ما هو الهيكل الداخلي لبطارية بدون طيار؟

أحدثت تكنولوجيا الطائرات بدون طيار ثورة في الصناعات التي تتراوح من التصوير الجوي إلى التطبيقات الصناعية. في قلب هذه الأعجوبة الطيران تكمن مكونًا مهمًا:بطارية الليثيوم بدون طيار. تعتمد الطيران المستقر والقدرات التشغيلية للطائرات بدون طيار بالكامل على الهندسة الدقيقة لبطاريات الليثيوم هذه.

في هذه المقالة ، سوف نتعمق في الخلايا والكيمياء وهيكلبطاريات الطائرات بدون طيار، وكشف التعقيد الذي يعمل على تنوع المركبات الجوية غير المأهولة.

كم عدد الخلايا الموجودة في بطارية طائرة بدون طيار قياسية؟

قد يختلف عدد الخلايا الموجودة في بطارية بدون طيار بناءً على حجم الطائرات بدون طيار ومتطلبات الطاقة والاستخدام المقصود. ومع ذلك ، تحتوي معظم بطاريات الطائرات بدون طيار القياسية على خلايا متعددة متصلة في سلسلة أو تكوينات متوازية.

داخل كل خلية ، يعمل قطب كهربائي إيجابي (مثل مادة الليثيوم الثلاثية) ، القطب السلبي (الجرافيت) ، المنحل بالكهرباء (موصل أيون) ، والفاصل (منع الدوائر القصيرة بين الأقطاب الكهربائية) معًا لتحقيق الوظيفة الأساسية المتمثلة في تخزين الطاقة أثناء الشحن وتقديم الطاقة أثناء التفريغ ".

تستخدم معظم الطائرات التجارية التجارية والمهنية بطاريات متعددة الخلايا لزيادة الطاقة ومدة الطيران. تشمل التكوينات الأكثر شيوعًا: 2s و 3s و 4s و 6s.

بطاريات ليبو (بوليمر الليثيوم)هي النوع الأكثر انتشارًا في الطائرات بدون طيار ، حيث تم تصنيف كل خلية على 3.7 فولت. يزيد ربط الخلايا في السلسلة من الجهد ، مما يوفر طاقة أكبر لمحركات وأنظمة الطائرات بدون طيار.

في تكوين السلسلة ، يتم توصيل الخلايا من طرف إلى طرف ، وربط المحطة الإيجابية لخلية واحدة إلى الطرف السلبي لآخر. يزيد هذا الترتيب من الجهد الكلي لحزمة البطارية مع الحفاظ على نفس السعة.

في التكوين الموازي ، يتم توصيل البطاريات بجميع المحطات الإيجابية المرتبطة معًا وجميع المحطات السلبية المرتبطة معًا. يزيد هذا الترتيب من إجمالي السعة (MAH) لحزمة البطارية مع الحفاظ على نفس الجهد.

بغض النظر عن التكوين ، تدمج بطاريات الطائرات بدون طيار الحديثة أنظمة إدارة البطارية المتطورة (BMS). تراقب هذه الدوائر الإلكترونية وتنظيم الفولتية الفردية للخلايا ، مما يضمن الشحن المتوازن والتفريغ في جميع الخلايا داخل الحزمة.

الهيكل الداخلي لبطاريات بوليمر الليثيوم: الأنود والكاثود والكهرباء

لفهم بطاريات الطائرات بدون طيار حقًا ، يجب علينا فحص مكوناتها الداخلية. تتكون بطاريات بوليمر الليثيوم ، مصدر الطاقة خلف معظم الطائرات بدون طيار ، من ثلاثة عناصر أولية: الأنود والكاثود والكهرباء.

الأنود: القطب السلبي

عادة ما يكون الأنود في بطارية بوليمر الليثيوم مصنوعًا من الجرافيت ، وهو شكل من أشكال الكربون. أثناء التفريغ ، تنتقل أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود ، مع إطلاق الإلكترونات التي تتدفق عبر الدائرة الخارجية لتشغيل الطائرة بدون طيار.

الكاثود: القطب الإيجابي

يتكون الكاثود عادة من أكسيد المعادن الليثيوم ، مثل أكسيد الكوبالت الليثيوم (LICOO₂) أو فوسفات الحديد الليثيوم (LIFEPO₄). يؤثر اختيار مادة الكاثود على خصائص أداء البطارية ، بما في ذلك كثافة الطاقة وسلامتها.

المنحل بالكهرباء: الطريق السريع الأيوني

المنحل بالكهرباء في بطارية البوليمر الليثيوم هو ملح ليثيوم يذوب في مذيب عضوي. يمكّن هذا المكون أيونات الليثيوم من الهجرة بين الأنود والكاثود أثناء دورات الشحن والتفريغ. تتمثل الميزة الفريدة لبطاريات بوليمر الليثيوم في أن هذا الإلكتروليت يتم تجميده داخل مركب البوليمر ، مما يجعل البطارية أكثر مرونة وأقل عرضة للتلف.

الدعم الوقائي: السكن والموصلات

إلى جانب الوحدة الأساسية ، فإن مساكن بطارية الطائرات بدون طيار وموصلاتها - على الرغم من أنها غير مشاركة مباشرة في توصيل الطاقة - تتناسب مع "الهيكل العظمي" لضمان النزاهة الهيكلية:

الإسكان: عادةً ما تم إنشاؤه من سبيكة ABS أو الألومنيوم من ألومنيوم ، مما يوفر مقاومة التأثير ، وتثبيت اللهب ، والعزل الحراري. يتضمن ثقوب التهوية لمنع ارتفاع درجة الحرارة أثناء تشغيل الخلية.

الموصلات والواجهات: الأسلاك النحاسية الداخلية متعددة الخطوط (موصلة للغاية ومقاومة للانحناء) تربط الخلايا بـ BMS. عادةً ما تستخدم الواجهات الخارجية موصلات XT60 أو XT90 مع حماية عكسية من أجل منع الأضرار العرضية من الاتصالات غير الصحيحة.

الصيانة الأساسية: حماية المكونات الداخلية لتمديد عمر البطارية

تجنب الشحن الزائد أو الإفراط في الشحن (تخزين ما بين 20 ٪ إلى 80 ٪ من السعة) لمنع زيادة الحمل الزائد في BMS وتدهور الخلايا ؛

تجنب دخول الماء عند تنظيف الموصلات لمنع الدوائر القصيرة في الأسلاك ؛

استبدال الأغلفة التالفة على الفور لحماية الخلايا الداخلية و BMS من التأثير البدني.

تمثل الهندسة المعمارية الداخلية لبطاريات الطائرات بدون طيار تآزرًا دقيقًا من "الطاقة والتحكم والحماية". مع التقدم في بطاريات الحالة الصلبة وتكنولوجيا BMS الذكية ، ستصبح تصاميم البطاريات المستقبلية أكثر إحكاما وفعالية ، مما يوفر الدعم الأساسي لترقيات أداء الطائرات بدون طيار.