Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ekonomi altitud rendah telah dimasukkan ke dalam pelan pembangunan strategik negara, dan industri dron sedang mengalami pertumbuhan pesat. Menurut data daripada Pentadbiran Penerbangan Awam China, bilangan dron berdaftar di China telah mencapai 3.287 juta pada akhir tahun 2025, dan saiz pasaran keseluruhan ekonomi altitud rendah dijangka melebihi satu trilion RMB pada tahun 2026.
Apabila dron terbang lebih tinggi, lebih jauh, dan untuk tempoh yang lebih lama, keperluan ketegaran terhadap sistem elektronik papan bord menjadi semakin ketat. Dengan integrasi tinggi bagi subsistem seperti imej inframerah, bateri litium berprestasi tinggi, kawalan penerbangan, dan modul komunikasi, pengumpulan haba telah menjadi risiko kritikal yang mempengaruhi keselamatan penerbangan.
Apabila sistem penyejukan udara tradisional menghadapi kesukaran dalam menguruskan beban haba, dan sistem penyejukan cecair sering kali terlalu berat serta kompleks, teknologi penyejukan keadaan pepejal yang senyap dan sangat cekap—penyejukan termoelektrik (TEC)—kini muncul sebagai penyelesaian yang menjanjikan untuk pengurusan haba pada dron.
Anda mungkin pernah menyaksikan fenomena yang menarik: apabila sebuah modul termoelektrik kecil dibekalkan dengan arus terus (DC), satu sisi dengan cepat menjadi sejuk dan malah membentuk salji, manakala sisi yang lain menjadi panas.
Ini berdasarkan "Kesan Peltier", yang ditemui pada tahun 1834 oleh ahli fizik Perancis Jean Charles Athanase Peltier. Apabila arus terus melalui litar yang terdiri daripada bahan semikonduktor jenis-N dan jenis-P, elektron memindahkan haba dari satu sisi ke sisi yang lain, menghasilkan penyerapan haba dan pembebasan haba secara serentak.
Beberapa pasangan termoelektrik yang disambungkan secara bersiri membentuk modul termoelektrik (TEC), membolehkan kawalan suhu yang tepat dalam julat yang luas iaitu kira-kira –130°C hingga 150°C. Pemanasan dan penyejukan boleh dicapai hanya dengan menyongsangkan arah arus.
Berbanding sistem berbasis pemampat tradisional dan penyelesaian penyejukan cecair yang kompleks, teknologi TEC menawarkan beberapa kelebihan utama untuk aplikasi dron:
Fasa pepejal, tahan getaran: Tiada bahagian bergerak, memastikan operasi yang senyap dan sangat boleh dipercayai di bawah getaran dan hentakan.
Kawalan Suhu yang Tepat: Masa tindak balas yang pantas, membolehkan pengaturan suhu pada tahap kurang daripada 0.01°C dalam beberapa aplikasi.
Padat dan mudah diintegrasikan: Struktur yang ringkas, sesuai untuk platform dron yang terhad ruang dan beratnya.
Mesra Alam: Tiada bahan pendingin diperlukan; satu modul sahaja mampu menjalankan pemanasan dan penyejukan melalui penyongsangan arus.
Penggunaan TEC dalam dron tidak terhad kepada satu subsistem sahaja, tetapi merentasi seluruh ekosistem haba dalaman dron dan sistem sokongan darat.
LiDAR merupakan sensor utama dalam dron industri yang digunakan untuk kerja-kerja pengukuran, pemeriksaan, dan aplikasi keselamatan. Dalam sistem radar laser, panjang gelombang pancaran diod laser semikonduktor sangat bergantung kepada suhu sambungan: setiap peningkatan sebanyak 1°C menyebabkan peralihan panjang gelombang sekitar 0.2–0.3 nm.
Peralihan panjang gelombang ini boleh menyebabkan isyarat balik jatuh di luar tapisan optik jalur sempit, mengakibatkan kegagalan pengukuran sepenuhnya. Oleh itu, kestabilan panjang gelombang merupakan keperluan fungsi dan bukan sekadar penambahbaikan prestasi.
Julat suhu operasi bagi sistem LiDAR berbeza-beza bergantung kepada rekabentuk dan aplikasi, biasanya antara –40°C hingga 85°C.
Penyejukan termoelektrik (TEC) merupakan penyelesaian perkakasan utama untuk mengekalkan kestabilan panjang gelombang diod laser dalam sistem LiDAR. Cabaran kejuruteraan termasuk kawalan suhu di bawah satu milikelvin, pengurusan haba komponen optik, dan malah penyejukan berperingkat untuk aplikasi pelarasan panjang gelombang.
