كم تدوم بطارية الطائرة بدون طيار؟ السعة ومعدل C وزمن الطيران

يعد وقت تشغيل بطارية الطائرة بدون طيار أحد الأسئلة الأولى التي يطرحها مشتري الطائرات بدون طيار والمهندسون وفرق الإنتاج. ومع ذلك، لا يمكن تحديد الإجابة من خلال سعة البطارية المطبوعة على الملصق وحده. قد توفر البطارية التي تبلغ سعتها 5000 مللي أمبير أوقات طيران مختلفة جدًا اعتمادًا على نظام الجهد الكهربي للطائرة بدون طيار وكفاءة المحرك والحمولة الصافية وطلب التفريغ وبيئة التشغيل.

يمكن أن تعمل نفس البطارية أيضًا بشكل مختلف في طائرة بدون طيار FPV أو طائرة بدون طيار لرسم الخرائط أو طائرة بدون طيار زراعية أو منصة فحص صناعية. إن فهم العلاقة بين السعة والجهد وتصنيف C واستهلاك الطاقة يساعد الفرق على تقدير وقت الرحلة بدقة أكبر واختيار حزمة البطارية التي تناسب نظام الدفع الكامل.

يشرح هذا الدليل كيفية حساب وقت رحلة بطارية الطائرة بدون طيار، ولماذا يختلف وقت التشغيل الفعلي عن وقت التشغيل النظري وما يجب على مشتري OEM تقديمه عند تطوير بطارية مخصصة. للحصول على معلومات التكوين الكهربائي ذات الصلة، راجع دليل جهد بطارية الطائرة بدون طيار و مقارنة بطارية LiPo 3S و4S و6S.

إجابة سريعة

تعتمد المدة التي تدوم فيها بطارية الطائرة بدون طيار على سعة البطارية القابلة للاستخدام، والجهد، ومتوسط ​​سحب التيار، والحمولة، وظروف الطيران، وحالة البطارية. قد تطير طائرة استهلاكية صغيرة أو طائرة بدون طيار FPV لمدة تتراوح من 5 إلى 20 دقيقة تقريبًا لكل شحنة، في حين أن الطائرة بدون طيار الصناعية الأكبر حجمًا المزودة ببطارية عالية السعة قد تحقق وقتًا أطول للطيران. ومع ذلك، لا يوجد وقت تشغيل واحد ينطبق على كل طائرة بدون طيار.

للحصول على تقدير عملي، قم بتقسيم سعة البطارية القابلة للاستخدام بالأمبير/ساعة على متوسط ​​سحب تيار الطائرة بدون طيار، ثم قم بتحويل النتيجة إلى دقائق:

وقت الرحلة المقدر (بالدقائق) ≈ القدرة القابلة للاستخدام (Ah) ÷ متوسط ​​التيار (A) × 60

يجب أن تتضمن النتيجة احتياطي أمان. عادة ما يكون وقت الرحلة الفعلي أقصر من الحساب النظري لأن الطائرات بدون طيار تستهلك كميات مختلفة من الطاقة أثناء الإقلاع، والتحليق، والتسلق، وحمل الحمولة، والتحليق في مهب الريح.

وقت الرحلة مقابل عمر خدمة البطارية

يمكن أن تشير عبارة 'كم من الوقت تدوم بطارية الطائرة بدون طيار' إلى سؤالين مختلفين:

1. زمن الرحلة: المدة التي يمكن أن تطير فيها الطائرة بدون طيار بشحنة واحدة.

2. عمر الخدمة: عدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن للبطارية إكمالها قبل أن تنخفض قدرتها أو أداء الطاقة بشكل كبير.

تركز هذه المقالة بشكل أساسي على زمن الرحلة، بينما تشرح أيضًا العوامل الرئيسية التي تؤثر على عمر خدمة البطارية. بالنسبة لمشروع تصنيع المعدات الأصلية، كلا القياسين مهمان. قد تؤدي البطارية التي توفر رحلة أولى طويلة ولكنها تفقد قدرتها بسرعة إلى زيادة تكاليف الصيانة وتجربة مستخدم غير متسقة.

