Este é o capítulo B da nota C02 sobre rádios táticos e militares, que aproveita o perfil de funcionamento do capítulo A e o transforma num projeto de pack: quantas células, que capacidade e que margem o rádio precisa para cumprir a missão. Segue a sequência que um engenheiro realmente utiliza - definir a missão e a convenção de serviço, converter os três estados de funcionamento numa corrente média, escolher a configuração de células para a tensão necessária, aplicar as reduções por frio e fim de vida, verificar os limites de impulso e térmicos, e depois definir o sistema de carregamento em campo. São mostrados dois exemplos numéricos completos: um rádio portátil sob a convenção 5-5-90 e um rádio de patrulha sob a convenção 1:9. Cada número neles é explicitamente rotulado como ilustrativo e construído a partir de correntes no intervalo de fichas técnicas publicadas, não uma especificação de um produto nomeado; os valores vinculativos de um projeto real são a própria ficha técnica do rádio e o desenho de pack acordado.
Fato-chave 1. O dimensionamento começa pela missão, não pelo rótulo mAh. As entradas são as correntes do rádio em espera, receção e transmissão, a convenção de serviço que as pondera, a autonomia necessária em horas e a temperatura de funcionamento. No campo aparecem duas convenções: 5-5-90 (5 por cento transmissão, 5 por cento receção, 90 por cento espera) e 1:9 (uma parte transmissão, nove partes receção, sem espera separada). Os valores de autonomia só são comparáveis quando convenção e temperatura coincidem.
Fato-chave 2. A corrente média é uma soma ponderada, e a capacidade é a corrente média multiplicada pelas horas. No exemplo ilustrativo portátil abaixo, correntes de 0,08 A em espera, 0,3 A em receção e 1,6 A em transmissão sob 5-5-90 dão uma média de 0,167 A, por isso um turno de dez horas precisa de 1,67 Ah de carga. O estado de transmissão é apenas 5 por ciento do tempo, mas contribui com cerca de metade da corrente média, razão pela qual a autonomia de um grande falador diverge rapidamente do valor publicado.
Fato-chave 3. O número de células é definido pela tensão. Cada célula de níquel selada tem 1,2 V, por isso seis células dão 7,2 V, oito 9,6 V, dez 12 V e doze 14,4 V. Os packs portáteis profissionais são habitualmente 7,2 V ou 9,6 V, enquanto os sistemas de campo e manpack maiores usam configurações superiores. O intervalo de bateria aceite pelo rádio, não apenas o carregador, determina que configuração é legal para o projeto.
Fato-chave 4. A capacidade nominal deve exceder o número da missão porque a capacidade utilizável encolhe. O frio reduz o desempenho de descarga e um pack perde capacidade ao longo da vida, por isso o projeto aplica fatores de redução e mantém uma margem. No exemplo numérico, a necessidade de missão de 1,67 Ah é dividida por fatores ilustrativos de frio e fim de vida de 0,85 cada um, dando uma capacidade nominal necessária de cerca de 2,31 Ah antes de escolher uma célula padrão.
Fato-chave 5. O pack é um conjunto mecânico e de segurança, não apenas células. Tem de fornecer o impulso de transmissão sem colapso de tensão, controlar a sua temperatura em carga e descarga, e conter proteção como um PTC e fusível rearme dentro da geometria definida do rádio. O carregamento em campo é definido ao mesmo tempo, incluindo carga veicular a partir do barramento 28 V MIL-STD-1275 e eliminadores de bateria que removem a bateria por completo do caminho de carga.
A primeira decisão de projeto é que convenção de serviço representa o utilizador. A convenção 5-5-90 vem da prática móvel terrestre e é construída em torno de longos períodos de espera com chamadas curtas, o que se adequa a um portátil transportado durante um turno. A convenção 1:9 vem da prática HF e de patrulha, onde o rádio escuta continuamente e transmite periodicamente, sem estado de espera separado. A temperatura é registada a par da convenção porque uma medição fria ou quente altera o resultado, e a autonomia necessária é indicada em horas a partir da missão em vez de inferida de um título de um concorrente. Um pack dimensionado com a convenção errada será ou desnecessariamente grande ou insuficiente na missão real.
Fixadas as três correntes de estado e a convenção, a corrente média é a soma ponderada dos estados, e a carga de missão é essa média multiplicada pelas horas. O exemplo ilustrativo portátil utiliza correntes de 0,08 A em espera, 0,3 A em receção e 1,6 A em transmissão, todas apresentadas como valores ilustrativos no intervalo de rádios portáteis publicados e não como medições de um produto. Sob 5-5-90 a média é 0,05 vezes 1,6 para transmissão, mais 0,05 vezes 0,3 para receção, mais 0,90 vezes 0,08 para espera, o que equivale a 0,167 A. Para um turno de dez horas a carga necessária é 0,167 vezes 10, ou 1,67 Ah.
