ساختار داخلی باتری هواپیماهای بدون سرنشین چیست؟

فناوری هواپیماهای بدون سرنشین صنایع اعم از عکاسی هوایی گرفته تا کاربردهای صنعتی را متحول کرده است. در قلب این شگفتی های پرواز یک مؤلفه مهم قرار دارد:باتری لیتیوم هواپیمای بدون سرنشینبشر پرواز پایدار و قابلیت های عملیاتی هواپیماهای بدون سرنشین کاملاً به مهندسی دقیق این باتری های لیتیوم متکی است.

در این مقاله ، ما به سلول ها ، شیمی و ساختار آن می پردازیمباتری های هواپیمای بدون سرنشین، آشکار کردن این پیچیدگی که وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین متنوع را قدرت می دهد.

چند سلول در یک باتری پهپاد استاندارد قرار دارند؟

تعداد سلول های یک باتری هواپیمای بدون سرنشین ممکن است براساس اندازه پهپاد ، نیازهای برق و استفاده در نظر گرفته شده متفاوت باشد. با این حال ، بیشتر باتری های پهپاد استاندارد به طور معمول حاوی چندین سلول متصل به سری یا تنظیمات موازی هستند.

در داخل هر سلول ، یک الکترود مثبت (مانند مواد لیتیوم سه قلو) ، الکترود منفی (گرافیت) ، الکترولیت (هادی یون) و جداکننده (جلوگیری از مدارهای کوتاه بین الکترودها) با هم کار می کنند تا عملکرد اصلی "ذخیره انرژی در هنگام شارژ و تحویل انرژی در هنگام تخلیه" را بدست آورند.

بیشتر هواپیماهای بدون سرنشین تجاری و حرفه ای از باتری های چند سلولی برای افزایش قدرت و مدت پرواز استفاده می کنند. متداول ترین تنظیمات عبارتند از: 2S ، 3S ، 4S و 6S.

باتری های لیپو (لیتیوم پلیمر)شایع ترین نوع در هواپیماهای بدون سرنشین است که هر سلول در 3.7 ولت رتبه بندی می شود. اتصال سلول ها به صورت سری باعث افزایش ولتاژ می شود و قدرت بیشتری را به موتورها و سیستم های پهپاد منتقل می کند.

در یک پیکربندی سری ، سلول ها به پایان می رسند و ترمینال مثبت یک سلول را به ترمینال منفی بعدی پیوند می دهند. این ترتیب ضمن حفظ همان ظرفیت ، ولتاژ کلی باتری را افزایش می دهد.

در یک پیکربندی موازی ، باتری ها با تمام ترمینال های مثبت که به هم وصل شده اند و تمام پایانه های منفی به هم وصل می شوند ، متصل می شوند. این ترتیب در حالی که همان ولتاژ را حفظ می کند ، ظرفیت کل باتری را افزایش می دهد.

صرف نظر از پیکربندی ، باتری های هواپیمای بدون سرنشین مدرن سیستم های پیشرفته مدیریت باتری (BMS) را ادغام می کنند. این مدارهای الکترونیکی ولتاژهای سلولی فردی را کنترل و تنظیم می کنند و از شارژ و تخلیه متعادل در تمام سلولهای موجود در بسته اطمینان می دهند.

ساختار داخلی باتری های پلیمری لیتیوم: آند ، کاتد و الکترولیت

برای درک واقعی باتری های هواپیماهای بدون سرنشین ، باید اجزای داخلی آنها را بررسی کنیم. باتری های پلیمر لیتیوم ، منبع تغذیه بیشتر هواپیماهای بدون سرنشین ، از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: آند ، کاتد و الکترولیت.

آند: الکترود منفی

آند در باتری لیتیوم پلیمر به طور معمول از گرافیت ساخته شده است ، نوعی کربن. در حین تخلیه ، یونهای لیتیوم از آند به کاتد حرکت می کنند و الکترون هایی را که از طریق مدار خارجی جریان می یابند برای تأمین نیروی پهپاد آزاد می شوند.

کاتد: الکترود مثبت

کاتد معمولاً از یک اکسید فلزی لیتیوم ، مانند اکسید لیتیوم کبالت (Licoo₂) یا فسفات آهن لیتیوم (Lifepo₄) تشکیل شده است. انتخاب مواد کاتدی بر خصوصیات عملکرد باتری از جمله چگالی انرژی و ایمنی تأثیر می گذارد.

الکترولیت: بزرگراه یونی

الکترولیت موجود در باتری لیتیوم پلیمر یک نمک لیتیوم است که در یک حلال آلی حل می شود. این مؤلفه یونهای لیتیوم را قادر می سازد در طول چرخه بار و تخلیه بین آند و کاتد مهاجرت کنند. یکی از ویژگی های منحصر به فرد باتری های لیتیوم پلیمری این است که این الکترولیت در یک کامپوزیت پلیمری بی حرکت می شود و باعث می شود باتری انعطاف پذیر تر و مستعد آسیب باشد.

پشتیبانی محافظ: مسکن و اتصالات

فراتر از ماژول اصلی ، محفظه و اتصالات باتری هواپیماهای بدون سرنشین - هرچند که به طور مستقیم در تحویل برق شرکت نمی کنند - به عنوان "اسکلت" اطمینان از یکپارچگی ساختاری:

مسکن: به طور معمول از آلیاژ پلاستیکی یا آلومینیوم بازدارنده شعله ساخته می شود و مقاومت در برابر ضربه ، عقب ماندگی شعله و عایق حرارتی را ارائه می دهد. این سوراخ های تهویه را برای جلوگیری از گرمای بیش از حد در حین عملکرد سلول شامل می شود.

اتصالات و رابط ها: سیمهای مس چند رشته داخلی (بسیار رسانا و مقاوم در برابر خم) سلول ها را به BMS متصل می کنند. رابط های خارجی معمولاً از اتصالات XT60 یا XT90 با حفاظت از پلوگ معکوس استفاده می کنند تا از آسیب های تصادفی از اتصالات نادرست جلوگیری کنند.

تعمیر و نگهداری اساسی: از اجزای داخلی برای افزایش طول عمر باتری محافظت کنید

برای جلوگیری از اضافه بار BMS و تخریب سلول ، از شارژ بیش از حد یا بیش از حد شارژ (ذخیره بین ظرفیت 20 ٪ -80 ٪) خودداری کنید.

برای جلوگیری از مدارهای کوتاه در سیم کشی ، از ورود آب در هنگام تمیز کردن اتصالات خودداری کنید.

محفظه های آسیب دیده را به سرعت جایگزین کنید تا سلولهای داخلی و BMS را از تأثیر فیزیکی محافظت کنید.

معماری داخلی باتری های هواپیماهای بدون سرنشین نشان دهنده هم افزایی دقیق "انرژی ، کنترل و محافظت" است. با پیشرفت در باتری های حالت جامد و فناوری هوشمند BMS ، طراحی باتری های آینده جمع و جور تر و کارآمدتر خواهد شد و پشتیبانی اصلی را برای ارتقاء عملکرد هواپیماهای بدون سرنشین فراهم می کند.