نظرة عامة على أنواع وكيمياء بطاريات الطائرات بدون طيار

البطاريات هي شريان الحياة لأي طائرة بدون طيار، حيث توفر الطاقة التي تبقي طائرتك في الجو. يعد اختيار البطارية المناسبة أمرًا بالغ الأهمية للأداء الأمثل ووقت الطيران والسلامة. يستكشف هذا الدليل الشامل الأنواع المختلفة من البطاريات المستخدمة في طائرات FPV بدون طيار، وكيمياءها الأساسية، وخصائص أدائها، وكيفية اختيار مصدر الطاقة المثالي لاحتياجاتك المحددة.

مقدمة عن بطاريات الطائرات بدون طيار

تحول بطاريات الطائرات بدون طيار الطاقة الكيميائية المخزنة إلى طاقة كهربائية تشغل المحركات، ووحدات التحكم في الطيران، والكاميرات، وأنظمة أخرى على متن الطائرة. في حين أن هناك العديد من تقنيات البطاريات المتاحة، تهيمن البطاريات القائمة على الليثيوم على سوق الطائرات بدون طيار بسبب كثافة طاقتها الممتازة، وقدرات التفريغ، ووزنها الخفيف نسبيًا.

تطور تقنية بطاريات الطائرات بدون طيار

تطورت تقنية البطاريات بشكل كبير على مر السنين، مما أتاح أوقات طيران أطول، وأداء أعلى، وتشغيل أكثر موثوقية:

• الأيام الأولى: استخدمت الطائرات بدون طيار الأولى للمستهلكين بطاريات النيكل-كادميوم (NiCd) أو النيكل-هيدريد المعدني (NiMH)، والتي كانت ثقيلة وذات سعة محدودة.
• ثورة LiPo: أحدث إدخال بطاريات ليثيوم بوليمر (LiPo) ثورة في الهواية، حيث قدمت كثافة طاقة أعلى ومعدلات تفريغ أفضل.
• التطورات الحديثة: تستفيد طائرات اليوم بدون طيار من متغيرات LiPo المتخصصة مثل LiHV (الجهد العالي) وكيمياء الليثيوم البديلة مثل Li-ion (أيون الليثيوم) لتطبيقات محددة.

فهم كيمياء البطارية

في جوهرها، تعمل جميع البطاريات القائمة على الليثيوم على مبادئ متشابهة ولكن مع اختلافات مهمة في تركيبها الكيميائي تؤثر على الأداء والسلامة وطول العمر.

المبادئ الأساسية لبطاريات الليثيوم

تتكون جميع بطاريات الليثيوم من:

1. الأنود: مصنوع عادة من الكربون (الجرافيت) في معظم بطاريات الليثيوم
2. الكاثود: مركبات مختلفة تحتوي على الليثيوم حسب الكيمياء المحددة
3. الإلكتروليت: الوسط الذي يسمح لأيونات الليثيوم بالتحرك بين الأنود والكاثود
4. الفاصل: يمنع الأنود والكاثود من التلامس مع السماح للأيونات بالمرور

أثناء التفريغ، تنتقل أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود عبر الإلكتروليت، مما يخلق تيارًا كهربائيًا في الدائرة الخارجية. أثناء الشحن، تنعكس هذه العملية، حيث تعود أيونات الليثيوم إلى الأنود.

كيمياء LiPo (ليثيوم بوليمر)

تستخدم بطاريات LiPo إلكتروليتًا بوليمريًا بدلاً من الإلكتروليت السائل الموجود في بطاريات أيون الليثيوم التقليدية. الكاثود هو عادة أكسيد الليثيوم كوبالت (LiCoO₂) أو مركبات مماثلة.

التركيب الكيميائي:

• الأنود: الجرافيت (الكربون)
• الكاثود: أكسيد الليثيوم كوبالت (LiCoO₂) أو أكاسيد معدنية مماثلة للليثيوم
• الإلكتروليت: جل بوليمري يحتوي على أملاح الليثيوم
• الفاصل: غشاء بوليمري مسامي دقيق

يمكن تبسيط التفاعل الكيميائي أثناء التفريغ على النحو التالي:
LiC₆ + CoO₂ → C₆ + LiCoO₂

توفر هذه الكيمياء:

• كثافة طاقة عالية (130-200 واط ساعة/كجم)
• معدلات تفريغ ممتازة (قادرة على 20C-100C أو أكثر)
• وزن خفيف نسبيًا
• شكل مرن (يمكن تصنيعه بأشكال مختلفة)

ومع ذلك، فإن بطاريات LiPo أكثر تقلباً من كيمياء الليثيوم الأخرى وتتطلب التعامل الحذر لمنع الجموح الحراري (التسخين غير المنضبط الذي يمكن أن يؤدي إلى حريق).

كيمياء LiHV (ليثيوم بوليمر عالي الجهد)

بطاريات LiHV هي نوع من بطاريات LiPo القياسية مع كيمياء معدلة تسمح بجهد شحن أقصى أعلى.

