Ինչու՞ է լիցքավորման սարքը փքվում

Գրառում

Անօդաչու թռչող սարքերում (ԱԹՍ) օգտագործվող լիցքակիր իոնային բատարեաների փքվածությունը կարևոր վատթարացման երևույթ է, որն անմիջապես ազդում է շահագործման հուսալիության եւ անվտանգության վրա: Այս աշխատանքը ֆիզիկաքիմիական մեխանիզմների ընդլայնված եւ համակարգային ուսումնասիրություն է ներկայացնում՝ պատասխանատու փքվածության համար, տարբերում է շահագործման եւ պահեստավորման հետ կապված փքվածության վարքագծերը, գնահատում է կապված վտանգները եւ առաջարկում է փաստերի վրա հիմնված կանխարգելման ռազմավարություններ: Էլեկտրոքիմիական տեսությունը ԱԹՍ-ին հատուկ օգտագործման օրինաչափությունների հետ ինտեգրելով՝ այս ուսումնասիրությունը ձգտում է աջակցել ավելի անվտանգ անօդաչու թռչող սարքերի շահագործմանը եւ տեղեկացնել ապագայի բարելավումները լիցքակիր կառավարման համակարգերում (ԲԿՀ):

1. Կատարել Ներկայացում

Լիթիում-իոնային (Li-ion) և լիթիում-պոլիմերային (LiPo) մարտկոցները դարձել են ԱՄՍ-ների հիմնական սնուցման աղբյուրներ՝ շնորհիվ բարձր էներգախտության, թեթև կառուցվածքի և կայուն լիցքի բնութագրերի: Քանի որ ԱՄՍ-ների կիրառությունները ընդլայնվում են օդային քարտեզագրման, ճշգրիտ գյուղատնտեսության, արտակարգ իրավիճակների արձագանքման և արդյունաբերական ստուգումների ոլորտներում, այդքան ավելի կարևոր է դառնում ամրացված էլեկտրամատակարարման համակարգերի հուսալիությունը:
Չնայած իրենց առավելություններին՝ լիթիումային մարտկոցները վտանգված են վատանալու ջերմային լարվածության, մեխանիկական ազդեցության, սխալ լիցքավորման կամ անհարմար պահման պայմանների ազդեցությամբ: Վատանման տարբեր ձևերից մեկը՝ մարտկոցի փքվելը, որը բնութագրվում է բջջային պայուսակի կամ կողպած մասի անսովոր ընդարձակմամբ, դարձել է անվտանգության հիմնական խնդիր: Փքվելը ոչ միայն նվազեցնում է մարտկոցի արդյունավետությունը, այլ նաև մեծացնում է հրդեհի, պայթյունի և թունավոր գազերի արտանետման վտանգը:
Այս աշխատանքը ընդլայնում է գոյություն ունեցող հետազոտությունները՝ տրամադրելով փոփոխականության մեխանիզմների, նպաստող գործոնների և ԱՄԼ-ների շահագործման պայմաններին հատուկ կանխարգելման միջոցառումների մանրամասն վերլուծություն:

2. Բատարեաների փոփոխականության երևույթների դասակարգում

2.1 Փոփոխականություն բարձր բեռի դեպքում

Պահանջկոտ թռիչքային առաջադրանքների ժամանակ ԱՄԼ-ների համար բնորոշ է արագ տաքացում՝ պայմանավորված բարձր լիցքաթափման հոսանքներով: Արագ արագացումը, ուժեղ քամու դեպքում կախված կեցվածքը կամ ծանր բեռ տեղափոխելը ներքին դիմադրության տաքացման է նպաստում:
Երբ մարտկոցի ջերմաստիճանը գերազանցում է խորհուրդ տրված շահագործման շեմը (սովորաբար 40–45°C-ից բարձր), սկսվում են պարազիտային ռեակցիաներ: Դրանցից են՝ էլեկտրոլիտի լուծիչների մասնակի քայքայումը և պինդ էլեկտրոլիտային ինտերֆեյսի (SEI) անստաբիլացումը: Առաջացած գազային արգասիքները՝ հիմնականում CO₂, H₂ և ցածր մոլեկուլային կշիռ ունեցող հիդրոկարբոնները, կուտակվում են փակ մարտկոցի կառուցվածքի ներսում:

Այս տեսակի ուռուցքը, ընդհանրապես, վերադարձելի է։ Երբ մարտկոցը սառչում է, ներքին ճնշումը նվազում է, և կողպածը կարող է վերականգնվել իր սկզբնական ձևին։ Սակայն բարձր ջերմաստիճաններին կրկնվող անգամ ենթարկվելը արագացնում է SEI-ի քայքայումը, մեծացնում է ներքին դիմադրությունը և նպաստում է երկարաժամկետ քայքայմանը։ Ժամանակի ընթացքում, եթե ջերմային լարվածությունը շարունակվի, անցողիկ ուռուցքը կարող է վերածվել անվերադարձ ուռուցքի։