ما الذي يحدد مدة بقاء بطارية الطائرة بدون طيار؟

1. سعة البطارية بـ mAh أو Ah

تشير السعة إلى مقدار الشحنة الكهربائية التي يمكن للبطارية تخزينها. عادةً ما يتم تصنيف بطاريات الطائرات بدون طيار بالمللي أمبير في الساعة (mAh). لاستخدام صيغة زمن الرحلة، قم بتحويل mAh إلى أمبير-ساعة:

1000 مللي أمبير = 1 آه

على سبيل المثال، تتمتع بطارية بسعة 5000 مللي أمبير في الساعة بسعة اسمية تبلغ 5 أمبير في الساعة. يمكن للبطارية ذات السعة العالية أن توفر عادةً وقت طيران أطول، لكن السعة وحدها لا تحدد وقت التشغيل. قد تضيف البطارية الأكبر أيضًا وزنًا، مما يزيد من الطاقة المطلوبة للتحليق والمناورة.

لهذا السبب، يجب على مصممي الطائرات بدون طيار تقييم السعة جنبًا إلى جنب مع كتلة البطارية والأبعاد والجهد ومتوسط ​​الطلب على الطاقة للطائرة بدون طيار.

تؤثر كيمياء البطارية أيضًا على التوازن بين الطاقة والقوة والوزن ودورة الحياة. لاختيار مستوى الكيمياء، قارن بين خصائص بطارية LiPo وLi-ion بدون طيار بدلاً من اختيار حزمة بواسطة mAh وحدها.

2. جهد البطارية وتكوين السلسلة

يؤثر الجهد على الطاقة الكهربائية المتاحة للطائرة بدون طيار. غالبًا ما يتم وصف بطاريات LiPo بدون طيار بعدد الخلايا المتصلة في السلسلة:

تعتمد هذه القيم على جهد الخلية الاسمي البالغ حوالي 3.7 فولت وجهد الشحن الكامل البالغ حوالي 4.2 فولت لكل خلية. يجب أن يكون محرك الطائرة بدون طيار ووحدة التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC) ونظام الطاقة ومتطلبات إدارة البطارية متوافقة مع الجهد المحدد.

قد يوفر نظام الجهد العالي الطاقة المطلوبة بتيار أقل، ولكنه ليس حلاً طويل الأمد تلقائيًا. لا يزال وقت الرحلة يعتمد على واط ساعة البطارية ومتوسط ​​استهلاك الطاقة للطائرة بدون طيار.

إذا كنت تختار بين 3S و4S و6S لنظام دفع محدد، فاستخدم تعريفات الجهد الكهربي في هذا القسم بالإضافة إلى متطلبات التكوين الخاصة بالمحرك وESC ونظام المروحة. يشرح دليل الجهد الأرقام؛ تركز مقالة المقارنة على قرارات التكوين.

3. متوسط ​​استهلاك التيار والطاقة

لا تستهلك الطائرة بدون طيار نفس كمية التيار طوال الرحلة. يتغير الرسم الحالي خلال:

• الإقلاع والتسارع

• تحوم

• التسلق

• رحلة إلى الأمام

• حمل كاميرا أو حمولة أخرى

• الطيران ضد الريح

• المناورة عالية السرعة

ولذلك يجب مقارنة السعة المقدرة للبطارية بمتوسط ​​سحب التيار، وليس فقط الحد الأقصى للتيار الموضح في مواصفات المحرك أو ESC.

