كيفية جعل بطارية الطائرة المُسيرة تدوم لفترة أطول

عمر بطارية الطائرة بدون طيّار يُعَدُّ أحد أهم العوامل المؤثرة في أداء الطيران، وتكاليف التشغيل، والتجربة العامة للمستخدم. سواء كنت تُطير طائرة استهلاكية صغيرة للتصوير الفوتوغرافي، أو تدير أسطولًا احترافيًّا للفحص الجوي، أو تطوّر منصة طائرة بدون طيّار قادرة على حمل أحمال ثقيلة، فإن زيادة عمر البطارية تعني وقتًا أطول في الهواء وإنتاجية أعلى، مع انقطاعات أقل على الأرض.

مع ذلك، يمكن أن يُقصد بمصطلح «عمر البطارية» أمرين مختلفين. فقد يشير إلى عدد الدقائق التي يستطيع الطائر المُسيَّر الطيران بها في شحنة واحدة، أو قد يعني عدد المرات التي يمكن فيها إعادة شحن البطارية قبل أن تنخفض سعتها وأداؤها بشكل ملحوظ. ولتحسين كليهما، لا يكفي مجرد تركيب بطارية أكبر حجمًا. فكيمياء البطارية، وتصميم الحزمة، وجودة الخلايا، ووزن الطائرة، والظروف الجوية، وعادات الشحن، ونمط الطيران كلها عوامل مؤثرة.

يوضّح هذا المقال كيفية قياس عمر بطارية الطائر المُسيَّر، والمدة المتوقعة للطيران، والعوامل المؤثرة في الأداء الفعلي، وكيف تساعد الخلايا عالية الكثافة الممتازة مثل خلايا الليثيوم-أيون من نوع 21700 في إطالة مدة الطيران وزيادة متانة البطارية على المدى الطويل.

طريقتان لقياس عمر بطارية الطائر المُسيَّر

عند مناقشة بطاريات الطائر المُسيَّر، من المفيد التمييز بين مدة الطيران لكل شحنة ومدة عمر دورة الشحن. وهما مترابطتان، لكنهما تقيسان جوانب مختلفة من أداء البطارية.

مدة الطيران لكل شحنة

وقت الطيران لكل شحنة هو الرقم الذي يركّز عليه مشغّلو الطائرات المُسيَّرة أولًا. وهو يقيس المدة التي يمكن أن تبقى فيها الطائرة في الجو قبل أن تصل البطارية إلى عتبة الهبوط الآمن.

أما بالنسبة لطائرة استهلاكية مزوَّدة بكاميرا، فقد يعني ذلك الفرق بين تصوير المشهد بأكمله في رحلة واحدة أو الحاجة إلى الهبوط في منتصف الرحلة. أما بالنسبة لطائرة صناعية، فإن الدقائق الإضافية قد تعني تغطية مساحة أكبر من الأرض في كل طلعة، أو فحص قسم أكبر من البنية التحتية، أو تقليل عدد عمليات تبديل البطاريات خلال يوم عمل.

غالبًا ما يعلن المصنعون عن أقصى وقت طيران في ظروف خاضعة للتحكم: بدون رياح، وعند درجة حرارة مثالية، وبأقل حمولة ممكنة، وطيران ثابت، وببطارية جديدة. أما النتائج في العالم الحقيقي فهي عادةً أقل، لأن الطيارين يواجهون الرياح والمناورات ومتطلبات الحمولة والتغيرات في درجة الحرارة وتآكل البطاريات مع الزمن.

تشمل أوقات الطيران الواقعية النموذجية ما يلي:

الطائرات الاستهلاكية: نحو ٢٠ إلى ٤٠ دقيقة من الاستخدام العملي.

النماذج الرائدة للمستهلكين والمستخدمين المحترفين: حوالي ٣٤ إلى ٥١ دقيقة في الظروف الملائمة.

منصات الطائرات متعددة المراوح الاحترافية: نحو ٤٠ إلى ٥٠ دقيقة، وفقًا للحمولة وظروف التشغيل.

الطائرات غير المأهولة ذات الأجنحة الثابتة: تصل إلى ساعتين أو أكثر، لأن الطيران الأمامي يكون عمومًا أكثر كفاءةً في استهلاك الطاقة مقارنةً بالتحليق المعلَّق.

تستهلك الطائرات متعددة المراوح طاقةً كبيرةً لأن محركاتها يجب أن تولِّد باستمرار قوة دفع كافية لدعم وزن الطائرة بالكامل. أما الطائرات ذات الأجنحة الثابتة فتستخدم، بالمقابل، الرفع الناتج عن أجنحتها بعد بدء الحركة الأمامية، ما يقلل بشكل كبير من الطلب على الطاقة أثناء الطيران المنتظم.

