EN
Abstrak
Ang pamamaga sa mga bateryang batay sa litidyo na ginagamit sa mga unmanned aerial vehicle (UAV) ay isang kritikal na pagkasumpa na direktang nakaaapekto sa pagpapatakbo ng katiyakan at kaligtasan. Ang papel na ito ay nagbibigay ng mas malawak at sistematikong pagsusuri sa mga pisiko-kemikal na mekanismo na responsable sa pamamaga, nagwawasto sa pagitan ng pamamagang may kaugnayan sa operasyon at imbakan, binibigyang-pansin ang mga kaugnay na panganib, at nagmumungkahi ng mga nakabatay sa ebidensyang estratehiya para maiwasan ito. Sa pamamagitan ng pagsasama ng teoryang elektrokimikal kasama ang mga tiyak na ugali sa paggamit ng UAV, layunin ng pag-aaral na ito na suportahan ang mas ligtas na pagpapatakbo ng drone at magbigay-kaalaman para sa mga darating na pagpapabuti sa mga sistema ng pamamahala ng baterya (BMS).
1. pagpapakilala
Ang lithium-ion (Li-ion) at lithium-polymer (LiPo) na baterya ay naging pangunahing pinagmumulan ng kuryente para sa mga UAV dahil sa kanilang mataas na densidad ng enerhiya, magaan na istruktura, at matatag na katangian ng paglabas ng kuryente. Habang lumalawak ang paggamit ng UAV sa mga larangan tulad ng paggawa ng mapa mula sa himpapawid, tiyak na agrikultura, agarang tugon sa emerhensiya, at pagsusuri sa industriya, ang katiyakan ng mga sistema ng kapangyarihan sa loob ng sasakyan ay nagiging lalong mahalaga.
Sa kabila ng kanilang mga kalamangan, ang mga bateryang batay sa lithium ay madaling mapinsala kapag nailantad sa thermal stress, panlabas na impact, hindi tamang pag-charge, o di-angkop na kondisyon ng imbakan. Sa gitna ng iba't ibang anyo ng pagkasira, ang pagtumbok ng baterya—na nailalarawan sa pamamagitan ng abnormal na pagpapalawak ng pouch o katawan ng cell—ay naging isang pangunahing alalahanin sa kaligtasan. Ang pagtumbok ay hindi lamang nakapapagaan sa pagganap ng baterya kundi din nadadagdagan ang panganib ng sunog, pagsabog, at paglabas ng nakakalason na gas.
Ang papel na ito ay nagpapalawak sa umiiral nang pananaliksik sa pamamagitan ng pagbibigay ng detalyadong pagsusuri sa mga mekanismo ng pagtubo, mga salik na nag-aambag, at mga hakbang na pang-iwas na nakatuon sa mga kapaligiran kung saan gumagana ang UAV.
2. Pag-uuri ng mga Pangyayari ng Pagtubo ng Baterya
2.1 Panandaliang Pagtubo Habang Gumagana sa Mataas na Karga
Sa mahihirap na misyon sa paglipad, maaaring maranasan ng baterya ng UAV ang mabilis na pagtaas ng temperatura dahil sa mataas na kasalukuyang paglabas. Ang mga gawain tulad ng mabilis na pagpapabilis, pag-iiwan sa malakas na hangin, o pagdadala ng mabibigat na karga ay lubos na nagpapataas ng pagkakainit dahil sa panloob na resistensya.
Kapag lumampas ang temperatura ng cell sa inirekomendang ambang-operasyon (karaniwang nasa itaas ng 40–45°C), nagsisimulang mangyari ang mga parasitiko reaksyon. Kasama sa mga reaksyon na ito ang bahagyang pagkabulok ng mga solvent ng elektrolito at ang pagkawala ng katatagan ng solid electrolyte interphase (SEI). Ang mga nagresultang gas na by-product—karaniwan ang CO₂, H₂, at hydrocarbon na may mababang molekular na timbang—ay tumitipon sa loob ng natatanging kapsula ng baterya.
Ang ganitong anyo ng pamamaga ay karaniwang maaaring maibalik. Kapag ang baterya ay lumamig, bumababa ang panloob na presyon at maaaring bumalik ang kaso sa orihinal nitong hugis. Gayunpaman, paulit-ulit na pagkakalantad sa mataas na temperatura ay nagpapabilis sa pagkasira ng SEI, nagpapataas ng panloob na resistensya, at nag-uudyok ng pangmatagalang pagkasira. Sa paglipas ng panahon, ang pansamantalang pamamaga ay maaaring magbago patungo sa di-maibabalik na pamamaga kung patuloy ang thermal stress.