يمكنك تقدير الطاقة بالواط/ساعة باستخدام هذه الصيغة:

الطاقة الاسمية (Wh) = الجهد الاسمي (V) × السعة (Ah)

على سبيل المثال، تحتوي البطارية الاسمية بقدرة 14.8 فولت و5 أمبير في الساعة على ما يقرب من 74 واط ساعة من الطاقة الاسمية. إذا كانت الطائرة بدون طيار تستهلك ما متوسطه 300 واط، فإن وقت التشغيل النظري هو:

74 واط ÷ 300 واط = 0.247 ساعة، أو حوالي 14.8 دقيقة

وهذا حساب توضيحي، وليس زمن الرحلة المضمون. يجب تطبيق عامل الطاقة القابلة للاستخدام والاحتياطي في التشغيل الحقيقي.

4. تصنيف C وتبلد الجهد

يصف التصنيف C مدى سرعة توصيل البطارية للتيار بالنسبة لسعتها. وهذا مهم بشكل خاص عندما تتطلب الطائرة بدون طيار تيارًا عاليًا أثناء الإقلاع أو التسارع أو المناورة السريعة.

إذا لم تتمكن البطارية من توفير التيار المطلوب، فقد ينخفض ​​جهدها تحت الحمل. يمكن أن يؤدي ترهل الجهد الزائد إلى تقليل الدفع، أو تحفيز حماية الجهد المنخفض، أو جعل الطائرة بدون طيار تشعر بعدم الاستقرار. قد تحافظ البطارية ذات التصنيف C الأعلى على الجهد بشكل أفضل في التطبيقات عالية الطاقة، لكن التصنيف C الأعلى وحده لا يضمن زمن طيران أطول.

ومن الناحية العملية، يجب اختيار البطارية لكل من:

• الطاقة: مقدار الطاقة الإجمالية المتوفرة للطيران.

• الطاقة: مدى سرعة توصيل البطارية لهذه الطاقة دون انخفاض غير مقبول في الجهد أو ارتفاع درجة الحرارة.

بالنسبة لتطبيقات الطائرات بدون طيار ذات التيار العالي، قم بمراجعة حلول البطاريات ذات معدل التفريغ العالي والتحقق من صحة الحزمة في ظل المحرك الفعلي وظروف ESC والحمولة الصافية.

للحصول على شرح أكثر تفصيلاً للتيار المستمر والانفجار، راجع دليل تصنيف C لبطارية الطائرة بدون طيار . تركز هذه المقالة على إمكانية توصيل التيار، بينما يركز هذا الدليل على تأثير الطلب على الطاقة على إجمالي وقت الرحلة.

5. الحمولة وإجمالي وزن الإقلاع

تعد الحمولة أحد أهم العوامل التي تؤثر على وقت تشغيل بطارية الطائرة بدون طيار. تعمل الكاميرات وأجهزة الاستشعار ذات المحورين وأجهزة استشعار LiDAR ومعدات التوصيل ووحدات الاتصال وهياكل الحماية على زيادة الوزن الإجمالي.

ومع زيادة الوزن، يجب أن تولد المحركات قوة دفع أكبر للحفاظ على الارتفاع. يؤدي هذا إلى زيادة السحب الحالي وتقليل زمن الرحلة. قد تعوض البطارية ذات السعة الأكبر الطلب الإضافي على الطاقة، لكن البطارية نفسها تضيف كتلة أيضًا.

بالنسبة للطائرة الصناعية بدون طيار، السؤال الصحيح ليس ببساطة 'ما هي أكبر بطارية تناسبها؟'

ما هي البطارية التي توفر الطاقة والطاقة المطلوبة دون إضافة وزن أكبر مما يستطيع نظام الدفع حمله بكفاءة؟

6. درجة الحرارة والظروف الجوية

تغير درجة الحرارة أداء البطارية والطلب على طاقة الطائرة بدون طيار.

