علت ممنوعیت پاوربانک بالای ۱۰۰ وات ساعت در هواپیما چیست؟
ممنوعیت حمل پاوربانک با ظرفیت بیش از ۱۰۰ واتساعت در پروازهای مسافربری، حاصل محاسبات دقیق قوانین ایمنی هوانوردی برای جلوگیری از حوادث مرگبار است. قوانین بینالمللی مرز مشخصی برای همراه داشتن انرژی الکتریکی همراه مسافر تعیین کردهاند تا خطرات ناشی از آسیبهای باتری به حداقل برسد. این عدد حاصل در نظر گرفتن جریانات حرارتی و ظرفیت سیستمهای تهویه ناوگان هوایی است. اگر یک پاوربانک در ارتفاع چند هزار متری دچار نقص فنی شود، مهار آن چالشی حیاتی خواهد بود. قانونگذاران سازمان بینالمللی هوانوردی کشوری با در نظر گرفتن رفتارهای شیمیایی سلولهای ذخیرهساز پاوربانک ، ظرفیت مشخصی را مجاز دانسته تا امنیت پروازها حفظ شود.
پاوربانک از سلولهای فشرده لیتیومی تشکیل شده که به تغییرات فشار و ضربات فیزیکی حساسیت بسیار بالایی نشان میدهند. هنگام رخ دادن اتصال کوتاه یا نقص فنی درون باتری، پدیدهای خطرناک به نام فرار حرارتی (Thermal Runaway) ایجاد میشود. در این روند شیمیایی، دمای داخلی سلولها به صورت زنجیرهای افزایش یافته و بدون نیاز به اکسیژن خارجی، گازهای داغ و مشتعلشونده آزاد میکند. واکنش مذکور با سرعت بالایی توسعه مییابد و مهار آن نیازمند تجهیزات پیشرفته است. اگر واکنش شیمیایی در فضای بسته رخ دهد، در پیراموناش خطر انفجار و آتشسوزی ایجاد میشود، از این رو ساختار داخلی باتریها تحت نظارت سختگیرانه قرار میگیرد.
مکانیسم مهار آتشسوزی باتری در کابین مسافربری
سامانههای اطفای حریق موجود در بخش بار هواپیما برای خاموش کردن آتش حاصل از سوختن پاوربانک و فلز لیتیوم طراحی ویژهای دارند. اگر یک پاوربانک در بخش بار دچار فرار حرارتی شود، گازهایی آزاد میشود که محوطه را تهی از اکسیژن میکنند و خطر سرایت آتش را کاهش میدهند.
اما به صورت پارادوکس، بر اساس پروتکلهای بینالمللی، مسافران باید تمام وسایل ذخیرهسازی انرژی را داخل کیف دستی و همراه خود به کابین منتقل کنند. حضور این وسایل در کابین اصلی به خدمه پرواز اجازه میدهد تا با مشاهده کوچکترین دود یا حرارت غیرعادی، بلافاصله از کیسههای نسوز مخصوص مهار باتری استفاده کرده و خطر را پیش از گسترش به بدنه اصلی کنترل نمایند.
محاسبه مرز ۱۰۰ واتساعت بر اساس حداکثر حجم لیتیوم خالصی انجام شده که سیستمهای تهویه هوای هواپیما توان فیلتر کردن دود آن را دارند. اگر باتری بزرگتری بسوزد، حجم گازهای سمی خروجی آن از ظرفیت فیلترهای هوای کابین پیشی گرفته و دستگاه بازیافت هوای پرواز را فلج میکند.
ساختار بدنه و استانداردهای فشار اتمسفری
شرکتهای سازنده برای دریافت تاییدیههای پروازی، بدنه پاوربانک را به دریچههای مینیاتوری تخلیه فشار اتمسفری تجهیز میکنند. افت ناگهانی فشار کابین در ارتفاعات بالا میتواند باعث تورم شدید سلولهای لیتیومی و پارگی لایههای محافظ شود. تجهیزات استاندارد با استفاده از این دریچههای خاص، فشار داخلی را تنظیم کرده و از بدنه گجت حفاظت مینمایند. این در حالی است که گجتهای غیراستاندارد و تقلبی فاقد چنین مکانیزمهای دقیقی هستند و در برابر تغییرات اتمسفری آسیبپذیری بالایی دارند. وجود همین مشخصات فنی ظریف، تفاوت میان یک ابزار کاربردی روزمره و یک انبار باروت غیرقابل کنترل را در محیطهای خاص پروازی مشخص میسازد.
