EN
Xülasə
Pilotsuz uçuş aparatlarında (PUA) istifadə olunan litium əsaslı batareyalarda şişmə, işlək etibarlılığı və təhlükəsizliyi birbaşa təsir edən kritik deqradasiya fenomenidir. Bu məqalə şişməyə səbəb olan fiziki-kimyəvi mexanizmlərin genişləndirilmiş və sistematik tədqiqini təqdim edir, işlək və saxlama ilə bağlı şişmə davranışlarını fərqləndirir, bağlı təhlükələri qiymətləndirir və sübuta əsaslanan qabaqcıl tədbirlər irəli sürür. Elektrokimyəvi nəzəriyyəni PUA-ya xas istifadə şablonları ilə birləşdirərək bu tədqiqat daha təhlükəsiz drone istismarı dəstəkləməyi və batareya idarəetmə sistemlərində (BMS) gələcək təkmilləşdirmələrə yönəlməyi hədəfləyir.
1. Giriş
Litium-ion (Li-ion) və litium-polimer (LiPo) batareyalar yüksək enerji sıxlığı, yüngül konstruksiyası və sabit boşalma xarakteristikaları səbəbindən UAV-lar üçün əsas enerji mənbələrinə çevrilib. UAV tətbiqləri hava qadağası, dəqiq təsərrüfat, təcili yardım və sənaye yoxlaması kimi sahələrə keçdikcə, onboard enerji sistemlərinin etibarlılığı getdikcə daha vacib hala gəlib.
Üstünlüklərinə baxmayaraq, litium əsaslı batareyalar istilik stresi, mexaniki təsir, düzgün olmayan şarj edilmə və ya uyğun olmayan saxlama şəraitinə məruz qaldıqda keyfiyyətinin aşağı düşməsinə meyllidir. Müxtəlif keyfiyyət itkisi növləri arasında batareya şişməsi — hüceyrə paku və ya korpusunun normal olmayan genişlənməsi ilə xarakterizə olunur — əsas təhlükəsizlik problemi kimi ortaya çıxıb. Şişmə yalnız batareya performansını azaltmır, həm də yanğın, partlayış və zəhərli qazların ayrılmasının riskini artırır.
Bu məqalə UAV-ların iş şəraitinə uyğun şişmə mexanizmlərinin, təsir edən amillərin və profilaktik tədbirlərin ətraflı təhlilini təqdim edərək mövcud tədqiqatları genişləndirir.
2. Batareya şişmə hadisəsinin təsnifi
2.1 Yüksək yük rejimi zamanı keçici şişmə
Tələbkar uçuş missiyaları zamanı yüksək boşalma cərəyanları səbəbindən UAV batareyalarının temperaturu sürətlə artır. Sürətli sürətlənmə, güclü küləkdə asılı qalma və ya ağır yükləri daşıma daxili müqavimət isinməsini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.
Elementin temperaturu tövsiyə olunan iş həddini (adətən 40–45°C-dən yuxarı) keçdiyi zaman parasitar reaksiyalar başlayır. Bunlara elektrolit həlledicilərinin qismən parçalanması və katibin elektrik interfeysinin (SEI) sabitsizləşməsi daxildir. Nəticədə əmələ gələn qaz halında məhsullar — adətən CO₂, H₂ və aşağı molekulyar çəkiyə malik karbohidrogenlər — batareyanın qapalı qablaşdırılmasında toplanır.
Bu şişmə forması adətən tərsinə çevrilə bilər. Bir dəfə batareya soyudulduqda, daxili təzyiq azalır və qablaşdırma orijinal formasına qayıda bilər. Lakin yüksək temperaturlara təkrar məruz qalma SEI-nin parçalanmasını sürətləndirir, daxili müqaviməti artırır və uzunmüddətli deqradasiyanı təşviq edir. Zaman keçdikcə, istilik gərginliyi davam etdikdə, keçici şişmə tərsinə çevrilməz şişməyə çevrilə bilər.
2.2 Saxlanma zamanı tərsinə çevrilməz şişmə
Saxlama zamanı meydana gələn şişmə adətən daha şiddətlidir və daxili zədələnmənin daimi olduğunu göstərir. Tez-tez temperaturdan asılı olan işlək şişmədən fərqli olaraq, saxlamaya bağlı şişmə əsasən elektrokimyəvi sabitsizlik və uzunmüddətli deqradasiya ilə əlaqəlidir.
