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发电,存储

大多数飞机需要某种形式的电力来操作导航,出租车,着陆,频闪,一个或多个COM和NAV广播,转发器,对讲机和其他您选择的先进电子系统。电气系统包括电池和旧飞机上的交流发电机或发电机。所有这些都通过多米(大型飞机)的电线连接。

地球上所有的物质都是由分子组成的,而分子基本上是由原子组成的。这些原子由电子、质子和中子组成。而电就是自由电子被质子吸引而被其他电子排斥的流动。

交流发电机和发电机为我们产生了一种电子流来利用,但如果发动机没有操作,这些物品就没有任何操作。为了让它们我们需要一些形式的存储能够启动我们的发动机,以便可以生成电力。

并且由于交流是不可能存储的(除暂时在线圈作为磁场),我们将讨论直流与基本二次电池相结合。由于该模型可以充电与主要电池相反。



储能

对于能够启动的飞机发动机(即,不通过手动推进),需要一种通过起动电动机以受控方法中的存储能量和释放的量。该存储器通常以化学形式在电池中以储存器中的电池进行,并且在飞行中由主发动机驱动时由交流发电机或发电机装配。在大多数轻型飞机中,它通常是12/14伏系统,如在正常的汽车中。

更复杂的飞机使用24/28伏系统,因为它们需要更多的电力(用于开始涡轮血压或涡轮机),而无需使用较大和更重的12伏电池和较厚的线。使用24/28伏系统,您可以携带两倍于AMP的量和相同布线中电力量的四倍而没有任何问题。更多关于我们的文章中的信息哪种电气系统选择。

电池类型

飞机铅电池

可充电电池通常是铅酸型(淹没或凝胶或凝胶免维护)或尼卡尔(镍镉)/镍(镍金属氢化物)电池,但最近也使用越来越多的锂类型。就像在汽车中一样,淹没的铅酸电池也在充电过程中产生氢气(非常爆炸),这需要通风船尾以防止任何意外爆炸。而且,电池中的酸非常腐蚀。
因此,在没有这些缺点的较大飞机中使用尼卡斯/镍氢或锂。但这些需要电流和电压限制和温度传感器,因为电池可以在充电期间温暖,并且必须防止热失控。

电池通过电解质进行分子扩散。驱动扩散的力是称为过电位的电极的内部电位。它提高了电池所需的电压,并在放电时降低外部可用的电压。这种效果导致充电和放电期间的热量。随着从电池或电池产生更多的热量,产生更多的热量,甚至更加降低寿命。

关于这个的非常有趣的演示电池基础知识从电池大学清楚地解释了这些能量存储设备的一些重要物理。

锂化学型电池也可以使用,但必须以这样的方式充电,使得每个细胞接收到与其几乎最大容量的能量相同的能量。这称为平衡充电,此过程使用专用的CC-CV配置文件。这与恒定电流(缓慢上升电压)充电,然后具有恒定电压的顶部,其中电流慢慢掉落。

这些还需要防止快速放电(短路),因为一些化学物质可以非常快速地加热导致火灾危险甚至爆炸。波音787 Dreamliner从2013年初遭受了这种异常。

特性

锂是我们的行星上最轻的金属,并且具有3的原子序数,是周期表中的第一元素是固体。前两种元素,氢气和氦气是气体。光线如此之光,它漂浮在水面上(密度为0.543,水密度的一半)。这些东西完全满足于漂浮在水面上的时燃烧。

熔点为180°C或356°F,它将在2000°C或3632°F处燃烧,这足以熔化钢,而且足以破坏大多数复合材料和金属如铝。思考飞机。

技术

目前有几种锂电池技术可用。它们不是像一些人认为的那样是最近才发展起来的,而是至少在上个世纪就已经存在了:钴(Li-Co)、离子(Li-Ion)、聚合物(Li-Po)和磷酸铁(LiFePO4)。就连托马斯·爱迪生(Thomas Edison)在开发1899年荣格尔(E.W. Junger)发明的镍-铁(Ni-Fe)电池时,也在早期对锂进行了修补。更多关于电池类型的文章在下一篇120年前发明的电池(来源:Wattsupwiththat)。

每种类型的负载和放电特性(恒定电流/恒定电压,CC-CV)和电压范围为每电池的3.3至3.7 V,这取决于所使用的化学。更多关于维基百科的页面锂电池。关于电池炒作的另一个漂亮文章可以在线在线在线阅读关于谈话的文章“解构电池炒作循环”

18650锂电池

锂硫磺

OXIS能源正在开发一种锂硫锂电池,它承诺比锂离子更高的能量密度,同时更安全(由Herbert和Ulam在20世纪60年代获得专利)。它还没有接近液体燃料,但进展缓慢。更多信息请参见太阳能存储应用笔记来自oxis。阅读Li-S电池维基百科。您将注意到Li-S电池的主要问题是硫的低导电性,放电/充电时的巨大体积变化。

自20世纪90年代以来,流行的18650年锂离子电池(见图)已在生产中,其容量达到3900 MAH,体积为16毫升。这几乎处于物理限制,细胞重约45克,而不是40克下方。

锂更新

来自Invenus Power,我们有他们的白皮书'2019年度更新'以便您了解这项技术的最新趋势。

安全问题

在巨大的锂电池中存储如此多的能量可能存在潜在的安全问题(如EVS)。例如:假设您需要存储1 GW一天(在能源供应行业内不寻常),这总计:1.000.000.000 x 86400秒= 8.6 x 10 ^ 13 joules = 86 tj。
这是广岛(小男孩,67 TJ或16 kt)的核BOM。

因此,如果这种电池曾因机械问题或电池过热而遭遇突然的介质灾难性故障,其释放的能量相当于一次1.6万吨的爆炸。液体燃料也很危险,但与电池灾难可能发生的情况(内部热失控,几乎不可能扑灭)相比,液体燃料似乎是最安全的选择,因为液体很容易流失。

燃油vs电池

这里的差异是电池在一个非常致密的封装中包含燃料和氧化剂,由超薄电介质分开,其中燃料箱仅包含燃料。如果电池发生任何事情,在发生事故中的穿刺是不太可能的,所得到的热力学效应是不可能预防的。许多电动汽车(和电机也)已经被摧毁,因为这有时会致命的结果。

从便携式设备(和EVS)我们通过经验知道这些电池含有大量能量和任何机械,电气或热应力可能会损害电池和难以熄灭的火/爆炸可能导致,这被称为吸热反应,是实际上是不可阻挡的。最重要的是,它产生危险的致癌和有毒气体。

电池限制

基本问题是所有电池都受其化学束缚。化学决定了电压,电子的数量,以及它们将流动的速率。电池化学是一种无机化学。无机化学是一个非常成熟的科学。没有理由相信有一个未经证实的元素组合,这些元素将产生比我们今天所了解的更多能量。电池化学的任何进一步改进都会小幅增大,非常不太可能改变电池技术的经济性。

P. Mason博士通过解释电池的局限性以及为什么纯电动大型飞机永远不会来的,在此视频中,通过解释电池的局限性,梅隆博士的电动VTOL喷气式飞机“想法”特斯拉的电气航线失败

更多关于电池的信息在这篇文章电池的操作、设计和使用由Libretext Engineering部门。

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由ei撰写。




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