EN
Тайлбар
Литийн химийн үндсэн дээр суурилсан эрчим хүчний агуулах модуль нь орчин үеийн жолоогүй нисэх онгоцны хэрэгслийн үйл ажиллагаанд чухал ач холбогдолтой. Хэдийгээр эдгээр батарейг талбай болон лабораторийн орчинд байнга цэнэглэдэг боловч цэнэглэх үйл явц нь ихэвчлэн үнэлэгддэг электрохими, дулаан, үйл ажиллагааны хязгаарлалтын багцаар захирагддаг. Зөв цэнэглэх нөхцөлөөс зөрчилдөж байвал бүтцийн эвдрэл хурдацтай болж, ашиглаж болох хүчин чадлыг багасгаж, гамшгийн аюултай алдаа гарах магадлалыг нэмэгдүүлнэ. Энэхүү судалгаа нь UAV батарейн цэнэглэлийг систем инженерчлэлийн үүднээс дахин судалж, эсийн химийн, цэнэглэх алгоритм, байгаль орчны хязгаар, үүргийн түвшний шаардлагуудын хоорондын харилцан үйлчлэлэд онцлогтой. Энэхүү шинжилгээ нь БЗД-ийн судлаачид, ажилтнуудын хувьд тохиромжтой нэгдсэн хүрээнд инженерчлэлийн зарчмуудыг нэгтгэж байна.
Индексийн нэр томъёо БНАСАУ-ын эрчим хүчний систем, литий тулгууртай батарей, ачааны зохицуулалт, дулааны хязгаарлалт, үйл ажиллагааны аюулгүй байдал.
I. Танилцуулга
Дахин цэнгэж болдог литийн батарейнууд нь түүний үлдэгдэл масст энергийн хувьд дэлгэрүүлсэн ба өндөр урт хугацааны ачааллыг түрхүүлж чадах чадварын улмаас жижиг агаарын роботын платформуудын доминант хүчдлийн үүсгүүр болой болжээ. Түүнчлэн, түүний тархалт үлдэгдэл бүх талд түүний цэнгэлтийн процесс нь инженерийн хувьд хялбар биш даалгавар үлдэжээ. Цэнгэлтийн процесс нь литийн интеркаляцид кинетик, хатуу электролитын хоорондын хил (SEI) тогтвортой байдал, а такүүн целл стекийн дулааны үйлчлэлд хязгаарлагдажээ. Эдгээр хязгаарлалтууд нь цэнгэлтийн үед хүчдлийн, гүйдлийн ба температурын хүнд хязгаарлалтууд тавьжээ. Хүнийгүй агаарын хөлөг (UAV) нь зугаалтын төхөөрөмжөөс миссия-критикал хөрөнгөд шилжихдөө цэнгэлтийн тодорхой тодорхойлсон процедуруудын шаардлага нь үлдэгдэл бүх талд нэмэгдэжээ. Энэ ном нь цэнгэлтийн процессыг олон давхаргат инженерийн үзүүлэлтээс шинжилж, электрохимийн үндэсний үүднээс UAV-ийн үйлдлийн шаардлагуудыг нэгтгэн харуулжээ.
II. UAV платформуудын батарейн архитектуур
A. Полимер-электролитын пакетын целлууд
Полимер-электролитийн хавтгай цэлүүд, нүүрсдүүр батарейн хуудас гэж нэрлэдэг, хавтгай электродын орчилдог структурыг ашиглаж, гель төстэй электролит агуулдаг. Тэдний механик хатгамжлагч чанар нь өндөр энергийн нягтыг хангаж, гэтэдүүр хэлбэр өөрчлөлтөөс үүдсэн гэмтэлд илүү дөрвөлжин байдаг. Хүчдлийн цонх нь электролитын тогтвортой байдлаар хатуу хязгаарлагдаг, харин дээд хязгаарыг давах нь урвуу бүүрхүүлдүүр хажуугийн урвалыг сүүлд хүртэл үргэлжлүүр.
Б. Цилиндрик ба призматик литий-ион цэлүүд
Хатуу бүүрхүүлтэй литий-ион цэлүүд нь бүтцэн төдийхүүр хүчтэр бөхтөр байдлыг хангаж, цикл амьдралын үргэлжлүүр хугацаа урт байдаг. Тэдний электрохимийн үйл ажиллагаа нь давхарга юм уу шпинель төстэй катодын бүтцэнд оршмуйн динамикаар тодорхойлогдож, Литий-полимер (LiPo) цэлүүдтэй харьцуулж, түүнд гаргах чадвар доод байдаг. Гэтэдүүр дулаан тогтвортой байдлын үзүүрлүүр болон таамаглаж болох ахуйн онцлог нь туршилтын зориулалттай БАС-уудад тохиромжтой.
