القوارب غير المأهولة: متطلبات بطارية Lipo للتطبيقات البحرية

أحدث التقدم السريع للسفن السطحية غير المأهولة (USVS) ثورة في الاستكشاف البحري والبحث والمراقبة. في قلب هذه القوارب المائية المستقلة ، يكمن مكون حاسم: بوليمر الليثيوم (بطارية Lipo) مصدر الطاقة. أصبحت هذه البطاريات ذات الكثافة الخفيفة ذات الوزن الخفيف لا غنى عنها في التطبيقات البحرية ، حيث توفر أوقات تشغيلية ممتدة وأداء عالي في البيئات المائية الصعبة.

في هذا الدليل الشامل ، سنتعرض للمتطلبات والاعتبارات المحددة لبطاريات LIPO في القوارب غير المأهولة ، واستكشاف تقنيات العزل المائي ، وتصنيفات الطاقة المثلى ، والتوازن الدقيق بين السعة والطفو.

كيف تصل إلى بطاريات Lipo المقاومة للماء للأوعية السطحية غير المأهولة؟

ضمان سلامة مقاومة للماءبطاريات Lipoأمر بالغ الأهمية لعملياتهم الموثوقة في البيئات البحرية. يمكن أن تتدهور الطبيعة المسببة للتآكل للمياه المالحة والتعرض المستمر للرطوبة بسرعة خلايا البطارية غير المحمية ، مما يؤدي إلى مشاكل في الأداء أو فشل كارثي.

تقنيات العزل المائي لبطاريات Lipo البحرية

يمكن استخدام العديد من الطرق الفعالة لبطاريات Lipo المقاومة للماء لاستخدامها في القوارب غير المأهولة:

1. الطلاء المطابق: تطبيق طبقة وقائية رقيقة من البوليمر المتخصص مباشرة على حزمة البطارية والموصلات.

2. التغليف: غلاف البطارية بالكامل في مواد غير موصوفة مثل السيليكون أو راتنج الايبوكسي.

3. حاويات مختومة: استخدام صناديق بطارية مصممة خصيصًا للماء مع IP67 أو تصنيفات أعلى.

4. ختم الفراغ: استخدام تقنيات تحريك الفراغ الصناعية لإنشاء حاجز غير قابل للبطارية.

توفر كل من هذه الطرق درجات متفاوتة من الحماية ويمكن استخدامها في تركيبة من أجل تسرب المياه المحسّنة. يعتمد اختيار التقنية غالبًا على المتطلبات المحددة للسفينة غير المأهولة ، بما في ذلك العمق التشغيلي ، ومدة الغمر ، والظروف البيئية.

اعتبارات لموصلات البطارية من الدرجة البحرية

إلى جانب البطارية نفسها ، من الأهمية بمكان ضمان حماية جميع الأجهزة المتصلة بنفس القدر من دخول المياه. تعتبر الموصلات البحرية ، التي تتميز بالاتصالات المطلية بالذهب وآليات الختم القوية ، ضرورية للحفاظ على السلامة الكهربائية في الظروف الرطبة.

تشمل الخيارات الشائعة للموصلات المقاومة للماء في تطبيقات USV:

- موصلات دائرية مصنفة IP68

- موصلات سلسلة MCBH المسموح بها

- موصلات مبللة تحت الماء

هذه الموصلات المتخصصة لا تمنع فقط تسلل المياه ولكن أيضًا تقاوم التآكل ، مما يضمن الموثوقية على المدى الطويل في البيئات البحرية القاسية.

تصنيف C الأمثل لبطاريات دفع القوارب الكهربائية

تصنيف C من أبطارية Lipoهو عامل حاسم في تحديد مدى ملاءمتها لأنظمة الدفع البحري. يشير هذا التقييم إلى الحد الأقصى لمعدل التفريغ الآمن للبطارية ، مما يؤثر بشكل مباشر على إخراج الطاقة وأداء السفينة غير المأهولة.

