EN
Тайлбар
Энерги хадгалах нь хүн бүхнээс шоргоолжин агаарын системүүд (ХБАС)-ийн үзүүлэлтүүдийн үндсэн саад үлдэж байна. Аэроструктурт оптимизаци, автоном навигаци, хөнгөн нүүрлэг нүүрлэг материалүүдийн хувьд ач холбогдолтой амжилт тэмдэглэгдсэн бөлгөө, гэтэдүүр орчин үеийн батарейн технологийн электрохимийн хязгаарлалт нь нислэгийн урт, үйл ажиллагааны тасралтгүй байдлыг хүртэл хязгаарлаж байна. Энэ статтья нь дронуудын батарейн үзүүлэлтийн шинжилгээг хийдэг, нислэгийн хугацаа, цэнхэрлүүр динамика, деградацийн замууд, орчинд хамааралт зүйлс дээр төвлөрдөг. Электрохими, агаарын инженерийн мэдлэг, системийн оптимизацийн ойлголтуудыг нэгтгэн, ХБАС-ийн энергийн системүүдийн хязгаарлалт, ирээдүйн хөгжлийн чиглэлүүдийг ойлгох онолын суурь бүрдүүлэх зорилгоор ярилцлага явуулж байна.
1. Оршил
УАС-ийн хэрэглээний хурдасгаж өргөжих төрлүүд — нарийн ногоон газар тариалан, газрын орон зүйн судалгаа, аварга ажил, орчин үеийн хориглолт — бат бүтэн дотоодын энергийн системүүдийн шаардлагыг нэмж үлдээж буй. Хүн бүхий онгоцнууд өндөр энергийн нягтшлээр тааруулж чадах түлшүүдийг ашиглаж чадах харин цахилгаан дронууд үүнээс үл хамааран батарейнхүүдийн тодорхой энергийн ба чадлын үзүүлэлтүүдэд үндэслэн хязгаарлагдмуй. Түүн дагаад дронуудын үйлчилгүүний хугацаа нь зөвхөн агаарын хөндлөн огтлосон хэсгийн загвар юм уу хөдөлгүүрийн үр дүнтэй бүтэц л биш, харин түүний энергийн хадгалуулах системийн электрохимийн үйл явцтад гүнзгий холбоотой.
УАС-ийн батарейн үр дүнтэй бүтэцтүүдийн хувьд академик сонирхол хүчтэрсэн, үүнд энергийн хэрэглээний загваруудыг тооцоолж, деградацийг урьдчилан таамаглаж, гибрид юм уу дараагийн үеийн хадгалуулах шийдлүүдийг хөгжүүлэх шаардлага үүднээс үүдсэн. Энэ статтья нынешний мэдлэгүүдийг нийлүүлж, УАС-ийн энергийн системийн дизайн-ийн өргөн хүрээд доторх нислэг ба цахилгаанжуулалтын хугацаануудыг хатуу шинжилгүүдийн үндсэн дээр судалж буй.
2. БПЛА-д ашиглагдаж буй цахилгаан батарейн найрлал: Цахилгаан химийн үндэс
2.1 Литиум полимер (LiPo) системүүд
Литиум полимер (LiPo) батарейнүүд нь өндөр тодорхой чадал ба үлдээж буй өндөр гадаадын гүйдлийн түвшинтүүдийн тулд олонх роторын БПЛА-д доминант болж буй. Түүний полимер электролитын архитектура массыг багасгаж, нүүрсний хэлбэрт хувиргах боломжийг олгох бөөрнүүд, үүнээс бүтэн агаарын хөндлөн огтлосон хүчтүүдийн хувьд давуу тал үүсгэнэ.