В. Дотроо удирдлагын электроникийг орлуулж үүрсэн батарейн хайрцаг
Дэвшилтүүд хүндрүүлсэн БПХ-ийн платформууд нь нүүрний хүчдлийг, температурыг, тэнцвэрлэлтийн үйлдлүүдийг хядах батарейн удирдлагын системүүд (BMS)–тэй интеграцилан ажилладаг. Эдгээр бүрдмүүлд систеүүд ажиллах хязгааруудыг хүчтүүлдэг, оршин буй гэмтлийн мэдээллийг үзүүрлэдэг, гэтэд заримдүүр шаргуу хяналттай цэнхрүүлэх орчинд цэнхрүүлэх шаардлага үлдмүүл.
III. Цэнхрүүлэх өмнөх үнэлэлт
А. Бүтцэн хүчирхүүлт үнэлэлт
Цэнхрүүлэх үйлдлийг эхлүүлэхийн өмнө батарейг механик дүрс өөрчлөлтүүдийн хувьд үнэлэх шаардлагатай. Хэлбэр өөрчлөлт, хийн цуглуулалт, электролитын үлдэц нь дотоод бүтцэн хүчирхүүлтийг илтгэрлүүлдэг. Ийнхүү нөхцөлүүд дотоод импедансыг өөрчлүүлдэг, цэнхрүүлэх үед дулааны тогтворгүй байдалд шалтгаалдэг.
Б. Дулааны төлөвийн баталгаажуулалт
Нүүрний хурдны температур нь цэнхрүүлэх хүчлүүлттүүдийн хүлээн авах чадварыг хүчтүүлдэг. Бага температурт цэнхрүүлэх нь литийн диффузийн удаашралт, металлик литийн тунадасжилтд шалтгаалдэг, харин өндөр температурт паразитик урвалууд хурдасдэг. Түүнгүйн цэнхрүүлэх үед дулааны тэнцвэрлэлтийн төлөв шаардлагатай.
В. Цэнхрүүлэгчийн тохируулалтын нийцэл
Барилгын удирдлагын цахилгаан хэрэгсэлгүй багцлууруудад ачааллыг багцлуурын эсийн тоо, химийн бодисыг нийлүүлэхээр тохируулж байх ёстой. Хууц бус тохируулга нь даралтын дээд хязгаар эсвэл эрчим хүчний профилийг өөрчилж, хурдацтай доройтолт эсвэл шууд бүтэлгүйтэлд хүргэдэг.
IV. Төлбөрийн зохицуулалтын механизм
А. Хоёр шатны ачааллын хяналт
Литийн баатар нь ихэвчлэн хоёр шатны зохицуулалтын схемийг ашиглан цэнэглэдэг. Анх шат нь байнгын эрчим хүчтэй байдаг бөгөөд эсийн эрчим хүч нь дотоод импидантынхаа дагуу өсөх боломжтой. Сэлбэг дээд хязгаарыг хүрсэн тохиолдолд, ачааллын систем тогтмол даралтын үе шат руу шилжиж, энэ үеэр эрчим хүч аажмаар буурдаг. Энэ арга нь электродеэлектролит интерфейсийн дарамтыг багасгаж өгдөг.
Б. Эсийн хоорондын тэнцвэржүүлэлт
Олон эсийн багц нь эсийн эрчим хүчний зөрчилөөс урьдчилан сэргийлэхын тулд тэгшчлэлтийг шаарддаг. Тэмцээгүй бол хамгийн сул эс нь ашиглах хүчин чадалтай, хамгийн хүчтэй эс нь цэнэглэх үед хэт хүчдэлийн эрсдэлтэй. Эввлэйшн скрукт нь багц дахь нэгдмэл байдлыг хадгалахын тулд ачааг тархаж, дахин хувааж өгдөг.
C. Одоогийн сонгон шалгаруулалт, доош унасан байдал
Тасалгааны эрчим хүчийг ихэвчлэн багцын нэр томъёоны нэг хэсэг болгон илэрхийлнэ. Өндөр урсгал нь цэнэглэх хугацааг багасгаж, дулааны ачааллыг нэмэгдүүлж, SEI-ийн өсөлтийг хурдасгаж байна. Хурд урсгал нь доройтолыг бууруулж, эргэлтийн хугацааг сунгадаг бөгөөд үйл ажиллагааны хурд болон батарейн урт удаан хугацааны хооронд солилцоо бий болгодог.