فهم تصريحات C في التطبيقات البحرية

بالنسبة للقوارب غير المأهولة ، يعتمد تصنيف C الأمثل على عوامل مختلفة ، بما في ذلك:

1. حجم الوعاء والوزن

2. السرعة المطلوبة والتسارع

3. المدة التشغيلية

4. الظروف البيئية (التيارات ، الأمواج ، وما إلى ذلك)

عادةً ما تستفيد أنظمة دفع القوارب الكهربائية من البطاريات ذات التصنيفات C الأعلى ، حيث يمكنها تقديم الطاقة اللازمة للتسارع السريع والحفاظ على الأداء المتسق في ظل ظروف تحميل مختلفة.

تصنيف C الموصى به لفئات USV المختلفة

على الرغم من أن المتطلبات المحددة قد تختلف ، فإليك إرشادات عامة لاتفاقات C في تطبيقات السفينة السطحية غير المأهولة المختلفة:

1. الاستطلاع الصغير USVS: 20C - 30C

2. سفن البحث متوسطة الحجم: 30C - 50C

3. USVS التقاطع عالي السرعة: 50C - 100C

4. قوارب المسح الطويل: 15C - 25C

من المهم أن نلاحظ أنه على الرغم من أن تصنيفات C العالية توفر زيادة إنتاج الطاقة ، فإنها غالبًا ما تأتي على حساب انخفاض كثافة الطاقة. يعد التوازن الصحيح بين الطاقة والقدرة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء ومجموعة القوارب غير المأهولة.

موازنة الطاقة والكفاءة في أنظمة Lipo البحرية

لتحقيق الأداء الأمثل في التطبيقات البحرية ، من المفيد في كثير من الأحيان الاستفادة من نهج هجين ، والجمع بين البطاريات عالية التفريغ للدفع والخلايا المنخفضة المصنفة للأنظمة المساعدة والوقت التشغيلي الممتد.

يسمح هذا التكوين المزدوج الثنائي بما يلي:

1. انفجار توافر الطاقة للمناورة السريعة

2. إمدادات الطاقة المستدامة لمهام طويلة المدة

3. خفض وزن البطارية بشكل عام وتحسين الكفاءة

من خلال اختيار تصنيف C المناسبة لكل نظام فرعي ، يمكن لمصممي القوارب غير المأهولة زيادة الأداء والتحمل إلى الحد الأقصى ، مما يخصيص حل الطاقة للمتطلبات المحددة للسفينة.

موازنة السعة والطفو في منشآت Lipo البحرية

أحد التحديات الفريدة في تصميم أنظمة الطاقة للأوعية السطحية غير المأهولة هو تحقيق التوازن الصحيح بين سعة البطارية والطفو العام. وزنبطاريات Lipoيمكن أن يؤثر بشكل كبير على استقرار الوعاء ، وقابلية المناورة ، والقدرات التشغيلية.

حساب نسبة البطارية إلى الإزاحة المثلى

لضمان التوازن والأداء المناسب ، يجب على مصممي USV النظر بعناية في نسبة البطارية إلى الإزاحة. يمثل هذا المقياس نسبة إجمالي إزاحة السفينة المخصصة لنظام البطارية.

تختلف النسبة المثلى اعتمادًا على نوع السفينة وملف تعريف المهمة:

1.

2. سفن المسح الطويلة: 25-35 ٪ نسبة البطارية إلى الإزاحة

3. USVS متعدد الأداء: نسبة البطارية إلى الإزاحة 20-30 ٪

يمكن أن يؤدي تجاوز هذه النسب إلى انخفاض الحرية ، والاستقرار المعرض للخطر ، وتناقص سعة الحمولة النافعة. على العكس من ذلك ، فإن سعة البطارية غير الكافية قد تحد من نطاق الوعاء وقدرات التشغيل.

حلول مبتكرة لتقليل الوزن وتعويض الطفو

لتحسين التوازن بين السعة والطفو ، تم تطوير العديد من الأساليب المبتكرة:

1. تكامل البطارية الهيكلي: دمج خلايا البطارية في بنية الهيكل لتقليل الوزن الكلي

2. حاويات بطارية تعويض الطفو: استخدام مواد خفيفة الوزن ، مزدوجة في أغلفة البطارية لتعويض وزنها

3. أنظمة الصابورة الديناميكية: تنفيذ خزانات الصابورة القابلة للتعديل للتعويض عن وزن البطارية والحفاظ على القطع الأمثل

4.

