EN
Қысқаша
Бақылаусыз ұшу құралдарында (БҰҚ) пайдаланылатын литий негізіндегі аккумуляторлардың ісінуі — жұмыс сенімділігі мен қауіпсіздігіне тікелей әсер ететін, күйзелісті тудыратын апатты құбылыс. Бұл мақала физикалық-химиялық механизмдердің ісіну себептеріне жан-жақты және жүйелі талдау жасауға, жұмыс режиміндегі және сақтау кезіндегі ісіну тәртібін ажыратуға, байланысты қауіп-қатерлерді бағалауға және дәлелденген алдын алу шараларын ұсынуға арналған. Электрохимиялық теорияны БҰҚ-ға тән пайдалану үлгілерімен үйлестіре отырып, осы зерттеу дрооздарды қауіпсіз пайдалануға қолдау көрсетуге және болашақта аккумуляторларды басқару жүйелерін (АБЖ) жетілдіруге бағытталған.
1. Кіріспе
Литий-иондық (Li-ion) және литий-полимерлік (LiPo) аккумуляторлар жоғары энергия тығыздығы, жеңіл құрылымы және тұрақты разряд сипаттамалары себепті БАҰ-лар үшін негізгі қуат көздеріне айналды. БАҰ-лардың қолданылуы аэромаппинг, дәл агротехника, авариялық жауап беру және өнеркәсіптік тексеру сияқты салаларға тарала отырып, борттағы қуат жүйелерінің сенімділігі барған сайын маңызды болып отыр.
Пайдалы қасиеттеріне қарамастан, литий негізіндегі аккумуляторлар жылулық кернеуге, механикалық соққыға, дұрыс емес шарядтауға немесе қолайсыз сақтау жағдайларына ұшыраған кезде нашарлауға бейім. Әртүрлі нашарлау түрлерінің ішінде элементтің қапшығының немесе корпусының патологиялық кеңеюімен сипатталатын аккумулятордың ісінуі — қауіпсіздікке байланысты негізгі мәселе ретінде орын алды. Ісіну тек аккумулятордың өнімділігін төмендетіп қоймайды, сонымен қатар өрт, жарылыс және улы газдардың бөліну қаупін арттырады.
Бұл мақала UAV-лардың жұмыс ортасына арналған іс-шараларды, ісжүзінде пайдалануға негізделген ұлғаю механизмдерін, ықпал ететін факторлар мен алдын алу шараларын нақты талдау арқылы бар болған зерттеулерді кеңейтеді.
2. Батареяның ұлғаю құбылыстарының классификациясы
2.1 Жоғары жүктеме кезіндегі уақытша ұлғаю
Қиын ұшу міндеттері кезінде жоғары разрядтық токтарға байланысты UAV батареялары температураның тез өсуіне ұшырауы мүмкін. Тез үдеу, күшті желде ілгерілеу немесе ауыр жүктерді тасымалдау ішкі кедергі қыздыруын әлдеқайда арттырады.
Элемент температурасы ұсынылған жұмыс порогынан (әдетте 40–45°C жоғары) асқан кезде паразиттік реакциялар пайда бола бастайды. Осы реакцияларға электролит еріткіштерінің жартылай ыдырауы мен катод пен анод арасындағы SEI (solid electrolyte interphase) қабатының тұрақсыздануы жатады. Нәтижесінде пайда болатын газ тәрізді өнімдер — әдетте CO₂, H₂ және төмен молекулалы көмірсутектер — герметикалық батарея корпусының ішінде жиналады.
Бұл ісіну түрі, ережеге сай, кері әсерге ие. Батарея суыққа дейін ішкі қысым төмендейді және корпус бастапқы пішініне қайта оралуы мүмкін. Дегенмен, жоғары температураға қайталанып әсер ету SEI-дің бұзылуын тездетеді, ішкі кедергіні арттырады және ұзақ мерзімді тозуға ықпал етеді. Уақыт өте келе, жылулық кернеу сақталса, уақытша ісіну кері әсерге бермейтін ісінуге айналуы мүмкін.
2.2 Сақтау кезінде кері әсерге бермейтін ісіну
Сақтау кезінде болатын ісіну, әдетте, қатаңырақ болады және тұрақты ішкі зақымдануды көрсетеді. Температураға байланысты болатын жұмыс режиміндегі ісінуден өзгеше, сақтауға байланысты ісіну негізінен электрохимиялық тұрақсыздық пен ұзақ мерзімді тозумен байланысты.