في الظروف الباردة، تزداد المقاومة الداخلية للبطارية بشكل عام. قد توفر البطارية طاقة أقل قابلة للاستخدام، وقد يصبح انخفاض الجهد أكثر وضوحًا. في الظروف الحارة، يمكن أن يؤدي التيار العالي والتهوية السيئة وأشعة الشمس المباشرة إلى زيادة درجة حرارة الخلية وتسريع التدهور.

تؤثر الرياح أيضًا على وقت التشغيل. يتطلب الطيران في مواجهة رياح معاكسة قوية المزيد من الطاقة، في حين أن التحليق في هواء غير مستقر يمكن أن يخلق طلبًا حاليًا إضافيًا. بالنسبة للتطبيقات المعرضة للبيئات الباردة، قم بمراجعتها حل بطارية LiPo ذات درجة الحرارة المنخفضة من ZERNE . قد تتطلب التطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة اختيارًا مختلفًا للخلايا، وبنية العبوة، واستراتيجية الإدارة الحرارية.

للحصول على اعتبارات التصميم التفصيلية في ظروف التشغيل الساخنة والباردة، راجع دليل إدارة درجة بطارية الطائرة بدون طيار حرارة تتعامل هذه المقالة مع درجة الحرارة كأحد عوامل وقت التشغيل؛ يركز دليل الإدارة الحرارية على طرق التحكم والتحقق من الصحة وتصميم العبوات.

7. عمر البطارية والتخزين والاستخدام السابق

قد لا توفر البطارية الجديدة والبطارية القديمة التي تحمل نفس الملصق نفس وقت التشغيل. يمكن أن ينخفض ​​أداء السعة والطاقة بسبب:

• الإفرازات العميقة المتكررة

• ارتفاع درجة حرارة التشغيل

• الشحن أو التخزين في حالة شحن غير مناسبة

• فترات طويلة بالشحن الكامل

• الإفراط في الطلب الحالي

• عدم توازن الخلايا

• الضرر الميكانيكي أو التورم

يجب تقييم حالة البطارية من خلال اختبار السعة واتساق الجهد والمقاومة الداخلية والفحص المادي. يجب إزالة البطارية التي تصبح ساخنة أو منتفخة أو تالفة بشكل غير عادي من الخدمة وفقًا لمتطلبات السلامة والتخلص المعمول بها.

كيفية حساب وقت طيران بطارية الطائرة بدون طيار

الطريقة الأولى: السعة ومتوسط ​​التيار

استخدم هذه الطريقة عندما يكون متوسط ​​تيار الطائرة بدون طيار معروفًا:

زمن الرحلة (بالدقائق) ≈ سعة البطارية (Ah) ÷ متوسط ​​التيار (A) × 60 × عامل الطاقة القابلة للاستخدام

يمثل عامل الطاقة القابلة للاستخدام الاحتياطي الذي يجب أن يبقى في البطارية. للحصول على تقدير توضيحي، يعني عامل 0.8 أن 80% من السعة الاسمية يتم التعامل معها على أنها متاحة للطيران العادي. تعتمد القيمة الصحيحة على كيمياء البطارية وتصميم العبوة وظروف التشغيل واستراتيجية القطع التي تتبعها الشركة المصنعة للطائرة بدون طيار.

الطريقة الثانية: الطاقة ومتوسط ​​الطاقة

استخدم هذه الطريقة عندما يكون متوسط ​​استهلاك الطاقة للطائرة بدون طيار معروفًا:

زمن الرحلة (ساعات) ≈ طاقة البطارية (Wh) ÷ متوسط ​​الطاقة (W) × عامل الطاقة القابلة للاستخدام

هذه الطريقة مفيدة للطائرات بدون طيار الصناعية لأن الحمولة ووضع الطيران يتم وصفهما غالبًا بالواط بدلاً من الأمبير.

مقارنة توضيحية

توضح الأمثلة التالية سبب ضرورة النظر في السعة والطلب على الطاقة معًا:

هذه أمثلة مبسطة فقط. وهي لا تمثل أداءً مضمونًا لطائرة بدون طيار أو محرك أو مروحة أو حمولة أو طراز بطارية محدد.

