دليل سلامة بطاريات الطائرات بدون طيار: منع الانفلات الحراري في عمليات الطائرات بدون طيار

ما هو الانهيار الحراري؟

الانهيار الحراري هو تفاعل تسلسلي داخل خلية بطارية الليثيوم حيث يتجاوز توليد الحرارة تبديدها. بمجرد أن يبدأ، يصبح التفاعل ذاتي الاستدامة ولا يمكن إيقافه بالتدخل الخارجي. في بطاريات LiPo القياسية، يؤدي الانهيار الحراري عادةً إلى نشوب حريق، وفي الحالات الشديدة، إلى انفجار وتنفيس لغلاف البطارية.

تسلسل التفاعل:

1. ترتفع درجة حرارة الخلية الداخلية فوق 80 درجة مئوية تقريبًا (لأي سبب)
2. تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى تحلل طبقة SEI (الطبقة البينية الكهروكيميائية الصلبة)
3. يؤدي هذا التحلل إلى إطلاق الحرارة والليثيوم المتفاعل
4. يبدأ الإلكتروليت السائل في التبخر وقد يحترق
5. يزداد الضغط داخل الخلية، مما يؤدي إلى التنفيس أو التمزق
6. يؤدي تنفيس الغازات الساخنة القابلة للاشتعال إلى إشعال الخلايا المجاورة
7. فشل متتالي للعبوة بأكملها

يمكن أن يستغرق التسلسل بأكمله من المحفز الأولي إلى اشتعال العبوة بالكامل من ثوانٍ إلى دقائق، اعتمادًا على كيمياء الخلية، وتصميم العبوة، وشدة المحفز.

الأسباب الشائعة للانهيار الحراري في بطاريات الطائرات بدون طيار

التلف المادي

التلف الميكانيكي هو السبب الأكثر شيوعًا لأحداث الانهيار الحراري في الميدان. يمكن أن يتسبب الاصطدام الذي يؤدي إلى انبعاج أو ثقب أو سحق خلايا البطارية في حدوث دوائر قصيرة داخلية تؤدي على الفور إلى بدء التسلسل. لهذا السبب يعد فحص البطارية بعد الاصطدام إلزاميًا قبل أي إعادة استخدام.

الخطر الحاسم: قد تبدو البطارية سليمة من الخارج بينما تعاني من تلف داخلي كبير. يجب وضع البطارية من أي حادث أشد من مجرد انقلاب طفيف في حاوية مقاومة للحريق ومراقبتها لمدة 30 دقيقة على الأقل قبل إعلانها آمنة.

الشحن الزائد

يؤدي شحن خلية الليثيوم فوق الحد الأقصى للجهد (4.20 فولت لليثيوم القياسي، 4.35 فولت للخلايا عالية الجهد) إلى أكسدة الإلكتروليت وترسيب الليثيوم الذي يمكن أن يؤدي إلى بدء الانهيار الحراري. لهذا السبب يعتبر الشاحن الذي تم معايرته لكيمياء أو عدد خلايا خاطئ خطرًا أمنيًا خطيرًا.

التفريغ الزائد

في حين أن التفريغ الزائد عادةً ما يتسبب في تلف الخلية بدلاً من الانهيار الحراري الفوري، إلا أن الخلايا التي تم تفريغها بشكل زائد للغاية (أقل من 2.5 فولت لكل خلية لليثيوم القياسي) يمكن أن تصبح غير مستقرة بحيث يؤدي الشحن اللاحق إلى الانهيار. لا تشحن أبدًا عبوة تم تفريغها بعمق بشكل زائد دون فحص دقيق.

