كيف تعمل بطاريات الحالة الصلبة للطائرات بدون طيار على تحسين أدائها

في مجال الطائرات بدون طيار ، يظل أداء البطارية هو عنق الزجاجة الرئيسي الذي يحد من القدرة على التحمل ، وسعة الحمولة الصافية ، والقدرة على التكيف البيئي. تعتمد بطاريات الليثيوم أيون التقليدية على الشوارد السائلة ، التي تجعل قيودها في كثافة الطاقة وسلامتها واستقرار درجات الحرارة المنخفضة من الصعب على الطائرات بدون طيار التغلب على تحديات "التحمل القصير ، والتحمل البيئي الضعيف ، وتكاليف الصيانة العالية".

زيادة كثافة الطاقة تمتد مباشرة إلى القدرة على التحمل أو تزيد من سعة الحمولة النافعة

كثافة الطاقة هي المقياس الأساسي الذي يحدد ما إذا كانت الطائرات بدون طيار يمكن أن "تطير لفترة أطول" أو "تحمل أحمالًا أثقل". عادةً ما توفر بطاريات الليثيوم أيون السائل التقليدية كثافة طاقة تتراوح بين 200 و 300 و/كيلوغرام ، في حين تجاوزت بطاريات الحالة الصلبة السائدة 400 WH/kg ، مع وصول بعض النماذج الأولية للمختبرات إلى 600 WH/kg.

بالنسبة للطائرات بدون طيار ، يترجم هذا إلى تقدمين نقديتين:

أولاً ، تحت وزن البطارية المتطابق ، يمكن أن يزداد القدرة على التحمل في الطيران بنسبة 30 ٪ -50 ٪. على سبيل المثال ، تعمل طائرة بدون طيار على مستوى المستهلك مع البطاريات التقليدية عادةً لمدة 30 دقيقة ، في حين أن واحدة مجهزة ببطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تمتد وقت الرحلة إلى أكثر من 45 دقيقة ، وتلبية الطلبات لتصوير فوتوغرافي أو تفتيش أطول.

ثانياً ، مع القدرة على التحمل غير المتغير ، يمكن تقليل وزن البطارية بشكل كبير ، مما يحرر قدرة الحمولة النافعة للطائرات بدون طيار. يمكن للطائرات بدون طيار الرش الزراعية أن تحمل المزيد من المبيدات الحشرية ، في حين أن الطائرات اللوجستية يمكن أن تنقل البضائع الثقيلة ، مما يزيد من توسيع تطبيقات الصناعة.

تعزيز السلامة يقلل من الفشل والمخاطر

بطاريات الحالة الصلبةالاستفادة من الشوارد الصلبة (مثل الأكاسيد أو الكبريتيد) ، مما يؤدي إلى تحسين الاستقرار الحراري بشكل كبير مع القضاء على مخاطر تسرب الإلكتروليت. حتى في ظل التأثيرات الخارجية أو التغيرات في درجة الحرارة المفاجئة ، فإن هذه البطاريات تقاوم الهرب الحراري ، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات الفشل بشكل كبير.

اختبار الثقب: عندما يتم اختراقه بواسطة كائن حاد ، فإن بطاريات الحالة الصلبة تظهر فقط عوامل صغيرة محلية مع عدم وجود نيران مفتوحة أو دخان ، وارتفع درجات الحرارة السطحية بمقدار 15 درجة مئوية فقط. في المقابل ، فإن البطاريات التقليدية تشعل بعنف في غضون 5 ثوانٍ تحت نفس الاختبار ، مع ارتفاع درجات الحرارة التي تتجاوز 500 درجة مئوية.