كيفية زيادة وقت طيران بطارية الطائرة بدون طيار

اختر نسبة السعة إلى الوزن المناسبة

لا يعد تصنيف mAh الأعلى هو الخيار الأفضل دائمًا. قارن السعة الإضافية مع كتلة البطارية الإضافية والتغيير الناتج في السحب الحالي.

مطابقة الجهد لنظام الدفع

استخدم نطاق الجهد المحدد للمحرك وESC وجهاز التحكم في الطيران. يمكن أن يؤدي الجهد غير المتوافق إلى إتلاف الإلكترونيات أو خلق ظروف تشغيل غير آمنة.

حدد قدرة التفريغ المناسبة

للطيران عالي الطاقة، يجب أن تدعم الحزمة التيار المستمر والذروي المطلوب. يمكن أن يؤدي التقليل من تصنيف C إلى انخفاض الجهد الكهربائي والحرارة. المبالغة في التحديد قد تضيف تكلفة أو وزنًا دون فائدة عملية.

تقليل الحمولة غير الضرورية

قم بمراجعة وزن الإطار والأسلاك والموصلات ونظام الكاميرا ومعدات الهبوط ومكونات الحماية. يمكن أن تؤدي التخفيضات الصغيرة في العديد من المكونات إلى تحسين كفاءة استخدام الطاقة.

التحكم في درجة حرارة التشغيل

احتفظ بالبطارية ضمن نطاق التشغيل الموصى به، واسمح بتدفق الهواء بشكل مناسب حيثما كان ذلك مناسبًا وتجنب شحن عبوة ساخنة أو باردة خارج تعليمات الشركة المصنعة.

اختبر البطارية في ظل ظروف حقيقية

تعد حسابات البدلاء مفيدة لفحص التصميم، ولكن يجب أن يستخدم التحقق النهائي الطائرة بدون طيار والمروحة والمحرك وESC والحمولة وملف الرحلة الفعلي. سجل التيار والجهد ودرجة الحرارة ووقت الطيران أثناء الاختبار.

ما الذي يجب على مصنعي المعدات الأصلية للطائرات بدون طيار تحديده لشركة تصنيع البطاريات؟

عند طلب بطارية طائرة بدون طيار مخصصة، قم بتقديم أكثر من تصنيف mAh المطلوب. تحتاج الشركة المصنعة للبطارية عادة إلى:

• مطلوب الجهد الاسمي والحد الأقصى

• القدرة أو وقت الرحلة المستهدف

• المستمر والذروة الحالية

• معلومات المحرك وESC

• الحد الأقصى لأبعاد البطارية ووزنها

• متطلبات الموصل والكابل

• عدد ونوع الخلايا

• الحمولة وملف الرحلة

• نطاق درجة حرارة التشغيل

• طريقة الشحن ومتطلبات الحماية

• الشهادات المستهدفة وأسواق الشحن

زيرن يمكن استخدام خدمة البطاريات المخصصة لمناقشة أبعاد العبوة والمتطلبات الكهربائية والموصلات ومكونات الحماية وشروط التطبيق قبل التحقق من صحة النموذج الأولي.

بالنسبة إلى FPV والتطبيقات الصناعية، يجب أيضًا أن يكون حل البطارية مطابقًا لحالة الاستخدام المحددة. توفر زيرن حلول بطاريات الطائرات بدون طيار FPV و حلول بطاريات الطائرات بدون طيار الصناعية الصغيرة ، والتي يمكن تقييمها وفقًا لقوة الطائرة بدون طيار وحمولتها والمتطلبات البيئية.