2.2 Di-maibabalik na Pamamaga Habang Nakaimbak
Ang pamamagang nangyayari habang nakaimbak ay karaniwang mas malubha at nagpapahiwatig ng permanente ng panloob na pinsala. Hindi tulad ng pamamagang dulot ng operasyon, na kadalasang dulot ng temperatura, ang pamamagang may kaugnayan sa pag-iimbak ay pangunahing nauugnay sa electrochemical instability at pangmatagalang pagkasira.
2.2.1 Pagtanda Dulot ng Paggamit
Ang mga bateryang batay sa lithium ay dumaan sa mga pagbabago sa istruktura at kemikal sa bawat charge-discharge cycle. Sa loob ng daan-daang cycles, tumitibay ang SEI layer, nawawalang koneksyon ang aktibong materyales, at bumababa ang porosity ng electrode. Ang mga pagbabagong ito ay nagdudulot ng pagtaas ng panloob na resistensya at nagpapabilis sa mga reaksyon na nagbubuo ng gas.
Kapag malapit nang maubos ang kapaki-pakinabang na buhay ng baterya, kahit ang mga maliit na presyur—tulad ng bahagyang sobrang singa o kaunting pagbabago ng temperatura—ay maaaring mag-trigger ng pamam swelling.
2.2.2 Hindi Tamang Mga Kondisyon sa Pag-iimbak
Maraming mga salik na may kinalaman sa pag-iimbak ang nagpapataas nang malaki sa panganib ng pamamaga:
● Ang malalim na pagbabawas ng singa (<3.0 V bawat cell) ay maaaring magdulot ng pagtunaw ng tanso mula sa anode current collector, na nagiging sanhi ng panloob na maikling circuit.
● Ang pisikal na pinsala ay maaaring sirain ang separator, na nagbibigay-daan sa direktang kontak ng mga electrode.
● Ang pagpasok ng kahalumigmigan ay nakikipag-usap sa mga sangkap ng electrolyte, na nagbubuo ng init at gas.
● Ang pag-iimbak sa labis na antas ng singa ay nagpapabilis sa oksihenasyon ng electrolyte at hindi katatagan ng SEI.
● Ang mataas na temperatura ng imbakan (30°C) ay nagpapataas sa bilis ng reaksyon at pagbuo ng gas.
Ang mga salik na ito ay magkakasamang nagdudulot ng hindi mapipigilang pamamaga, na kadalasang kasama ang pagkawala ng kapasidad at hindi matatag na boltahe.
3. Mga Pisiko-kemikal na Mekanismo ng Pamamaga
3.1 Pagkabulok ng Electrolyte
Ang mga electrolyte na batay sa organic carbonate ay sensitibo sa init. Kapag nailantad sa mataas na temperatura o sobrang boltahe, nagkakabukod ito sa mga gaseous na byproduct. Ang pagkabulok na ito ay isa sa pangunahing sanhi ng pamamaga.
3.2 Pagkabitin ng Lithium at Paggawa ng Dendrite
Ang pagsisingil sa mababang temperatura o mataas na boltahe ay maaaring magdulot ng pagdeposito ng metallic lithium sa ibabaw ng anode. Ang pagkabitin ng lithium ay nagpapababa ng kapasidad at nagpapataas ng panloob na resistensya. Higit pa rito, ang metallic lithium ay lubhang reaktibo at maaaring mag-umpisa ng mga reaksyong nagbubuo ng gas kasama ang mga solvent ng electrolyte.
3.3 Kakaunti o Hindi Matatag na SEI Layer
Mahalaga ang SEI layer para mapatatag ang anode-electrolyte interface. Gayunpaman, maaaring magdulot ng pagkakalat ng SEI ang thermal stress, sobrang pag-charge, o mechanical deformation. Ang paulit-ulit na pagkasira ng SEI ay nagpapagamit ng electrolyte at nagbubunga ng gas, na nag-aambag sa pamamaga.
3.4 Pagkasira ng Separator
Ang separator ay isang porous na polymer membrane na nagbabawal ng direktang contact sa pagitan ng mga electrode. Ang mechanical impact, overheating, o manufacturing defects ay maaaring magpahina sa separator. Kapag nabali ang integridad nito, maaaring maganap ang internal short circuit, na nagdudulot ng mabilis na pagtaas ng temperatura at pagbuo ng gas.
