Ποια είναι η εσωτερική δομή μιας μπαταρίας drone;

Η τεχνολογία Drone έχει φέρει επανάσταση στις βιομηχανίες που κυμαίνονται από την αεροφωτογραφία έως τις βιομηχανικές εφαρμογές. Στην καρδιά αυτών των ιπτάμενων θαυμάτων βρίσκεται ένα κρίσιμο συστατικό: τομπαταρία λιθίου. Οι σταθερές δυνατότητες πτήσης και επιχειρησιακών αεροσκαφών βασίζονται εξ ολοκλήρου στη μηχανική ακριβείας αυτών των μπαταριών λιθίου.

Σε αυτό το άρθρο, θα βυθίσουμε τα κύτταρα, τη χημεία και τη δομή τουμπαταρίες με τράβηγμα, αποκαλύπτοντας την πολυπλοκότητα που εξουσιοδοτεί διαφορετικά μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα.

Πόσα κύτταρα βρίσκονται σε μια τυπική μπαταρία drone;

Ο αριθμός των κυττάρων σε μια μπαταρία drone μπορεί να ποικίλει ανάλογα με το μέγεθος, τις απαιτήσεις ισχύος και την προοριζόμενη χρήση. Ωστόσο, οι περισσότερες τυποποιημένες μπαταρίες drone συνήθως περιέχουν πολλαπλά κύτταρα συνδεδεμένα σε σειρά ή παράλληλες διαμορφώσεις.

Μέσα σε κάθε κύτταρο, ένα θετικό ηλεκτρόδιο (όπως το τριμερές υλικό λιθίου), το αρνητικό ηλεκτρόδιο (γραφίτη), ο ηλεκτρολύτης (αγωγός ιόντων) και ο διαχωριστικός (αποτρέποντας τα βραχυκυκλώματα μεταξύ των ηλεκτροδίων) συνεργάζονται για να επιτευχθεί η βασική λειτουργία της "αποθήκευσης ενέργειας κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της παροχής ισχύος κατά τη διάρκεια της εκκένωσης".

Τα περισσότερα εμπορικά και επαγγελματικά αεροσκάφη χρησιμοποιούν μπαταρίες πολλαπλών κυττάρων για την αύξηση της ισχύος και της διάρκειας πτήσης. Οι πιο συνηθισμένες διαμορφώσεις περιλαμβάνουν: 2s, 3s, 4s και 6s.

Μπαταρίες Lipo (Lithium Polymer)είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος σε αεροσκάφη, με κάθε κύτταρο να έχει ονομαστική τιμή 3,7V. Η σύνδεση των κυττάρων σε σειρές αυξάνει την τάση, παρέχοντας μεγαλύτερη ισχύ στους κινητήρες και τα συστήματα του drone.

Σε μια σειρά διαμόρφωσης, τα κύτταρα συνδέονται από άκρο σε άκρο, συνδέοντας το θετικό ακροδέκτη ενός κυττάρου με τον αρνητικό τερματικό του επόμενου. Αυτή η διάταξη αυξάνει τη συνολική τάση του πακέτου μπαταρίας διατηρώντας παράλληλα την ίδια χωρητικότητα.

Σε μια παράλληλη διαμόρφωση, οι μπαταρίες συνδέονται με όλα τα θετικά τερματικά που συνδέονται μεταξύ τους και όλα τα αρνητικά τερματικά που συνδέονται μεταξύ τους. Αυτή η διάταξη αυξάνει τη συνολική χωρητικότητα (MAH) της μπαταρίας, διατηρώντας παράλληλα την ίδια τάση.

Ανεξάρτητα από τη διαμόρφωση, οι σύγχρονες μπαταρίες Drone ενσωματώνουν εξελιγμένα συστήματα διαχείρισης μπαταριών (BMS). Αυτά τα ηλεκτρονικά κυκλώματα παρακολουθούν και ρυθμίζουν τις μεμονωμένες τάσεις κυττάρων, εξασφαλίζοντας ισορροπημένη φόρτιση και εκφόρτιση σε όλα τα κύτταρα εντός του πακέτου.

Εσωτερική δομή μπαταριών πολυμερούς λιθίου: άνοδος, κάθοδος και ηλεκτρολύτης

Για να κατανοήσουμε πραγματικά τις μπαταρίες drone, πρέπει να εξετάσουμε τα εσωτερικά τους εξαρτήματα. Οι μπαταρίες πολυμερούς λιθίου, η πηγή ενέργειας πίσω από τα περισσότερα drones, αποτελούνται από τρία πρωτογενή στοιχεία: την άνοδο, την κάθοδο και τον ηλεκτρολύτη.