الأسئلة المتداولة

كم تدوم بطارية الطائرة بدون طيار بشحنة واحدة؟

تعمل العديد من الطائرات الاستهلاكية الصغيرة وطائرات FPV لمدة تتراوح من 5 إلى 20 دقيقة لكل شحنة، في حين أن الأنظمة الصناعية الأكبر قد تحقق أوقات تشغيل أطول أو أقصر اعتمادًا على الحمولة وطاقة البطارية وكفاءة الدفع والطقس. تعد بيانات اختبار الطيران الخاصة بالشركة المصنعة للطائرة بدون طيار أكثر موثوقية من النطاق الزمني العام.

هل توفر بطارية mAh الأعلى دائمًا وقت طيران أطول؟

لا، فالبطارية ذات السعة العالية تخزن المزيد من الطاقة، ولكنها عادة ما تزن أكثر. الوزن الإضافي يمكن أن يزيد من الاستهلاك الحالي ويقلل من الفائدة المتوقعة. يجب تقييم طاقة البطارية جنبًا إلى جنب مع كتلة العبوة والطلب على طاقة الطائرة بدون طيار.

هل التصنيف C الأعلى أفضل لوقت الرحلة؟

ليس بالضرورة. يشير تصنيف C بشكل أساسي إلى إمكانية التسليم الحالي. يمكن أن يساعد تصنيف C الأعلى الطائرة بدون طيار عالية الطاقة على تقليل انخفاض الجهد، لكنه لا يزيد إجمالي الطاقة أو وقت الرحلة تلقائيًا.

هل يطير 6S لفترة أطول من 4S؟

ليس تلقائيا. يعمل نظام 6S بجهد أعلى، لكن زمن الرحلة يعتمد على إجمالي الواط/ساعة، ومتوسط ​​استهلاك الطاقة، وكتلة البطارية، وكفاءة نظام الدفع. يجب تصميم المحرك وESC ونظام المروحة للجهد المحدد.

لماذا تصبح مدة الرحلة أقصر مع تقدم عمر بطارية الطائرة بدون طيار؟

يمكن أن يؤدي تقادم البطارية إلى تقليل السعة القابلة للاستخدام وزيادة المقاومة الداخلية. قد تصل البطارية إلى حد الجهد المنخفض للطائرة بدون طيار عاجلاً، أو توفر طاقة أقل تحت الحمل أو تولد المزيد من الحرارة. التخزين ودرجة الحرارة وممارسة الشحن وعمق التفريغ كلها تؤثر على الشيخوخة.

هل لا يزال من الممكن استخدام بطارية الطائرة بدون طيار المنتفخة؟

لا. يجب إزالة البطارية المنتفخة أو المتسربة أو التالفة ميكانيكيًا أو الساخنة بشكل غير عادي من الخدمة. لا تقم بثقبه أو تفكيكه أو محاولة إصلاحه. اتبع متطلبات التعامل مع البطاريات المحلية ونقلها وإعادة تدويرها.

خاتمة

تعتمد المدة التي تدوم فيها بطارية الطائرة بدون طيار على نظام الطاقة الكامل، وليس فقط على السعة المطبوعة على الملصق. تؤثر السعة والجهد وتصنيف C والحمولة ودرجة الحرارة وسلوك الطيران وحالة البطارية على وقت الرحلة الفعلي.

للحصول على اختيار موثوق لبطارية الطائرة بدون طيار، ابدأ بملف تعريف الرحلة المطلوب ومتوسط ​​الطلب على الطاقة. ثم حدد الجهد والسعة والقدرة الحالية والأبعاد والوزن والموصل والمتطلبات البيئية. يمكن للشركة المصنعة للبطارية استخدام هذه المعلومات لتطوير مجموعة بطاريات OEM أكثر أمانًا واتساقًا والتحقق من صحتها.

هل تحتاج إلى بطارية تتوافق مع وقت طيران طائرتك بدون طيار والحمولة الصافية ومتطلبات الطاقة؟ اتصل بـ ZERNE لتقييم بطارية الطائرة بدون طيار المخصصة.