الاختلافات الرئيسية:

• تستخدم مواد مماثلة لبطاريات LiPo القياسية ولكن مع إضافات تعمل على استقرار الإلكتروليت عند جهد أعلى
• يمكن شحنها إلى 4.35 فولت لكل خلية (مقابل 4.20 فولت لبطاريات LiPo القياسية)
• تستخدم عادة مادة كاثود مختلفة قليلاً يمكنها التعامل مع جهد أعلى

يوفر الجهد الأعلى كثافة طاقة أعلى بنحو 8٪، ولكن على حساب تقليل عمر الدورة بسبب زيادة الضغط على مكونات البطارية.

كيمياء Li-ion (أيون الليثيوم)

بطاريات أيون الليثيوم المستخدمة في الطائرات بدون طيار تستخدم عادةً مادة كاثود مختلفة عن بطاريات LiPo، غالبًا أكسيد الليثيوم نيكل منغنيز كوبالت (NMC) أو فوسفات الليثيوم حديد (LiFePO₄).

كيمياء Li-ion الشائعة:

1. NMC (أكسيد الليثيوم نيكل منغنيز كوبالت)
   • الصيغة الكيميائية: LiNiMnCoO₂
   • الخصائص: توازن جيد بين كثافة الطاقة والقدرة وطول العمر
   • شائع في: خلايا 18650 و21700 المستخدمة للطائرات بدون طيار ذات المدى الطويل
2. LFP (فوسفات الليثيوم حديد)
   • الصيغة الكيميائية: LiFePO₄
   • الخصائص: كثافة طاقة أقل ولكن عمر دورة طويل جدًا وسلامة ممتازة
   • شائع في: بعض تطبيقات التحمل الطويل المتخصصة
3. NCA (أكسيد الليثيوم نيكل كوبالت ألومنيوم)
   • الصيغة الكيميائية: LiNiCoAlO₂
   • الخصائص: كثافة طاقة عالية جدًا ولكن أكثر حساسية للحرارة
   • شائع في: خلايا 18650 و21700 عالية الجودة

توفر بطاريات أيون الليثيوم بشكل عام:

• كثافة طاقة أعلى من بطاريات LiPo (150-260 واط ساعة/كجم)
• معدلات تفريغ أقل (عادة 1C-10C)
• عمر دورة أطول (500-1000+ دورة مقابل 200-300 لبطاريات LiPo)
• مستوى أمان أفضل مع انخفاض خطر الانبعاث الحراري

بطاريات LiPo: المعيار لطائرات FPV

بطاريات LiPo (ليثيوم بوليمر) هي النوع الأكثر شيوعًا المستخدم في طائرات FPV بفضل توازنها الممتاز بين الوزن وتوصيل الطاقة وكثافة الطاقة.

الجهد وعدد الخلايا (تصنيف S)

تتكون بطاريات LiPo من خلايا فردية، كل منها بجهد اسمي قدره 3.7 فولت. يشير تصنيف "S" إلى عدد الخلايا المتصلة على التوالي:

• الجهد الاسمي: 3.7 فولت لكل خلية (عند شحن حوالي 50%)
• جهد الشحن الكامل: 4.2 فولت لكل خلية
• الحد الأدنى للجهد الآمن: 3.0 فولت لكل خلية (على الرغم من أنه يُوصى بالهبوط عند 3.5 فولت لكل خلية)

التكوينات الشائعة تشمل:

• 1S: 3.7 فولت (4.2 فولت مشحونة بالكامل) - طائرات Tiny Whoops والطائرات المصغرة
• 2S: 7.4 فولت (8.4 فولت مشحونة بالكامل) - الطائرات المصغرة وطائرات رباعية صغيرة بحجم 2"-3"
• 3S: 11.1 فولت (12.6 فولت مشحونة بالكامل) - بعض الطائرات المصغرة والطائرات الرباعية الأصغر بحجم 3"-4"
• 4S: 14.8 فولت (16.8 فولت مشحونة بالكامل) - شائعة في طائرات الفري ستايل والسباق بحجم 5"
• 6S: 22.2 فولت (25.2 فولت مشحونة بالكامل) - أصبحت معيارًا متزايدًا لطائرات الفري ستايل والسباق بحجم 5"
• 8S: 29.6 فولت (33.6 فولت مشحونة بالكامل) - طائرات أكبر للمدى الطويل أو التصوير السينمائي
• 12S: 44.4 فولت (50.4 فولت مشحونة بالكامل) - طائرات كبيرة جدًا للحمولات الثقيلة

جهود بطارية LiHV

جهود بطارية Li-ion

الجدول 1. جهود بطارية الليثيوم القياسية

السعة (مللي أمبير ساعة)

تُقاس السعة بالمللي أمبير ساعة (mAh)، وتشير إلى مقدار التيار الذي يمكن للبطارية توفيره لمدة ساعة واحدة:

• بطارية 1000 مللي أمبير ساعة يمكن نظريًا أن توفر 1000 مللي أمبير (1 أمبير) لمدة ساعة واحدة
• أو 2000 مللي أمبير (2 أمبير) لمدة 30 دقيقة، وهكذا

السعة الأعلى تعني أوقات طيران أطول ولكن أيضًا زيادة في الوزن. إيجاد التوازن الأمثل أمر بالغ الأهمية، لأن الطائرة الأثقل تتطلب المزيد من الطاقة للطيران.