Άνοδος: Το αρνητικό ηλεκτρόδιο

Η άνοδος σε μια μπαταρία πολυμερούς λιθίου είναι τυπικά κατασκευασμένη από γραφίτη, μορφή άνθρακα. Κατά τη διάρκεια της απόρριψης, τα ιόντα λιθίου κινούνται από την άνοδο στην κάθοδο, απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια που ρέουν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος για να τροφοδοτήσουν το drone.

Καθόδου: Το θετικό ηλεκτρόδιο

Η κάθοδος αποτελείται συνήθως από οξείδιο μετάλλου λιθίου, όπως το οξείδιο του κοβαλτίου λιθίου (LICOOO) ή το φωσφορικό σιδήρου λιθίου (LifePo₄). Η επιλογή του υλικού καθόδου επηρεάζει τα χαρακτηριστικά απόδοσης της μπαταρίας, συμπεριλαμβανομένης της ενεργειακής πυκνότητας και της ασφάλειας.

Ηλεκτρολύτης: Ο αυτοκινητόδρομος ιόντων

Ο ηλεκτρολύτης σε μπαταρία πολυμερούς λιθίου είναι ένα άλας λιθίου που διαλύεται σε οργανικό διαλύτη. Αυτό το συστατικό επιτρέπει στα ιόντα λιθίου να μεταναστεύουν μεταξύ της ανόδου και της καθόδου κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης. Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των μπαταριών πολυμερούς λιθίου είναι ότι αυτός ο ηλεκτρολύτης ακινητοποιείται μέσα σε ένα σύνθετο πολυμερές, καθιστώντας την μπαταρία πιο εύκαμπτη και λιγότερο επιρρεπή σε ζημιά.

Προστατευτική υποστήριξη: στέγαση και συνδετήρες

Πέρα από τη μονάδα πυρήνα, το περίβλημα της μπαταρίας και οι συνδετήρες της μπαταρίας του drone - αν και δεν εμπλέκονται άμεσα στην παροχή ισχύος - σέρνεται ως "σκελετός" εξασφαλίζοντας δομική ακεραιότητα:

Στέγαση: Τυπικά κατασκευασμένο από πλαστικό ABS ή αλουμινένιο κράμα ABS, προσφέροντας αντοχή στην κρούση, επιβραδυνόμενη φλόγα και θερμομόνωση. Ενσωματώνει τρύπες εξαερισμού για την πρόληψη της υπερθέρμανσης κατά τη διάρκεια της λειτουργίας των κυττάρων.

Συνδέσεις και διεπαφές: Τα εσωτερικά καλώδια χαλκού πολλαπλών κλώνων (εξαιρετικά αγώγιμες και ανθεκτικές στην κάμψη) συνδέουν τα κύτταρα με το BMS. Οι εξωτερικές διεπαφές χρησιμοποιούν συνήθως συνδέσμους XT60 ή XT90 με προστασία αντίστροφης πλάκας για να αποφευχθούν τυχαίες βλάβες από λανθασμένες συνδέσεις.

Βασική συντήρηση: Προστατέψτε τα εσωτερικά εξαρτήματα για την επέκταση της ζωής της μπαταρίας

Αποφύγετε την υπερφόρτιση ή την υπερβολή (αποθηκεύστε μεταξύ 20% -80% χωρητικότητα) για να αποφευχθεί η υπερφόρτωση BMS και η αποικοδόμηση των κυττάρων.

Αποφύγετε την εισροή νερού κατά τον καθαρισμό των συνδετήρων για να αποφύγετε βραχυκύκλωμα στην καλωδίωση.

Αντικαταστήστε τα κατεστραμμένα περιβλήματα αμέσως για την προστασία των εσωτερικών κυττάρων και των BMs από φυσική επίδραση.

Η εσωτερική αρχιτεκτονική των μπαταριών drone αντιπροσωπεύει μια ακριβή συνέργεια της "ενέργειας, ελέγχου και προστασίας". Με τις εξελίξεις σε μπαταρίες στερεάς κατάστασης και την έξυπνη τεχνολογία BMS, τα μελλοντικά σχέδια μπαταριών θα γίνουν πιο συμπαγή και αποτελεσματικά, παρέχοντας βασική υποστήριξη για αναβαθμίσεις απόδοσης των drone.