2.2.1 Циклдан шыққан қартайту
Әрбір зарядтау-разрядтау циклінде литий негізіндегі аккумуляторлар құрылымдық және химиялық өзгерістерге ұшырайды. Жүздеген циклдерден кейін SEI қабаты қалыңдап, активті материал бөлек орналасады және электродтың саңылаулары азаяды. Бұл өзгерістер ішкі кедергіні арттырады және газ түзілу реакцияларының дамуына ықпал етеді.
Аккумулятор пайдалануға лайықты өмірінің соңына жақындағанда, тіпті әлсіз қосымша жүктемелер — мысалы, шамалы артық зарядталу немесе жеңіл температура тербелістері — ісіну процесін іске қосуы мүмкін.
2.2.2 Дұрыс емес сақтау шарттары
Сақтаумен байланысты бірнеше факторлар ісіну қаупін айтарлықтай арттырады:
● Терең разряд (элементіне шаққанда <3,0 В) анодтық ток өткізгіштен мыстың еруіне әкеп соғуы мүмкін, бұл ішкі қысқа тұйықталуды тудырады.
● Механикалық зақымдану сепараторды бұзуы мүмкін және тікелей электродтардың тиісуіне мүмкіндік береді.
● Ылғалдың түсуі электролит компоненттерімен реакцияға түсіп, жылу мен газ бөлінуіне әкеп соғады.
● Температураның шекті мәнінде сақтау электролиттің тотығуын және SEI тұрақсыздығын жылдамдатады.
● Жоғары температурада сақтау (30°C) реакция жылдамдығын және газ түзілуін арттырады.
Бұл факторлар бірігіп кері ауыспайтын ісінулерге әкеледі, жиі қуаттың төмендеуі мен кернеудің тұрақсыздығымен қосымша болады.
3. Ісінудің физикалық-химиялық механизмдері
3.1 Электролиттің ыдырауы
Органикалық карбонат негізіндегі электролиттер жылуға сезімтал. Жоғары температураға немесе асыра кернеуге ұшырағанда олар газ тәрізді өнімдерге ыдырайды. Бұл ыдырау — ісінудің негізгі себептерінің бірі.
3.2 Литийдің пластиналануы мен дендриттердің түзілуі
Төмен температурада немесе жоғары кернеуде зарядтау анод бетіне металдық литийдің тұнбаға түсуіне әкеледі. Литийдің пластиналануы қуатты азайтады және ішкі кедергіні арттырады. Тіпті маңыздырақ, металдық литий өте белсенді және электролит еріткіштерімен әрекеттесіп газ түзетін реакцияларды бастай алады.
3.3 SEI қабатының тұрақсыздығы
SEI қабаты анод-электролит интерфейсін тұрақтандыру үшін маңызды. Дегенмен, жылулық кернеу, артық зарядтау немесе механикалық деформация SEI-дің жарылуына әкелуі мүмкін. SEI-дің қайталануы электролиттің ысырап болуына және газ бөлінуіне әкеледі, бұл ісінуге ықпал етеді.
3.4 Бөлгіштің бұзылуы
Бөлгіш — электродтар арасындағы тікелей контактін алдын алатын сүзгіш полимер мембранасы. Механикалық соққы, қыздыру немесе өндірістік ақаулар бөлгішті нашарытуы мүмкін. Бір рет бұзылғаннан кейін ішкі қысқа тұйықталу пайда болуы мүмкін, бұл жылдам жылу бөлінуі мен газ бөлінуіне әкеледі.
4. Ісінген аккумуляторларды анықтау мен бағалау
Аварияларды болдырмау үшін ісінуді уақытында анықтау маңызды. Негізгі көрсеткіштерге мыналар жатады:
● Аккумулятор корпусының көрінетін деформациясы немесе ұлғаюы
● Аккумуляторды БҰС-қа енгізу немесе шығару қиындық туғызады
● Тәтті немесе қышқыл химиялық иіс
● Ұшу уақытының қысқаруы немесе кернеудің тұрақсыз шығуы
● Зарядтау немесе разрядтау кезінде температураның көтерілуі
Суыққан батареяларды дер кезінде пайдаланудан шығару керек. Ішкі қысымды босату үшін батареяны тесу немесе сығу әрекеттері өте қауіпті және жануға әкелуі мүмкін.