معدل C

يشير معدل C إلى الحد الأقصى الآمن لمعدل التفريغ المستمر للبطارية:

الصيغة:
الحد الأقصى لتيار التفريغ المستمر (أمبير) = السعة (أمبير ساعة) × معدل C

مثال:
بطارية 1500 مللي أمبير ساعة (1.5 أمبير ساعة) بمعدل 100C يمكن أن توفر نظريًا:
1.5 أمبير ساعة × 100C = 150 أمبير

ملاحظة مهمة: غالبًا ما تكون معدلات C المقدمة من الشركات المصنعة مبالغ فيها. من الحكمة أن تكون متحفظًا في حساباتك واختيار البطاريات من العلامات التجارية ذات السمعة الطيبة.

المقاومة الداخلية (IR)

تقيس المقاومة الداخلية معارضة تدفق التيار داخل البطارية:

• IR المنخفضة = توصيل الطاقة بكفاءة أكبر، وانخفاض الجهد أقل، وتوليد حرارة أقل
• IR المرتفعة = أداء منخفض وعمر بطارية أقصر

تزداد المقاومة الداخلية مع العمر والاستخدام، مما يجعلها مؤشرًا جيدًا على صحة البطارية:

• بطارية جديدة وصحية: 1-5 مللي أوم لكل خلية
• بطارية متقادمة: 10-15 مللي أوم لكل خلية
• بطارية مستهلكة: 20+ مللي أوم لكل خلية

الموصلات

تُستخدم موصلات مختلفة اعتمادًا على حجم الطائرة ومتطلبات الطاقة:

• PH2.0: موصل صغير جدًا لطائرات tiny whoops 1S
• BT2.0: موصل 1S محسّن بمقاومة أقل من PH2.0
• GNB27: موصل 1S آخر مشابه لـ BT2.0
• A30: موصل 1S أحدث بمقاومة أقل حتى
• JR / Futaba: بطاريات مستقبل RC، بطاريات جهاز الإرسال، قياسية في صناعة RC لعقود، تستخدم في أنظمة الراديو وتوصيل السيرفو
• XT30: موصل صغير لبطاريات 2S-4S للطائرات الأصغر (حتى 30 أمبير)
• XT60: موصل قياسي لبطاريات 3S-6S للطائرات الأكبر (حتى 60 أمبير)
• XT90: موصل ثقيل للتطبيقات ذات التيار العالي (حتى 90 أمبير)

لمزيد من المعلومات التفصيلية حول موصلات الشحن، راجع:
نظرة عامة على موصلات شحن البطارية

سلامة بطاريات LiPo

تتطلب بطاريات LiPo التعامل الحذر بسبب كيميائها المتقلب:

سلامة الشحن:

• استخدم شاحن توازن مخصص واختر عدد الخلايا الصحيح
• اشحن بمعدل 1C أو أقل (1C = تيار الشحن مساوٍ لسعة البطارية بالأمبير ساعة)
• لا تترك البطاريات قيد الشحن دون مراقبة
• استخدم حاوية مضادة للحريق أو حقيبة LiPo
• اسمح للبطاريات بالتبريد قبل الشحن

التخزين:

• خزن البطاريات عند 3.8-3.85 فولت لكل خلية (مشحونة بنسبة 50% تقريبًا)
• احتفظ بها في مكان بارد وجاف بعيدًا عن أشعة الشمس والمواد القابلة للاشتعال
• استخدم حقيبة أو حاوية آمنة لبطاريات LiPo

المناولة:

• تجنب الأضرار المادية (الثقوب، السحق، الانحناء)
• لا تستخدم أبدًا بطاريات منتفخة أو تالفة
• أمّن البطاريات بشكل صحيح في طائرتك بدون طيار
• منع حدوث دوائر قصيرة عن طريق تغطية الموصلات عند عدم الاستخدام

التخلص:

• قم بتفريغ البطارية إلى 3.0 فولت لكل خلية باستخدام مقاومة أو وظيفة التفريغ على الشاحن
• اغمرها في ماء مالح لمدة 24 ساعة أو أكثر لتفريغها بالكامل
• خذها إلى مركز إعادة تدوير البطاريات

لمزيد من المعلومات التفصيلية حول سلامة بطاريات LiPo، راجع:

• شحن بطارية الطائرة بدون طيار: دليل للسلامة والكفاءة
• تخزين ونقل وتفريغ بطارية الطائرة بدون طيار
• شحن البطاريات المتوازي: المبادئ الأساسية والتقنيات المتقدمة

بطاريات LiHV: خيار الجهد العالي

بطاريات LiHV (بطاريات ليثيوم بوليمر عالية الجهد) هي نوع متخصص من بطاريات LiPo التي يمكن شحنها إلى جهد أعلى.

