasmette periodicamente, senza stato di standby separato. La temperatura è registrata insieme alla convenzione perché una misura fredda o calda cambia il risultato, e l'autonomia richiesta è espressa in ore dalla missione piuttosto che inferita da un titolo di un concorrente. Un pacco dimensionato sulla convenzione sbagliata sarà o inutilmente grande o corto nella missione reale.
Fissate le tre correnti di stato e la convenzione, la corrente media è la somma ponderata degli stati, e la carica di missione è quella media moltiplicata per le ore. L'esempio illustrativo portatile usa correnti di 0,08 A in standby, 0,3 A in ricezione e 1,6 A in trasmissione, tutte presentate come valori illustrativi nel campo di radio portatili pubblicate piuttosto che misure di un prodotto. Secondo 5-5-90 la media è 0,05 volte 1,6 per trasmissione, più 0,05 volte 0,3 per ricezione, più 0,90 volte 0,08 per standby, che uguale 0,167 A. Per un turno di dieci ore la carica richiesta è 0,167 volte 10, o 1,67 Ah.
La ponderazione spiega perché i cambi di servizio contano tanto. Il segmento di trasmissione occupa solo il 5 per cento del tempo, ma contribuisce 0,08 A alla media di 0,167 A, quasi metà; un utente che trasmette il 10 per cento invece del 5 per cento sposta la media verso l'alto anche se turno e radio restano invariati. Questo è il meccanismo dietro l'avviso che un'autonomia pubblicata è un risultato dipendente dalla convenzione, ed è perché il pattern di parola reale è raccolto prima del dimensionamento piuttosto che assunto da una scheda.
Noto che sia il fabbisogno di carica, il numero in serie è scelto dalla tensione. La cella di nichel sigillata è 1,2 V nominale, quindi il calcolo è diretto: sei celle in serie danno 7,2 V, otto 9,6 V, dieci 12 V e dodici 14,4 V. I rami in parallelo aumentano la capacità dove la geometria lo permette, ma la tensione è sempre fissata dal numero in serie. Una portatile la cui elettronica accetta un intervallo intorno a 6-9,6 V è tipicamente progettata attorno a un pacco sei celle 7,2 V, mentre un manpack o sistema di campo può richiedere una configurazione superiore. Il numero scelto deve stare dentro l'intervallo di ingresso accettato durante l'intera scarica, inclusa la tensione più bassa a fine carica, non solo al nominale.
| Celle in serie | Tensione nominale | Ruolo tipico del pacco |
|---|---|---|
| 6 | 7,2 V | Radio portatili professionali |
| 8 | 9,6 V | Pacchi portatili ad alta tensione |
| 10 | 12 V | Sistemi di campo e accessori |
| 12 | 14,4 V | Pacchi manpack e di livello superiore |
Il numero di missione è carica utilizzabile, ma la capacità nominale è maggiore perché due effetti riducono ciò che il pacco può fornire. Il freddo rallenta la reazione elettrochimica e abbassa la capacità effettiva, e durante la vita il pacco perde capacità per cicli e invecchiamento. Il progetto applica fattori di derating per coprire entrambi e mantiene un margine per la variazione. Nell'esempio illustrativo si applicano fattori di 0,85 per freddo e 0,85 per fine vita, quindi la frazione utilizzabile è 0,85 volte 0,85, o 0,7225; la capacità nominale richiesta è il fabbisogno di missione di 1,67 Ah diviso 0,7225, che è circa 2,31 Ah. Una cella standard pari o sopra quel valore, nella geometria richiesta, è quindi scelta.
La capacità da sola non basta: il pacco deve fornire l'impulso di trasmissione con la tensione mantenuta sopra il taglio della radio. Il progetto verifica la curva di scarica alla corrente di trasmissione, incluso il breve impulso ad alta corrente al peggior stato di carica, e conferma che la temperatura del pacco resti dentro i limiti sotto impulsi ripetuti. La protezione è integrata nell'insieme: un PTC limita la corrente in guasto o sovratemperatura, un fusibile ripristinabile copre la sovracorrente, e la geometria e il fissaggio tengono celle e contatti sicuri sotto urto e vibrazione. La protezione è dimensionata sul reale impulso della radio piuttosto che su un picco generico, e l'alloggiamento è la forma definita della radio, così il pacco non può essere sostituito da celle sfuse.
I pacchi di nichel richiedono un regime di carica definito perché la sovraccarica riscalda le celle; un caricatore termina sul cambiamento negativo di tensione o sulla caratteristica di aumento di temperatura del nichel e controlla la velocità di carica per l'uso sul campo. La ricarica veicolare funziona dal bus militare 28 V secondo MIL-STD-1275, i cui transitori, picchi e sovratensioni sono gestiti prima del caricatore, e un eliminatore di batteria fa funzionare la radio direttamente dall'alimentazione veicolare così la batteria non cicla durante l'uso montato. Le piattaforme aeree usano invece MIL-STD-704. Caricatore ed eliminatore fanno parte del pacco di progetto piuttosto che aggiunte tardive, perché un pacco non ricaricabile sul campo non fornisce l'autonomia calcolata.