عمر دورة الشحن

يقيس عمر دورة الشحن عدد دورات إعادة الشحن التي يمكن أن تكملها البطارية قبل أن تنخفض سعتها القابلة للاستخدام إلى ما دون المستوى المقبول. ولا تتوقف البطارية فجأة عن العمل بعد عدد معيّن من الدورات، بل تفقد سعتها تدريجيًّا، وتزداد مقاومتها الداخلية، وتنخفض جهدها أكثر تحت الحمْل، وقد تصبح أقل موثوقية في الطقس البارد أو أثناء الرحلات ذات الطلب العالي.

وبالنسبة لمشغِّلي الطائرات المُسيَّرة، يؤثِّر عمر الدورة على السلامة والتكلفة معًا. فالحزمة ذات العمر الافتراضي الأطول تحتاج إلى استبدال أقل تكرارًا، ويمكنها الحفاظ على أداء طيرانٍ أكثر اتساقًا مع مرور الوقت. وهذا أمرٌ بالغ الأهمية بالنسبة للأسطول التجاري، حيث قد تُستخدم عشرات أو مئات الحزم البطارية بانتظام.

لا تعني «الدورة» دائمًا الشحن من ٠٪ إلى ١٠٠٪. فعلى سبيل المثال، استخدام ٥٠٪ من سعة البطارية في يومٍ ما و٥٠٪ أخرى في اليوم التالي يعادل تقريبًا دورةً واحدةً كاملةً. وفي الواقع، تكون دورات الشحن والتفريغ السطحية عادةً أقل إجهادًا من تكرار الدورات الكاملة العميقة.

وبالتالي، فإن الهدف مزدوج:

تعظيم عدد الدقائق الآمنة والمفيدة للطيران من كل شحنة.

الحفاظ على سعة البطارية وقدرتها على التزويد بالطاقة لأكبر عددٍ ممكن من الدورات.

تقدير زمن طيران الطائرة المسيرة

تتمثل إحدى الطرق البسيطة لتقدير زمن الطيران النظري للطائرة المسيرة في ما يلي:

فعلى سبيل المثال، إذا استخدمت طائرة مسيرة بطارية سعتها ٥٠٠٠ ملي أمبير-ساعة واستهلكت في الطيران متوسط تيار قدره ١٠٠٠٠ ملي أمبير (أي ١٠ أمبير):

وهذا الحساب مفيدٌ في مراحل التصميم الأولية، لكن لا ينبغي اعتباره زمن طيران فعليًّا مضمونًا. فاستهلاك التيار من قِبل الطائرة المسيرة ليس ثابتًا. إذ قد تتسبب عمليات الإقلاع والصعود ومكافحة الرياح والتعليق في الجو والتسارع السريع وحمل الأحمال والهبوط في تغير متطلبات الطاقة.

وبالإضافة إلى ذلك، يُقاس السعة المُعلَّنة للبطارية عمومًا في ظل ظروف اختبار مُعرَّفة. وعند تفريغ الحزمة بتيارٍ عالٍ، قد تكون سعتها القابلة للاستخدام أقل من التصنيف الاسمي. ويحدث هذا بسبب انخفاض الجهد والمقاومة الداخلية. فإذا انخفض الجهد بسرعةٍ كبيرةٍ تحت الحمل، فقد يصل الطائر المُسيَّر إلى حد قطع الجهد المنخفض مبكرًا، حتى وإن بقيت بعض الطاقة في الخلايا.

وللحصول على تقديرٍ أكثر واقعية، ينبغي للمصمِّمين والطيارين أخذ العوامل التالية في الاعتبار:

السعة الاحتياطية اللازمة للهبوط الآمن.

الزيادة في استهلاك التيار أثناء الطيران العنيف.

الانخفاض في الأداء عند درجات الحرارة المنخفضة.

تقدم عمر البطارية مع التكرار المستمر لدورات الشحن والتفريغ.

وزن الحمولة والمقاومة الهوائية.

ظروف الرياح والارتفاع عن سطح البحر.

خسائر الجهد الناجمة عن الأسلاك والموصلات ونظام إدارة البطارية.

إن خطة التشغيل المحافظة تكون أكثر فائدةً من السعي وراء أعلى رقم نظري ممكن. ولأغلب التطبيقات، يكون الهبوط مع احتياطي أمان مناسبٍ أفضل من محاولة استنزاف البطارية حتى أقصى حدٍّ ممكن.

لماذا يهم اختيار الخلايا

تحدد الخلايا الفردية داخل حزمة البطارية جزءًا كبيرًا من أدائها. فالسعة وحدها لا تكفي. بل يجب أن توفر الخلية تيارًا كافيًا، وأن تظل مستقرة تحت التحميل، وأن تُدار الحرارة بكفاءة، وأن تحافظ على سعة مفيدة عبر دورات الشحن المتكررة.

