EN
Абустракт
Напуњење батерија на бази литијума које се користе у беспилотним ваздушним возилима (БПЛА) је критичан феномен деградације који директно утиче на оперативну поузданост и безбедност. Овај рад пружа проширен и систематски преглед физичко-хемијских механизама одговорних за оток, разликује оперативне и складиштење повезаних понашања оток, процењује повезане опасности, и предлаже доказом засноване превентивне стратегије. Интеграцијом електрохемијске теорије са обрасцима коришћења специфичних за УАВ, ова студија има за циљ да подржи сигурније коришћење дронова и да обезбеди будуће побољшања система управљања батеријама (БМС).
1. у вези са Увод
Литијум-јонске (Ли-јон) и литијум-полимерске (ЛиПо) батерије постале су доминантни извори енергије за БПЛА због њихове високе густине енергије, лаке структуре и стабилних карактеристика испуштања. Како се апликације БПЛА шире у областима као што су ваздушно мапирање, прецизна пољопривреда, реаговање на хитне случајеве и индустријска инспекција, поузданост бордних енергетских система постала је све важнија.
Упркос својим предностима, батерије на бази литија су подложне деградацији када су изложене топлотним стресима, механичком удару, неправилном пуњењу или непогодним условима складиштења. Међу различитим начинима деградације, надување батерије, које се карактерише абнормалним ширењем ћелијског торбице или корпуса, постало је главна забринутост у вези са сигурношћу. Напуцање не само да смањује перформансе батерије већ и повећава ризик од пожара, пукотина и ослобађања токсичног гаса.
Овај рад проширује постојеће истраживање пружајући детаљну анализу механизама надувања, фактора који доприносе и превентивних мера прилагођених оперативним окружењима БПЛА.
2. Постављање Класификација појава надувања батерије
2.1 Прелазно отечење током рада са великим оптерећењем
Током захтевних летећих мисија, батерије БЛА могу доживети брзо повећање температуре због високих струја пускања. Активности као што су брзо убрзавање, летање под јаким ветром или носити тешке корисне оптерећења значајно повећавају унутрашње грејање отпора.
Када температура ћелије пређе препоручени радни праг (обично изнад 4045°C), паразитне реакције почињу да се јављају. Ове реакције укључују делимично распадање електролитних растворача и дестабилизацију чврсте електролитне интерфазе (СЕИ). Добијени гасни нуспродуктиобично ЦО2, Х2 и мање молекуларне масе угљоводородаакумулишу се унутар запечаћеног корпуса батерије.
Овај облик отицања је углавном реверзибилан. Када се батерија охлади, унутрашњи притисак се смањује и кућиште може да се врати у свој првобитни облик. Међутим, понављано излагање високим температурама убрзава распад СЕИ-а, повећава унутрашњи отпор и промовише дуготрајну деградацију. С временом, прелазна отека може да се развије у неповратну отека ако се топлотни стрес настави.
2.2 Необративо отечење током складиштења
Оток који се јавља током складиштења је обично озбиљнији и указује на трајно унутрашње оштећење. За разлику од оперативног отицања, које је често обухваћено температуром, отицање повезано са складиштењем је првенствено повезано са електрохемијском нестабилношћу и дуготрајном деградацијом.
2.2.1 Старење изазване циклусом
Литијумске батерије подлежу структурним и хемијским променама са сваком циклусом пуњења-испуњења. Током стотина циклуса, слој СЕИ-а се густи, активни материјал постаје изолован и порозност електрода смањује се. Ове промене повећавају унутрашњи отпор и промовишу реакције формирања гаса.
Како се батерија приближава крају свог корисног живота, чак и мали стресни фактори, као што су мали преоптерећење или благе флуктуације температуре, могу изазвати отицање.
2.2.2 Неправилни услови складиштења
Неколико фактора повезаних са складиштењем значајно повећава ризик од отицања:
● Дубоко испуштање (< 3,0 В по ћелији) може изазвати растворење бакра из анодног стручног колектора, што доводи до унутрашњих кратких кола.
● Механичка оштећења могу да угрозе сепаратор, што омогућава директни контакт електрода.
● Улазак влаге у тело реагује са компонентама електролита, стварајући топлоту и гас.
● Струјења на екстремном стању наплате убрзава оксидацију електролита и нестабилност СЕИ-а.
● Складиштење на високој температури (30°C) повећава брзину реакције и формирање гаса.
Ови фактори колективно доприносе неповратном отечењу, често праћеном губитком капацитета и нестабилношћу напона.