2.2.1 Siksldən irəli gələn yaşlanma
Lityum əsaslı batareyalar hər şarj-sərbəstlik dövründə struktur və kimyəvi dəyişikliklərə məruz qalır. Yüzlərlə dövr ərzində SEI təbəqəsi qalınlaşır, aktiv material təcrid olunur və elektrod porositəsi azalır. Bu dəyişikliklər daxili müqaviməti artırır və qaz əmələ gətirən reaksiyaları təşviq edir.
Batareyanın istifadə müddəti bitdikcə, hətta kiçik stresslər azca şarj və ya yüngül temperatur dalğalanmaları kimi oğulmalara səbəb ola bilər.
2.2.2 Düzgün saxlama şəraiti
Bir neçə saxlama ilə əlaqəli amillər şişmə riskini əhəmiyyətli dərəcədə artırır:
● Dərin boşaltma (hər hüceyrədə <3.0 V) anod cərəyan kollektorundan misin həllinə səbəb ola bilər və daxili qısa dövrələrə səbəb ola bilər.
● Mekaniki zədələnmələr bölücüyə zərər verə bilər və elektrodların birbaşa təmasına imkan yarada bilər.
● Nəm daxil olan yerdə elektrolit komponentləri ilə reaksiya keçir və istilik və qaz əmələ gəlir.
● Elektrik yükünün çox saxlanılması elektrolit oksidləşməsini və SEI sabitsizliyini sürətləndirir.
● Yüksək temperaturda saxlama (30°C) reaksiya sürətini və qaz əmələ gəlməsini artırır.
Bu amillər birlikdə tərsinməz şişməyə səbəb olur, tez-tez tutum itkisi və gərginlik qeyri-sabitliyi müşayiət olunur.
3. Şişmənin Fiziki-Kimyəvi Mexanizmləri
3.1 Elektrolitin Parçalanması
Orqanik karbonat əsaslı elektrolitlər istiliyə həssasdır. Yüksək temperatur və ya artıq gərginlik şəraitində qaz halında məhsullara parçalanırlar. Bu parçalanma şişmənin əsas səbəblərindən biridir.
3.2 Litiumun Plastinasiyası və Dendrit Əmələ Gəlməsi
Aşağı temperaturda və ya yüksək gərginlikdə işarə etmə anoddakı səthdə metallik litiumun çökərilməsinə səbəb ola bilər. Litium plastinasiyası tutumu azaldır və daxili müqaviməti artırır. Daha da vacibdir ki, metallik litium yüksək reaktivdir və elektrolit həllediciləri ilə qaz əmələ gətirən reaksiyalara səbəb ola bilər.
3.3 SEI Təbəqəsinin Qeyri-Sabitliyi
SEI təbəqəsi anod-elektrolit interfeysinin sabitləşdirilməsi üçün vacibdir. Lakin, istilik gərginliyi, artıq şarj olunma və ya mexaniki deformasiya SEI-nin çatlamasına səbəb ola bilər. Təkrarlanan SEI pozulması elektroliti sərf edir və qaz əmələ gətirir ki, bu da şişməyə səbəb olur.
3.4 Separatorın Keyfiyyətinin Aşılması
Separator – elektrodlar arasında birbaşa təmasın qarşısını alan poradır polimer membran. Mexaniki təsir, soba temperaturu və ya istehsal nöqsanları separatorın keyfiyyətinin aşağı düşməsinə səbəb ola bilər. Bir dəfə zəiflədikdən sonra daxili qısa qapanma baş verə bilər ki, bu da sürətli istilik hasilatına və qazın ayrılması prosesinə səbəb olur.
4. Şişmiş Batareyaların Müəyyənləşdirilməsi və Qiymətləndirilməsi
Şişmənin erkən aşkarlanması hadisələrin qarşısını almaq üçün çox vacibdir. Əsas göstəricilərə aşağıdakılar daxildir:
● Batareya korpusunun görünən deformasiyası və ya genişlənməsi
● UAV-a batareyanın yerləşdirilməsində və ya çıxarılmasında çətinlik
● Şirin və ya kəskin kimyəvi iy
● Uçuş müddətinin azalması və ya sabitsiz gərginlik çıxışı
● Şarj və ya razryad zamanı yüksək temperatura qalxma
Şişmiş batareyalar dərhal xidmətdən çıxarılmalıdır. Daxili təzyiqi azaltmaq üçün batareyanı deşməyə və ya sıxmağa çalışmaq son dərəcə təhlükəlidir və alovlanmanı təhrik edə bilər.