الحرارة الخارجية

يمكن أن يؤدي ترك البطاريات في سيارة ساخنة، أو في ضوء الشمس المباشر، أو بالقرب من مصادر الحرارة إلى رفع درجة الحرارة الداخلية إلى النقطة التي يبدأ فيها الانهيار الحراري دون أي ضغط كهربائي. في ظروف الصيف، يمكن أن تتجاوز درجة الحرارة الداخلية لمركبة مغلقة 60 درجة مئوية - تقترب من الحد الأقصى لتحلل الإلكتروليت في الخلايا التالفة أو القديمة.

عيوب التصنيع

يمكن أن يؤدي التلوث الداخلي من عملية التصنيع - الجزيئات المعدنية، أو عيوب الفاصل، أو الطلاء غير المتساوي للأقطاب الكهربائية - إلى إنشاء مسارات قصيرة داخلية تؤدي إلى الانهيار دون أي حدث خارجي. يتم تقليل هذا الخطر ولكن لا يتم القضاء عليه من خلال عمليات التصنيع عالية الجودة واختبار مستوى الدفعة.

علامات التحذير التي يجب الانتباه إليها

نادرًا ما يحدث الانهيار الحراري دون سابق إنذار. يتيح التعرف على العلامات المبكرة التدخل قبل الفشل المتتالي:

• التورم أو الانتفاخ: يشير أي تورم مرئي لغلاف البطارية إلى توليد غاز داخل الخلايا - وهي علامة تحذير خطيرة تتطلب الإزالة الفورية من الخدمة
• الحرارة غير العادية: البطارية التي تكون ساخنة بشكل ملحوظ عند لمسها فورًا بعد الرحلة (بدلاً من أن تكون دافئة) تستدعي التحقيق
• انخفاض السعة: يمكن أن يشير الفقد المفاجئ غير المبرر للسعة (أكثر من 10٪ بين الدورات) إلى تلف داخلي
• رائحة الغازات المتصاعدة: الرائحة الحلوة أو الكيميائية من البطارية هي علامة تحذير على تنفيس الإلكتروليت - انقلها إلى منطقة آمنة فورًا
• شذوذ القياس عن بعد: قراءات الجهد التي تتباعد بشكل كبير بين الخلايا، أو انخفاض الجهد الذي لا يتعافى بعد الراحة، تشير إلى مشاكل داخلية
• أصوات الهسهسة: أي هسهسة أو طقطقة من البطارية هي حالة طوارئ فورية - ابتعد واستعد للحريق

إجراءات المناولة الآمنة

قبل الرحلة

• افحص كل بطارية بصريًا قبل التركيب - ابحث عن التورم، والتشققات، والانبعاجات، وتلف الموصل
• تحقق من درجة حرارة البطارية - لا تطير ببطارية أقل من 10 درجات مئوية أو أعلى من 40 درجة مئوية
• تحقق من توازن الخلية عبر شاشة BMS أو قراءة توازن الشاحن
• لا تطير أبدًا ببطارية تظهر انتشار جهد خلية يزيد عن 0.1 فولت

بعد الرحلة

• لا تشحن فورًا بعد الرحلة - اترك البطاريات لتبرد إلى أقل من 35 درجة مئوية أولاً
• لأي هبوط اضطراري، تعامل مع البطارية على أنها قد تكون معرضة للخطر
• قم بتخزينها في مكان بارد وجاف - لا تخزنها أبدًا في مركبة محكمة الإغلاق في الطقس الدافئ

أثناء الشحن

• لا تترك بطاريات الليثيوم تشحن دون مراقبة أبدًا
• اشحن في حقيبة شحن مقاومة للحريق أو على سطح غير قابل للاحتراق
• استخدم فقط الشواحن المعتمدة لكيمياء بطاريتك وعدد الخلايا الخاص بك
• لا تشحن في درجات حرارة أقل من 5 درجات مئوية أو أعلى من 35 درجة مئوية في درجة الحرارة المحيطة