La stessa sequenza sotto la convenzione di pattuglia mostra come gli ingressi cambiano il risultato. La radio di pattuglia illustrativa assorbe 4 A in trasmissione e 0,5 A in ricezione, presentati come valori illustrativi nel campo di radio manpack più potenti. Secondo 1:9 la media è 0,1 volte 4 più 0,9 volte 0,5, o 0,85 A; una pattuglia di otto ore richiede quindi 6,8 Ah. Applicando lo stesso derating 0,7225 si ottiene una capacità nominale richiesta di circa 9,4 Ah, lo stesso calcolo della portatile ma a capacità molto maggiore perché la convenzione non ha stato di standby e la corrente di trasmissione è più alta. Questo rispecchia l'esempio pubblicato di un manpack di pattuglia in servizio il cui venditore offre un pacco NiMH 13 Ah valutato circa 50 ore secondo 1:9, mostrando al contempo perché una capacità standard unica non può riusarsi tra convenzioni senza riverificare il calcolo.
| Ingresso di progetto | Perché è necessario |
|---|---|
| Correnti standby / ricezione / trasmissione | Costruire la corrente media a tre stati |
| Convenzione di servizio e pattern di parola | Ponderare gli stati; scegliere 5-5-90 o 1:9 |
| Autonomia in ore e temperatura | Impostare la carica di missione e il derating per freddo |
| Intervallo di tensione accettato e geometria | Fissare il numero in serie e l'alloggiamento |
| Corrente di impulso e organizzazione di ricarica | Verificare crollo di tensione e ricarica sul campo |
Il metodo di dimensionamento si applica ovunque un pacco di nichel sigillato sia un'autentica soluzione, e l'ambito è dichiarato onestamente piuttosto che allargato. Le portatili statunitensi di prima linea sono progettate attorno a pacchi al litio, quindi Weijiang non presenta questi calcoli come sostituzione del litio per radio da combattimento schierate. Le applicazioni realistiche sono radio di addestramento e guarnigione, HF di pattuglia dove il venditore offre NiMH, pacchi professionali e di sicurezza, accessori e acquirenti attenti alla logistica che apprezzano la spedizione non ristretta secondo UN 3496 e IATA A199. Entro quell'ambito la stessa sequenza di numero di celle, capacità e derating produce un pacco difendibile, con i valori esatti sempre legati alla scheda della radio piuttosto che riportati da un altro progetto.
Perché i mAh sono capacità nominale, non il risultato di missione. L'autonomia dipende dalla convenzione di servizio, dalla temperatura e dai derating, e due pacchi con gli stessi mAh possono differire in tensione, geometria e capacità di impulso. Il progetto ricostruisce la corrente media e la capacità nominale richiesta dagli ingressi reali della radio piuttosto che abbinare un'etichetta.
Più di quanto suggerisca la sua quota di tempo. Nell'esempio illustrativo 5-5-90, il segmento di trasmissione del 5 per cento contribuisce per quasi metà della corrente media perché la sua corrente è molto sopra standby e ricezione. Raddoppiare il tempo di parola alza quindi la media in modo evidente e accorcia l'autonomia anche con lo stesso pacco.
Perché solo una frazione della capacità nominale è utilizzabile. Se i fattori di freddo e fine vita lasciano disponibile 0,7225 della capacità, la capacità nominale deve essere il fabbisogno di missione diviso 0,7225, non moltiplicato; moltiplicare dimensionerebbe un pacco troppo piccolo. I fattori stessi dipendono da cella e fornitore e sono concordati piuttosto che assunti.
Un eliminatore di batteria può, facendo funzionare la radio direttamente dal bus veicolare 28 V e rimuovendo la batteria dal percorso di carico; un caricatore veicolare invece ricarica la batteria installata. Il primo deve gestire i transitori MIL-STD-1275 e il secondo deve seguire la terminazione di carica del nichel, quindi i due sono specificati separatamente.
Il fissaggio, i contatti e la tenuta della radio sono progettati attorno a una forma di pacco, e le classificazioni ambientali presuppongono l'alloggiamento corretto. Una cella generica o un pacco sovradimensionato non può soddisfare i requisiti di fissaggio e ingresso, motivo per cui il pacco è costruito sulla geometria definita anche quando la capacità elettrica sarebbe ottenibile altrimenti.
Le convenzioni di servizio e il profilo 5-5-90 sono documentati in materiale di produttori e industria, e la convenzione 1:9 compare nelle schede di venditori di pattuglia e HF. Le correnti usate negli esempi sono valori illustrativi nel campo di schede radio pubblicate, e ogni numero calcolato è mostrato come calcolo piuttosto che misura di un prodotto nominato; l'esempio di pattuglia è confrontato con il manpack in servizio pubblicato che offre un pacco NiMH 13 Ah secondo 1:9. Le configurazioni di tensione seguono la cella di nichel sigillata 1,2 V, e la pratica di terminazione di carica segue i riferimenti tecnici delle celle di nichel. L'alimentazione veicolare e aerea rimanda a MIL-STD-1275 e MIL-STD-704, e le celle e i pacchi di nichel sono qualificati secondo IEC 61951-2 e IEC 62133-1 e spediti sotto UN 3496 con la via aerea non ristretta IATA A199. Nessuna statistica è stata inventata.
Weijiang Power fornisce celle NiMH sigillate e pacchi NiMH assemblati per radio tattiche di addestramento, guarnigione e pattuglia e pacchi di sicurezza professionali, dimensionati dalle correnti, convenzione di servizio, autonomia e temperatura della radio e costruiti sulla sua geometria con protezione PTC e fusibile ripristinabile. Le celle sono qualificate secondo IEC 61951-2 e IEC 62133-1 e i pacchi sono spediti sotto UN 3496. Inviateci modello della radio, intervallo di tensione accettato, correnti di stato, convenzione di servizio, autonomia, temperatura e organizzazione di ricarica, e svilupperemo corrente media, numero di celle, capacità nominale deratata e progetto di impulso e sosterremo le prove per la vostra valutazione. Vedete la gamma di prodotti NiMH Weijiang per i formati di pacco standard, o contattate il nostro team OEM con la specifica radio e il profilo di carico.