4. Pagkilala at Pagtataya sa Namuong Baterya
Mahalaga ang maagang pagtukoy sa pamamaga upang maiwasan ang mga aksidente. Kabilang ang mga pangunahing indikador:
● Nakikita ang pagbabago ng hugis o paglaki ng katawan ng baterya
● Mahirap ipasok o alisin ang baterya mula sa UAV
● Matamis o mapungay na amoy ng kemikal
● Bumababa ang oras ng paglipad o hindi matatag ang output ng boltahe
● Tumataas ang temperatura habang nag-sisinga o naglalabas ng kuryente
Ang mga pampano na baterya ay dapat agad na alisin sa serbisyo. Ang anumang pagtatangkang tusukin o i-compress ang baterya upang palabasin ang panloob na presyon ay lubhang mapanganib at maaaring magdulot ng pagsisimula ng apoy.
5. Mga Panganib sa Kaligtasan Kaugnay ng Pamamaga
5.1 Apoy at Thermal Runaway
Maaaring magdulot ang panloob na maikling sirkuito o eksotermikong reaksyon ng thermal runaway, isang prosesong nagpapabilis nang nagpapabilis na maaaring magdulot ng apoy.
5.2 Mekanikal na Pagsabog
Maaaring magsabog ang katawan ng baterya dahil sa labis na panloob na presyon, na naglalabas ng mainit na gas at masusunog na elektrolito.
5.3 Paglabas ng Nakakalason na Gas
Maaaring kasama sa mga produkto ng pagkabulok ng elektrolito ang nakakasamang organic na singaw na nagdudulot ng panganib sa paghinga.
5.4 Pansariling Pinsala sa UAV
Maaaring ikabahura ng pampanong baterya ang kuwartong pangbaterya ng UAV, masira ang mga konektor, o makagambala sa mga sistema ng paglamig.
6. Mga Nagpapigil na Estratehiya
6.1 Pamamahala ng Pagsisingil
● Gumamit ng mga charger na pinapayagan ng tagagawa at iwasan ang mabilisang pagsisingil maliban kung direktang sinusuportahan ito.
● Huwag iwanang nag-iisa ang mga baterya habang nagsisingil.
● Itigil ang pagsisingil kapag puno na at pana-panahong balansihin ang boltahe ng mga cell.
● Iwasan ang pagsisingil agad-agad matapos ang paglipad; bigyan ng sapat na oras para maglamig.
6.2 Kontrol sa Init
● Itago ang mga baterya sa malamig at tuyo na lugar.
● Iwasan ilantad ang UAV sa diretsahang sikat ng araw nang matagal na panahon.
● Gamitin ang mga lalagyan na lumalaban sa apoy o may thermal insulation habang inililipat.
6.3 Pag-optimize ng Imbakan
● Panatilihin ang 40–60% na antas ng singa para sa mahabang panahong imbakan.
● Sisingan muli tuwing 1–3 buwan upang maiwasan ang lubusang pagkawala ng singa.
● Iimbak nang paisa-isa ang mga baterya upang maiwasan ang pagkalat ng init.
6.4 Proteksyon sa Mekanikal
● Iwasan ang pagbagsak o pag-compress sa baterya.
● Protektahan laban sa kahalumigmigan at pag-vibrate.
● Regular na suriin para sa anumang palatandaan ng pagsusuot o pagbabago ng hugis.
6.5 Pagmomonitor sa Operasyon
● Subaybayan ang bilang ng ikot at mga sukatan ng pagganap gamit ang mga sistema ng kontrol sa paglipad.
● Palitan ang mga baterya na nagpapakita ng abnormal na pag-uugali sa boltahe o pagbaba ng kapasidad.
● Panatilihing na-update ang firmware upang makinabang sa mga pinalawig na algorithm sa pamamahala ng baterya.
7. konklusyon
Ang pagtubo ng baterya sa mga UAV system ay isang multidimensional na pangyayari na dulot ng thermal stress, electrochemical degradation, mechanical damage, at hindi tamang gawi sa pag-iimbak. Bagaman maaaring mapabalik ang pansamantalang pagtubo habang gumagana ang aparato, ang pagtubo naman na napapansin habang inimbak ay karaniwang nagpapakita ng hindi mapipigilang panloob na pagkabigo.
Sa pamamagitan ng pagsusulong ng mga siyentipikong batayan sa pag-charge, pag-iimbak, at pagmomonitor, mas mapapaliit ng mga gumagamit ang paglitaw ng pagtubo at mapapataas ang kaligtasan ng UAV. Bagaman ang mga pag-unlad sa kimika ng baterya at mga sistema ng pamamahala ay patuloy na magpapabuti ng katiyakan, ang kamalayan ng gumagamit ay nananatiling isang mahalagang salik sa pagpigil sa mga panganib kaugnay ng pagtubo.