A ponderação explica por que as mudanças de serviço importam tanto. O segmento de transmissão ocupa apenas 5 por cento do tempo, mas contribui 0,08 A para a média de 0,167 A, cerca de metade; um utilizador que transmite 10 por cento em vez de 5 por cento move a média para cima, embora o turno e o rádio permaneçam inalterados. Este é o mecanismo por trás do aviso de que uma autonomia publicada é um resultado dependente da convenção, e é por isso que o padrão de fala real é recolhido antes do dimensionamento em vez de assumido de uma ficha técnica.
Logo que a necessidade de carga é conhecida, o número em série é escolhido a partir da tensão. A célula de níquel selada tem 1,2 V nominal, por isso o cálculo é direto: seis células em série dão 7,2 V, oito 9,6 V, dez 12 V e doze 14,4 V. Os ramos em paralelo aumentam a capacidade onde a geometria o permite, mas a tensão é sempre definida pelo número em série. Um portátil cuja eletrónica aceita um intervalo em torno de 6 a 9,6 V é tipicamente projetado em torno de um pack de seis células 7,2 V, enquanto um manpack ou sistema de campo pode necessitar de uma configuração superior. O número escolhido deve manter-se dentro do intervalo de entrada aceite durante toda a descarga, incluindo a tensão mais baixa no fim da carga, e não apenas no nominal.
| Células em série | Tensão nominal | Papel típico do pack |
|---|---|---|
| 6 | 7,2 V | Rádios portáteis profissionais |
| 8 | 9,6 V | Packs portáteis de alta tensão |
| 10 | 12 V | Sistemas de campo e acessórios |
| 12 | 14,4 V | Packs manpack e de nível superior |
O número da missão é carga utilizável, mas a capacidade nominal é maior porque dois efeitos reduzem o que o pack pode fornecer. O frio abranda a reação eletroquímica e baixa a capacidade efetiva, e ao longo da vida o pack perde capacidade por ciclos e envelhecimento. O projeto aplica fatores de redução para cobrir ambos e mantém uma margem para a variação. No exemplo ilustrativo aplicam-se fatores de 0,85 para frio e 0,85 para fim de vida, por isso a fração utilizável é 0,85 vezes 0,85, ou 0,7225; a capacidade nominal necessária é a necessidade de missão de 1,67 Ah dividida por 0,7225, que é cerca de 2,31 Ah. Uma célula padrão igual ou acima desse valor, na geometria necessária, é então escolhida.
A capacidade por si só não basta: o pack tem de fornecer o impulso de transmissão com a tensão mantida acima do corte do rádio. O projeto verifica a curva de descarga à corrente de transmissão, incluindo o impulso curto de alta corrente no pior estado de carga, e confirma que a temperatura do pack se mantém dentro dos limites sob impulsos repetidos. A proteção é integrada no conjunto: um PTC limita a corrente em falha ou sobretemperatura, um fusível rearme cobre a sobrecorrente, e a geometria e fixação do pack mantêm células e contactos seguros sob choque e vibração. A proteção é dimensionada para o impulso real do rádio e não para um pico genérico, e a caixa é a forma definida do rádio, por isso o pack não pode ser substituído por células soltas.
Os packs de níquel necessitam de um regime de carga definido porque a sobrecarga aquece as células; um carregador termina perante a variação negativa de tensão ou a característica de subida de temperatura do níquel e controla a taxa de carga para uso em campo. A carga veicular funciona a partir do barramento militar 28 V segundo MIL-STD-1275, cujos transientes, picos e sobretensões são tratados antes do carregador, e um eliminador de bateria faz o rádio funcionar diretamente da alimentação veicular para que a bateria não ciclos durante a operação montada. As plataformas aéreas usam antes MIL-STD-704. O carregador e o eliminador fazem parte do pacote de projeto do pack e não são ideias tardias, porque um pack que não pode ser recarregado em campo não entrega a autonomia calculada.
A mesma sequência sob a convenção de patrulha mostra como as entradas alteram o resultado. O rádio de patrulha ilustrativo consome 4 A em transmissão e 0,5 A em receção, apresentados como valores ilustrativos no intervalo de rádios manpack de maior potência. Sob 1:9 a média é 0,1 vezes 4 mais 0,9 vezes 0,5, ou 0,85 A; uma patrulha de oito horas precisa por isso de 6,8 Ah. Aplicar a mesma redução de 0,7225 dá uma capacidade nominal necessária de cerca de 9,4 Ah, o mesmo cálculo do portátil mas a uma capacidade muito maior porque a convenção não tem estado de espera e a corrente de transmissão é mais alta. Isto reflete o exemplo publicado de um manpack de patrulha em serviço cujo fornecedor oferece um pack NiMH de 13 Ah classificado em cerca de 50 horas sob 1:9, mostrando ao mesmo tempo por que uma capacidade padrão única não pode ser reutilizada entre convenções sem reverificar a conta.
