كيف تصنع بطارية طائرة درون

لا يفكّر معظم الطيّارين أبدًا في كيفية تصنيع بطارية طائرة مسيرة حتى لا توجد الحزمة التي يحتاجونها. فعدد الخلايا غير صحيح، أو الشكل لا يناسب الإطار، أو الموصل ليس هو الموصل الموجود على لوحة توزيع الطاقة الخاصة بك، أو السعر لا يمكن تبريره عند الشراء بكميات كبيرة. وعند تلك النقطة، يبدأ تجميع حزمة بطارية مخصصة بالظهور كفكرة معقولة — وهي كذلك فعلًا، شريطة أن تعاملها كعملية تجميع دقيقة بدلًا من تجربة كيميائية.

يتلخّص تصنيع بطارية طائرة مسيرة في أربعة قرارات: أي الخلايا ستستخدم، وكيف سيتم ترتيبها، وكيف ستُوصَل ببعضها، وكيف ستُحمى الحزمة. أما كل ما عدا ذلك فهو تنفيذ فقط. وما يليه هو هذه المتسلسلة بالترتيب الذي ستعمل به فعليًّا، بالإضافة إلى خطوات الاختبار والتوثيق التي تقرّر ما إذا كانت الحزمة ستصمد طوال الموسم.

١. تعرّف على الأجزاء الثلاثة لبطارية الطائرة المسيرة

بطارية الطائرة المسيرة أبسط مما تبدو عليه. فهي تتكون من ثلاثة أجزاء، وكل جزءٍ منها مهم.

• الخلايا، التي تحتفظ بالطاقة. وتنشأ الجهد والسعة ومعدل التفريغ منها جميعًا
• لوحة الإدارة أو الحماية، التي تحافظ على الخلايا ضمن الحدود الآمنة، وفي البطاريات الذكية تُبلغ وحدة التحكم في الطيران عن حالة البطارية
• الجانب الميكانيكي: التوصيلات والأسلاك والموصل والغلاف الذي يثبت كل المكونات معًا ويمنعها من الاهتزاز والانفصال أثناء الطيران

إهمال أيٍّ من هذه العناصر الثلاثة يؤدي إلى فشل البطارية، غالبًا أثناء الطيران. وعادةً ما يبالغ المبتدئون في تخطيط عدد الخلايا ويقللون من تخطيط العنصرين الآخرين

٢. اختر نوع الخلية أولًا قبل أي شيء آخر

عائلتان تهيمنان على بطاريات الطائرات المسيرة، ولكلٍّ منهما مزايا تتفوق بها في مجالات مختلفة

• الخلايا الكيسية (LiPo وLiHV) هي البطاريات اللينة المألوفة. وتتميَّز بمعدلات تفريغ عالية، وخفيفة الوزن بالنسبة لقدرتها، ومتوفرة تقريبًا بأي حجم، ولذلك لا تزال هي الغالبة في طائرات FPV والطائرات المستخدمة في التصوير. وهي تحتاج إلى حماية ميكانيكية، ولا تتحمل التخزين عند شحنتها الكاملة
• توفر خلايا الليثيوم-أيون الأسطوانية (مثل 18650 و21700 وما يشابهها) طاقةً أعلى لكل كيلوغرام، ومعدلات تفريغ أقل، وعمر دورة أطول بكثير. وتُستخدم عادةً في المنصّات ذات المدى الطويل والطائرات المسيرة الخاصة بالرسم البياني.

تصنيف التفريغ الذي يبدو مذهلاً على الملصق لا قيمة له إذا لم تتمكّن الخلايا من تزويد حمْلك الأقصى بالتيار دون انخفاض الجهد. لذا، اختر تصنيف التفريغ المستمر بما يتوافق مع التيار الفعلي الذي تستهلكه محركاتك، ثم أضف هامشًا أمانٍ إضافيًا.

3. احسب الجهد والسعة أولًا

هذه الخطوة تستحق أن تدوّنها قبل شراء أي شيء.