Цахилгаан химийн үүднээс үзэхэд LiPo элементүүд дараах шинж чанаруудыг илтгэнэ:
● Өндөр C-хурдны төвөгтүүд , ялтсын хүчдлийн уналаа хүчтэрүүлэхгүйгээр хурдан гүйдлийн гаргалт хийх боломжийг олгох
● Бага дотоод эсүүр , түлхүүр үүрдүүдийн өөрчлөлтийн үед шүүрхүүдийн хариу үйлдлийг сайжруулах
●Өндөр жингийн чадал нягт , олонх роторын үүрдүүдийн хүнд бүтэн агаарын хөндлөн огтлосон хүчтүүдийн хувьд шаардлагатай
Гэтгүй, LiPo системүүд электролитын задралд, дендритын үүсэлд ба дулааны тогтворгүйдөнд өртмүүр. Эдгээр деградацийн замууд нь цикл амьдралыг бүүрнүүр ба цэнхэрлэх, хадгалах дүрэмжүүдийн хувьд хатуу шаардлагууд тавьмүүр.
2.2 Лити-ион (Li-ion) системүүд
Лити-ион батарейнууд, түүнд NMC эсвэл NCA хими нь ашиглагдаж буй тохиолдолд, илүү өндөр тодорхой энергия болон сайжрангүй цикл тогтвортой бүүрнүүр. Түүний электрохимийн тогтвортой бүүрнүүр нь тогтвортой нислэгт УАС ба урт хугацааны үүрэгт зориулж, түүнд тогтвортой чадал, үүрд хамгийн их чадал шаардлагатай.
Үндсэн ач тусууд:
● Дээд зэрэглэлийн цахилгаан эрчим хүчний нягт , урт үүрэгт хугацааг үүрд хангахын тулд
●Бага өөрсдийн цэнхэрлэл , хооронд нь хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирхүйлэлт зориулж хүчирх......
●Дүрсийн бат бүүрнүүр , механик хугацааны гэмтэлд орхитуудыг бүүрнүүр
Гэтгүй, түүний бага дээд цэнхэрлэл чадал нь өндөр түлшний шахалт эсвэл илүү динамик нислэгт ашиглах боломжийг хязгаарламүүр.
3. Нислэгт хугацаа: Олон хувьсагчдын энергия хэрэглээний загвар
Бүх төрлийн агаарын хөндлөн орчинд (UAS) нислэгийн үргэлжлэх хугацаа аэродинамик, механик ба электрохимийн хувьсагчдын нарийн харилцан үйлдлийн үр дүнд тодорхойлогддог. Академийн загварууд нислэгийн үргэлжлэх хугацааг ихэвчлэн түлхэлтийн шаардлагууд, батарейн багтаамж ба системийн үр дүнд суурилж илэрхийлдөг.
3.1 Олон роторт платформууд
Олон роторт UAS-ууд нислэгийн үргэлжлэх хугацаанд тасралтгүй түлхэлт шаарддог, үүн дагаж их хүч хэрэгцээ үүсдөг. Түүнд хамаарах нислэгийн үргэлжлэх хугацааны түүвэр хязгаарууд нь:
● Микро-UAS: 5–15 минут
● Хэрэглээний UAS: 20–40 минут
● Мэргэжлийн UAS: 30–55 минут
Нислэгийн үргэлжлэх хугацааны дээд хязгаар нь түлхэлт ба хүч хэрэгцээний квадрат хамаарлын үр дүнд үүсдөг.
3.2 Батхүрдэт платформууд
Батхүрдэт UAS-ууд аэродинамик аргаар үүрдэг, үүн дагаж хүч хэрэгцээ хүчтэй буурдог. Нислэгийн үргэлжлэх хугацаа ихэвчлэн нислэгийн хүнд бүтэц, хөдөлгүүрүүдийн үр дүн ба батарейн багтаамжид хамааран 60–180+ минутын хооронд байдаг.