طراحان پاوربانک همواره در تلاش هستند تا چگالی انرژی را بدون افزایش جرم فعال لیتیوم ارتقا دهند. این رقابت مهندسی پیچیده برای پاسخگویی به نیاز کاربران و عبور از محدودیتهای قانونی بدون به خطر انداختن جان انسانها جریان دارد. استفاده از ترکیبهای شیمیایی جدید و تغییر در ساختار الکترودها باعث شده تا بدون افزایش حجم فیزیکی، بازدهی انرژی بهبود یابد. با این حال قوانین هوانوردی همچنان بر پایه محاسبات دقیق واتساعت عمل میکنند و به هیچ نوع ساختار شیمیایی بدون ارزیابیهای دقیق آزمایشگاهی اجازه ورود به پروازهای تجاری نمیدهند.
چرا سازمانهای هوانوردی به ظرفیت باتریها حساس شدند؟
تغییر قوانین هوانوردی بینالمللی و سختگیریهای کنونی، حاصل پژوهشهای انجامشده در مورد سوانح هوایی گذشته است. رخ دادن حوادث هولناک برای برخی هواپیماهای باربری که به علت حمل ناایمن و دپوی غیراصولی باتریهای لیتیومی دچار آتشسوزی شدند، ضرورت وضع این قوانین را به اثبات رساند. پروندههای مذکور نشان دادند که کنترل آتشسوزیهای لیتیومی بسیار دشوارتر از سوختهای معمولی است. به همین علت، سازمانهای نظارتی تمام استانداردهای جابهجایی انرژی همسفران را بازنگری کردند تا از تکرار فجایع مشابه در پروازهای مسافربری جلوگیری به عمل آورند.
مشخصات ظرفیت باتری و مجوز پروازی
| ظرفیت اسمی (میلیآمپر ساعت) | میزان انرژی (واتساعت) | وضعیت مجاز در کابین | وضعیت مجاز در بار |
|---|---|---|---|
| ۱۰,۰۰۰ میلیآمپر ساعت | ۳۷ واتساعت | مجاز (بدون نیاز به استعلام) | ممنوع مطلق |
| ۲۰,۰۰۰ میلیآمپر ساعت | ۷۴ واتساعت | مجاز (بدون نیاز به استعلام) | ممنوع مطلق |
| ۲۶,۸۰۰ میلیآمپر ساعت | ۹۹.۱ واتساعت | مجاز (حداکثر سقف استاندارد) | ممنوع مطلق |
| ۳۰,۰۰۰ میلیآمپر ساعت | ۱۱۱ واتساعت | نیازمند مجوز شرکت هوایی | ممنوع مطلق |
امروزه هر پاوربانک جدید برای دریافت مجوزهای تجاری باید تستهای سختگیرانهای را در آزمایشگاههای فراملی پشت سر بگذارد. این فرآیندها شامل شبیهسازی سقوط آزاد از ارتفاعات گوناگون، شوکهای حرارتی شدید و افت فشار ناگهانی محیط است. آزمایشهای مذکور مشخص میکنند که آیا گجت تحت شرایط بحرانی دچار فرار حرارتی میشود یا ساختار آن پایداری خود را حفظ میکند. تنها تجهیزاتی که تمام این ارزیابیهای نانومتری و میکرومتری را با موفقیت طی کنند، اجازه عرضه به بازارهای جهانی و ورود به خطوط هوایی مسافربری را دریافت خواهند کرد.
مفهوم فرار حرارتی در سلولهای انرژی
رآیند تخریب درون سلول لیتیومی در چند مرحله متوالی رخ میدهد. در مرحله نخست، لایه آنود به دلیل افزایش دما تجزیه میشود و الکترولیت مایع شروع به واکنش میکند. با رسیدن دما به حدود ۱۳۰ درجه سانتیگراد، جداکننده پلیمری میان کاتد و آنود ذوب میشود و اتصال کوتاه مستقیم به وجود میآورد. این رویداد باعث جهش ناگهانی دما به بالای ۵۰۰۰ درجه سانتیگراد شده و اکسیدهای فلزی کاتد را تجزیه میکند که نتیجه آن آزادسازی حجم عظیمی از اکسیژن و گازهای اشتعالپذیر است.