• الخلايا المتصلة على التوالي تجمع الجهود. فالخلية الواحدة من نوع ليثيوم بوليمر (LiPo) تكون جهدها الاسمي 3.7 فولت، ويشحنها إلى 4.2 فولت، وبالتالي فإن حزمة 6S تكون جهدها الاسمي 22.2 فولت، وجهدها الكامل عند الشحن 25.2 فولت.
• الخلايا المتصلة على التوازي تجمع السعات وقدرات التيار. فمثلاً، مجموعتان متوازيتان من الخلايا ذات سعة 2500 ملي أمبير-ساعة تعطي سعةً إجمالية قدرها 5000 ملي أمبير-ساعة.
• الواط-ساعة يعبّر عن الطاقة الفعلية: وهو ناتج ضرب الجهد بالآمبير-ساعة. فحزمة 6S ذات سعة 5000 ملي أمبير-ساعة تحتوي تقريبًا على 111 واط-ساعة (22.2 فولت × 5 أمبير-ساعة).

ثم تحقق من الوزن. فكل حزمة تمثل توازنًا بين مدة الطيران وكيفية تعامل الطائرة معها، وزيادة وزن الحزمة عن الوزن الذي صُمّمت له الهيكل الخارجي تؤدي إلى خسارة أكبر في مدة الطيران مما يحققه الزيادة في السعة.

٤. قم بمطابقة الخلايا قبل ربطها معًا

الخلايا التي تخرج من المصنع معًا تكون متشابهة جدًّا، لكنها ليست متطابقة تمامًا. استخدم خلايا جديدة من نفس الموديل ومن الدفعة نفسها. ولا تخلط بين الموديلات، وأبدًا لا تخلط بين الخلايا الجديدة والخلايا التي سبق استخدامها في الطيران.

قبل التجميع، قِس كل خلية من ناحيتين:

• السعة، لكي تتمكن من تجميع أقرب الخلايا معًا
• المقاومة الداخلية، وهي أكثر أهمية من السعة فيما يتعلق بسلوك الحزمة تحت الحمل

صنّف الخلايا وابنِ كل حزمة من أضيق مجموعة لديك. فالحزمة تكون بقوة أضعف خلية فيها، وخلية واحدة ذات مقاومة عالية كافية لإخراج الحزمة بأكملها عن حالة التوازن.

٥. اربط الخلايا باستخدام جهاز لحام النقطة

الحرارة تُتلف خلايا الليثيوم. ولحْم المعدن مباشرةً على طرف الخلية يُدخل الحرارة إلى الختم والهيكل الداخلي، وغالبًا ما لا تظهر الأضرار إلا بعد دخول الحزمة بالفعل في الخدمة. أما اللحام النقطي باستخدام شريط النيكل فيؤدي نفس المهمة خلال جزء من الألف من الثانية وبكمية حرارة أقل بكثير، ولذلك تُصنع الحزم التجارية بهذه الطريقة.

أربعة عوامل تحدد ما إذا كانت الوصلات ستظل سليمة:

• اختر عرض شريط النيكل بناءً على التيار الذروة لا التيار المتوسط، لأن الشريط الأصغر من اللازم يزيد المقاومة والحرارة وهبوط الجهد
• احرص على انتظام نمط اللحام كي يتوزع التيار على كامل مساحة الوصلة
• استخدم مقاس السلك المناسب للأسلاك الرئيسية، واجعلها قصيرة قدر الإمكان ضمن حدود الهيكل الجوي
• ثبِّت الأسلاك عند نقطة خروجها من الحزمة. فالاهتزاز — وليس التيار — هو العامل الذي يؤدي إلى انفصال الوصلات الملحوَمة

٦. أضف أنظمة الحماية والتوازن

مجموعة خلايا عارية ستُدمِّر نفسها بسهولة، لذا يجب أن تضمَّ كل حزمة تُصنَّعها دائرة حماية، سواء كانت نظام إدارة بطاريات كاملًا أو لوحة موازنة مع دائرة حماية منفصلة. وعلى الأقل، تحتاج إلى ما يلي:

• قاطع للشحن الزائد والتفريغ الزائد مُعدٌّ وفق كيمياء الخلايا المستخدمة
• حماية من التيار الزائد والدوائر القصيرة بمعدل تحمل أعلى من أقصى استهلاك تياري، حتى لا تنفَّذ أثناء الطيران
• موازنة الخلايا، كي تبقى الحزمة متوازنة على مدى مئات الدورات
• استشعار درجة الحرارة في الحزم التي ستتعرَّض لأحمال شديدة أو التي تطير في الأجواء الحارة

الحزم الذكية تتفوَّق أكثر وتُبلِّغ وحدة التحكم بالطيران عن جهود الخلايا وعدد الدورات وحالة الصحة، وهذا ما يمكِّن الطائرة من تنبيهك قبل أن تفقد إحدى الخلايا قدرتها. وهذه البيانات، والاختبارات التي تمت عليها، تشكِّل الجزء الأكبر من السبب الذي يجعل سعر الحزمة التجارية أعلى من سعر الخلايا المكوِّنة لها.

٧. صمِّم الحزمة لتتحمَّل هيكل الطائرة

وهنا بالضبط تفشل الحزم المصنوعة يدويًّا عمليًّا: ليس من الناحية الكهربائية، بل من الناحية الميكانيكية.

• ثبِّت الخلايا باستخدام فواصل أو حوامل تمنع احتكاكها ببعضها البعض
• عزل الحزمة عن أي جزء موصل على الإطار
• لف الحزمة بشريط لاصق وغلاف حراري انكماشي لضمان عدم تحرك أي جزء منها أثناء الاهتزاز
• استخدام موصل مُصنَّف لتحمل التيار المطلوب، والتأكد من توافقه مع الموصل الموجود مسبقًا في الطائرة
• حماية الحزمة من الرطوبة إذا كانت الطائرة تطير في الهواء الطلق، والحفاظ على سلامة الغلاف حول أسلاك التوازن

يجب إيلاء اهتمام خاص للوزن والتوازن في المرحلة النهائية. فحزمة تُحرِّك مركز الثقل تُغيِّر طريقة طيران الطائرة، والمتحكم في الطيران لا يمكنه التعويض عن ذلك إلا ضمن حدود ضيقة

٨. اختبار كل حزمة قبل الطيران بها

تكسب الحزمة الجديدة ثقة المستخدم في ورشة العمل، وليس في الجو

• فحص مقاومة الخلايا الداخلية واحدة تلو الأخرى بعد التجميع. وجود خلايا خارجة عن المعدل يدل على لحام رديء أو خلية معيبة
• إجراء اختبار تفريغ كامل ومقارنة السعة المُسلَّمة بالقيمة المُعلَّنة
• التأكد من أن الحزمة تتوازن بشكل صحيح وأن لوحة الحماية تُقطِع التيار عند الجهد المحدد
• راقب درجة الحرارة تحت الحمل خلال الدورات الأولى
• اجعل تلك الدورات الأولى لطيفة، وشحّن البطارية في مكان آمن غير قابل للاشتعال

إذا انحرفت خلية واحدة عن باقي الخلايا، توقَّف فورًا وأصلحها. فالحزمة غير المتوازنة لا تتحسَّن مع الاستخدام.

٩. اعرف ما يُسمح لك بشحنه أو بيعه

تجميع حزمة لأنفسنا وبيع حزمةٍ ما هما مشروعان مختلفان تمامًا. فكل ما يحتوي على الليثيوم ويمر عبر قنوات التجارة أو النقل يُصنَّف كسلع خطرة، ولا توجد سجلات اختبار سابقة لأي حزمة يتم تجميعها في المنزل. أما بالنسبة للحزمة التي تغادر منضدتك كمنتجٍ جاهز للتسويق، فإن المعيار الأدنى المطلوب هو:

• نتائج اختبار UN 38.3. فعلى كل خلية وبطارية ليثيوم موضوعة في النقل أن تجتاز هذه الاختبارات، ويجب أن تكون ملخّصات النتائج متاحةً للحزمة المراد شحنها
• معيار السلامة IEC 62133-2:2017 الخاص بالخلايا والبطاريات الليثيومية المغلقة المحمولة، بما في ذلك تركيب الخلايا في حزم
• وضع العلامات والملصقات الصحيحة الخاصة بالفئة ٩ الخاصة بالنقل
• لوائح البطاريات الأوروبية (الاتحاد الأوروبي) رقم ٢٠٢٣/١٥٤٢، التي دخلت حيز التنفيذ منذ فبراير ٢٠٢٤، مع بدء تطبيق متطلبات وضع العلامات تدريجيًّا ابتداءً من عام ٢٠٢٦، ثم متطلبات المعلومات الرقمية التي تتبعها لاحقًا

وهذه المستندات هي أيضًا الحجة العملية التي ترجِّح شراء الحزمة بدلًا من تصنيعها يدويًّا. إذ يقدِّم لك المورِّد الموثوق هذه المستندات مع الحزمة، كما أن الحزمة نفسها قد خضعت مسبقًا لجميع الاختبارات المطلوبة.

الأخطاء التي تُفسد الحزمة المصنوعة يدويًّا

• اللحام المباشر على أطراف الخلايا مما يؤدي إلى تلف أغشيتها العازلة
• دمج خلايا مختلفة النماذج أو الدفعات أو الأعمار في حزمة واحدة
• تصنيع حزمة دون أي نظام موازنة أو حماية على الإطلاق
• اختيار مقاس الشريط والأسلاك استنادًا إلى التيار المتوسط بدلًا من التيار الأقصى
• إهمال عزل الحزمة عن الهيكل الموصل
• استخدام حزمة جديدة بجهدٍ عالٍ قبل إثبات كفاءتها واختبارها جيدًا على المنضدة
• شحن حزمة مشكوكٌ في سلامتها أو منتفخة داخل المنزل لمعرفة ما قد يحدث
• شحنة أو بيع حزمة دون وجود وثائق اختبار تدعمها

أفكار ختامية

تصنيع بطارية طائرة بدون طيار هو سلسلة من الخطوات وليس مهارة واحدة فقط: اختر الكيمياء المناسبة لمهمتك، واحسب التوصيلات على التوالي والتوازي، وطابق الخلايا مع بعضها، وافصلها باللحام بدلًا من اللحام بالقصدير، واحمِ الحزمة، واختبرها قبل أن تغادر المنضدة أصلًا. ويُنتج الطيارون الذين ينفذون هذه الخطوات حزم بطاريات مصممة خصيصًا لطائراتهم بدلًا من حزم لا تناسبها تمامًا.

إذا كان الهدف هو تشغيل أسطولٍ موثوقٍ بدلًا من إجراء تجربة واحدة، فإن المعادلة تتغير. فحزمة تصل بعد اختبارها وتوثيقها وإمكانية إعادة إنتاجها تستحق الدفع مقابلها، خاصةً عندما يكون البديل هو حزمة لا يمكن شحنها ولا ترغب في تحليقها فوق أي شيء ذي قيمة.

مقالات ذات صلة

كيف تختار بطاريات الطائرات المسيرة
تعلَّم كيف تؤثِّر الجهد والسعة ومعدل التفريغ وجودة الخلايا في تحديد الحزمة الأنسب لطائرتك المسيرة.

كيفية التحقق من حالة بطاريات الطائرات المُسيرة
اكتشف علامات التآكل مبكرًا عبر فحص الحالة البدنية والجهد والسعة والمقاومة الداخلية وتحذيرات البطارية.

كيفية شحن بطاريات الطائرات المسيرة أثناء التنقُّل
خطّط وفق زمن الشحن، وطابق معدل الشحن مع حزمتك، واحرص على سلامة الشحن الميداني.