V. Төлбөр тооцох арга барил болон байгаль орчны шаардлага
А. Цахилгаан интерфейс ба холбооны дарааллын
Тасалгааны хувьд гол эрчим хүчний шугам болон LiPo багцын хувьд тэнцвэрлэх холбогч холболт хоёрыг аюулгүй холбох шаардлагатай. Хуурамт бус дараалж, сул холболт нь эсэргүүцлийн дулаан, хүчдэлийн тогтворгүй байдлыг бий болгодог.
Б. Физик цэнэглэх орчин
Цэнхэрлүүрт орчин нь дулааны нуримшлыг хамгийн бага түвшинд барьж, дулааны үүсгүүрүүдийг бүрмөсөн арилгах ёстой. Туушаа бүрхүүлүүд ба хангалттай агаарын урсгал шаардлагатай. Батарейг дулаан сарниулах боломжгүй хязгаарлагдмүүр оронд байрлуулахгүй.
В. Бодит цагт хэмжигдэх параметрүүдийн хяналт
Цэнхэрлүүрт үед температур, хүчдлийн нэдүүлэлт ба гүйдлийн бүүрэлдүүлэлт хяналтанд байх ёстой. Хүлээж буй үйлдлээс хазайлт нь дотоодын онцгой бүтэц, жишээлбэл өсөж буй импеданс эсвэл бүрхүүл доторх дулааны нуримшл гэх мэт үзүүрлүүдийг зааж өгдөг.
Г. Цэнхэрлүүрт дараах тогтвортой бүтэц
Цэнхэрлүүрт дараа батарей хүчдлийн градиентүүд сарниулах зорилгоор богино амрах үе үүрдүүлдөг. Энэ тогтвортой бүтэц нь хүчдлийн нарийн тодорхойлолтыг сайжруулж, ашиглалт эсвэл хадгалалт үед дулааны ачааллыг бүрмөсөн бууруулдөг.
VI. Аюулгүй бүтэц ба хугацаа хүртэлх гэмтлийн замууд
А. Дулааны тогтвортой бүтэцгүй бүтэц
Дулааны хүрэлцэтгүй бүрдүүлэлт нь дулаан ялгаруулалтын урчлалын хурдны хүрэлцэтгүй бүрдүүлэлт нь элементийн дулааны тархалтын чадварыг давж, дулааны хүрэлцэтгүй бүрдүүлэлт үүсгэнэ. Хэт өндөр хүчдэл, дотоодын бүрдүүлэлт, механик гэмтэл зэрэг нөхцөлүүд ийм урчлалыг сүүдлүүлж чадна. Урьдчилан саархуулах арга хэмжээсүүд нь хяналттой цэнгэлтийн орчин, тасралтгүй хяналт зэрэг орчинд хамаарна.
Б. Орчинд майтрангуй чанар
Чийгшилт, шууд нарны туяа, хаалттай таванхууд батарейн дулааны заагийн нөхцөлүүдийг өөрчилнө. Ийм нөхцөлд цэнгэлт хийх нь аюулгүй ажиллах хязгаарыг давж үүсгэх магадлалыг нэмэгдүүлнө.
VII. Удирдамжлагдаж буй батарейн системүүдийн цэнгэлт
А. Доржин хяналтын функцүүд
Умнян батарейд микроконтроллерүүд орж, түүн дотор цэнгэлтийн параметрүүдийг зохицуулж, элементийн бүтэн бүүлдүүлэлтийг хяналттой хөтлөж, аюулгүйн хязгаарыг хүчтүүлж буй. Түүн дотор операторын ачаалал багасаж, гэтэд хүрэлцэтгүй бүрдүүлэлт, дулааны хязгаарын шаардлагуудыг бүрдүүлэх шаардлага үлдмүүл.
Б. Ажиллах дараалал
Зардал нь ихэвчлэн суурилуулсан хяналт тавих төхөөрөмжтэй харилцах зориулалттай интерфейс эсвэл хабын тусламжтайгаар явагддаг. Системийн хувьд тэнцвэржүүлэх, хамгаалах функцүүд бие даан удирдаж байна.