آتش ناشی از سوختن پاوربانک را به دلیل تولید اکسیژن درونساختاری، نمیتوان توسط کپسولهای اطفای حریق معمولی خاموش کرد. کپسولهای هالن که در بخش بار هواپیما استفاده میشوند، اکسیژن موجود در هوا را رقیق میسازند اما توانایی مهار واکنشی که خودش اکسیژن تولید میکند را ندارند. به همین دلیل خنکسازی مستقیم با حجم زیاد آب یا استفاده از کیسههای مهارکننده حرارتی حاوی الیاف کوارتز در کابین مسافربری، تنها روش موثر برای جلوگیری از سرایت آتش به ساختار آلومینیومی بدنه هواپیما محسوب میشود.
تفاوت ساختاری باتریهای لیتیوم-یون و لیتیوم-پلیمر
سلولهای لیتیومی مورد استفاده در گجتها عمدتاً به دو دسته لیتیوم-یون (Lithium-ion) و لیتیوم-پلیمر (Lithium-polymer) تقسیم میشوند. باتریهای لیتیوم-یون از الکترولیت مایع درون استوانههای صلب فلزی استفاده میکنند که در صورت افزایش فشار، پتانسیل انفجار فیزیکی شدیدتری دارند. در مقابل، مدلهای پلیمر از الکترولیت ژلهای درون پوششهای انعطافپذیر کیسهای بهره میبرند که هنگام بروز خطرات، معمولاً دچار بادکردگی میشوند. با این حال هر دو مدل در صورت بروز فرار حرارتی، حجم یکسانی از خطرات گرمایی را در ارتفاع بالا ایجاد مینمایند.
سازندگان معتبر پاوربانک درون مدار مدیریت باتری یا سیستم BMS از تراشههای سختافزاری متعددی جهت پایش حوادث استفاده میکنند. این تراشهها میتوانند ولتاژ تکتک سلولها، میزان جریان ورودی و خروجی و دمای لحظهای را به صورت پیوسته اندازهگیری کنند. در صورت بروز هرگونه نوسان نامتعارف یا افزایش ناگهانی دما، مدار قطعکننده خودکار فعال شده و اتصال الکتریکی را به کلی قطع میکند. این لایه حفاظتی هوشمند، نخستین خط دفاعی در برابر بروز سوانح حرارتی در ناوگان مسافربری به شمار میرود.
فرمول محاسباتی تبدیل میلیآمپر ساعت به واتساعت
برای محاسبه دقیق ظرفیت انرژی بر حسب واتساعت، دانستن دو پارامتر ولتاژ نامی و ظرفیت جریان ضروری است. فرمول ریاضی این تبدیل از ضرب میزان میلیآمپر ساعت در ولتاژ پایه (که برای سلولهای لیتیومی ۳.۷ ولت است) و تقسیم حاصل بر عدد ۱۰۰۰ به دست میآید. به عنوان مثال، یک دستگاه ۲۰,۰۰۰ میلیآمپر حدود ۷۴ واتساعت انرژی دارد. مسافران با استفاده از این فرمول ساده میتوانند وضعیت مجاز بودن وسیله خود را پیش از پرواز بررسی کنند.
دلیل تاکید بر شاخص واتساعت به جای میلیآمپر ساعت این است که واتساعت، واحد واقعی انرژی کارآمد است. میلیآمپر ساعت تنها میزان بار الکتریکی را نشان میدهد و بدون مشخص بودن ولتاژ، معیار درستی برای سنجش میزان خطر بالقوه نیست. یک باتری با میلیآمپر ساعت پایین اما ولتاژ بالا میتواند انرژی کل بیشتری نسبت به یک باتری با میلیآمپر ساعت بالا و ولتاژ پایین ذخیره کند. از این رو آژانسهای ایمنی هوانوردی، شاخص علمی و دقیق واتساعت را به عنوان مبنای یگانه ارزیابیهای قانونی انتخاب کردهاند.