الخصائص الرئيسية

• الجهد الأقصى للخلية: 4.35 فولت (مقابل 4.20 فولت لبطاريات LiPo القياسية)
• كثافة الطاقة: أعلى بنحو 8% من بطاريات LiPo القياسية
• الأداء: طاقة أكبر قليلاً وأوقات طيران أطول محتملة، ملحوظة بشكل خاص في بداية الرحلات

مزايا بطاريات LiHV

• جهد أعلى: توفر المزيد من الطاقة لنفس الوزن
• زيادة كثافة الطاقة: وقت طيران أطول لكل جرام من البطارية
• تعزيز الأداء: مفيد بشكل خاص للسباقات والطائرات الصغيرة حيث كل قدر من الطاقة مهم

عيوب بطاريات LiHV

• عمر أقصر: الجهد الأعلى يضغط على الخلايا، مما يقلل من عمر الدورة بنسبة 20-30%
• مخاوف السلامة: كثافة الطاقة الأعلى تعني إطلاق طاقة محتملة أكبر إذا حدث خطأ ما
• الشحن المتخصص: يتطلب شاحنًا يدعم وضع LiHV بشكل خاص
• التكلفة: عادة ما تكون أغلى من بطاريات LiPo القياسية

متى تختار بطاريات LiHV

بطاريات LiHV منطقية لـ:

• طائرات السباق حيث الأداء الأقصى أمر بالغ الأهمية
• طائرات تايني ووب والطائرات الصغيرة جدًا حيث يكون تعزيز الجهد ملحوظًا بشكل خاص
• المواقف التي تكون فيها ميزة الأداء أكثر أهمية من تقليل العمر الافتراضي

بالنسبة للطيران الحر العام والترفيهي، غالبًا ما توفر بطاريات LiPo القياسية توازنًا أفضل بين الأداء والتكلفة وطول العمر.

بطاريات الليثيوم أيون: خيار المدى الطويل

توفر بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) كثافة طاقة أعلى ولكن معدلات تفريغ أقل مقارنة ببطاريات LiPo، مما يجعلها مثالية لتطبيقات المدى الطويل والتحمل.

الخصائص الرئيسية

• كثافة الطاقة: أعلى بنسبة 20-30% من بطاريات LiPo (سعة أكبر لنفس الوزن)
• معدل التفريغ: عادة 1C-10C (أقل بكثير من بطاريات LiPo)
• دورة الحياة: 500-1000+ دورة (2-3 مرات أطول من بطاريات LiPo)
• الجهد: مشابه لبطاريات LiPo (3.7 فولت اسمي، 4.2 فولت عند الشحن الكامل لكل خلية)

أشكال الخلايا الشائعة

• 18650: قطر 18 مم، طول 65 مم، شكل أسطواني
  • السعة: 2000-3500 مللي أمبير ساعة
  • التفريغ: 5-15 أمبير حسب الخلية
  • العلامات التجارية الشائعة: Samsung، Sony، LG، Molicel
• 21700: قطر 21 مم، طول 70 مم، شكل أسطواني
  • السعة: 3000-5000 مللي أمبير ساعة
  • التفريغ: 10-30 أمبير حسب الخلية
  • تنسيق أحدث مع أداء أفضل من 18650
• 26650: قطر 26 مم، طول 65 مم، شكل أسطواني
  • السعة: 4000-5500 مللي أمبير ساعة
  • أقل شيوعًا في الطائرات بدون طيار بسبب الوزن

مزايا بطاريات الليثيوم أيون

• أوقات طيران أطول: كثافة الطاقة العالية تترجم مباشرة إلى مزيد من الوقت في الجو
• عمر أطول: المزيد من دورات الشحن يعني قيمة أفضل على مدار الوقت
• انخفاض هبوط الجهد: بعض خلايا الليثيوم أيون تحافظ على الجهد بشكل أفضل تحت الأحمال المتوسطة
• الأمان: بشكل عام أكثر استقرارًا وأقل عرضة للانهيار الحراري من بطاريات LiPo

عيوب بطاريات الليثيوم أيون

• إخراج تيار محدود: لا يمكن توفير التيارات العالية اللازمة للطيران العدواني
• توزيع الوزن: قد يكون من الصعب تثبيت وموازنة الخلايا الأسطوانية
• التكلفة: غالبًا ما تكون حزم الليثيوم أيون عالية الجودة أكثر تكلفة في البداية (وإن كانت أرخص على المدى الطويل)
• التعقيد: غالبًا ما تتطلب حزم بطاريات مخصصة ومعرفة متخصصة

متى تختار بطاريات الليثيوم أيون

بطاريات الليثيوم أيون مثالية لـ:

• مهام المدى الطويل حيث وقت الطيران هو الأولوية
• الطيران بأسلوب الإبحار بدلاً من الطيران الحر العدواني
• الطائرات الأكبر حجمًا حيث يكون توزيع الوزن أقل أهمية
• التطبيقات التي تكون فيها طول عمر البطارية وموثوقيتها أكثر أهمية من الأداء الأقصى

مفاهيم البطاريات المتقدمة

بالنسبة للطيارين ذوي الخبرة الذين يتطلعون إلى تحسين إعداداتهم، يمكن أن يساعد فهم هذه المفاهيم المتقدمة في استخراج أقصى أداء من البطاريات.