C. Үйл ажиллагааны хязгаарлалтууд
Ухаалаг батарейн загвар нь өндөртэй хэдий ч халуун температурын хэтэрэлт, удаан хугацаагаар их хэмжээний цэнэгтэй байх үедээ мэдрэмжтэй байдаг. Тэдгээр нь хамгаалах үүрэг гүйцэтгэдэг ч буруугаар ашигласан бол нөхөн төлбөрөө төлөхгүй.
VIII. Үйл ажиллагааны алдаа, техникийн үр дагавар
Их ачаалалтай зарах дараа шууд цэнэглэх, эвдэрсэн холбогч хэрэглэх, хэт их эрчим хүч хэрэглэх, дулааны тогтворгүй орчинд цэнэглэх зэрэг үйл ажиллагааны нийтлэг алдаа байдаг. Эдгээр арга нь импидансын өсөлтийг хурдасгаж, дугуйны амьдралыг багасгаж, алдааны магадлалыг нэмэгдүүлдэг.
IX. Батарейн эдэлгээний хугацааг уртлуулах арга
А. Хөвсгөлттэй төлбөрийн ханш
Хөдөлгөөнт эрчим хүч нь бага, эрчим хүч нь бага, эрчим хүч нь бага.
Б. Хяналт тавьсан хадгалах байдал
Батарейг хадгалах үед түүний цэнхэр төлөвийн дундаж түвшинд барьж байх нь химийн ахисны хурдыг хамгийн бага бүрдүүлнэ.
В. Транспорт хэрэгслийн бүлгийн эргэлт
Хэрэглээг олон батарейн хувилбаруудын дунд тараах нь төлөвийн түүхийд хүрэхгүй, нийт транспорт хэрэгслийн бүлгийн найдвартай байдлыг сайжруулна.
Д. Цахилгаан холболтын үүрэг хадгалах
Холбогчийн үе таваа удаа цэвэрлэх нь хүнд хүчдлийн алдагдалыг багасгаж, цэнхэрлүүрт шинж чанарыг сайжруулна.
Х. Стандарт бус нөхцөлд цэнхэрлүүрт шинж чанар
А. Бага температурт ажиллах
Бага температурт цэнхэрлүүрт шинж чанар хийхдээ урьдчилан халуунд хийх ба гүйдлийг багасгах шаардлагатай, ийнхүү литийн хуудаслалт (plating) үүсэхгүйн тулд.
Б. Өндөр температурт ажиллах
Халуун орчинд цэнхэрлүүрт шинж чанар хийхдээ идэвхтэй хөхрүүлэх систем ашиглах юм уу, цэнхэрлүүрт шинж чанар хийх газрыг дулааны тогтвортой бүс рүү шилжүүлэх шаардлагатай.
В. Талбарт шаржлаж буй хязгаарлалт
Зөөвөр цахилгааны үүсгүүрүүд нь шаржлагчийн алдаа үүсгэхгүйн тулд тогтвортой хүчдэл ба бага хазайлттай долгион хэлбэр үүсгэх ёстой.
XI. Бүүрдүүлэлт-ориентирован шаржлаж буй удирдлага
А. Ажиллах төлөвлөлт
Миссия-чухал БНХУ-ийн ажиллах үйлдлүүд нь бүүрдүүлэлт үйлдлийн өмнө бүтнэд шаржлаж, үйлдлийн дунд хөхрүүлж, үйлдлийн дараа хадгалах үед нь нөхцөлдүүлж буй бүтнэд шаржлаж буй хуваарьт тулгуурлан зохион бүтээдэг.
Б. Батарейн бүтэн бүүрдүүлэлтийн хяналт
Дотоод эсэргүүцэл, температурин түүх, хүчдэлийн хазайлт хяналтанд авах нь урьдчилан сүүлд гэмтэх батарейн хайрханыг таамаглах, гэмтэх батарейн хайрханыг үл харахгүй илрүүлэх боломжийг олгоно.
XII. Дүгнэлт
БНХУ-ийн батарейн шаржлаж буй процессын хувьд электрохимийн үзэгдэл, дулааны динамика ба ажиллах шаардлагууд нь олон тооны хязгаарлалтыг үүсгэнэ. Үр дүнтэй шаржлаж буй протоколууд нь аюулгүй байдлыг дэмжинэ, үйлдлийн хугацааг уртасгана, миссийн найдвартай байдлыг сайжиргана. БНХУ-ийн энергийн удирдлагад ажиллах судлаачид ба практикчид хүртэл шаржлаж буй хязгаарлалтуудын системтүвшний ойлголт онцгой чухал.