قابلية التكيف البيئية الفائقة ، وقيود درجة الحرارة

لا تتأثر الشوارد في الحالة الصلبة بدرجات حرارة منخفضة ، حيث تحافظ على التوصيل الأيوني المستقر عبر نطاق واسع من -30 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية. تحمل درجة حرارة عالية: طائرة بدون طيار لوجستيات مزودة ببطارية شبه صلبة تعمل بشكل مستمر لمدة 40 دقيقة عند 40 درجة مئوية ، مع درجات حرارة السطح باستمرار أقل من 45 درجة مئوية. لم يحدث أي تورم أو قطرات الجهد.

عمر دورة أطول ، انخفاض التكاليف طويلة الأجل

تتميز بطاريات الحالة الصلبة ببنية أكثر استقرارًا ، مما يؤدي إلى انخفاض تدهور المواد الإلكترود أثناء الشحن والتفريغ. يمكن أن تتجاوز حياتهم الدورة بسهولة 1000 دورة.

تترجم العمر الممتد لبطاريات الحالة الصلبة إلى انخفاض تردد الاستبدال: بافتراض دورة تفريغ الشحن الواحدة في اليوم ، تتطلب البطاريات التقليدية استبدالًا تقريبًا كل عام ، في حين أن بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تستمر من 3 إلى 5 سنوات. هذا يقلل بشكل كبير من تكاليف صيانة المعدات ويعزز فعالية التكلفة التشغيلية.

حدود السلامة الموسعة: من حماية نقطة واحدة إلى تكرار النظام

بطارية الحالة الصلبةتمتد السلامة إلى ما وراء الخلايا الفردية من خلال تكامل النظام المحسن:

الحماية المادية متعددة الطبقات: مغلف في فيلم البولياميد الموجود بتوجيه ثنائي الأميدي (BOPA) ، يوفر بطاريات الحالة الصلبة ثلاث مرات مقاومة للأفلام البلاستيكية المصنوعة من الألومنيوم التقليدية. إنهم يصمدون 50 ج من طاقة التأثير (أي ما يعادل طائرة بدون طيار تصطدم بعقبة عند 10 أمتار/ثانية) دون تمزق.

نظام الإدارة الذكية: يتيح نظام BMS المدمج (نظام إدارة البطارية) موازنة الجهد على مستوى الخلايا. إذا كانت الخلية تعاني من ارتفاع درجة الحرارة غير الطبيعية ، فإن BMS تفصل دائرة الشحن/التفريغ في غضون 0.1 ثانية ، مما يمنع انتشار الصدع.

إذا كانت مدة الرحلة هي أولويتك القصوى ، فإن بطاريات زيتي بدون طيار مخصصة تعطي أولوية لخفض الوزن مع زيادة السعة. تضمن تقنية الكثافة عالية الكثافة أوقات الطيران الممتدة دون المساس بالقدرة على التحمل أو الموثوقية.

توفر بطاريات زير الطائرات بدون طيار مخصصة معدلات تفريغ عالية. أنها توفر قوة متفجرة دون ارتفاع درجة الحرارة ، وتمكين الطائرة بدون طيار من تحقيق سرعات ملحوظة وتنفيذ المناورات الديناميكية بدقة وموثوقية.

خاتمة

تعزز بطاريات الحالة الصلبة سلامة الطائرات بدون طيار من خلال اختراق ثلاثي: الابتكار المادي (الشوارد في الحالة الصلبة) ، والتحسين الهيكلي (تكنولوجيا العبوات) ، والإدارة الذكية (BMS). من بيانات المختبر إلى التطبيقات في العالم الحقيقي ، تُظهر بطاريات الحالة الصلبة مزايا السلامة الساحقة على البطاريات التقليدية-سواء في استقرار درجات الحرارة العالية أو موثوقية درجة الحرارة المنخفضة أو مقاومة التأثير والشيخوخة.

مع انخفاض التكنولوجيا وتناقص التكاليف ، ستصبح بطاريات الحالة الصلبة "شبكة الأمان النهائية" لرحلة الطائرات بدون طيار ، ودفع الصناعة نحو سيناريوهات التطبيق الأكثر تعقيدًا وخطورة.