تكوينات التوازي مقابل التسلسل

يمكن توصيل البطاريات بطرق مختلفة لتحقيق خصائص جهد وسعة محددة:

• التوصيل التسلسلي (S): يوصل الطرف الموجب لبطارية واحدة بالطرف السالب لبطارية أخرى، مما يزيد الجهد مع الحفاظ على نفس السعة.
  • مثال: بطاريتان 3S 1500 مللي أمبير ساعة على التوالي = 6S 1500 مللي أمبير ساعة
• التوصيل المتوازي (P): يوصل الأطراف الموجبة معًا والأطراف السالبة معًا، مع الحفاظ على نفس الجهد ولكن زيادة السعة.
  • مثال: بطاريتان 3S 1500 مللي أمبير ساعة على التوازي = 3S 3000 مللي أمبير ساعة
• تكوينات التسلسل-التوازي: تجمع بين النهجين للحصول على جهد وسعة مخصصة.
  • مثال: بطاريتان 3S 1500 مللي أمبير ساعة على التوالي، مع وجود زوجين من هذا القبيل على التوازي = 6S 3000 مللي أمبير ساعة

لمزيد من المعلومات التفصيلية حول الشحن المتوازي، انظر:
شحن البطارية المتوازي: المبادئ الأساسية والتقنيات المتقدمة

معاوقة البطارية والأداء

المعاوقة هي مقياس معقد لمقاومة البطارية لتدفق التيار، بما في ذلك المكونات المقاومة والتفاعلية:

• مقاومة التيار المستمر: المكون المقاوم البحت، يقاس كـ IR
• معاوقة التيار المتردد: تشمل التأثيرات السعوية والحثية التي تختلف مع التردد
• تأثيرات درجة الحرارة: تزداد المعاوقة في درجات الحرارة المنخفضة وتنخفض في درجات الحرارة المرتفعة

فهم المعاوقة يساعد على شرح سبب:

• البطاريات تعمل بشكل أفضل عندما تكون دافئة (وليست ساخنة)
• تدهور الأداء في الطقس البارد
• البطاريات القديمة تعاني من المزيد من هبوط الجهد

حالة الشحن (SoC) مقابل حالة الصحة (SoH)

مقياسان مهمان ولكن متميزان للبطارية:

• حالة الشحن (SoC): مستوى الطاقة الحالي للبطارية (0-100%)
  • تقاس بالجهد، ولكن العلاقة غير خطية
  • أكثر دقة عند قياسها في حالة الراحة منها تحت الحمل
• حالة الصحة (SoH): حالة البطارية مقارنة بمواصفاتها المثالية
  • تتأثر بعدد الدورات وظروف التخزين وأنماط الاستخدام
  • تشير إلى الاحتفاظ بالسعة والمقاومة الداخلية

بطارية جديدة بنسبة 50% من حالة الشحن ستعمل بشكل أفضل من بطارية قديمة بنسبة 50% من حالة الشحن بسبب الاختلافات في حالة الصحة.

تأثير ذاكرة البطارية وبطاريات الليثيوم

على عكس بطاريات NiCd القديمة، لا تعاني بطاريات الليثيوم من تأثير الذاكرة الحقيقي. ومع ذلك، فإنها تعاني من:

• انخفاض الجهد: انخفاض مؤقت في الجهد بعد دورات التفريغ/الشحن الجزئي
• مشاكل معايرة السعة: قد تفقد أنظمة إدارة البطارية الدقة في تقدير السعة المتبقية

يمكن أن تساعد دورات التفريغ الكاملة الدورية (إلى الحد الأدنى من الجهد الآمن، وليس النفاد الكامل) في إعادة معايرة أنظمة إدارة البطارية ولكنها ليست ضرورية لصحة الخلايا نفسها.

لمزيد من المعلومات التفصيلية حول اختبار أداء البطارية، انظر:
تحليل صحة البطارية

دليل عملي لاختيار البطارية

يتضمن اختيار البطارية المناسبة موازنة عوامل متعددة بناءً على طائرتك وأسلوب طيرانك المحدد.