نقش کیسههای مهارکننده آتش در آتشنشانی هوایی
کیسههای آتشنشانی موجود در کابین هواپیما از چندین لایه الیاف نسوز سیلیکاتی و سرامیکی ساخته شدهاند که توان تحمل دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد را دارند. زمانی که یک گجت الکترونیکی دچار فرار حرارتی میشود، مهمانداران با استفاده از دستکشهای عایق حرارت، دستگاه را داخل این کیسهها قرار داده و زیپ مقاوم آن را میبندند. این کیسهها اجازه ورود خنککننده را میدهند اما مانع از خروج شرارههای آتش و ترکشهای احتمالی سلولها به فضای داخلی کابین مسافربری میشوند.
وجود سیستمهای تهویه پیشرفته در کابین به کنترل دودهای ناشی از انفجار پاوربانک کمک میکند. هوای داخل کابین هر دو تا سه دقیقه یکبار به صورت کامل جرخش میکند و از فیلترهای هپا (HEPA) و کربن فعال عبور داده میشود. این فیلترهای قدرتمند میتوانند ذرات معلق و بخش عمدهای از گازهای سمی آلی را پیش از آسیب رساندن به سیستم تنفسی مسافران جذب کنند، مشروط بر اینکه حجم گاز تولیدی از سقف تعیینشده ۱۰۰ واتساعت فراتر نرفته باشد.
چالشهای بازرسی و کشف تجهیزات غیراستاندارد
دستگاههای پرتو ایکس (X-Ray) موجود در گیتهای بازرسی فرودگاهی برای تشخیص دقیق ساختار داخلی باتریها برنامهریزی شدهاند. اپراتورهای امنیتی با تحلیل ظاهر، سلولها و مدارهای کنترلی را ارزیابی میکنند. گجتهایی که فاقد حکاکی مشخصات فنی خوانا باشند یا برچسب مشخصات آنها دستکاری شده باشد، اجازه ورود به هواپیما را نخواهند یافت. این سختگیریها به منظور جلوگیری از ورود تجهیزات دستساز یا باتریهای تغییریافته بدون استانداردهای صنعتی اعمال میشوند تا ایمنی پروازها تضمین گردد.
تحقیقات در حوزه متالوژی و فناوری نانو برای ساخت الکترولیتهای جامد و غیرقابل اشتعال همچنان ادامه دارد. نسل جدید باتریهای حالت جامد (Solid-State) به جای الکترولیتهای مایع فرار، از سرامیکها یا پلیمرهای جامد استفاده میکنند. این تکنولوژی پیشرفته پدیده فرار حرارتی را به طور کامل منتفی میکنند و خطر آتشسوزی در اثر ضربه یا اتصال کوتاه را نابود میسازد. با تجاریسازی کامل این فناوری، قوانین هوانوردی نیز در آینده دچار تغییرات بنیادی خواهند شد.
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
این مقاله جذاب و جالب بود؟! پس برای خواندن این نوشتههای مرتبط کلیک کنید:
- سرقت اطلاعات گوشی در برخی ایستگاه شارژ و پاوربانک عمومی چطور صورت میگیرد؟
- طراحی یکپارچه اولترابوکها: محدودیتهای مهندسی یا تعمیرناپذیر کردن عمدی؟!
- داستان پردازنده های ARM ( ای آر ام) در اولترابوکها و پایان انحصار اینتل
- علت داغ شدن اولترابوکها و پدیده خفگی حرارتی پردازنده
- قدرتمندترین ارتشهای باستان؛ از سپاه جاویدان تا لژیونهای رومی
- پارادوکس زیبایی فک مومیاییها: چرا فک انسانهای باستان از ما زیباتر بود؟!
- علت طولانی شدن مذاکرات صلح قاجار و بریتانیا و نقش آداب تشریفات
- تکنیک رید در بازجویی؛ چطور حافظه دستکاری شده و اعتراف دروغین شکل میگیرد؟
- اقتصاد سیگار و قوطی ماهی: پارادوکس پولهای جایگزین در اردوگاههای جنگی و کشورهای بحرانزده
- جعل هویت الگوریتمی؛ نفوذ شخصیتهای مصنوعی هوش مصنوعی به بانکها
- تأثیر استفاده از جیپیاس بر ضعیف شدن حافظه و هیپوکامپ مغز
- نگاه به قانون جذب از دید صرفا علمی | چطور تجسم ذهنی سیستم فعالکننده مشبک (RAS) را برای شکار فرصتها کوک میکند؟
مطالب مرتبط
