مقدمه
تکامل سریع وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد) اساساً صنایع را از لجستیک و کشاورزی به فیلمبرداری و ایمنی عمومی تغییر داده است. در قلب این انقلاب تکنولوژیکی یک جزء حیاتی نهفته است: باتری. برای پهپادهای مدرن، باتری لیتیوم پلیمر (LiPo) به عنوان استاندارد بیچون و چرای صنعت ظاهر شده است. ترکیب منحصربهفرد چگالی انرژی بالا، ساختار سبک و قابلیتهای تخلیه قابلتوجه، آن را به منبع انرژی ایدهآل برای طیف گستردهای از سکوهای هوایی، از کوپترهای کوچک مصرفکننده چهار- گرفته تا پهپادهای صنعتی سنگین{4} تبدیل میکند. با این حال، عملکرد، ایمنی و طول عمر این دستگاههای ذخیرهسازی انرژی پیچیده به چیزی بیش از ترکیب شیمیایی آنها بستگی دارد. آنها به شدت به سیستم های پیشرفته مدیریت باتری (BMS) و پروتکل های عملیاتی مناسب متکی هستند.
باتری لیتیوم پلیمری چیست؟
باتری لیتیوم پلیمری، که اغلب به عنوان باتری LiPo یا Li{0}}لیتیومی-پلی نامیده میشود، نوعی باتری لیتیومی قابل شارژ- است که از الکترولیت پلیمری به جای الکترولیت مایع موجود در سلولهای لیتیوم- معمولی استفاده میکند. این الکترولیت معمولاً یک ماده ژل{4} است که حرکت یونهای لیتیوم را بین آند (معمولا گرافیت) و کاتد (اغلب اکسید لیتیوم کبالت یا سایر اکسیدهای فلز لیتیوم) در طول چرخههای شارژ و تخلیه تسهیل میکند.
این طراحی مبتنی بر پلیمر{0}}چند مزیت کلیدی را برای کاربردهای پهپاد ارائه میکند:
① چگالی انرژی بالا:باتری های LiPo مقدار قابل توجهی انرژی را در یک بسته سبک وزن بسته بندی می کنند که عامل اصلی افزایش زمان پرواز است.
②نرخ تخلیه بالا:آنها می توانند انفجارهای سریع و قدرتمندی از انرژی را ارائه دهند که برای برخاستن، مانورهای سریع و حمل محموله های سنگین ضروری است.
③ فاکتورهای فرم انعطاف پذیر:برخلاف سلولهای استوانهای سفت و سخت، طراحی کیسهای انعطافپذیر باتریهای LiPo به آنها امکان میدهد در اشکال و اندازههای مختلف تولید شوند. این انعطاف پذیری برای طراحان هواپیماهای بدون سرنشین که باید توزیع وزن را بهینه کنند و باتری ها را در فضاهای تنگ و نامتعارف قرار دهند بسیار ارزشمند است.
④ساختار سبک:الکترولیت پلیمری و بستهبندی انعطافپذیر به طور قابلتوجهی وزن را در مقایسه با باتریهای یونی فلزی-لیتیومی- کاهش میدهد و مستقیماً نسبت رانش به وزن پهپاد را بهبود میبخشد.
مشخصات کلیدی و نحوه خواندن آنها
انتخاب باتری LiPo مناسب برای یک برنامه پهپاد خاص نیاز به درک کامل مشخصات اصلی آن دارد. این پارامترها قابلیت ها و محدودیت های باتری را مشخص می کنند.
ظرفیت (mAh یا Ah):اندازهگیری شده بر حسب میلیآمپر-ساعت یا آمپر-ساعت، نشاندهنده کل انرژی است که باتری میتواند ذخیره کند. ظرفیت بالاتر (مثلاً 5000 میلیآمپر ساعت در مقابل. 1500 میلیآمپر ساعت) معمولاً به زمان پرواز طولانیتر تبدیل میشود. با این حال، ظرفیت بالاتر همچنین به معنای وزن بیشتر است، که میتواند چابکی را کاهش داده و مصرف انرژی را افزایش دهد و باعث ایجاد تعادلی- شود که اپراتورها باید آن را متعادل کنند.
ولتاژ (V):ولتاژ اسمی یک سلول LiPo 3.7 ولت است. هنگامی که به طور کامل شارژ می شود، به حدود 4.2 ولت می رسد و برای جلوگیری از آسیب، نباید کمتر از 3.0 ولت تخلیه شود. سلول ها به صورت سری (S) برای افزایش ولتاژ متصل می شوند. تنظیمات رایج عبارتند از:
3S (11.1V):در هواپیماهای بدون سرنشین کوچکتر-سطح ورودی استفاده می شود.
4S (14.8V):رایج در هواپیماهای بدون سرنشین-مصرف متوسط و مسابقه ای.
6S (22.2V):استاندارد برای بسیاری از پهپادهای حرفه ای و صنعتی.
12S+ (44.4 ولت و بالاتر):در پهپادهای صنعتی با قدرت-بالا و سنگین-به کار میرود. سیستم های ولتاژ بالاتر کارآمدتر هستند، زیرا جریان کمتری را برای همان توان خروجی می کشند و تولید گرما را کاهش می دهند.
نرخ تخلیه (C-رتبه):رتبهبندی C{0}}حداکثر جریان تخلیه مداوم ایمن را نسبت به ظرفیت باتری نشان میدهد. به عنوان مثال، یک باتری 5000 میلی آمپر ساعتی با درجه حرارت 50 درجه سانتی گراد می تواند با خیال راحت جریان پیوسته 250 آمپر (5 آمپر * 50 درجه سانتی گراد) را ارائه دهد. برای هواپیماهای بدون سرنشین با کارایی بالا که نیاز به تحویل سریع نیرو دارند، رتبه C- بالاتر بسیار مهم است. رتبهبندی نامناسب C{11}}میتواند منجر به کاهش ولتاژ، پرواز ناپایدار و گرمای بیش از حد شود.
مقاومت داخلی (IR):این معیاری از مقاومت درون باتری است. IR کمتر بهتر است، زیرا امکان انتقال انرژی کارآمدتر و تولید گرمای کمتر را فراهم می کند. با بالا رفتن سن باتری، مقاومت داخلی آن معمولاً افزایش مییابد که نشاندهنده کاهش عملکرد و ظرفیت آن است.
لیپودر مقابل. لی-یون برای هواپیماهای بدون سرنشین
در حالی که هر دو فناوریهای مبتنی بر لیتیوم{0}} هستند، باتریهای LiPo و Li{1}}یون دارای ویژگیهای متمایزی هستند که آنها را برای کاربردهای مختلف مناسب میکند. برای بیشتر کاربردهای پهپادهای پویا، باتریهای LiPo انتخاب ارجح هستند زیرا نرخ تخلیه قابل توجهی بالاتری دارند. این انفجار سریع قدرت مورد نیاز برای برخاستن، مانور و بلند کردن محموله را فراهم می کند. در حالی که باتریهای لیتیوم یونی اغلب دارای انرژی ویژه بالاتر (Wh/kg) برای استقامت طولانیتر در برخی کاربردها هستند، باتریهای LiPo پاسخگویی و چگالی توان بالاتری را ارائه میدهند که پرواز پهپاد پویا نیاز دارد.