الشكلان الأسطوانيان الأوسع انتشارًا لخلايا الليثيوم-أيون المستخدمة في حزم الطائرات المُسيَّرة هما خلايا 21700 وخلايا 18650.

خلايا 21700

تتميز خلية 21700 بأنها أكبر من الخلية التقليدية 18650، ما يمنحها القدرة على تخزين طاقة أكبر لكل خلية. وفي تطبيقات الطائرات المُسيَّرة، يمكن أن يدعم ذلك كثافة طاقة عالية مع تقليل عدد الخلايا والوصلات وخسائر التوصيل بين الخلايا داخل حزمة البطارية.

غالبًا ما تُختار خلايا 21700 عالية الجودة للتطبيقات التي تتطلب توازنًا بين السعة الطاقية ومخرج القدرة. ومن مزاياها ما يلي:

سعة أعلى لكل خلية، ما يسمح بتخزين طاقة إجمالية أكبر في حزمة مدمجة.

توصيل قوي للطاقة في ظروف الإقلاع والصعود والمناورة الصعبة.

انخفاض أقل في الجهد عند استخدامه مع كيمياء الخلايا والتصميم المناسب لحزمة البطاريات.

قدرة أسرع على الشحن في الخلايا المصممة لمعدلات شحن أعلى.

كثافة طاقة محسَّنة، ما قد يساعد في تقليل كتلة البطارية المطلوبة لإنتاج كمية معينة من الطاقة.

في تطبيقات الطائرات المُسيَّرة، يكتسب انخفاض الجهد الأقل قيمةً خاصةً. فبطارية تحافظ على جهدها بكفاءة أكبر تحت التحميل يمكنها تزويد المحركات والإلكترونيات الخاصة بالطيران بطاقةٍ أكثر استقرارًا. وهذا يدعم دفعًا أكثر اتساقًا، واستجابةً أفضل في التحكم، ووقت طيرانٍ عمليٍّ أطول قبل أن تصل الطائرة إلى عتبة الجهد المنخفض.

18650 الخلايا

ما زال تنسيق خلية الـ18650 يتمتع بتاريخٍ طويلٍ في التطبيقات التي تعمل بالبطاريات. وهو يظل خيارًا عمليًّا للعديد من الطائرات المُسيَّرة وأنظمة الطائرات غير المأهولة، لا سيما حين تكون الأولوية لموثوقية الأداء، والسلوك الحراري الجيِّد، وطول عمر الدورة التشغيلية.

يمكن لخلايا الـ18650 عالية الجودة أن توفر:

خصائص موثوقة في عمر الدورة التشغيلية.

أداء حراري جيِّد عند دمجها بشكل سليم.

توفرًا واسع النطاق عبر نطاقات مختلفة من السعة ومعدلات التفريغ.

سلسلة توريد راسخة ونظام تصميم حزم بطاريات متكامل.

أداءٌ ثابتٌ لتطبيقات الطائرات المُسيرة ذات القدرة المعتدلة.

لا ينبغي اتخاذ قرار الاختيار بين خلايا ٢١٧٠٠ و١٨٦٥٠ استنادًا إلى الحجم وحده. وأفضل خيار يعتمد على متطلبات الجهد الخاصة بالطائرة المُسيرة، وطلب التيار الأقصى، والحمولة، والمدة المستهدفة للتشغيل، وتصميم التبريد، ووسيلة الشحن، ومتطلبات السلامة.

قد تُركِّز طائرة مُسيرة خفيفة الوزن مخصصة للتصوير الجوي على كثافة الطاقة والتغليف المدمَّج. أما طائرة مُسيرة متعددة الدوارات ذات القدرة العالية على الرفع فقد تتطلب خلايا تتميز بقدرة عالية على التفريغ المستمر. وقد تُركِّز أسطول من الطائرات المُسيرة المستخدمة في بيئات حارة أو باردة بشكل إضافي على الاستقرار الحراري وثبات الجهد.

سعة البطارية وتصميم الحزمة

يعتمد أداء بطارية الطائرة المُسيرة على الحزمة بأكملها، وليس فقط على الخلايا الفردية. ويجب على المهندسين تحقيق توازن بين السعة، والجهد، ومعدل التفريغ، والوزن، والتبريد، والتوصيلات الكهربائية، والإلكترونيات الواقية.

السعة مقابل الوزن

عادةً ما يعني ارتفاع سعة البطارية طاقة مخزَّنة أكبر، لكنه يزيد أيضًا من وزن الحزمة. وهذا يخلق تنازلًا في التصميم: فالبطارية الأثقل قد توفر طاقة أكبر، لكن الطائرة تحتاج إلى طاقة إضافية لرفعها.