3.3 Өндөр үр дүнтэй FPV системүүд
FPV төрлийн улаймт хүчтүүд нь ихэвчлэн 50–100 C-аас дээш хурдтай цэнхэрлүүлэлт үзүүлдэг, үүн дотор нислэгийн үргэлжлэх хугацаа 3–10 минут байдаг. Эдгээр платформууд нь урт хугацааны ажиллах чадвараас илүүтдэг мөчний хүчийг онцлогтой тооцдог, түүн дотор батарейн өндөр хүчдэлд орхигдож буй үед яаж үйлчлэхийг судлахад тохиромжтой жишээ юм.
4. Нислэгийн үргэлжлэх хугацааны тодорхойлогчид: Техникийн шинжилгээ
4.1 Аэродинамик ба механик ачаалал
Ачааны масс нь шаардлагатай түлхэлтийг нэмэгдүүлдэг, харин ачааны геометрия нь сүүдлүүлэлтийн коэффициентийг нөлөөлдэг. Хоёр фактор хоёулаа шууд хүч хэрэглээг нэмэгдүүлдэг.
4.2 Орчинд хамаарал
Орчин нь батарейн ажиллах чадвар дээр хэмжигдэхүүнүүдийн нөлөө үзүүлдэг:
● Бүүрхүүл температур ионий хөдөлмүүрлүүлэлтийг бууруулдэг ба дотоод эсүртлүүлэлтийг нэмэгдүүлдэг
● Өндөр өндөрлүүлэлт агаарын нягт бууруулдэг тул хөвргүүрүүдийн үр дүнтүүлэлт бууруулдэг
● Салхины нөлөө нөхөн төлбөр үүсгэх хүч шаардуулдаг, энергийн зарцуулалт нэмэгддэг
Эдгээр хувьсагчдыг урьдчилан таамаглах үргэлжлэх хугацааны загваруудад оруулах ёстой.
4.3 Электрохимийн ахис
Батарейн ахис дараах шинжүүдээр илэрхийлдэг:
● Багтаамжийн бүүрхүүл (идэвхтэй литийн алдагдал)
● Дотоод эсүртэл нэмэгддэг (SEI давхарга зүүн талд нь зузаардаг)
● Ачаалал доор хүчдэлийн тогтворгүй байдал
Эдгээр хүчин зүйлс ашиглагдаж буй энергийн хэмжээг бууруулж, өндөр чадалтай маневрүүд үед дулааны хүчдлийг нуршоохойн төлөө удаашруулж.
5. Цэнхэрлүүрт хугацаа: Электрохимийн ба дулааны хязгаарлалт
5.1 Стандарт цэнхэрлүүрт горимууд
Цэнхэрлүүрт хугацаа тогтмол гүйдэл/тогтмол хүчдэл (CC/CV) протоколоор тодорхойлогдож. Түүнд хамаарах цэнхэрлүүрт хугацаанууд нь дараах бүлгүүд:
● Микро-UAS: 30–90 минут
●Хэрэглээний UAS: 60–120 минут
● Мэргэжлийн UAS: 90–180 минут
5.2 Хурдан цэнхэрлүүрт хязгаарлалт
Хурдан цэнхэрлүүрт литийн хуудасчлалын аюул нэмэгдүүр, дулааны ачаалал өсүүр, хурдан деградацийн хурд нэмэгдүүр. Академик судалгаанууд тогтмол харуулж, өндөр хурдны цэнхэрлүүрт SEI-н тогтвортой бус байдал ба электродын хүчдлийн улмаас циклд хүртэлх үйл ажиллагааны хугацаа бууруулж.
5.3 Өндөр үйл ажиллагааны хэрэглээд параллель цэнхэрлүүрт
Параллель цэнхэрлүүрт FPV-бүлгүүдэд өргөн хэрэглэд, гэтэд хүчдэлийн тэнцвэрт бус байдал ба дулааны шаталттайн аюулд хүргүүр. Аюулгүй байдлыг хадгалахын төлөө тохиромжтой тэнцвэртлүүрт ба хяналт шаардлагатай.