التخزين

• قم بالتخزين عند حالة شحن 50-60% (جهد التخزين)
• حافظ عليها في ظروف باردة وجافة (10-25 درجة مئوية مثالية)
• لا تخزن أبدًا في حاويات محكمة الإغلاق يمكن أن تحبس الغازات المتصاعدة
• حافظ على فصل البطاريات - يجب ألا يؤدي حدث انهيار حراري في عبوة واحدة إلى اشتعال العبوات المجاورة

كيف تقلل بطاريات الحالة شبه الصلبة من مخاطر الانهيار الحراري

تنشأ ميزة السلامة الأساسية لبطاريات الحالة شبه الصلبة من مرحلة الإلكتروليت. في بطاريات LiPo القياسية، يكون الإلكتروليت السائل قابلًا للاشتعال بطبيعته - وهو الوقود الذي يحافظ على الحريق بمجرد أن يبدأ الانهيار الحراري.

في خلايا الحالة شبه الصلبة، يكون الإلكتروليت في حالة هلامية أو شبه متصلبة. يوفر هذا ميزتين رئيسيتين للسلامة:

1. قابلية الاشتعال المنخفضة: الإلكتروليت في الطور الهلامي أقل قابلية للاشتعال بشكل ملحوظ من الإلكتروليت السائل. إذا تعرضت الخلية للخطر، فإنها تنفس وقد تتفحم، ولكن عدم وجود كميات كبيرة من السائل القابل للاشتعال يقلل بشكل كبير من احتمالية نشوب حريق مستدام.

2. استقرار حراري أفضل: يتمتع الإلكتروليت الهلامي بدرجة حرارة تحلل أعلى من تركيبات الإلكتروليت السائل. وهذا يعني أن عتبة بدء الانهيار الحراري أعلى - يمكن للبطارية أن تتحمل درجات حرارة أعلى قبل أن يبدأ التفاعل المتتالي.

يتضح هذا عمليًا في اختبار اختراق المسامير: عادةً ما تشتعل خلية LiPo القياسية عند اختراقها. خلية Voltsky شبه الصلبة، عند اختراقها بمسمار، تنفس وقد تتفحم ولكنها لا تنتج لهبًا مستدامًا. بالنسبة للعمليات فوق المحاصيل، أو المباني، أو المناطق المأهولة بالسكان، أو حيث يكون استعادة جسم الطائرة مهمًا، فإن هذا الاختلاف ذو أهمية تشغيلية.

الاستجابة للطوارئ: إذا حدث انهيار حراري

إذا لاحظت علامات الانهيار الحراري في البطارية (هسهسة، دخان، غلاف يتمدد، حريق):

1. لا تحاول إيقاف التفاعل - لا يمكن مقاطعته بمجرد أن يبدأ
2. ابتعد عن المنطقة فورًا - يمكن أن ينتج عن الانهيار الحراري غازات سامة وشظايا متطايرة
3. لا تستخدم الماء مباشرة على حريق بطارية الليثيوم - يمكن أن يتفاعل مع الليثيوم وينشر المواد المحترقة
4. استخدم طفاية حريق بودرة جافة أو ثاني أكسيد الكربون إذا كانت متوفرة، لقمع اللهب وتبريد المناطق المحيطة
5. إذا أمكن، اغمرها في الماء في دلو أو وعاء كبير لامتصاص الحرارة من عبوة لم تشتعل بالكامل بعد
6. حافظ على المنطقة خالية حتى تبرد العبوة تمامًا (30 دقيقة على الأقل بعد توقف اللهب)
7. أبلغ المورد بالحادث مع التفاصيل - الشركات المصنعة الشرعية ترغب في معرفة أحداث السلامة الميدانية

سلامة البطارية مسألة تشغيلية خطيرة. توفر تقنية الحالة شبه الصلبة من Voltsky خصائص سلامة أفضل بطبيعتها من LiPo القياسي لتطبيقات الطائرات بدون طيار التجارية. لمزيد من المعلومات حول اختبارات السلامة والشهادات لدينا، أو لمناقشة متطلبات تطبيقك المحددة، اتصل بفريقنا.