5. Şişmə ilə Əlaqədar Təhlükəsizlik Riskləri
5.1 Yanğın və Termal Getdikcə Artım
Daxili qısa qapanmalar və ya eksotermik reaksiyalar termal getdikcə artımı, yangına səbəb ola biləcək özünü sürətləndirən bir prosesi başlada bilər.
5.2 Mexaniki Pozulma
Həddən artıq daxili təzyiq batareya korpusunun pozulmasına səbəb ola, isti qazlar və yanıcı elektrolit buraxıla bilər.
5.3 Toksik Qazın Paylanması
Elektrolitin parçalanma məhsulları tənəffüs riski yaradan zərərli üzvi buxarları daxil edə bilər.
5.4 UAV-nin Konstruktiv Zədələnməsi
Şişmiş batareya UAV-nin batareya bölməsinin formasını dəyişdirə, konnektorlara zərər yetirə və ya soyutma sistemlərinin işini pozula bilər.
6. Qabaqlayıcı Strategiyalar
6.1 Şarj İdarəetməsi
● İstehsalçının təsdiq etdiyi şarj cihazlarından istifadə edin və yalnız dəstəkləndiyi halda sürətli şarjdan istifadə edin.
● Batareyaları şarj olunarkən nəzarətsiz tərk etməyin.
● Tam şarj olduqdan sonra şarjı dayandırın və dövri olaraq element gərginliklərini balanslaşdırın.
● Uçuşdan dərhal sonra şarj etməkdən çəkin; kifayət qədər soyuma müddəti verin.
6.2 Istilik Nəzarəti
● Batareyaları soyuq, quru yerlərdə saxlayın.
● UAV-ları uzun müddət birbaşa gün işığına məruz qoymaqdan çəkinin.
● Nəqliyyat zamanı yanğınəleyhinə və ya istilik izolyasiyalı konteynerlərdən istifadə edin.
6.3 Saxlanma Optimallaşdırılması
● Uzunmüddətli saxlama üçün elektrik yükünün 40–60% səviyyəsini saxlayın.
● Dərin boşalmanı qarşısını almaq üçün hər 1–3 ayda bir batareyanı yenidən yükləyin.
● Istiliyin yayılmasını maneə törətmək üçün batareyaları ayrıca saxlayın.
6.5 Mexaniki Qoruma
● Batareyanın düşməsinə və ya sıxışmasına yol verməyin.
● Nəmlikdən və vibrasiyadan qoruyun.
● Aşınma və ya deformasiya əlamətləri üçün müntəzəm yoxlayın.
6.5 İş Monitorinqi
● Uçuş idarəetmə sistemləri vasitəsilə dövrlərin sayını və performans metrikasını izləyin.
● Gərginlikdə qeyri-adi davranış və ya tutumun azalması göstərən batareyaları dəyişdirin.
● Batareya idarəetmə alqoritmlərində yaxşılaşmadan faydalanmaq üçün proqram təminatını aktual saxlayın.
7. Nəticə
UAV sistemlərində batareya şişməsi istilik stresi, elektrokimyəvi parçalanma, mexaniki zədələnmə və düzgün olmayan saxlama praktikaları ilə əlaqədar olan çoxfaktorlu bir hadisədir. İş zamanı müşahidə olunan keçid şişməsi geri qaytarıla bilər, lakin saxlama zamanı görünən şişmə, adətən, qeyri-tersinən daxili nasazlığı əks etdirir.
Elmi əsaslara əsaslanan doldurma, saxlama və nəzarət metodlarını tətbiq edərək istifadəçilər şişmə hallarını əhəmiyyətli dərəcədə azalda və UAV təhlükəsizliyini artıracaqlar. Batareya kimyasının və idarəetmə sistemlərinin inkişafı etibarlılığı yaxşılaşdırmağa davam etsə də, şişmə ilə bağlı təhlükələrin qarşısının alınmasında istifadəçi diqqəti həlledici amildir.