الهدف ليس ببساطة تركيب أكبر حزمة ممكنة. بل هو تحقيق أفضل توازن بين الطاقة والوزن للطائرة. فبطارية ذات قيمة عالية من الواط-ساعة لكل كيلوجرام يمكنها توفير طاقة قابلة للاستعمال أكثر دون أن تفرض عبئًا زائدًا على الوزن.

من الناحية العملية، تكون أفضل بطارية غالبًا هي التي توفر طاقة وطاقة كافية مع الحفاظ على وزن الإقلاع للطائرة ضمن نطاق تشغيلها الفعّال.

الجهد وترتيب الخلايا

إن طريقة توصيل الخلايا مهمةٌ أيضًا. فالخلايا المتصلة على التوالي ترفع جهد الحزمة، بينما تزيد الخلايا المتصلة على التوازي من السعة الكلية وقدرة التيار.

يمكن لحزمة الجهد الأعلى أن تقلل التيار عند مستوى طاقة معين. وبما أن الخسائر الكهربائية تزداد مع ازدياد التيار، فإن رفع الجهد يمكن أن يحسّن الكفاءة في الأسلاك ونظام الطاقة، شرط أن تكون المحركات ووحدات التحكم الإلكترونية في السرعة والمكونات الأخرى مصمَّمة لهذا الغرض.

على سبيل المثال، طائرة درون دون طيَّار تحتاج إلى ١٠٠٠ واط من الطاقة تستمد ما يقارب ٤٥,٥ أمبير من بطارية جهدها ٢٢ فولت، لكنها تستمد فقط ما يقارب ٢٢,٧ أمبير من بطارية جهدها ٤٤ فولت. والتصميم الفعلي للنظام أعقد من هذا المثال، لكن المبدأ يبقى مهمًّا: زيادة الجهد يمكن أن تقلل من متطلبات التيار والخسائر الحرارية المرتبطة به.

معدل C وقدرة التفريغ

يصف معدل C السرعة التي يمكن بها شحن البطارية أو تفريغها بالنسبة إلى سعتها. فخلية سعتها ٥ أمبير-ساعة ومُفرَّغة بمعدل ٥C يمكنها نظريًّا تزويد تيار قدره ٢٥ أمبير. ومع ذلك، يجب التمييز بين تصنيف التفريغ المستمر للخلية وتصنيف الذروة القصيرة المدى.

تتطلب الطائرات المُسيرة عادةً نبضات قصيرة من الطاقة العالية أثناء الإقلاع، والتسارع السريع، والصعود، والكبح، أو التعويض عن تأثير الرياح. ويجب أن يكون حزمة البطارية قادرةً على تلبية هذه المتطلبات دون ارتفاعٍ مفرط في درجة الحرارة أو انخفاضٍ كبير في الجهد.

قد تواجه بطارية صغيرة جدًّا أو ذات قدرة تفريغ غير كافية ما يلي:

انخفاضًا ملحوظًا في الجهد.

انخفاضًا في الدفع أثناء المناورات الصعبة.

تحذيرات مبكرة من نفاد البطارية.

ارتفاعًا في درجة حرارة الخلايا.

تدهورًا أسرع مع مرور الوقت.

زيادةً في مخاطر السلامة إذا استُخدمت خارج مواصفاتها المحددة.

يكتسب الكثافـة العالية للطاقة أهميةً كبيرةً، لكنها يجب أن تترافق مع مقاومة داخلية منخفضة وقدرة تيار مناسبة. وتوفر الحزمة المثالية جهدًا مستقرًّا والتيار الكافي دون إضافة وزن غير ضروري.

هيكل الطائرة، والحمولة، والوزن

تَعْتَمِدُ مَدَّةُ حَيَاةِ الْبَطَّارِيَةِ عَلَى كَفَاءَةِ الطَّائِرَةِ. وَحَتَّى أَكْثَرُ الْبَطَّارِيَاتِ تَقَدُّمًا لَا يُمْكِنُهَا جَبْرُ نَقْصِ كَفَاءَةِ الْهَيْكِلِ أَوْ حِمْلٍ زَائِدٍ غَيْرِ مُبَرَّرٍ.

كُلُّ جِرَامٍ إِضَافِيٍّ يَتَطَلَّبُ دَفْعًا أَكْثَرَ مِنَ الْمُحَرِّكَاتِ. وَيَعْنِي الدَّفْعُ الْأَكْثَرُ اسْتِهْلَاكًا أَكْثَرَ لِلتِّيَارِ، مَا يُقَلِّلُ مَدَّةَ الطَّيَرَانِ وَيَزِيدُ الضَّغْطَ عَلَى الْبَطَّارِيَةِ. وَيَكُونُ هَذَا التَّأْثِيرُ أَكْثَرُ وُضُوحًا فِي طَيَارَاتِ الْمُتَعَدِّدَةِ الْمَحَارِبِ، حَيْثُ يُولِّدُ نِظَامُ الدَّفْعِ كُلَّ قُوَّةِ الرَّفْعِ.

