طراحی باتری های لیتیومی برای ربات های هوایی: ایمنی و قابلیت اطمینان در مقیاس

روبات‌های هوایی سخت‌افزار بخشنده نیستند. وقتی چیزی در ارتفاع از کار می افتد - یک موتور، یک حسگر، یک سیستم ناوبری - هواپیما پایین می آید. وقتی باتری از کار می افتد، همه چیز خراب می شود. این عدم تقارن میزان جدی بودن را شکل می دهدباتری لیتیومیطراحی برای کاربردهای پهپاد باید باشد، و در مقیاس عملیات، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

ساخت باتری که در یک نمونه اولیه کار می کند، چالشی متفاوت با ساخت باتری است که در صدها واحد، هزاران ساعت پرواز و محیط های عملیاتی واقعی که شبیه یک میز آزمایش نیستند، به طور قابل اعتماد کار کند. در اینجا این مشکل مهندسی در واقع به نظر می رسد.

معماری ایمنی باید لایه بندی شود

یک مدار حفاظتی یک سیستم ایمنی نیست. این آخرین راه حل است.

طراحی باتری لیتیوم قابل اعتمادبرای ربات‌های هوایی از حفاظت لایه‌ای استفاده می‌شود - مکانیسم‌های مستقل متعددی که ممکن است بقیه حالت‌های شکست گرفتن را از دست بدهند. ساختار معمولاً به این صورت است:

حفاظت از سطح سلول در درجه اول قرار دارد. انتخاب سلول با کیفیت با تحمل‌های تولیدی محدود، احتمال نقص‌های سلولی داخلی را کاهش می‌دهد که هیچ BMS نمی‌تواند بعد از این واقعیت آن را جبران کند. این بالادست هر چیز دیگری است.

سیستم مدیریت باتری (BMS)منطق نظارت بلادرنگ و مداخله فعال - اضافه ولتاژ، کم ولتاژ، اضافه جریان، اتصال کوتاه و آستانه حرارتی را کنترل می کند. برای کاربردهای پهپاد، BMS باید بین یک خطای واقعی و یک تقاضای جریان بالا قانونی در طول مانورهای تهاجمی تمایز قائل شود. موارد مثبت کاذب که برق را در اواسط پرواز قطع می کنند به اندازه خطاهای از دست رفته خطرناک هستند.

پادمان‌های سطح سیستم - نحوه ادغام باتری با کنترل‌کننده پرواز، نحوه انتقال داده‌های خطا، نحوه مدیریت دقیق تخریب زمانی که BMS یک ناهنجاری را تشخیص می‌دهد - تصویر را کامل می‌کند. باتری ای که بی صدا از کار می افتد، صرف نظر از اینکه شیمی سلولی چقدر خوب است، یک شکست طراحی است.

قابلیت اطمینان در مقیاس نیاز به ثبات دارد، نه فقط کیفیت

یک باتری لیتیوم پلیمری که در آزمایش عملکرد خوبی دارد، نمونه اولیه خوبی است. باتری ای که در طول تولید 500 دستگاه به طور مداوم کار می کند یک دستاورد تولیدی است.

تطبیق سلول جایی است که این امر واقعی می شود. سلول های لیتیومی منفرد از همان دسته تولیدی از نظر ظرفیت، مقاومت داخلی و سرعت تخلیه خود متفاوت هستند. در پک پهپاد چند سلولی، سلول‌های بی‌همتا عدم تعادل ایجاد می‌کنند که تخریب را تسریع می‌کند، ظرفیت مؤثر را کاهش می‌دهد و در بدترین موارد استرس حرارتی موضعی ایجاد می‌کند.

سازندگانی که تولید باتری ربات هوایی را مقیاس‌بندی می‌کنند، به بازرسی دقیق سلول ورودی، گروه‌بندی منطبق قبل از مونتاژ بسته و اعتبارسنجی پس از مونتاژ نیاز دارند که تأیید کند هر واحد با مشخصات مطابقت دارد - نه فقط میانگین دسته‌ای.

این رشته پرهزینه و وقت گیر است. همچنین این چیزی است که باتری های طراحی شده برای مقیاس را از باتری های طراحی شده برای نمونه جدا می کند.

مدیریت حرارتی در مقیاس اختیاری نیست

گرما تسریع کننده اصلی تجزیه لیتیوم در شیمی است. در حجم‌های کوچک، مسائل حرارتی قابل کنترل هستند - یک بسته جداگانه که داغ می‌شود علامت‌گذاری و بررسی می‌شود. در مقیاس، مشکلات حرارتی سیستمیک به یک مشکل قابلیت اطمینان ناوگان تبدیل می‌شود که تشخیص و رفع آن بسیار سخت‌تر است.

طراحی باتری برای ربات های هوایی باید چرخه حرارتی کامل را در نظر بگیرد: گرمای تولید شده در طول پرواز با دشارژ بالا، گرمای باقیمانده در طول ذخیره سازی بین ماموریت ها، بار حرارتی ناشی از شارژ، و تغییرات دمای محیط در مناطق استقرار.

این به معنای انتخاب ترکیبات شیمیایی سلولی با رفتار حرارتی مطلوب، طراحی محفظه‌های بسته با در نظر گرفتن اتلاف گرما، و مشخص کردن آستانه‌های دمایی BMS کالیبره‌شده با شرایط عملیاتی واقعی به جای پیش‌فرض‌های محافظه‌کارانه آزمایشگاهی است. باتری‌های لیتیوم یون حالت جامد در اینجا به طور فزاینده‌ای مرتبط هستند - پایداری حرارتی بهبود یافته آن‌ها در مقایسه با شیمی LiPo معمولی یکی از مشکلات سخت‌تر قابلیت اطمینان در چرخه‌های کاری بالا را برطرف می‌کند.

اسناد و گواهینامه بیش از آن چیزی است که بسیاری از مهندسان بخواهند بپذیرند

ایمنی و قابلیت اطمینان در مقیاس نیاز به ردیابی دارد. وقتی یک بسته در میدان خراب می شود، باید بدانید که از کدام دسته سلولی آمده است، تاریخچه شارژ آن چگونه است و آیا حالت خرابی با آنچه قبلا دیده شده مطابقت دارد یا خیر. این امر مستلزم ثبت، اسناد و زیرساخت مدیریت کیفیت است که تیم های مهندسی خالص اغلب روی آن سرمایه گذاری نمی کنند.

گواهینامه UN38.3، انطباق با IEC 62133، و مستندات داخلی دقیق QC کار اداری سربار نیستند. آنها پایه شواهدی هستند که به شما امکان می‌دهند مشکلات را تشخیص دهید، طرح‌ها را بهبود ببخشید و ایمنی را به مشتریان، بیمه‌گران و قانون‌گذاران نشان دهید.

رویکرد ZYEBATTERY به این مشکل

طراحی باتری های لیتیومی برای ربات های هوایی در مقیاس دقیقاً مشکل استZYEBATTERYبرای حل ساخته شده است. باتری‌های لیتیوم پلیمری و لیتیوم یونی با کارایی بالا و باتری‌های پهپاد لیتیوم یون حالت جامد، مهندسی شده با معماری حفاظتی لایه‌ای، تطابق سلولی محکم، و سازگاری تولیدی که قابلیت اطمینان در مقیاس ناوگان واقعاً به آن نیاز دارد.

ایمنی یک ویژگی نیست که در پایان اضافه شود. این یک محدودیت طراحی استاولین تصمیم انتخاب سلولبه جلو.