ለድሮኖች እና ለUAVዎች በባትሪ ፈጠራዎች
የድሮኖች እና ሰው አልባ የአየር ላይ ተሽከርካሪዎች (UAVs) ልማት በቅርብ ዓመታት ውስጥ በፍጥነት ጨምሯል። ድሮኖች ከአሁን በኋላ የትርፍ ጊዜ ማሳለፊያ መጫወቻዎች ብቻ አይደሉም፣ ነገር ግን በብዙ ዘርፎች አስፈላጊ መሣሪያዎች ሆነዋል፡ ካርታ ስራ እና ቅኝት፣ የመሠረተ ልማት ፍተሻ፣ ትክክለኛ ግብርና፣ ሎጂስቲክስ፣ ፍለጋ እና ማዳን፣ እና ወታደራዊ አፕሊኬሽኖች እንኳን። ሆኖም፣ በካሜራዎች፣ ዳሳሾች፣ አውቶፓይለቶች እና ግንኙነቶች ውስጥ ካሉት እድገቶች በስተጀርባ፣ ብዙውን ጊዜ የድሮን ችሎታዎች ዋና "ገደብ" የሆነ አንድ አካል አለ፡ ባትሪው። የበረራ ጽናት፣ ደህንነት፣ ክብደት እና የተልዕኮ አስተማማኝነት በከፍተኛ ሁኔታ የተመካው ጥቅም ላይ በዋለው የባትሪ ቴክኖሎጂ ላይ ነው። ይህ ጽሑፍ ድሮን እና UAV አፈጻጸምን የሚያነቃቁ የተለያዩ የባትሪ ፈጠራዎችን እንዲሁም ተግዳሮቶችን እና የወደፊት አቅጣጫዎችን ያብራራል።
ባትሪዎች በድሮን ፈጠራ ማዕከል የሆኑት ለምንድነው?
ድሮኖች ከፍተኛ ክብደት ያላቸው ስርዓቶች ናቸው። እያንዳንዱ ተጨማሪ ግራም ማንሳት እንዲቻል "ክፍያ" እና ከፍተኛ የኃይል ፍጆታ ሊኖረው ይገባል። በዚህም ምክንያት፣ ድሮን ባትሪዎች በምርጥ ሁኔታ ከፍተኛ የኃይል ጥግግት (ለረጅም የበረራ ጊዜ) ሊኖራቸው ይችላል፣ ከፍተኛ ሞገድ (ለመነሻ፣ ፈጣን እንቅስቃሴ ወይም የጭነት ጭነትን ለመሸከም) ሊያደርሱ ይችላሉ፣ ደህንነታቸው የተጠበቀ ሆኖ ሊቆይ ይችላል፣ እና ተደጋጋሚ የኃይል መሙያ ዑደቶችን መቋቋም ይችላል። በሌላ በኩል፣ የእውነተኛው ዓለም አፕሊኬሽኖች ብዙውን ጊዜ ፈጣን መሙላት እና በተለያዩ የሙቀት መጠኖች ውስጥ መስራት ይፈልጋሉ፣ ይህም የሚቃጠል ሙቀት እና ከፍተኛ ቅዝቃዜን ጨምሮ።
ለዓመታት፣ የሊፖ (ሊቲየም ፖሊመር) ባትሪዎች ከፍተኛ የኃይል አቅም ስላላቸው ለብዙ ሮተር ድሮኖች ተወዳጅ ሆነው ቆይተዋል። ሆኖም፣ የሊፖ ባትሪዎች ጥንቃቄ የሚያስፈልጋቸው ባህሪያት አሏቸው፡ ለአካላዊ ጉዳት የበለጠ ተጋላጭ ናቸው፣ "የመተፋፋት" አደጋን ይጋፈጣሉ፣ እና ዲሲፕሊን የተሞላ የኃይል መሙያ እና የማከማቻ ሂደቶችን ይፈልጋሉ። የባትሪ ፈጠራዎች የኢንዱስትሪውን የበለጠ ኃይለኛ እና ደህንነቱ የተጠበቀ ባትሪዎችን ፍላጎት እየፈቱ ነው።
የባትሪ ኬሚስትሪ ዝግመተ ለውጥ፡ ከሊፖ እስከ ብዙ የተለያዩ የሊቲየም ቤተሰብ
1. ከፍተኛ ኃይል ያለው ሊቲየም-አዮን (ሊ-አዮን)