تَخْفِيفُ الْوَزْنِ الزَّائِدِ

وَاحِدٌ مِنْ أَفْعَلِ الطُّرُقِ لِزِيَادَةِ مَدَّةِ الطَّيَرَانِ هُوَ تَخْفِيفُ الْكُتْلَةِ الزَّائِدَةِ. وَمِنْ أَمَاكِنِ التَّحْسِينِ الْمُمْكِنَةِ:

مَوَادُ هَيْكِلٍ أَخَفُّ حَيْثُ تَسْمَحُ الشُّرُوطُ الْهَيْكَلِيَّةُ.

مُحَرِّكَاتٌ فَعَّالَةٌ وَمَرَافِقُ دَوَرَانٍ مُنَاسِبَةُ الْحَجْمِ.

عَجَلَاتُ هَبْطٍ مُكَثَّفَةٌ وَمَعَدَّاتُ تَثْبِيتٍ صَغِيرَةُ الْحَجْمِ.

تَقْلِيلُ طُولِ الْكَابِلَاتِ وَتَوْصِيلَاتٌ كَهْرَبَائِيَّةٌ أَقَلُّ مُقَاوَمَةً.

دَمْجُ الْحِمْلِ بِشَكْلٍ أَنْسَاقِيٍّ.

إِزَالَةُ الإِكْسِوَارَاتِ الزَّائِدَةِ أَوِ الْغَيْرِ ضَرُورِيَّةِ.

البطارية نفسها غالبًا ما تكون أثقل مكوّنٍ منفردٍ في الطائرة المسيرة. ولذلك فإن تحسين كثافة طاقة البطارية يمكن أن يُحدث تأثيرًا كبيرًا جدًّا.

في منصات الطائرات الجوية غير المأهولة الكبيرة والتكوينات ذات الحمولة الثقيلة، فإن تحسينًا بسيطًا نسبيًّا في كتلة البطارية أو طاقتها القابلة للاستخدام قد يولّد مكاسب تشغيلية ملموسة. ويمكن أن يساعد اختيار خلية أفضل الطائرة المسيرة على حمل المعدات بكفاءة أعلى، والحفاظ على جهدٍ مستقرٍ تحت التحميل، وإكمال المهمة مع احتياطي طاقة أكبر.

تخطيط الحمولة

يجب اعتبار الحمولة جزءًا من ميزانية الطاقة. فتؤثر الكاميرات وأجهزة الاستشعار الحرارية ووحدات الليدار والمنصات الدوارة وطرود التوصيل ومعدات الاتصال والغلاف الواقي جميعها على مدة الطيران.

قبل المهمة، يجب على المشغلين أخذ وزن الحمولة في الاعتبار ليس فقط، بل أيضًا تأثيرها الديناميكي الهوائي. فقد تؤدي الحمولة الضخمة أو غير المُركَّبة بشكلٍ مناسب إلى زيادة السحب، لا سيما في الطائرات المُسيَّرة ذات الأجنحة الثابتة والطائرات المُسيَّرة الهجينة ذات الإقلاع والهبوط العمودي. كما قد تغيِّر مركز الجاذبية، ما يجبر وحدة التحكم في الطيران والمحركات على بذل جهدٍ أكبر للحفاظ على الاستقرار.

الحمولة المُدمَجة جيدًا تحافظ على الكفاءة. أما الحمولة غير المُدمَجة جيدًا فقد تقلِّل مدة الطيران حتى لو كان وزنها معتدلًا نسبيًّا.

البيئة وأسلوب الطيران

قد تختلف أداء بطارية الطائرة المُسيَّرة اختلافًا كبيرًا بين اختبار داخلي هادئ وبين مهمة خارجية باردة وعاصفة. فالظروف البيئية وسلوك القائد يؤثران مباشرةً على استهلاك الطاقة.

درجة الحرارة

تؤدي بطاريات الليثيوم-أيون أفضل أداءٍ ضمن نطاق درجة حرارة معتدل. ففي الظروف الباردة، تتباطأ التفاعلات الكهروكيميائية وتزداد المقاومة الداخلية. ونتيجةً لذلك، قد تظهر البطارية سعةً قابلةً للاستخدام أقل، وهبوطًا أكبر في الجهد، وأداءً أضعف عند التيار العالي في درجات الحرارة المنخفضة.