2.2 Պահեստավորման ընթացքում առաջացող անվերադարձ ուռուցք

Պահեստավորման ընթացքում առաջացող ուռուցքը, սովորաբար, ավելի ծանր է և ցույց է տալիս մշտական ներքին վնասվածք։ Գործարկման ընթացքում առաջացող ուռուցքից հակառակ՝ որն հաճախ պայմանավորված է ջերմաստիճանով, պահեստավորման հետ կապված ուռուցքը հիմնականում կապված է էլեկտրոքիմիական անկայունության և երկարաժամկետ քայքայման հետ։

2.2.1 Շրջանառությամբ պայմանավորված մաշվածություն

Լիթիումային բատարեաները լիցքաթափման յուրաքանչյուր ցիկլի ընթացքում կրում են կառուցվածքային և քիմիական փոփոխություններ: Հարյուրավոր ցիկլների ընթացքում SEI շերտը հաստանում է, ակտիվ նյութը անջատվում է, իսկ էլեկտրոդների անցանելիությունը նվազում է: Այս փոփոխությունները մեծացնում են ներքին դիմադրությունը և խթանում են գազային ռեակցիաներ:
Երբ մարտկոցը մոտենում է իր օգտակար կյանքի վերջին, նույնիսկ փոքր լարվածությունները՝ ինչպիսիք են չնչին վերալիցքավորումը կամ փոքր ջերմաստիճանային տատանումները, կարող են առաջացնել փքվածություն:

2.2.2 Շահագործման անհարմար պայմաններ

Պահման մի շարք գործոններ կտրուկ մեծացնում են փքվածության ռիսկը.
● Խորը լիցքաթափումը (<3,0 Վ մեկ բջիջի համար) կարող է առաջացնել անոդի հոսանքահաղորդիչից պղնձի լուծում, ինչը հանգեցնում է ներքին կարճ միացման:
● Մեխանիկական վնասվածքները կարող են վնասել սահմանազատողը, թույլ տալով ուղղակի էլեկտրոդների շփում:
● Ներծծված խոնավությունը ռեակցիայի մեջ է մտնում էլեկտրոլիտի բաղադրիչների հետ՝ առաջացնելով ջերմություն և գազ:
● Բացասական լիցքի վիճակում պահումը արագացնում է էլեկտրոլիտի օքսիդացումը և SEI-ի անկայունությունը:
բարձր ջերմաստիճանի պահեստավորումը (30°C) ավելացնում է ռեակցիաների արագությունը և գազի առաջացումը:
Այս գործոնները համատեղ նպաստում են անվերադարձ ուռչյալին, որը հաճախ ուղեկցվում է տարողության կորստով և լարման անկայունությամբ:

3. Ուռչյալի ֆիզիքոքիմիական մեխանիզմներ

3.1 Էլեկտրոլիտի քայքայում

Օրգանական կարբոնատների հիմքի վրա հիմնված էլեկտրոլիտները ջերմային զգայուն են: Երբ դրանք ենթարկվում են բարձր ջերմաստիճանի կամ չափից ավելի լարման պայմանների, քայքայվում են գազային կողմնակի արտադրանքների: Այս քայքայումը ուռչյալի առաջացման հիմնական պատճառներից մեկն է:

3.2 Լիթիումի պլակիրացում և ձյունե փուչիկների առաջացում

Ցածր ջերմաստիճաններում կամ բարձր լարման դեպքում լիցքավորելը կարող է առաջացնել մետաղական լիթիումի նստվածք անոդի մակերեսին: Լիթիումի պլակիրացումը նվազեցնում է տարողությունը և մեծացնում է ներքին դիմադրությունը: Ավելի կարևոր է, որ մետաղական լիթիումը շատ ակտիվ է և կարող է գազային ռեակցիաներ սկսել էլեկտրոլիտի լուծիչների հետ:

3.3 SEI շերտի անկայունություն

SEI շերտը կարևոր է անոդ-էլեկտրոլիտային ինտերֆեյսի կայունացման համար: Սակայն ջերմային լարվածությունը, գերլիցքավորումը կամ մեխանիկական դեֆորմացիան կարող է հանգեցնել SEI-ի ճեղքերի: Կրկնվող SEI-ի քայքայումը ծախսում է էլեկտրոլիտը և գազ արտադրում, ինչը նպաստում է փքվմանը:

3.4 Բաժանիչի քայքայում

Բաժանիչը մի անցազդային պոլիմերային թաղանթ է, որն ապահովում է էլեկտրոդների միջև անմիջական հպման կանխումը: Մեխանիկական ազդեցությունը, գերտաքացումը կամ արտադրական թերությունները կարող են թուլացնել բաժանիչը: Երբ այն վնասվում է, ներքին կարճ միացումներ են տեղի ունենում, ինչը հանգեցնում է արագ ջերմության արտադրման և գազի արտանետման:

4. Փքված մարտկոցների հայտնաբերում և գնահատում

Փքվման վաղ հայտնաբերումը կարևոր է վթարների կանխարգելման համար: Հիմնական ցուցանիշներն են.
● Մարտկոցի կողպածքի տեսանելի դեֆորմացիա կամ ընդարձակում
● Դժվարություններ մարտկոցի տեղադրման կամ հանման ժամանակ ԱՄԼ-ից
● Ինչ-որ քաղցր կամ սուր քիմիական հոտեր
● Թռիչքի տևողության կրճատում կամ լարման անկայուն արտադրում
● Բարձրացված ջերմաստիճան լիցքավորման կամ լիցքի վրա տալու ընթացքում
Ուռեցած բատարեաները պետք է անմիջապես հանվեն շահագործումից։ Ներքին ճնշումը թողարկելու համար բատարեան ծակելու կամ սեղմելու փորձերը չափազանց վտանգավոր են և կարող են կայծալ հրդեհը:

5. Ուռուցքի հետ կապված անվտանգության ռիսկեր

5.1 Հրդեհ և ջերմային անկառավարելիություն
Ներքին կարճ միացումները կամ էքզոթերմիկ ռեակցիաները կարող են առաջացնել ջերմային անկառավարելիություն՝ ինքնաարագացող գործընթաց, որն իր հերթին կարող է հանգեցնել հրդեհի:

5.2 Մեխանիկական ճեղքվածք
Բարձր ներքին ճնշումը կարող է բատարեայի կողպած թաղանթը ճեղքել, արձակելով տաք գազեր և հրդեհավտանգ էլեկտրոլիտ:

5.3 Թունավոր գազերի արտանետում
Էլեկտրոլիտի քայքայման արգասիքները կարող են ներառել վնասակար օրգանական գոլորշիներ, որոնք վտանգ են ներկայացնում շնչառական համակարգի համար:

5.4 Անօդաչու թռչող սարքի կոնստրուկտիվ վնասվածքներ
Ուռեցած բատարեան կարող է դեֆորմացնել ԱԹՍ-ի բատարեայի խոռոչը, վնասել միացումները կամ խանգարել սառեցման համակարգերին:

6. Կանխարգելման ռազմավարություններ

6.1 Լիցքավորման կառավարում
● Օգտագործեք արտադրողի հաստատած լիցքավորիչներ և խուսափեք արագ լիցքավորումից, եթե դա բացահայտ չի աջակցվում:
● Լիցքավորման ընթացքում մի թողեք բատարեաները առանց վերահսկողության:
● Լիցքավորումն ավարտեք անմիջապես լիցքավորվելուց հետո և պարբերաբար հավասարեցրեք բջիջների լարումները:
● Թռիչքից անմիջապես հետո խուսափեք լիցքավորումից՝ թույլ տվեք բավարար հովացման ժամանակ:

6.2 Ջերմային կառավարում
● Պահեք բատարեաները սառը, չոր միջավայրում:
● Երկար ժամանակ խուսափեք ԱՄՍ-ները ուղղակի արևի ճառագայթներին ենթարկել:
● Փոխադրման ընթացքում օգտագործեք կրակադիմացկուն կամ ջերմային մեկուսացված տարա:

6.3 Պահեստավորման օպտիմալացում
● Երկարաժամկետ պահեստավորման դեպքում պահպանեք լիցքի 40-60% մակարդակ:
● Լիցքավորեք յուրաքանչյուր 1-3 ամիսը մեկ՝ խուսափելու համար խորը արտաթողտման հետևանքներից:
● Պահեստավորեք մարտկոցները առանձին՝ ջերմային տարածմանը կանխարգելելու նպատակով:

6.4 Մեխանիկական պաշտպանություն
● Խուսափեք մարտկոցի ընկնելուց կամ սեղմվելուց:
● Պաշտպանվեք խոնավությունից և թրթռոցից:
● Շաբաթական ստուգեք մաշվածության կամ դեֆորմացման նշանները:

6.5 Экспլոատացիոն հսկողություն
● Հետևեք ցիկլերի քանակին և արդյունավետության ցուցանիշներին՝ օդային կառավարման համակարգերի միջոցով:
● Փոխարինեք այն մարտկոցները, որոնք ցուցադրում են անսովոր լարման վարք կամ ունեն ուժային անկում։
● Պահեք ձեր ֆիրմվերը թարմացված՝ օգտվելու բարելավված մարտկոցի կառավարման ալգորիթմներից։

7. Եզրակացություն

ԱՄ-ներում մարտկոցի փքվածությունը բազմագործոն երևույթ է, որը պայմանավորված է ջերմային լարվածությամբ, էլեկտրոքիմիական դեգրադացիայով, մեխանիկական վնասվածքներով և պահման սխալ պրակտիկաներով։ Չնայած շահագործման ընթացքում փքվածությունը կարող է լինել հակադարձելի, պահման ընթացքում դիտվող փքվածությունը սովորաբար անվերադարձ ներքին անսարքություն է ցույց տալիս։
Գիտականորեն հիմնավորված լիցքավորման, պահման և հսկման պրակտիկաներ կիրառելով՝ օգտագործողները կարող են զգալիորեն կրճատել փքվածության դեպքերը և բարձրացնել ԱՄ-ների անվտանգությունը։ Չնայած մարտկոցների քիմիայի և կառավարման համակարգերի առաջընթացը շարունակական կբարելավի հուսալիությունը, օգտագործողների իրազեկվածությունը մնում է կարևորագույն գործոն փքվածության հետ կապված վտանգները կանխելու համար։