ረጅም የበረራ ጊዜ የሚያስፈልጋቸው ተልእኮዎች፣ አንዳንድ የUAV መድረኮች ከሊፖ ወደ ሊ-አዮን በሲሊንደራዊ ሴሎች (ለምሳሌ፣ 18650 ወይም 21700) ወይም ከፍተኛ ኃይል ባላቸው የከረጢት ሴሎች እየተቀየሩ ነው። ሊ-አዮን በአጠቃላይ ከ"ከፍተኛ C" LiPo የበለጠ የኃይል ጥግግት ስላለው፣ ሁልጊዜም ከፍተኛ ፍሰትን ለማያስፈልጋቸው ቋሚ ክንፍ ወይም ሃይብሪድ VTOL አውሮፕላኖች ተስማሚ ያደርገዋል። ተግዳሮቶቹ ከፍተኛ የአሁኑ አቅም እና የሙቀት አስተዳደር ናቸው - ከፍተኛ የአሁኑ ፍላጎት ሲያስፈልግ፣ የሊ-አዮን አፈፃፀም ሊዳከም እና የሙቀት ክምችት ሊከሰት ይችላል። በዚህ አካባቢ ፈጠራዎች ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ሴሎችን መምረጥ፣ ውስጣዊ መቋቋምን የሚቀንሱ የጥቅል ዲዛይኖችን እና ብልጥ BMS (የባትሪ አስተዳደር ስርዓቶች) ያካትታሉ።
2. ለደህንነት እና ረጅም ዕድሜ LiFePO4 (LFP)
የኤልኤፍፒ ኬሚስትሪ የበለጠ የሙቀት መጠን ያለው እና ረጅም የዑደት ዕድሜ እንዳለው ይታወቃል። ከሰዎች አቅራቢያ ለሚሰሩ፣ በኢንዱስትሪ አካባቢዎች ወይም ከፍተኛ የዑደት ጊዜ የሚጠይቁ የአሠራር ፍላጎቶችን ለማሟላት (ለምሳሌ፣ በቀን ብዙ ጊዜ የሚበሩ የፍተሻ ድሮኖች) ኤልኤፍፒ ማራኪ አማራጭ ነው። ጉዳቱ ዝቅተኛ የኃይል ጥግግት ሲሆን በተመሳሳይ ክብደት አጭር የበረራ ጊዜዎችን ያስከትላል። በኤልኤፍፒ ውስጥ ፈጠራ የኃይል ጥግግትን በመጨመር፣ የፓኬት ዲዛይንን በማሻሻል እና አጠቃላይ ክብደትን ለመቀነስ ስርዓቱን በማመቻቸት ላይ ያተኩራል።
3. ሊቲየም-ሰልፈር (ሊ-ኤስ) እና ጠጣር-ሁኔታ፡ የወደፊት እጩዎች
ሊቲየም-ሰልፈር ከተለመደው ሊቲየም በእጅጉ የላቀ የኃይል ጥግግት እንደሚሰጥ ቃል ገብቷል። በንድፈ ሀሳብ፣ Li-S ከ400 ዋት/ኪ.ግ በላይ ሊያልፍ ይችላል፣ ይህም የድሮን የበረራ ጊዜዎችን በከፍተኛ ሁኔታ ሊያራዝም ይችላል። ሆኖም፣ Li-S አሁንም እንደ ፈጣን መበላሸት፣ የተወሰነ የዑደት ዕድሜ እና ቅልጥፍናን የሚቀንስ “የሹትል ውጤት” ችግር ያሉ ችግሮች ያጋጥሙታል። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ የጠጣር ሁኔታ ባትሪዎች ለማፍሰስ የበለጠ የሚቋቋሙ እና የሙቀት መበላሸት አደጋን የሚቀንሱ ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶችን ስለሚጠቀሙ በደህንነት እና በኢነርጂ ጥግግት ረገድ ትልቅ ተስፋ ይሰጣሉ። ብዙ ምርምር እና የፕሮቶታይፕ ልማት እየተካሄደ ቢሆንም፣ የወጪ እና የጅምላ ምርት ዝግጁነት አሁንም ተግዳሮቶች ናቸው።