تُسبِّب الأجواء الحارة تحديات مختلفة. ويمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع تدهور البطاريات وزيادة خطر الإجهاد الحراري، لا سيما أثناء الشحن أو التفريغ عالي القدرة.

الرياح والارتفاع

تزيد الرياح من استهلاك الطاقة لأن الطائرة المُسيَّرة يجب أن تبذل جهدًا أكبر للحفاظ على موضعها أو سرعتها فوق الأرض. وتكون الرياح المواجهة مكلفةً بشكلٍ خاص للطائرات ذات الأجنحة الثابتة وللطائرات متعددة المراوح التي تتحرك للأمام. كما يمكن أن تؤدي الظروف المتقلبة في الرياح إلى تعديلات متكررة في سرعة المحركات، ما يرفع متوسط استهلاك التيار.

قد يؤثر الارتفاع أيضًا على الأداء. ففي الهواء الأقل كثافةً، قد يلزم أن تدور المراوح بسرعة أكبر أو أن تعمل المحركات بجهدٍ أعلى لتوليد نفس قوة الرفع. وقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع استهلاك الطاقة وانخفاض زمن الطيران المتاح.

التوقف في الجو مقابل الطيران المنتظم

التحليق في مكانه يستهلك طاقةً كبيرةً للطائرات المُسيرة متعددة المراوح لأن المحركات تُنتِج رفعًا باستمرار دون الاستفادة من المساعدة khíوديناميكية الناتجة عن الحركة الأمامية.

تؤدي المناورات العنيفة والتسارع السريع والطيران بسرعات عالية والصعود المتكرر والتغيرات المفاجئة في الاتجاه إلى زيادة الطلب على التيار الكهربائي، ما قد يقلل مدة الطيران ويزيد من ارتفاع درجة حرارة البطارية.

لتحقيق مدة طيران أطول، اطِرْ بسلاسةٍ كلما سمحَت المهمة بذلك:

تجنب التسارع السريع غير الضروري والتباطؤ الحاد.

استخدم سرعات الطيران الاقتصادية بدلًا من الطيران بأقصى سرعة.

قلِّل قدر الإمكان من التحليق في مكانه لفترات طويلة وبقدرة عالية.

خطِّط للمسارات بحيث تتفادى الصعود المتكرر والانحرافات غير الضرورية.

اهبط مع هامش أمان كافٍ بدلًا من استنزاف البطارية حتى حدها الأقصى.

كيفية إطالة عمر بطارية الطائرة المسيرة

يطالب تمديد عمر البطارية مزيجًا من خيارات الأجهزة وممارسات التشغيل اليومية. وأفضل النتائج الموثوقة تتحقق حين نعامل البطارية كمكون طيرانٍ حاسمٍ، لا كملحقٍ قابلٍ للتخلّص منه.

اختَرْ أخفَّ وزنٍ وارفع كثافة الطاقة

يُعَدُّ تقليل وزن الطائرة أحد أكثر الطرق مباشرةً لخفض استهلاك التيار. استخدم مواد خفيفة الوزن، ومحركات فعّالة، ودوّارات مُحسَّنة، وحمولة فقط بما يتطلبه المهمة.

وكثافة طاقة البطارية مهمةٌ أيضًا. ويمكن أن تساعد خلايا 21700 عالية الكثافة المصمِّمين على تعبئة طاقة أكبر في وزن وحجم معينين. وفي التطبيقات التي تقترب فيها حلول البطاريات من كثافة طاقة تبلغ نحو ٢٦٠ واط·ساعة/كغ على مستوى الخلية، قد يكون المكسب المحتمل في مدة التشغيل كبيرًا جدًّا، رغم أن كثافة الطاقة على مستوى الحزمة ستكون أقل بعد إدراج الأسلاك، والغلاف، ودوائر الحماية، والمواد الحرارية، والمكونات الإنشائية.

اشحن بذكاء

تؤثر عادات الشحن تأثيرًا كبيرًا على صحة البطارية على المدى الطويل. استخدم دائمًا شاحنًا مصممًا خصيصًا لتركيبة كيمياء البطارية وتوصيل حزمها. وإذا اشتملت البطارية على نظام إدارة، فاستخدم معدات شحن متوافقة واتبع حدود التيار والجهد التي يحددها الصانع.

تجنب شحن البطارية فور انتهاء رحلة حرارية. دع الحزمة تبرد أولًا. وبالمثل، لا تشغّل شحن البطارية إذا كانت قد عُرّضت لدرجات حرارة متجمدة حتى تعود إلى نطاق التشغيل الآمن.