لطائرات السباق

الأولوية: أقصى قدرة على توصيل الطاقة والاستجابة السريعة

• نوع البطارية: ليثيوم بوليمر (LiPo) أو ليثيوم بوليمر عالي الجهد (LiHV)
• عدد الخلايا: 4S-6S حسب KV المحرك وتصنيف ESC
• السعة: سعة منخفضة (1000-1300 مللي أمبير في الساعة للطائرات بدون طيار مقاس 5 بوصات) لتقليل الوزن
• معدل C: 75C+ لتوصيل الطاقة الفوري
• اعتبارات: قبول أوقات طيران أقصر (2-3 دقائق) مقابل الأداء الأقصى

للطائرات بدون طيار الحرة

الأولوية: التوازن بين الطاقة ووقت الطيران والتحكم

• نوع البطارية: ليثيوم بوليمر (LiPo)
• عدد الخلايا: 4S-6S حسب KV المحرك وأسلوب الطيران
• السعة: سعة متوسطة (1300-1800 مللي أمبير في الساعة للطائرات بدون طيار مقاس 5 بوصات)
• معدل C: 50C+ لتوصيل طاقة جيد مع وزن معقول
• اعتبارات: البحث عن بطاريات ذات أداء متسق طوال دورة التفريغ

للطائرات بدون طيار طويلة المدى

الأولوية: أقصى وقت للطيران والكفاءة

• نوع البطارية: ليثيوم أيون (Li-ion) أو ليثيوم بوليمر عالي السعة
• عدد الخلايا: 4S-6S حسب كفاءة المحرك
• السعة: سعة عالية (حزمة ليثيوم أيون 18650/21700 أو ليثيوم بوليمر بسعة 2000 مللي أمبير في الساعة أو أكثر للطائرات بدون طيار مقاس 5 بوصات)
• معدل C: 15C+ لليثيوم أيون، 25C+ لليثيوم بوليمر
• اعتبارات: تحسين كفاءة الطيران المستمر بدلاً من الطاقة القصوى

للطائرات السينمائية وطائرات الكاميرا

الأولوية: توصيل طاقة سلس والموثوقية

• نوع البطارية: ليثيوم بوليمر (LiPo)
• عدد الخلايا: 3S-4S للطائرات السينمائية الصغيرة، 6S لأجهزة الكاميرا الأكبر
• السعة: حجم مناسب للوزن ووقت الطيران المطلوب
• معدل C: 40C+ للأداء المتسق
• اعتبارات: استقرار الجهد أمر بالغ الأهمية للفيديو النظيف وتشغيل الجيمبال الموثوق

للطائرات الصغيرة (Tiny Whoops)

الأولوية: خفيفة الوزن مع طاقة كافية

• نوع البطارية: 1S ليثيوم بوليمر أو ليثيوم بوليمر عالي الجهد
• السعة: 300-450 مللي أمبير في الساعة حسب حجم المحرك
• معدل C: 30C+ للأداء الجيد
• الموصل: PH2.0 أو BT2.0 أو GNB27 أو A30 حسب الإعداد الخاص بك
• اعتبارات: البطاريات المتعددة ضرورية بسبب أوقات الطيران القصيرة

نصائح احترافية لإدارة البطارية

يمكن أن تساعدك هذه التقنيات المتقدمة على تحقيق أقصى قدر من الأداء وإطالة عمر بطاريات طائرتك بدون طيار.

تحسين أداء البطارية

• التدفئة قبل الطيران: في الطقس البارد، حافظ على دفء البطاريات (حوالي 25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت) قبل الطيران للحصول على أداء أفضل
• فترة الراحة: اسمح بفترة راحة 5-10 دقائق بعد الشحن قبل الطيران للحصول على جهد أكثر استقرارًا
• التبريد بعد الطيران: دع البطاريات تبرد لمدة 15-20 دقيقة بعد الطيران قبل إعادة الشحن
• الخلايا المتوازنة: استخدم شاحن توازن جيد وتحقق بانتظام من فروق جهد الخلية (يجب أن تكون في حدود 0.01-0.02 فولت)

إطالة عمر البطارية

• تجنب التفريغات الشديدة: اهبط عندما تصل إلى 3.5-3.6 فولت لكل خلية تحت الحمل
• التخزين السليم: خزّن البطارية عند 3.8-3.85 فولت لكل خلية في مكان بارد (15-20 درجة مئوية/59-68 درجة فهرنهايت)
• إدارة الدورة: تجنب دورات الشحن غير الضرورية؛ من الجيد إعادة شحن بطارية مستخدمة جزئيًا
• التحكم في درجة الحرارة: تجنب تعريض البطاريات لدرجات حرارة فوق 40 درجة مئوية/104 درجة فهرنهايت أو أقل من 0 درجة مئوية/32 درجة فهرنهايت

بناء وتخصيص حزم البطاريات

للمستخدمين المتقدمين الذين يرغبون في بناء حزم بطاريات مخصصة:

• مطابقة الخلايا: اختر الخلايا ذات مقاومة داخلية وسعة متشابهة
• المجموعات المتوازية أولاً: عند بناء حزم متوازية متسلسلة، قم بإنشاء مجموعات متوازية أولاً، ثم قم بتوصيلها على التوالي
• توصيلات قوية: استخدم سلكًا بقياس مناسب وتقنيات لحام آمنة
• دوائر الحماية: فكر في إضافة نظام إدارة البطارية (BMS) لحزم ليثيوم أيون
• الدعم الهيكلي: توفير حماية مادية كافية وتخفيف الضغط للتوصيلات

تسجيل وتحليل البطارية

يمكن أن يوفر تتبع أداء البطارية مع مرور الوقت رؤى قيمة:

• سجلات الطيران: سجّل أوقات الطيران ومعدلات التفريغ والحد الأدنى للجهد
• تتبع المقاومة الداخلية: قياس المقاومة الداخلية بشكل دوري لتحديد التدهور
• مخططات الأداء: ارسم رسمًا بيانيًا للسعة مقابل عدد الدورات لتصور شيخوخة البطارية
• مراقبة درجة الحرارة: استخدم مقياس حرارة بالأشعة تحت الحمراء للتحقق من النقاط الساخنة أثناء الشحن/التفريغ

استكشاف مشكلات البطارية الشائعة وإصلاحها

حتى مع العناية المناسبة، قد تنشأ مشاكل في البطارية. إليك كيفية تشخيص ومعالجة المشكلات الشائعة.

البطاريات المنتفخة/المتورمة

الأسباب:

• الشحن المفرط
• التفريغ المفرط
• الضرر المادي
• التدهور المرتبط بالعمر
• حرارة زائدة أثناء الاستخدام أو الشحن

الحلول:

• التخلص من البطارية فورًا - البطاريات المنتفخة غير آمنة للاستخدام
• تفريغها إلى جهد التخزين (3.8 فولت لكل خلية) إن أمكن
• التخلص منها بشكل صحيح باتباع إرشادات السلامة

انخفاض الجهد أثناء الطيران

الأسباب:

• شيخوخة البطارية (زيادة المقاومة الداخلية)
• بطارية صغيرة الحجم لسحب التيار
• التشغيل في درجة حرارة باردة
• توصيلات سيئة أو أسلاك غير كافية

الحلول:

• فحص وتنظيف جميع التوصيلات
• استخدام أسلاك أكثر سمكًا أو موصلات أفضل إذا كان ذلك مناسبًا
• التفكير في بطارية ذات معدل C أعلى أو مقاومة داخلية أقل
• الحفاظ على دفء البطاريات قبل الطيران في الطقس البارد

الخلايا غير المتوازنة

الأسباب:

• تلف الخلية
• عيوب التصنيع
• أنماط تفريغ غير متساوية
• تقادم البطارية

الحلول:

• الشحن المتوازن بمعدل بطيء (0.5C)
• إذا استمر عدم التوازن (فرق >0.05 فولت بين الخلايا)، توقف عن استخدام البطارية
• بالنسبة لحالات عدم التوازن الطفيفة، قد يساعد التخزين بالجهد المناسب لعدة أيام

انخفاض وقت الطيران

الأسباب:

• تدهور سعة البطارية
• زيادة متطلبات الطاقة (وزن إضافي، مراوح تالفة)
• التشغيل في الطقس البارد
• أسلوب طيران عدواني

الحلول:

• التحقق من السعة الفعلية أثناء التفريغ باستخدام محلل البطارية
• فحص الطائرة بدون طيار للتحقق من المشكلات الميكانيكية التي تزيد من استهلاك الطاقة
• التفكير في استبدال البطارية إذا انخفضت السعة إلى أقل من 80٪ من الأصل

مشاكل الشحن

الأسباب:

• مشاكل الشاحن
• مشاكل سلك التوازن
• خلايا تالفة
• درجة حرارة قصوى

الحلول:

• تحقق من عمل الشاحن باستخدام بطارية جيدة معروفة
• تحقق من أسلاك التوازن وأسلاك الطاقة الرئيسية بحثًا عن أي تلف
• تأكد من الشحن في درجة حرارة الغرفة (15-25 درجة مئوية/59-77 درجة فهرنهايت)
• جرب شاحنًا مختلفًا إذا استمرت المشكلات

الأسئلة الشائعة: أسئلة شائعة حول بطاريات الدرون

ماذا تعني "S" في بطارية LiPo؟

تشير علامة "S" إلى عدد الخلايا المتصلة على التوالي. كل خلية لها جهد اسمي يبلغ 3.7 فولت، لذا فإن بطارية 4S لها جهد اسمي يبلغ 14.8 فولت (4 × 3.7 فولت).

ما هو الفرق بين LiPo و LiHV؟

يمكن شحن بطاريات LiHV إلى جهد أعلى لكل خلية (4.35 فولت) مقارنة ببطاريات LiPo القياسية (4.20 فولت). هذا يؤدي إلى زيادة كثافة الطاقة بنحو 8٪ ولكنه يقلل عادة من عمر البطارية.