6. Бүтэн ажиллах чадварыг дээд зэргийн түвшинд хүртгэх стратегийн систем инженерчлэлийн нүднээс үзэл
6.1 Дулааны нөхцөлдүүлэлт
Батарейг оптимал температурт (20–30°C) хадгалах нь ионий дамжуулалтыг сайжруулж, хүчдлийн унажихыг багасгана.
6.2 Бүтцүүд ба хөдөлгүүр системийн сүүлжүүлэлт
● Өндөр үр дүнтэй винтов
● Бүтэн ажиллах чадварыг хангах платформд бага KV-тэй моторууд
● Аэродинамик хувьд сүүлжүүлсэн агаарын шасси
Эдгээр дизайн шийдлүүд нь нэгж түлхэлтийн хувьд хүч хэрэглээг багасгана.
6.3 Батарейн удирдлагын практик
● Гүн цэнгүүлэлт (15%-аас бага) зайлшгүй хийх
● Батарейн цэнхэр 40–60% хүртэл хадгалах
● Дулаан температурт үлдэх хугацааг хамгийн бага бүтээх
Эдгээр арга хэмжээнүүд нь батарейн чанарын муудалдаа удаашруулж, урт хугацааны ажиллах чадварыг хадгалж үлдээдэг.
7. БАС-ын батарейн системд аюулгүй байдлын асуудал
Литийн суурьт батарейнууд нь өндөр энергийн нягт ба түлшлэг электролитын шалтгааны улмаас үүрдийн аюулд оршдог. Аюулгүй байдлын асуудалд дараах зүйлс орно:
● Тохиромжтой хүчдэлд хадгалах химийн даралтыг хамгийн бага бүтээх
● Ангиллын шалгах даралт үүсэх эсвэл механик деформацид
● Галтүүст багтаамж ашиглах цэнхрүүлэх болон хадгалах үед
Эдгээр арга хэмжээнүүд нь дулааны газархай үзэгдлийн үүднээс саакал тавихад онцгой чухал.
8. УАС-ийн энергетик судалгаанд ирэхдүүн чиглэлүүд
8.1 Баттэрейн бүтэн хатуу төлөв
Бүтэн хатуу электролитүүд нь дараах зүйлсийг обещают:
● Өндөр энергийн нягт
● Дулааны тогтвортой байдлын сайжрол
● Дендрит үүсэх аюулд багасал
8.2 Устөрөөн түлшний целлүүд
Түлшний целлүүдтэй УАС-үүд нь олон цагийн үргэлжлэх хугацаа үзүүлдэг, урт зайны миссиянуудын хувьд итгэлтүүн орлогыг санал болгодог.
8.3 Нарны гэрлийн нэмэлт системүүд
Нарны энергийн интеграцилт тогтвортой хөндлөн хөндлөн нисэх УАС-ууд хүлээн авах нөхцөлд бараг тасралтгүй ажиллах чадвартай.
8.4 Графен ба үндэсний наноматериалууд
Графен-хүчирдүүлсэн электродууд ультра-хурдан цэнгэлт ба сайжрангуй дулааны үзүүлэлт олж өгч, гэтэдүүн түүний коммерциализацийн хүрээ хязгаарлагдмуйн бүүр.
9. Дүгнэлт
Батарейн үзүүлэлт нь УАС-уудын үргэлжлэх хугацаа ба ажиллах үр дүнг тодорхойлж буй тодорхой хязгаарлалт юм. Электрохимийн үйл явц, орчинд хамаарал, систем түвшний сонголтын стратегиудын шинжлэх ухааны шинжилгээг үндэслэн, энэ статт нь УАС-уудын энергийн хязгаарлалтын олон талт бүтцийг онцлогдой. Дараагийн үеийн өндөр үзүүлэлттэй УАС платформуудыг хөгжүүлэх, одоогийн үргэлжлэх хугацааны саадыг давахын тулд дараагийн үеийн материалууд, гибрид энергийн архитектурууд, оюун ухааны хүч хангамжийн алгоритмуудын судалгаа үлдэшгүй шаардлагатай.