በማሸጊያ ዲዛይን ላይ የተደረጉ ማሻሻያዎች፡ ስለ ሴሎች ብቻ አይደለም
ብዙውን ጊዜ፣ ትልቁ ፈጠራዎች የሚከሰቱት በሴል ኬሚስትሪ ላይ ብቻ ሳይሆን፣ ፓኬጁ በተቀረጸበት መንገድ ላይ ነው። ድሮኖች አነስተኛ የሙቀት መቀነስ ሳያስፈልጋቸው ኃይልን በብቃት የሚያቀርቡ ባትሪዎች ያስፈልጋቸዋል።
1. ጠረጴዛ የሌለው ዲዛይን እና ዝቅተኛ የመቋቋም አቅም
አንዳንድ ዘመናዊ የሴል ዲዛይኖች በተወሰኑ የኤሌክትሮድ መዋቅሮች አማካኝነት ውስጣዊ ተቃውሞን ይቀንሳሉ። ይህም የበለጠ የተረጋጋ የጅረት ፍሰት፣ የሙቀት ማመንጨት መቀነስ እና ስሮትሉ ሲጨምር የቮልቴጅ መቀነስ ያስከትላል።
2. የበለጠ ቀልጣፋ ማያያዣዎች እና ኬብሎች
የኃይል ኪሳራዎች በማገናኛዎች፣ በሶልደር እና በኬብሎችም ይከሰታሉ። የድሮን ኢንዱስትሪው ደህንነታቸው የተጠበቀ እና የበለጠ ንዝረትን የሚቋቋሙ ዝቅተኛ-ኢምፔዳንስ ማያያዣዎችን እያመረተ ነው። ይህ በቀጥታ ቅልጥፍናን እና የአሠራር የሙቀት መጠንን ይነካል።
3. የተቀናጀ የሙቀት አስተዳደር
በኢንዱስትሪ እና በወታደራዊ UAVዎች ውስጥ ተገብሮ እና አክቲቭ የማቀዝቀዣ ስርዓቶች በጣም የተለመዱ እየሆኑ መጥተዋል። ተገብሮ ማቀዝቀዣ የሙቀት አማቂዎችን፣ ሙቀትን የሚከፋፍሉ የተዋሃዱ ቁሳቁሶችን እና በበረራ ወቅት የአየር ፍሰትን የሚጠቀሙ የአየር ፍሰት ዲዛይኖችን ሊያካትት ይችላል። አክቲቭ ማቀዝቀዣ ውስብስብነትን ሲጨምር፣ በጠንካራ ተልእኮዎች ወቅት የባትሪ አፈፃፀምን ሊጠብቅ ይችላል።
ስማርት ቢኤምኤስ፡ ባትሪዎች የበለጠ “አእምሯዊ” እየሆኑ መጥተዋል
በትርፍ ጊዜ ማሳለፊያ ድሮኖች ውስጥ፣ የባትሪ ፓኮች ብዙውን ጊዜ "ደደብ" ናቸው፣ ይህም የበለጸገ የውሂብ ግንኙነት ሳይኖር ኃይል ብቻ ይሰጣሉ። በሙያዊ UAVs ውስጥ፣ ይህ አካሄድ እየተለዋወጠ ነው። ብልህ BMSዎች አሁን ለደህንነት እና ቅልጥፍና ቁልፍ ናቸው።
– የግለሰብ የሴል ክትትል፡- የእያንዳንዱ ሴል ቮልቴጅ፣ የሙቀት መጠን እና የጅረት ፍሰት ከመጠን በላይ መፍሰስን ወይም ከመጠን በላይ መሙላትን ለመከላከል በእውነተኛ ጊዜ ክትትል ይደረግበታል።
– የSoC እና SoH (የክፍያ ሁኔታ/የጤና ሁኔታ) ግምት፡- አብራሪዎች ወይም አውቶፓይለቶች የቀረውን የበረራ ጊዜ በትክክል እንዲተነብዩ ይረዳል፣ በቮልቴጅ ላይ ብቻ የተመሠረተ አይደለም።