تساعد الدورات السطحية في الحفاظ على السعة على المدى الطويل. إن تفريغ البطارية باستمرار حتى مستوى منخفض جدًّا ثم شحنها بالكامل يُسبب إجهادًا أكبر على خلايا الليثيوم-أيون مقارنةً بالتشغيل ضمن نطاق معتدل من الشحن. وللاستخدام اليومي، يكون من المفيد غالبًا تجنّب التفريغ العميق غير الضروري. وقد يظل الشحن الكامل مناسبًا قبل المهمة عندما تتطلب أقصى قدر من المدة التشغيلية، لكن تخزين البطارية عند ١٠٠٪ لفترات طويلة ليس مثاليًّا عمومًا.

تجنب التفريغ العميق

يمكن أن يتسبب التفريغ العميق في إلحاق الضرر بصحة البطارية وخلق مخاوف تتعلق بالسلامة. ولا ينبغي تشغيل الطائرة من دون طيار حتى تنفد طاقة البطارية تمامًا. فقد تنخفض الجهد بسرعة كبيرة تحت الحمل عند نهاية دورة التفريغ، لا سيما في الظروف الباردة أو مع حزم بطاريات قديمة.

عيّن تحذيرات منخفضة الطاقة وعتبات العودة إلى نقطة الإقلاع بشكل معقول. ويجب أن تراعي هذه الإعدادات عوامل مثل سرعة الرياح والمسافة من نقطة الإقلاع والحمولة ودرجة الحرارة، وكذلك احتمال حاجة الطائرة إلى طاقة إضافية للعودة بأمان.

قد تتعافى البطارية ذات الجهد المنخفض عند السكون قليلًا بعد إزالة الحمل، لكن هذا لا يعني أنها آمنة للاستمرار في الطيران. وقد تكون استعادة الجهد مضللة؛ إذ قد تكون الحزمة ما زالت قريبة جدًّا من حد التفريغ العملي الخاص بها.

التخزين لتحقيق عمر افتراضي أطول

يُهمَل تخزين البطاريات على المدى الطويل أكثر من أي جانب آخر في العناية بها. وعمومًا، يجب تخزين البطاريات عند مستوى شحن جزئي بدلًا من شحنها بالكامل أو تركها شبه فارغة.

يُعَدُّ هدف التخزين العملي تقريبًا ما بين ٤٠٪ و٨٠٪ من حالة الشحن، وذلك حسب نوع البطارية وتوجيهات الشركة المصنِّعة. وينبغي تخزين الحزم في بيئة باردة وجافة ومستقرة بعيدًا عن أشعة الشمس المباشرة والرطوبة والمواد القابلة للاشتعال ودرجات الحرارة القصوى.

تجنَّب ترك البطاريات في المركبات أو المرائب أو الأماكن الخارجية حيث يمكن أن ترتفع أو تنخفض درجات الحرارة بشكل حاد. ولا تُخزَّن البطاريات عند درجات حرارة التجمد، ولا تُترك مشحونة بالكامل لفترات طويلة ما لم توصي الشركة المصنِّعة بذلك صراحةً.

قبل استخدام بطارية مخزَّنة، تحقَّق منها للتأكد من عدم وجود انتفاخ أو تلف أو تآكل أو وصلات فضفاضة أو روائح غير طبيعية أو تسخُّن غير اعتيادي. ويجب ألا تُستخدم الحزم التالفة في الطيران أو الشحن.

تمديد مدة الطيران باستخدام خلايا بطاريات Tcbest

للمصنّعين الطائرات المُسيَّرة ومُصمِّمي حزم البطاريات، يُعَدُّ اختيار الخلايا قرارًا استراتيجيًّا يؤثِّر في الأداء. وتركِّز مجموعات بطاريات شركة تي سي بيست على الخصائص التي تكتسب أهميةً خاصةً في تطبيقات الطائرات المُسيَّرة: الكثافة العالية للطاقة، واستقرار جهد التغذية، والسلوك الحراري، وقدرة الشحن السريع، ومتانة عمر الدورات.

تُشكِّل خلية إن آر ٢١٧٠٠ عالية الأداء، المصمَّمة لسعة تبلغ ٥٫٠ أمبير-ساعة وقدرة شحن سريع تصل إلى ٥ سي، وقدرة تفريغ تفوق ١٠ سي، أساسًا قويًّا لأنظمة بطاريات الطائرات المُسيَّرة ذات المتطلبات العالية. ويعتمد أداء الحزمة الفعلي على ترتيب الخلايا، وتصميم نظام إدارة البطارية، والتبريد، والموصِّلات، والأسلاك، ووزن الطائرة، وملف المهمة، لكن هذه الخصائص على مستوى الخلية تعالج عدَّةً من أبرز التحديات التي تواجه مشغِّلي الطائرات المُسيَّرة.