| Entrada de projeto | Por que é necessária |
|---|---|
| Correntes espera / receção / transmissão | Construir a corrente média de três estados |
| Convenção de serviço e padrão de fala | Ponderar os estados; escolher 5-5-90 ou 1:9 |
| Autonomia em horas e temperatura | Definir a carga de missão e a redução por frio |
| Intervalo de tensão aceite e geometria | Fixar o número em série e a caixa |
| Corrente de impulso e sistema de carga | Verificar colapso de tensão e recarga em campo |
O método de dimensionamento aplica-se onde um pack de níquel selado é uma solução genuína, e o âmbito é apresentado honestamente em vez de esticado. Os portáteis norte-americanos da linha da frente são projetados em torno de packs de lítio, por isso Weijiang não apresenta estes cálculos como substituição do lítio para rádios de combate destacados. As aplicações realistas são rádios de treino e guarnição, HF de patrulha onde o fornecedor oferece NiMH, packs profissionais e de segurança, acessórios e compradores sensíveis à logística que valorizam o envio não restrito sob UN 3496 e IATA A199. Dentro desse âmbito, a mesma sequência de número de células, capacidade e redução produz um pack defensável, com os valores exatos sempre ligados à ficha técnica do rádio e não transportados de outro projeto.
Porque os mAh são capacidade nominal, não o resultado de missão. A autonomia depende da convenção de serviço, da temperatura e das reduções, e dois packs com os mesmos mAh podem diferir em tensão, geometria e capacidade de impulso. O projeto reconstrói a corrente média e a capacidade nominal necessária a partir das entradas reais do rádio em vez de corresponder um rótulo.
Mais do que a sua fração de tempo sugere. No exemplo ilustrativo 5-5-90, o segmento de transmissão de 5 por cento contribui com cerca de metade da corrente média porque a sua corrente está muito acima de espera e receção. Duplicar o tempo de fala eleva por isso a média de forma notória e encurta a autonomia mesmo com o mesmo pack.
Porque apenas uma fração da capacidade nominal é utilizável. Se os fatores de frio e fim de vida deixam 0,7225 da capacidade disponível, a capacidade nominal deve ser a necessidade de missão dividida por 0,7225, não multiplicada; multiplicar dimensionaria um pack demasiado pequeno. Os fatores em si dependem de célula e fornecedor e são acordados em vez de assumidos.
Um eliminador de bateria pode, ao fazer o rádio funcionar diretamente do barramento veicular 28 V e remover a bateria do caminho de carga; um carregador veicular, pelo contrário, recarrega a bateria instalada. O primeiro tem de tratar os transientes MIL-STD-1275 e o segundo tem de seguir a terminação de carga do níquel, por isso ambos são especificados separadamente.
A fixação, os contactos e a vedação do rádio são projetados em torno de uma forma de pack, e as classificações ambientais pressupõem a caixa correta. Uma célula genérica ou um pack sobredimensionado não conseguem cumprir os requisitos de fixação e penetração, razão pela qual o pack é construído na geometria definida mesmo quando a capacidade elétrica seria alcançada de outra forma.
As convenções de serviço e o perfil 5-5-90 estão documentados em material de fabricantes e da indústria, e a convenção 1:9 aparece em fichas de fornecedores de patrulha e HF. As correntes usadas nos exemplos são valores ilustrativos no intervalo de fichas de rádios publicadas, e cada número calculado é mostrado como um cálculo e não como medição de um produto nomeado; o exemplo de patrulha é cruzado com o manpack em serviço publicado que oferece um pack NiMH de 13 Ah sob 1:9. As configurações de tensão seguem a célula de níquel selada de 1,2 V, e a prática de terminação de carga segue as referências técnicas de células de níquel. A alimentação veicular e aérea remete para MIL-STD-1275 e MIL-STD-704, e as células e packs de níquel são qualificados segundo IEC 61951-2 e IEC 62133-1 e enviados sob UN 3496 com a via aérea não restrita IATA A199. Não foram inventadas estatísticas.
Weijiang Power fornece células NiMH seladas e packs NiMH montados para rádios táticos de treino, guarnição e patrulha e packs de segurança profissionais, dimensionados a partir das correntes, convenção de serviço, autonomia e temperatura do rádio e construídos na sua geometria com proteção PTC e de fusível rearme. As células são qualificadas segundo IEC 61951-2 e IEC 62133-1 e os packs são enviados sob UN 3496. Envie-nos modelo do rádio, intervalo de tensão aceite, correntes de estado, convenção de serviço, autonomia, temperatura e sistema de carga, e desenvolveremos corrente média, número de células, capacidade nominal reduzida e projeto de impulso e apoiaremos as evidências para a sua avaliação. Veja a gama de produtos NiMH Weijiang para formatos de packs padrão, ou contacte a nossa equipa OEM com a especificação do rádio e o perfil de carga.