– ጥበቃ እና ለብልሽት አስተማማኝ፡- ባትሪው ያልተለመደ ሁኔታ ሲከሰት ጅረቱን ሊያቋርጥ ወይም ለበረራ መቆጣጠሪያ ስርዓቱ ቅድመ ማስጠንቀቂያ ሊልክ ይችላል።
– የውሂብ ግንኙነት፡- አንዳንድ ፓኬጆች የግንኙነት ፕሮቶኮሎችን ይደግፋሉ፣ ስለዚህ የበረራ መቆጣጠሪያው የኃይል መገለጫውን ማስተካከል፣ በከፍተኛ ሙቀት ስሮትሉን መገደብ ወይም ወደ ቤት የመመለስ ብልጥ እቅድ ማውጣት ይችላል።
የቢኤምኤስ ፈጠራም በእውነተኛ የአጠቃቀም ቅጦች ላይ የተመሰረተ የአቅም መበላሸትን ለመምሰል በመረጃ ላይ የተመሰረቱ ትንበያ ስልተ ቀመሮችን፣ የማሽን መማርን እንኳን ወደ መጠቀም እየገፋ ነው።
ፈጣን የኃይል መሙያ እና የኃይል መሠረተ ልማት
ረጅም የበረራ ጊዜዎች ተስማሚ ናቸው፣ ነገር ግን በሜዳው ውስጥ ብዙውን ጊዜ የሚፈለገው የማዞሪያ ፍጥነት ነው። ስለዚህ የነዳጅ ፈጠራ ወሳኝ ነው።
- ደህንነቱ የተጠበቀ የፕሮፋይል ፈጣን መሙላት፡ ፈጣን መሙላት መበስበስን ለማፋጠን እንዳይሆን ለሙቀት እና ለአሁኑ ገደቦች ትኩረት መስጠት አለበት።
– ባለብዙ ጥቅል ስማርት ቻርጀር፡- በተለይ ለንግድ ስራዎች፣ ሴሎችን ማመጣጠን የሚችል፣ የBMS መረጃን ማንበብ እና የኃይል መሙያ መርሃ ግብርን ማስያዝ የሚችል የኃይል መሙያ ስርዓት በጣም ተፈላጊ ነው።
– የባትሪ ስዋፕ ሲስተም፡- አንዳንድ የሎጂስቲክስ መፍትሄዎች እና የድሮን መትከያ ጣቢያዎች አውቶማቲክ የባትሪ ስዋፕ ዘዴን ይጠቀማሉ። ይህ የእረፍት ጊዜን ይቀንሳል እና ለከፊል ቀጣይነት ያለው አሠራር እድሎችን ይከፍታል።
– የታዳሽ የኃይል ውህደት፡- በሩቅ አካባቢዎች፣ አቅም እና ፍጥነት አሁንም ተግዳሮቶች ቢሆኑም፣ በፀሐይ ፓነል ላይ የተመሰረቱ ወይም በሃይብሪድ ጀነሬተር ላይ የተመሰረቱ የኃይል መሙያ ስርዓቶች ጥቅም ላይ መዋል ጀምረዋል።
ደህንነት፡- ሊጣስ የማይችል ገጽታ
የሊቲየም ባትሪ ቃጠሎ ከባድ አደጋ ነው። ድሮኖች ብዙውን ጊዜ በአስፈላጊ ሀብቶች ወይም በሕዝብ ቦታዎች አቅራቢያ ጥቅም ላይ ስለሚውሉ፣ የደህንነት ፈጠራዎች ለአሠራር ፈቃዶች እና ለሕዝብ ተቀባይነት ወሳኝ ናቸው።
ከጊዜ ወደ ጊዜ እየጨመረ የመጣ አንዳንድ የተለመዱ አቀራረቦች፡
- ጉዳት በሚደርስበት ጊዜ ጉዳቱን ለመቀነስ ጠንካራ መያዣ እና እሳትን የሚቋቋም ቁሳቁስ።
- ፈጣን የሙቀት መጠንን ለመለየት ባለብዙ ነጥብ የሙቀት ዳሳሽ።
- የአንድ ክፍል ውድቀት ወዲያውኑ ሙሉ ውድቀትን እንዳያመጣ የሞዱላር ጥቅል ዲዛይን።