هل يمكنني استخدام بطارية 6S على درون مصمم لـ 4S؟

بشكل عام، لا. استخدام بطارية ذات جهد أعلى مما تم تصنيف مكوناتك له يمكن أن يتلف وحدات تحكم السرعة الإلكترونية (ESCs) والمحركات والإلكترونيات. ومع ذلك، قد يكون ذلك ممكنًا مع تحديد الخانق في وحدة التحكم بالطيران واختيار KV المناسب للمحرك.

كيف أعرف متى يجب أن أهبط بطائرتي؟

يُنصح بالهبوط عندما يصل جهد البطارية إلى حوالي 3.5 فولت لكل خلية تحت الحمل. يمكن تكوين معظم وحدات التحكم بالطيران لتوفير تحذيرات الجهد من خلال شاشات OSD أو تنبيهات صوتية.

كيف يجب أن أخزن بطاريات LiPo الخاصة بي؟

خزن بطاريات LiPo عند جهد تخزين يتراوح من 3.8 فولت إلى 3.85 فولت لكل خلية، في مكان بارد وجاف، ويفضل في حاوية مقاومة للحريق أو حقيبة LiPo.

ما هو "تصنيف C" وكيف يؤثر على أداء البطارية؟

يشير تصنيف C إلى معدل التفريغ المستمر الآمن الأقصى للبطارية. تصنيف C الأعلى يعني أن البطارية يمكن أن توفر تيارًا أكبر، وهو أمر مهم للطائرات بدون طيار عالية الأداء التي تتطلب توصيل الطاقة بسرعة.

ما هو "IR" ولماذا هو مهم؟

IR (المقاومة الداخلية) يقيس مقاومة تدفق التيار داخل البطارية. IR المنخفض يعني أن طاقة أقل تضيع على شكل حرارة ويمكن للبطارية توصيل الطاقة بكفاءة أكبر، مما يؤدي إلى أداء أفضل وانخفاض أقل في الجهد.

هل بطاريات الليثيوم أيون أفضل من LiPo لجميع التطبيقات؟

لا. بينما توفر بطاريات الليثيوم أيون كثافة طاقة أعلى وعمر أطول، فإنها لا تستطيع توصيل التيار العالي المطلوب للطيران العدواني. إنها أفضل لتطبيقات المدى الطويل والتحمل، بينما تظل بطاريات LiPo متفوقة للسباق والأسلوب الحر.

كم عدد دورات الشحن التي يمكنني توقعها من بطارياتي؟

• بطاريات LiPo: عادة 200-300 دورة مع العناية المناسبة
• بطاريات LiHV: عادةً 150-250 دورة
• بطاريات الليثيوم أيون: عمومًا 500-1000+ دورة

يعتمد العمر الفعلي للدورة على كيفية استخدام البطارية وصيانتها.

هل يمكنني خلط علامات تجارية أو مواصفات بطاريات مختلفة على طائرتي بدون طيار؟

لا يُنصح بخلط البطاريات ذات المواصفات المختلفة (السعة، تصنيف C، العمر) لأن هذا يمكن أن يؤدي إلى أداء غير متوازن ومشاكل أمنية محتملة. التزم ببطاريات متطابقة للحصول على أفضل النتائج.

الخلاصة

تقنية البطاريات هي مجال مثير للاهتمام وسريع التطور يؤثر بشكل مباشر على أداء وسلامة واستمتاع تجربة طيران الدرون الخاصة بك. من خلال فهم الكيمياء والمواصفات والاعتبارات العملية لأنواع البطاريات المختلفة، يمكنك اتخاذ قرارات مستنيرة تحسن إعدادك لاحتياجاتك المحددة.

سواء كنت تتسابق بسرعة قصوى، أو تلتقط لقطات سينمائية، أو تستكشف قدرات المدى الطويل، فإن اختيار البطارية المناسبة أمر بالغ الأهمية مثل أي مكون آخر على طائرتك بدون طيار. تذكر أن العناية والتعامل المناسبين لا يطيلان عمر بطارياتك فحسب، بل يضمنان أيضًا سلامتك أثناء الاستمتاع بهذه الهواية المثيرة.

مع استمرار تقدم تكنولوجيا البطاريات، يمكننا أن نتطلع إلى أداء أفضل وأوقات طيران أطول وميزات أمان محسنة. ابق على اطلاع بالتطورات الجديدة، ولا تتردد في تجربة خيارات البطارية المختلفة للعثور على التطابق المثالي لأسلوب الطيران الخاص بك.

المراجع وقراءات إضافية

• شحن بطارية الدرون: دليل للسلامة والكفاءة
• شحن البطارية المتوازي: المبادئ الأساسية والتقنيات المتقدمة
• تخزين ونقل وتفريغ بطارية الدرون
• تحليل صحة البطارية
• نظرة عامة على موصلات شحن البطارية
• تركيب بطارية الدرون