طاقة مستقرة تحت الحمل

أثناء الإقلاع، والصعود، وتشغيل الطائرات المُسيرة في ظروف الرياح العالية، تحتاج هذه الطائرات إلى توصيل طاقة سريع. ويمكن أن تساعد الخلايا ذات الانخفاض المنخفض في الجهد على الحفاظ على إخراج أكثر استقرارًا عند ازدياد الطلب على التيار. وهذا يدعم أداء المحركات بشكل أكثر ثباتًا، وقد يقلل من احتمال ظهور تحذير مبكر من انخفاض الجهد الناتج عن قمم حمل لحظية.

وفي مجال التصوير الجوي، والتفتيش، والرسم الخرائطي، والمهام التي تتطلب حمولة ثقيلة، فإن استقرار الجهد يمكن أن يساعد أيضًا في الحفاظ على سلوك الطائرة المتوقع طوال مدة الرحلة.

دوران سريع بين المهام

يمكن أن يكون الشحن السريع مفيدًا جدًّا عندما تتطلب عمليات الطيران تدوير البطاريات بشكل متكرر. وقد يؤدي تصميم الشحن القادر على تحقيق معدل شحن ٥C إلى تقليل وقت التوقف، بشرط تنفيذه ضمن الحدود الآمنة المتعلقة بالحرارة وإدارة البطارية.

مع ذلك، يجب دائمًا مطابقة الشحن السريع مع نظام شحن مُصمَّم هندسيًّا بشكل مناسب. ويجب أن يُصمَّم كلٌّ من الشاحن وتوزيع الحزمة ونظام إدارة البطارية (BMS) والموصلات واستراتيجية التبريد ليتعامل بأمان مع معدل الشحن المقصود. فالأسرع ليس تلقائيًّا أفضل إذا أدى إلى إنتاج حرارة زائدة أو تسارع في تآكل البطارية.

التحمل في البيئات الصعبة

غالبًا ما تعمل الطائرات المُسيرة في ظروف أقل تسامحًا من الاختبارات المخبرية: مواقع العمل الحارة، والصباح البارد، والارتفاعات العالية، والرياح، والغبار، ودورات الطيران عالي القدرة المتكرِّرة. ويمكن للخلايا الممتازة ذات السلوك الحراري القوي ومقاومة داخلية منخفضة أن تدعم الأداء الموثوق في هذه الظروف بشكل أفضل.

في الهياكل الجوية الصلبة والمناخات الصعبة، لا يساهم جودة البطارية في زمن الطيران فقط، بل تؤثِّر أيضًا على استقرار الجهد واستجابة المحرك واتساق عملية الشحن ومتطلبات الصيانة والثقة في كمية الطاقة المتبقية في البطارية.

الاعتبارات النهائية

ليست مسألة إطالة عمر بطارية الطائرة المُسيرة مرتبطة بتحديثٍ معزول واحد. بل ينتج وقت الطيران الأطول عن تحقيق توازن بين السعة، وتركيب الخلايا الكيميائي، وقدرة التفريغ، والجهد، ووزن الطائرة، وكفاءة الدفع، والحمولة، وظروف الطقس، ومهارة القائد.

لتحسين المدى، استخدم حزمة بطاريات ذات كثافة طاقة عالية وقدرة توصيل طاقة كافية، واجعل الطائرة أخف ما يمكن وأكثر كفاءة هوائيًّا، واطِرْها بسلاسة مع احتياطي أمان واقعي. ولإطالة عمر دورة الشحن، تجنب التفريغ العميق، وراقب درجة حرارة الشحن، واحفظ البطاريات عند مستوى شحن معتدل، واستخدم خلايا عالية الجودة مصمَّمة خصيصًا لهذا الاستخدام.

لمُصنِّعي الطائرات المُسيرة ومشغِّلي الأساطيل، تقدِّم خلايا 21700 الممتازة مزيجًا قيِّمًا من السعة، وقابلية توصيل القدرة، وانخفاض هبوط الجهد، والمتانة على المدى الطويل. وعند دمجها بعناية في حزمة بطاريات مُصمَّمة جيدًا، يمكن أن تساعد هذه الخلايا الطائرات المُسيرة على الطيران لفترات أطول، والأداء بشكل أكثر اتساقًا، والحفاظ على إنتاجيتها عبر عدد أكبر من دورات الشحن.

تعرَّف على كيفية إطالة عمر بطارية الطائرة من دون طيَّار من خلال تحسين كفاءة الطيران، وتقليل الوزن غير الضروري، واختيار خلايا الليثيوم-أيون المناسبة، واتباع ممارسات الشحن والتخزين السليمة. ويوضِّح هذا الدليل مدة الطيران، وعمر البطارية الافتراضي، وتصميم حزمة البطاريات، وتأثير درجة الحرارة، وتخطيط الحمولة، والطرق العملية لتحسين أداء الطائرة من دون طيَّار وموثوقيتها.