أنواع البطاريات على الطائرة

تُستخدم بطاريات الطائرات في العديد من الوظائف وعلى سبيل المثال الطاقة الأرضية وطاقة الطوارئ وتحسين استقرار ناقل التيار المستمر وإزالة الأعطال، كما تستعمل معظم الطائرات الخاصة الصغيرة بطاريات الرصاص ذات خصائص الحمضية، حيث تستخدم معظم الطائرات التجارية والشركات بطاريات النيكل والمصنوعة من الكادميوم (NiCd).

أنواع البطاريات

أصبحت أنواع بطاريات الرصاص ذات الخصائص الحمضية متاحة، مثل بطاريات حمض الرصاص التي ينظمها الصمام (VRLA)، وتعتمد البطارية الأنسب لتطبيق معين على الأهمية النسبية للعديد من الخصائص مثل الوزن والتكلفة والحجم والخدمة أو العمر الافتراضي ومعدل التفريغ والصيانة، ومعدل الشحن يمكن اعتبار أي تغيير في نوع البطارية تعديلاً رئيسياً.

عادة ما يتم تحديد بطاريات الطائرات من خلال المواد المستعملة للألواح، النوعان الأكثر انتشارًا من البطاريات التي تستخدم هما بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات NiCd.

أولاً: بطاريات الرصاص الحمضية

بطاريات حمض الرصاص ذات الخلايا المشحونة الجافة

يتم تجميع بطاريات رصاص ذات خصائص حمضية ذات الخلايا الجافة المشحونة، التي تعرف باسم البطاريات المغطسة أو الرطبة بأقطاب (لوحات) تم شحنها وتجفيفها بالكامل، وكما يُضاف المحلول الكهربائي إلى البطارية عند وضعها، حيث يبدأ عمر البطارية عند إضافة المحلول الكهربائي وتتكون بطارية التخزين للطائرات من 6 أو 12 خلية حمض الرصاص مشبوكة بطريقة متسلسلة ذلك؛ لأنّه يبلغ جهد الدائرة المفتوحة للبطارية المكونة من 6 خلايا حوالي 12 فولتًا، حيث يكون مقدار جهد الدائرة المفتوحة للبطارية المكونة من 12 خلية حوالي 24 فولت.

ويكون جهد الدائرة المفتوحة هو جهد البطارية عندما لا تكون متصلة بحمل، عندما يتم شحن البطاريات المغمورة (المهووسة)؛ فإن الأكسجين المتولد في الصفائح الموجبة يهرب من الخلية في نفس الوقت عند الصفائح السالبة وينتج الهيدروجين من الماء ويخرج من الخلية، حيث النتيجة هي استخدام الغازات في الخلايا خروج الماء لذلك تتطلب الخلايا المغطسة تغييرًا دوريًا للمياه.

2- بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بصمامات

تحتوي بطاريات (VRLA) على كل الإلكتروليتات التفي تستهلك في فواصل مصنوعة من الزجاج بدون إلكتروليت مجاني، وهي نشير لها أحيانًا على أنها بطاريات مغلقة بشكل جيد، حيث أنّ التفاعلات الكهروكيميائية لبطاريات (VRLA) هي بطاريات تغمر، ونستثي من ذلك آلية إعادة التركيب للغاز المتعارف عليها في بطاريات (VRLA)، وكما تُستخدم هذه البطاريات في الطيران العام وأيضًا الطائرات الطاقة التوربينية، وأحيانًا يُسمح بأن تكون بديل لبطاريات (NiCd).

عندما تكون بطاريات (VRLA) على الشحن، يندمج الأكسجين بصورة كيميائية مع الرصاص في الصفائح السالبة في وجود (H2SO4) ليتكون الماء وكبريتات الرصاص، كما يمنع إعادة تركيب الأكسجين هذا توليد الهيدروجين في الصفائح السالبة بشكل عام ولا يوجد فقدان للمياه أثناء الشحن، كما قد تُفقد كمية قليلة جدًا من الماء نتيجة تفاعلات التفريغ الذاتي، ومع ذلك فإنّ هذه الخسارة صغيرة جدًا بحيث لا يتم اتخاذ مخصصات لتجديد المياه، لتحتوي خلايا البطارية على صمام أمان لتنفيس الضغط يمكن أن ينفث في حالة زيادة شحن البطارية.

ثانياً: بطاريات NiCd / NiCd Batteries

تتكون بطارية (NiCd) من صندوق معدني، وذلك يكون مصنوع من الفولاذ الذي يقاوم الصدأ أو الفولاذ لمغطى ببلاستيك أو الفولاذ المغطى أو التيتانيوم المحتوي على كثير من الخلايا الفردية، وهذه الخلايا متصلة في سلسلة لأخذ 12 فولت أو 24 فولت، لتوصل الخلايا مع بعضها بوصلات نحاسية مصنوعة النيكل ذات توصيل عالي موجودة داخل صندوق البطارية، يتم تثبيت الخلايا في مكان محدد بواسطة تقسيمات وبطانات وفواصل وأغطية، تكون البطارية تتضمن على نظام تهوية لتوفير هروب الغازات التي تنتج أثناء الشحن الزائد وتقديم التبريد بوجود التشغيل العادي.

تُعد خلايا (NiCd) الموضوعة في بطارية الطائرة ملائمة لنوع الخلية المنفوخة وتتضمن الخلايا ذات الفتحات على صمام تنفيس، أو صمام تحرير ضغط منخفض يحرر أي غازات الأكسجين والهيدروجين الناتجة عند الشحن الزائد أو التفريغ بسرعة، هذا بالضرورة أنّ البطارية لا يصبح لها ضرر بصورة طبيعية بسبب معدلات التفريغ أو الشحن الزائد أو حتى السالب.

