تصميم بطاريات الليثيوم للروبوتات الجوية: السلامة والموثوقية على نطاق واسع

الروبوتات الجوية لا تتسامح مع الأجهزة. عندما يتعطل شيء ما على ارتفاع – محرك، جهاز استشعار، نظام ملاحة – تسقط الطائرة. عندما تفشل البطارية، يسقط كل شيء. هذا التباين يشكل مدى جديتهبطارية الليثيوميجب أن يكون تصميم تطبيقات الطائرات بدون طيار، ويصبح أكثر أهمية مع حجم العمليات.

إن بناء بطارية تعمل في نموذج أولي يمثل تحديًا مختلفًا عن بناء بطارية تعمل بشكل موثوق عبر مئات الوحدات، وآلاف ساعات الطيران، وبيئات التشغيل الحقيقية التي لا تشبه منصة الاختبار. إليكم ما تبدو عليه هذه المشكلة الهندسية في الواقع.

يجب أن تكون بنية السلامة متعددة الطبقات

دائرة الحماية الواحدة ليست نظام أمان. إنه الملاذ الأخير.

تصميم موثوق لبطارية الليثيومتستخدم الروبوتات الجوية حماية متعددة الطبقات - وهي آليات مستقلة متعددة يمكن لكل منها اكتشاف أوضاع الفشل التي قد يفشل فيها الآخرون. يبدو الهيكل عادةً كما يلي:

الحماية على مستوى الخلية تأتي أولاً. يؤدي اختيار الخلايا عالية الجودة مع تفاوتات التصنيع الصارمة إلى تقليل احتمالية حدوث عيوب في الخلايا الداخلية لا يمكن لأي BMS تعويضها بعد حدوثها. وهذا هو المنبع من كل شيء آخر.

نظام إدارة البطارية (BMS)يتعامل المنطق مع المراقبة في الوقت الفعلي والتدخل النشط - الجهد الزائد، وانخفاض الجهد، والتيار الزائد، والدائرة القصيرة، والعتبات الحرارية. بالنسبة لتطبيقات الطائرات بدون طيار، يحتاج نظام إدارة المباني إلى التمييز بين الخطأ الحقيقي والطلب المشروع للتيار العالي أثناء المناورات العدوانية. إن النتائج الإيجابية الكاذبة التي تقطع الطاقة في منتصف الرحلة لا تقل خطورة عن الأخطاء المفقودة.

إن الضمانات على مستوى النظام - كيف تتكامل البطارية مع وحدة التحكم في الطيران، وكيف يتم توصيل بيانات الخطأ، وكيف يتم التعامل مع التدهور اللطيف عندما يكتشف نظام إدارة المباني وجود حالة شاذة - تكمل الصورة. البطارية التي تتعطل بصمت هي فشل في التصميم بغض النظر عن مدى جودة كيمياء الخلية.

تتطلب الموثوقية على نطاق واسع الاتساق، وليس الجودة فقط

تعتبر بطارية الليثيوم بوليمر التي تحقق أداءً جيدًا في الاختبار نتيجة نموذجية جيدة. تعد البطارية التي تعمل باستمرار عبر سلسلة إنتاج مكونة من 500 وحدة بمثابة إنجاز تصنيعي.

مطابقة الخلايا هي حيث يصبح هذا حقيقيًا. تختلف خلايا الليثيوم الفردية من نفس دفعة الإنتاج من حيث السعة والمقاومة الداخلية ومعدل التفريغ الذاتي. في حزمة الطائرات بدون طيار متعددة الخلايا، تخلق الخلايا غير المتطابقة توازنًا يؤدي إلى تسريع التدهور، ويقلل القدرة الفعالة، وفي أسوأ الحالات يخلق إجهادًا حراريًا موضعيًا.

يحتاج المصنعون الذين يقومون بتوسيع إنتاج بطاريات الروبوتات الجوية إلى فحص دقيق للخلايا الواردة، والتجميع المطابق قبل تجميع العبوة، والتحقق من صحة ما بعد التجميع الذي يؤكد أن كل وحدة تلبي المواصفات - وليس فقط متوسط ​​الدفعة.

هذا الانضباط مكلف ويستغرق وقتا طويلا. وهو أيضًا ما يفصل البطاريات المصممة للقياس عن البطاريات المصممة للعينات.

الإدارة الحرارية ليست اختيارية على نطاق واسع

الحرارة هي المسرع الأساسي للتحلل في كيمياء الليثيوم. في الكميات الصغيرة، يمكن التحكم في المشكلات الحرارية - يتم وضع علامة على العبوة الفردية التي ترتفع درجة حرارتها والتحقق منها. على نطاق واسع، تصبح المشكلات الحرارية النظامية مشكلة موثوقية للأسطول يصعب تشخيصها وإصلاحها.

يحتاج تصميم البطاريات للروبوتات الجوية إلى مراعاة الدورة الحرارية الكاملة: الحرارة المتولدة أثناء الطيران عالي التفريغ، والحرارة المتبقية أثناء التخزين بين المهام، والحمل الحراري الناتج عن الشحن، وتغير درجة الحرارة المحيطة عبر مناطق النشر.

وهذا يعني اختيار كيمياء الخلايا ذات السلوك الحراري المناسب، وتصميم حاويات العبوات مع وضع تبديد الحرارة في الاعتبار، وتحديد عتبات درجة حرارة BMS معايرتها لظروف التشغيل الحقيقية بدلاً من الإعدادات الافتراضية المعملية المحافظة. أصبحت بطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة ذات أهمية متزايدة هنا - حيث يعالج استقرارها الحراري المحسن مقارنة بكيمياء LiPo التقليدية إحدى مشكلات الموثوقية الأكثر صعوبة في دورات العمل العالية.

يعد التوثيق والشهادة أمرًا أكثر أهمية مما يريد معظم المهندسين الاعتراف به

تتطلب السلامة والموثوقية على نطاق واسع إمكانية التتبع. عندما تفشل حزمة ما في الميدان، فأنت بحاجة إلى معرفة دفعة الخلايا التي أتت منها، وكيف يبدو سجل الشحن الخاص بها، وما إذا كان وضع الفشل يطابق أي شيء تمت رؤيته من قبل. ويتطلب ذلك التسجيل والتوثيق والبنية التحتية لإدارة الجودة التي غالبًا ما لا تستثمر فيها الفرق الهندسية البحتة.

إن شهادة UN38.3، والامتثال للمعيار IEC 62133، ووثائق مراقبة الجودة الداخلية الصارمة ليست من الأعمال الورقية العامة. إنها قاعدة الأدلة التي تتيح لك تشخيص المشكلات وتحسين التصميمات وإظهار السلامة للعملاء وشركات التأمين والجهات التنظيمية.

نهج ZYEBATTERY لهذه المشكلة

إن تصميم بطاريات الليثيوم للروبوتات الجوية على نطاق واسع هو المشكلة بالضبطزيباتريبنيت لحل. بطاريات ليثيوم بوليمر عالية الأداء وبطاريات الليثيوم أيون بدون طيار ذات الحالة الصلبة، تم تصميمها باستخدام بنية حماية متعددة الطبقات، ومطابقة محكمة للخلايا، واتساق التصنيع الذي تتطلبه الموثوقية على نطاق الأسطول بالفعل.

السلامة ليست ميزة مضافة في النهاية. إنه قيد التصميم منالقرار الأول لاختيار الخليةإلى الأمام.