3. Постављање Физичко-хемијски механизми отекљења
3.1 Распајање електролита
Електролити на бази органских карбоната су топлотно осетљиви. Када су изложени високим температурама или условима пренапређења, они се разграђују у гасне нуспоредне производе. Ова разлома је један од главних узрока отицања.
3.2 Литијумска пластика и формирање дендрита
Наплата на ниским температурама или високим напонима може довести до лажирања металног литијума на површини аноде. Литијумско покривање смањује капацитет и повећава унутрашњи отпор. Више критично, метални литијум је високо реактиван и може покренути реакције формирање гаса са електролитним растворитељима.
3.3 Нестабилност СЕИ слоја
СЕИ слој је од суштинског значаја за стабилизацију интерфејса анода-електролита. Међутим, топлотни стрес, преоптерећење или механичко деформација могу изазвати пукотине СЕИ-а. Поновно се појављање SEI распада троши електролит и ствара гас, што доприноси отицању.
3.4 Деградација сепаратора
Сепаратор је порна полимерска мембрана која спречава директен контакт између електрода. Механички удари, прегревање или производње дефеката могу ослабити сепаратор. Када се једном компромитује, могу се појавити унутрашњи кратки колаци, што доводи до брзе генерације топлоте и еволуције гаса.
4. Уколико је потребно. Идентификација и процена надутих батерија
Ранње откривање отицања је од кључног значаја за спречавање несрећа. Кључни показатељи укључују:
● Видиво деформација или ширење кутије батерије
● Тешкоћа устављања или извлачења батерије из БЛА
● Сладки или оштри хемијски мирис
● Скраћено време лета или нестабилан напон
● Повишена температура током пуњења или пуњења
Напућене батерије морају се одмах уклонити из употребе. Покушаји да се прободе или компресира батерија како би се ослободио унутрашњи притисак су изузетно опасни и могу изазвати запаљење.
5. Појам Ризици за безбедност повезани са отицањем
5.1 Огањ и топлотна бегња
Унутрашњи кратки колац или егзотермичне реакције могу изазвати топлотну бегу, процес који се самоубрзава и може довести до пожара.
5.2 Механичка пукотина
Превише унутрашњег притиска може довести до пуцања корпуса батерије, ослобађајући вруће гасове и запаљиви електролит.
5.3 Емисија токсичних гасова
Производи за распад електролита могу укључивати штетне органске паре који представљају опасност за респираторне стазе.
5.4 Структурна оштећења БНВ-а
Напуњена батерија може деформисати купе за батерије БЛА, оштетити спојнике или мешати у системе хлађења.
6. Уколико је потребно. Превентивне стратегије
6.1 Управљање наплатом
● Користите пуњаче одобрене од произвођача и избегавајте брзо пуњење осим ако то није јасно наведено.
● Не остављајте батерије без надзора док се пуњавају.
● Престаните да пуните батерију када је пуна и периодично уравнотежујте напон ћелија.
● Избегавајте пуњење одмах након лета; дозволите довољно времена да се охлади.
6. 2 Контрола топлоте
● Батерије чувајте у хладном, сувом окружењу.
● Избегавајте да ДНВ-ови дуго буду изложени директној сунчевој светлости.
● У превозу користите контејнере који се не могу запалити или који су топлотно изоловани.
6.3 Оптимизација складиштења
● За дуготрајно складиштење одржавајте 40-60% пуне енергије.
● Наплаћујте се сваких 1 3 месеца како бисте спречили дубоко испуштање.
● Заштитете батерије одвојено како бисте спречили ширење топлоте.
6.4 Механичка заштита
● Не пустите или не притискајте батерију.
● Заштитите се од влаге и вибрација.
● Редовно проверавајте да ли постоји знак знојања или деформације.
6.5 Оперативно праћење
● Број циклуса и показатељи перформанси на траку путем система за контролу летења.
● Замените батерије које показују ненормално понашање напона или опадање капацитета.
● Држите апдејтован фирмвеер како бисте имали користи од побољшаних алгоритама за управљање батеријом.
7. Постављање Закључак
Опуцање батерије у системима БЛА је мултифакторски феномен који се јавља због топлотног стреса, електрохемијске деградације, механичког оштећења и неправилних пракси складиштења. Иако прелазно отечење током операције може бити реверзибилно, отечење примећено током складиштења обично одражава необративу унутрашњу неисправност.
Узимајући научно засноване методе пуњења, складиштења и праћења, корисници могу значајно смањити инциденце отечења и побољшати безбедност БЛА. Иако ће напредак у хемији батерија и системима управљања наставити да побољшава поузданост, свест корисника остаје критичан фактор у спречавању опасности повезаних са отеком.