كما أنّ الخلايا لديها قابلية لإعادة الشحن وتحمل جهد كهربائي مقداره (1.2 فولت) خلال حصول التفريغ بحيث عادةً ما تكون الطائرات التي فيها بطاريات (NiCd) تتضمن نظام لحماية الأعطال، حيث يقوم شاحن البطارية على مراقبة حالة البطارية وهو الوحدة المعروفة لمراقبة حالتها، ويتم ذلك وفق الظروف التالية:

• حالة ارتفاع درجة الحرارة.

• حالة درجة حرارة منخفضة (أقل من -40 درجة فهرنهايت).

• اختلال التوازن الخلوي.

• دائرة مفتوحة.

• ماس كهربائي.

إذا استعمل شاحن البطارية الخطأً، فإنه ينطفئ ويرسل إشارة خاطئة إلى نظام إدارة الحمل الكهربائي (ELMS)، وبطاريات (NiCd) لها القدرة على القيام بسعتها عندما تصبح درجة الحرارة حول للبطارية في تقريبًا 60-90 درجة فهرنهايت، كما تقود زيادة أو نقصان درجة الحرارة عن هذا المستوى إلى تقليل السعة، حيث تحتوي بطاريات (NiCd) على أنظمة تهوية لضبط في درجة الحرارة، حيث يمكن الجمع بين درجة حرارة البطارية العالية (التي تكون أكبر من 160 درجة فهرنهايت) والشحن الكثير يؤدي إلى ما يسمى الهروب الحراري.

كما يجب مراقبة درجة الحرارة بصورة مستمرة لضمان التشغيل الآمن للبطارية، يمكن أن يؤدي الهروب الحراري إلى حريق كيميائي (NiCd)، أو انفجار لبطارية (NiCd) تحت إعادة الشحن من خلال مصدر جهد ثابت ويعود ذلك إلى درجة الحرارة المتزايدة باستمرار ودرجة الحرارة الحالية، كما تستطيع خلية واحدة أو أكثر من الخلايا الموجودة أو درجة حرارة مرتفعة وشحنة منخفضة أن توفر التسلسل الدوري التالي للأحداث:

• تيار مفرط.

• زيادة درجة الحرارة.

• انخفاض مقاومة الخلية (الخلايا).

• زيادة التيار.

• زيادة درجة الحرارة.

ما هو مقدار السعة في بطاريات الطائرات Capacity

يتم قياس السعة كميًا بساعات الأمبير التي يتم تسليمها بمعدل تفريغ له قيمة محددة لجهد قطع محدد في درجة حرارة الغرفة، جهد القطع هو 1.0 فولت لكل خلية، كما تعتمد سعة البطارية المتوافرة إلى عدة عوامل بما في ذلك عناصر مثل:

• تصميم الخلية (هندسة الخلية، سماكة اللوحة، الأجهزة وتصميم المحطة يتحكم في الأداء في ظل ظروف استخدام محددة لدرجة الحرارة ومعدل التفريغ وما إلى ذلك).

• معدل التفريغ (معدلات التيار المرتفعة تنتج سعة أقل من المعدلات المنخفضة).

• درجة الحرارة، حيث تنخفض مستويات السعة والجهد مع تحرك درجة حرارة البطارية بعيدًا عن نطاق 60 درجة فهرنهايت (16 درجة مئوية) إلى 90 درجة فهرنهايت (32 درجة مئوية)، باتجاه الحدين المرتفع والمنخفض.

• معدل الشحن (تؤدي معدلات الشحن المرتفعة عمومًا إلى سعة أكبر).

مرافق الخدمة والتفريغ Aircraft Battery Ratings by Specification

يجب صيانة مرافق منفصلة لتخزين وخدمة بطاريات الرصاص الحمضية الموجودة بالكهرباء وبطاريات (NiCd)، كما يؤدي إدخال المنحل داخل الكهرباء الحمضي إلى الإلكتروليت القلوي إلى حدوث تلف دائم في بطاريات (NiCd) المنفوخة (المغمورة بالكهرباء) والعكس صحيح، ومع ذلك يمكن شحن البطاريات المغلقة وفحص سعتها في نفس المنطقة، ونظرًا لأنه يتم امتصاص الإلكتروليت الموجود في بطارية حمض الرصاص التي ينظمها الصمام في الفواصل واللوحات المسامية، فإنّه لا يمكن أن يلوث بطارية NiCd حتى عند صيانتها في نفس المنطقة.

تحذير: من الخطير للغاية تخزين أو صيانة بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات NiCd في نفس المنطقة إدخال الشوارد الحمضية في المنحل بالكهرباء القلوية يدمر NiCd والعكس صحيح.

تجميد البطارية Battery Freezing

تتعرض بطاريات الرصاص الحمضية المفرغة والمعرضة لدرجات حرارة باردة لتلف اللوحة بسبب تجميد الإلكتروليت لمنع تلف التجميد، يجب الحفاظ على الجاذبية النوعية لكل خلية عند 1.275 أو بالنسبة لبطاريات الرصاص الحمضية المختومة والتحقق من جهد الدائرة المفتوحة، حيث أن إلكتروليت بطارية (NiCd) ليس عرضة للتجميد؛ لأنه لا يحدث تغيير كيميائي ملموس بين الحالة المشحونة والمفرغة ومع ذلك، يتجمد المنحل بالكهرباء عند درجة حرارة -75 درجة فهرنهايت تقريبًا.