- የበለጠ የበሰለ የማከማቻ እና የመጓጓዣ ሂደቶች፣ እሳትን የሚቋቋሙ ከረጢቶችን እና ልዩ የማጓጓዣ ደረጃዎችን ጨምሮ።
በኢንዱስትሪያል ዩኤቪዎች ውስጥ የባትሪ ደህንነት ማረጋገጫ እና የሰነድ ደረጃዎች እየተሻሻሉ ሲሆን፣ አምራቾች ስለ አስተማማኝነት ሙከራ፣ ዑደቶች እና የአሠራር ገደቦች የበለጠ ግልጽ እንዲሆኑ ያበረታታሉ።
የባትሪ ፈጠራ በድሮን አፕሊኬሽኖች ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ
የባትሪ ፈጠራዎች ድሮኖች እንዴት ጥቅም ላይ እንደሚውሉ ላይ እውነተኛ ተጽዕኖ እያሳደሩ ነው፡
- ካርታ ስራ እና ቅየሳ፡- ረጅም የበረራ ጊዜ ማለት በአንድ ተልዕኮ ውስጥ ሰፊ የሽፋን ቦታ ማለት ነው።
- የኤሌክትሪክ ኔትወርክ እና የቧንቧ ፍተሻ፡- የጥቅሉ አስተማማኝነት እና የተረፈ የኃይል ትንበያ በአደገኛ አካባቢዎች የአደጋ ጊዜ ማረፊያ አደጋን ይቀንሳል።
- የጭነት አቅርቦት፡- ጭነት ሲኖር ከፍተኛ የኃይል ጥግግት፣ ደህንነት እና የፍሰት አቅም ጥምረት ይፈልጋል።
– ትክክለኛ ግብርና፡ የሚረጩ ድሮኖች ከፍተኛ ኃይል እና ዑደትን የሚቋቋሙ የባትሪ ስርዓቶችን ይፈልጋሉ፣ ስለዚህ የኬሚስትሪ እና የፓኬት ዲዛይን ምርጫ ወሳኝ ነው።
የወደፊት አቅጣጫ
ወደፊት፣ የድሮን ባትሪ ፈጠራ በሦስት ዋና ዋና መንገዶች ላይ ሊሄድ ይችላል። በመጀመሪያ፣ እንደ Li-S ወይም ጠንካራ-ስቴት ባትሪዎች ባሉ አዳዲስ ኬሚስትሪ አማካኝነት የኃይል ጥግግትን መጨመር። ሁለተኛ፣ እየጨመረ በሚሄድ ብልህ BMSዎች እና የበለጠ ሙቀትን የሚቋቋሙ እና ጠንካራ የጥቅል ዲዛይኖች አማካኝነት ደህንነትን እና የህይወት ዘመንን ማሻሻል። ሶስተኛ፣ የአሠራር ሥነ-ምህዳሩን ማጠናከር - ከባትሪ ደረጃዎች፣ የመትከያ ስርዓቶች፣ አውቶማቲክ መለዋወጥ እስከ ቀልጣፋ የኃይል መሙያ መሠረተ ልማት።
በመጨረሻም፣ ባትሪዎች የኃይል አቅርቦቶች ብቻ ሳይሆኑ የድሮን ዲዛይን “ስትራቴጂካዊ አንቀሳቃሽ” ናቸው፡ ምን ያህል ርቀት መብረር እንደሚችሉ፣ ምን ያህል ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ እንደሚሰሩ እና ተልዕኮዎችን ምን ያህል በብቃት እንደሚደግፉ። በቀጣይ ፈጠራ፣ የድሮኖች ክላሲክ ገደቦች - የበረራ ጊዜ እና የባትሪ አደጋ - ቀስ በቀስ ይቀየራሉ፣ ይህም ወደፊት ሰፋፊ እና የበለጠ አስተማማኝ የሆኑ UAVዎችን የመፍጠር እድልን ይከፍታል።