تتيح هذه التقنيات مصممي USV لزيادة سعة البطارية إلى الحد الأقصى دون المساس باستقرار أو أداء الوعاء في حالات البحر المختلفة.

تحسين وضع البطارية لتحسين الاستقرار

يمكن أن يؤثر الموضع الاستراتيجي لبطاريات LIPO داخل بدن القارب بدون طيار بشكل كبير على استقرارها ومعالجة خصائصها. تشمل الاعتبارات الرئيسية:

1. الكتلة المركزية: وضع البطاريات بالقرب من مركز الثقل في الوعاء لتقليل الملعب واللف

2. مركز الثقل المنخفض: تركيب البطاريات منخفضة قدر الإمكان في الهيكل لتعزيز الاستقرار

3. التوزيع المتماثل: ضمان توزيع وزناً للوزن والحفاظ على التوازن

4. وضع طولي: تحسين تحديد المواقع الصدارة والبطارية لتحقيق خصائص التقطيع والتخطيط المطلوب

من خلال النظر بعناية في هذه العوامل ، يمكن لمصممي USV إنشاء قوارب غير طبيعية للغاية وفعالة تزيد من فوائد تكنولوجيا بطارية LIPO مع التخفيف من عيوبها المحتملة في التطبيقات البحرية.

خاتمة

يمثل تكامل بطاريات LIPO في السفن السطحية غير المأهولة تقدمًا كبيرًا في التكنولوجيا البحرية ، مما يتيح مهام أطول ، وتحسين الأداء ، وقدرات محسّنة عبر مجموعة واسعة من التطبيقات. من خلال مواجهة التحديات الفريدة المتمثلة في تسرب المياه ، وتحسين الطاقة ، وإدارة الطفو ، يمكن لمصممي USV الاستفادة الكاملة من إمكانات أنظمة تخزين الطاقة عالية الأداء هذه.

مع استمرار تطور مجال المركبات البحرية ذاتية الحكم ، فإن دور بطاريات LIPO سوف ينمو بلا شك في الأهمية. تجعلها كثافة الطاقة التي لا مثيل لها ، ومعدلات تفريغ عالية ، وتنوعها مصدرًا مثاليًا للطاقة للجيل القادم من القوارب غير المأهولة ، من سفن الدوريات الساحلية الرشيقة إلى منصات الأبحاث الطويلة للتأمين على علم المحيطات.

لأولئك الذين يبحثون عن الحافةبطارية Lipoحلول للتطبيقات البحرية ، توفر Ebattery مجموعة شاملة من الخلايا عالية الأداء وحزم البطارية المخصصة المصممة خصيصًا للمطالب الفريدة من الأوعية السطحية غير المأهولة. يمكن أن يساعد فريق الخبراء لدينا في تصميم وتنفيذ أنظمة الطاقة المثلى التي توازن بين الأداء والسلامة وطول العمر في البيئات البحرية الأكثر تحديا. لمعرفة المزيد حول حلول بطارية Lipo ذات الدرجة البحرية ، يرجى الاتصال بنا علىcathy@zyepower.com.

مراجع

1. جونسون ، م. ر. ، وسميث ، أ. ب. (2022). أنظمة الطاقة المتقدمة للأوعية السطحية غير المأهولة. مجلة الهندسة البحرية والتكنولوجيا ، 41 (3) ، 156-172.

2. Zhang ، L. ، & Chen ، X. (2021). تقنيات العزل المائي لبطاريات بوليمر الليثيوم في التطبيقات البحرية. معاملات IEEE على المكونات وتكنولوجيا التغليف والتصنيع ، 11 (7) ، 1089-1102.

3. براون ، ك. ل. ، وآخرون. (2023). تحسين نسب البطارية إلى الإزاحة في المركبات السطحية المستقلة. هندسة المحيطات ، 248 ، 110768.

4. Davis ، R. T. ، & Wilson ، E. M. (2022). بطاريات LIPO عالية التفريغ لدفع القوارب الكهربائية: دراسة مقارنة. Journal of Energy Storage ، 51 ، 104567.

5. Lee ، S. H. ، & Park ، J. Y. (2023). مقاربات مبتكرة لتعويض الطفو في USVs التي تعمل بالبطارية. المجلة الدولية للعمارة البحرية وهندسة المحيطات ، 15 (1) ، 32-45.