Bateri merupakan faktor penghad utama dalam ketahanan dron. Dalam persekitaran suhu tinggi, bateri ion litium mungkin mengalami masalah seperti terlalu panas, mengembang, atau larian haba. Dalam suhu rendah di bawah –10°C, kapasiti yang boleh digunakan boleh berkurangan sehingga 30%.
Sistem TEC boleh diintegrasikan ke dalam Sistem Pengurusan Bateri (BMS) untuk memberikan pengawalaturan haba aktif: penyejukan apabila suhu terlalu tinggi dan pemanasan apabila suhu terlalu rendah. Ini memastikan bateri berada dalam julat operasi optimum iaitu 25–40°C, seterusnya meningkatkan jangka hayat serta kecekapan pengecasan/penyahcasaan.
Dengan hanya menyongsangkan arah semasa, modul TEC membolehkan kawalan haba dwiarah secara lancar, yang sepenuhnya sepadan dengan keperluan pemanasan dan penyejukan dwiguna sistem bateri dron.
Dalam persekitaran altitud tinggi atau ekstrem, operasi stabil kawalan motor dan sistem servo adalah kritikal.
Modul penyejukan termoelektrik boleh menyingkirkan haba daripada elektronik kuasa semasa operasi normal dan beralih ke mod pemanasan dalam persekitaran suhu rendah pada altitud tinggi, memastikan komponen elektronik kekal dalam keadaan operasi optimum. Ini secara ketara meningkatkan kebolehpercayaan sistem sambil mengurangkan sekatan reka bentuk persekitaran yang ketat.
Stesen dron berfungsi sebagai "hab asas" untuk pengecasan dan tempat letak kenderaan di persekitaran luar. Sistem kawalan suhu dalaman mereka secara langsung menentukan sama ada operasi sepenuhnya autonomi boleh dicapai.
Pada musim panas, suhu dalaman boleh melebihi 60°C, yang mengurangkan kecekapan pengecasan dan meningkatkan risiko keselamatan. Pada musim sejuk, suhu rendah secara ketara mengurangkan kapasiti bateri.
Sistem berbasis TEC boleh menyediakan penyejukan dan pemanasan hanya dengan membalikkan arah arus. Apabila digabungkan dengan sensor suhu berketepatan tinggi dan algoritma kawalan PID, kestabilan suhu dalam julat ±0.1°C boleh dicapai.
Oleh kerana modul TEC tidak mempunyai bahagian yang bergerak dan tidak memerlukan bahan penyejuk, modul ini sangat boleh dipercayai untuk stesen dron yang dipasang di persekitaran terpencil atau sukar diselenggara seperti di gunung atau atas bumbung.
Walaupun mempunyai kelebihan, penggabungan TEC ke dalam sistem dron masih merupakan cabaran kejuruteraan peringkat sistem:
Penyelarasan kecekapan tenaga: TEC pada dasarnya merupakan sebuah pam haba. Tanpa pembuangan haba yang mencukupi di bahagian panas, prestasi sistem akan merosot dengan cepat. Dalam aplikasi berkuasa tinggi, penyejukan udara paksa dengan sink haba atau malah sistem penyejukan cecair sering diperlukan.
Kawalan termal yang tepat: Sensor NTC berketepatan tinggi dikombinasikan dengan algoritma PID diperlukan untuk pengaturan kuasa dinamik dan pengoptimuman tenaga.
Perlindungan alam sekitar dan rekabentuk aliran udara: Keselongsong dron memerlukan perlindungan IP65 atau lebih tinggi, dan aliran udara dalaman mesti direkabentuk secara teliti untuk memastikan taburan haba yang seragam.
Pertimbangan kos kitar hayat: Walaupun kos awal mungkin lebih tinggi berbanding penyelesaian tradisional, sistem TEC menawarkan kelebihan jangka panjang seperti tiada komponen bergerak, tiada penyelenggaraan bahan penyejuk, dan kos operasi yang lebih rendah.
Di P&N, kami lebih suka memandang TEC bukan sekadar sebagai komponen penyejukan, tetapi sebagai alat kawalan termal presisi.
Bagi dron, yang benar-benar penting bukanlah suhu itu sendiri, tetapi kestabilan jangka panjang komponen kritikal di bawah keadaan operasi.
Aplikasi yang berbeza mempunyai keperluan yang berbeza dari segi ketepatan termal, penggunaan kuasa, berat, dan kebolehpercayaan. Oleh itu, setiap penyelesaian mesti direka secara sistematis, bukan sekadar dioptimumkan untuk suhu yang lebih rendah.
Dengan perkembangan pesat LiDAR, pengesan inframerah, stesen dron, dan platform tahan lama, kami percaya bahawa pengurusan haba tepat akan memainkan peranan yang semakin penting dalam sistem dron masa depan.
P&N akan terus bekerja rapat dengan pelanggan untuk meneroka penyelesaian pengurusan haba termoelektrik yang lebih cekap dan boleh dipercayai.
EN