5. Суыққан кезде болатын қауіп-қатерлер
5.1 Жану және жылулық дәрежесінің өсуі
Ішкі қысқа тұйықталулар немесе экзотермиялық реакциялар жылулық дәрежесінің өсуін тудыруы мүмкін, бұл өзінен-өзі үдеу процесі болып табылады және отқа әкелуі мүмкін.
5.2 Механикалық жарылу
Артық ішкі қысым батарея корпусының жарылуына әкелуі мүмкін, ыстық газдар мен тұтатын электролит босап шығады.
5.3 Улы газдардың шығуы
Электролиттің ыдырау өнімдері тыныс алуға қауіп төндіретін зиянды органикалық буды қамтуы мүмкін.
5.4 БАҰ-ның құрылымдық зақымдануы
Суыққан батарея БАҰ-ның батарея бөлігін деформациялауы, қосылғыштарға зақым келтіруі немесе салқындату жүйелеріне кедергі жасауы мүмкін.
6. Алдын ала сақтану стратегиялары
6.1 Зарядтау басқаруы
● Шаруашылық иесі рұқсат еткен зарядтағыштарды қолданыңыз және тез зарядтауды қолдамайтын жағдайларда қолданбаңыз.
● Батареяларды зарядтау кезінде бірден кетпеңіз.
● Толық зарядталғаннан кейін зарядтауды тоқтатыңыз және периодты түрде ұяшық кернеулерін теңестіріңіз.
● Ұшу аяқталғаннан кейін дер кезінде зарядтауды бастамаңыз; жеткілікті суыту уақытын беріңіз.
6.2 Жылу режимін басқару
● Батареяларды салқын, құрғақ орында сақтаңыз.
● АUА-ны ұзақ уақыт бойы тікелей күн сәулесіне ұшыратпаңыз.
● Тасымалдау кезінде өртке төзімді немесе жылулық изоляцияланған ыдыстарды қолданыңыз.
6.3 Сақтау кеңістігін оптимизациялау
● Ұзақ мерзімді сақтау үшін зарядтың 40–60% деңгейін сақтаңыз.
● Терең разрядтан сақтану үшін әрбір 1–3 ай сайын қайта зарядтаңыз.
● Жылулық таралудан сақтану үшін аккумуляторларды жеке сақтаңыз.
6.5 Механикалық қорғаныс
● Аккумуляторды тастамауға немесе сығып жинақтауға болмайды.
● Ылғалдық пен дірілден қорғаңыз.
● Тозу немесе деформация белгілері бар-жоғын регулярлы тексеріңіз.
6.5 Жұмыс кезіндегі бақылау
● Ұшу бақылау жүйелері арқылы цикл саны мен өнімділік көрсеткіштерін бақылаңыз.
● Кернеудің қалыпсыз мәнін немесе сыйымдылықтың төмендеуін көрсететін аккумуляторларды ауыстырыңыз.
● Аккумуляторды басқару алгоритмдерінің жақсаруынан пайда табу үшін микробағдарламаны жаңартып отырыңыз.
7. Жылдама
Бақылаусыз ұшу құралдарында аккумулятордың ісінуі жылулық кернеу, электрохимиялық ыдырау, механикалық зақымдану және дұрыс емес сақтау тәжірибелері сияқты көптеген факторларға байланысты құбылыс. Пайдалану кезіндегі уақытша ісіну кері болуы мүмкін болса да, сақтау кезінде байқалатын ісіну, әдетте, тәрізді емес ішкі сынуға иә болады.
Ғылыми негізделген зарядтау, сақтау және бақылау тәжірибелерін қолдана отырып, пайдаланушылар ісінудің пайда болу жиілігін едәуір төмендетіп, БҰҚ-ның қауіпсіздігін арттыра алады. Аккумулятор химиясы мен басқару жүйелеріндегі жетістіктер сенімділікті жақсартуды жалғастырса да, ісінумен байланысты қауіп-қатерлерді болдырмауда пайдаланушының санасы маңызды рөл атқарады.
