عند شراء طائرات زراعية بدون طيار، كيف يمكنني تهيئة أجهزة الشحن والمولدات لضمان الكفاءة التشغيلية؟

في منشأة الاختبار الخاصة بنا في شيان، غالبًا ما نرى عملاءنا يخسرون آلاف الدولارات من غلة المحاصيل المحتملة ببساطة الغلة المحتملة للمحاصيل ¹ لأن سلسلة إمدادات الطاقة الخاصة بها لا يمكنها مواكبة سرعة تحليق الطائرة بدون طيار.

لضمان الكفاءة التشغيلية تفقد محركات الغاز كفاءتها ², ، قم بتكوين ثلاث بطاريات على الأقل لكل طائرة بدون طيار إلى جانب شاحن ذكي عالي القدرة الكهربائية قادر على دورات من 9 إلى 12 دقيقة. قم بإقران ذلك مع مولد عاكس يوفر طاقة مستمرة لا تقل عن 201 تيرابايت 3 تيرابايت أكثر من ذروة السحب للشاحن لمنع التحميل الزائد وضمان رحلات طيران غير متقطعة.

يتطلب تحقيق سير عمل سلس حسابًا دقيقًا لمدخلات الطاقة ومخرجاتها؛ دعنا نفحص الأرقام المحددة التي تحتاجها لمنع حدوث أي تعطل في الميدان.

كم عدد البطاريات وأجهزة الشحن التي أحتاج إليها لتحقيق دورات طيران مستمرة؟

عندما نقوم بتخطيط عمليات الرش على نطاق واسع لشركائنا في الغرب الأوسط الأمريكي، نجد أن أكبر عائق هو دائمًا ما يكون وقت الانتظار بين عمليات تبديل البطاريات موجة جيبية نقية ³.

أنت بحاجة إلى ثلاث بطاريات بالضبط لكل طائرة بدون طيار لتحقيق دورات مستمرة: واحدة في الهواء، وواحدة تبرد، وواحدة تشحن. استخدم شاحنًا ذكيًا ثنائي القناة يدعم معدلات شحن سريعة 4C أو 5C لإكمال الشحن الكامل قبل هبوط الطائرة بدون طيار النشطة.

لفهم السبب في أن ثلاث بطاريات هي الحد الأدنى المطلق للكفاءة، يجب أن تنظر إلى فيزياء العملية. في مصنعنا، نقوم بمحاكاة أيام طيران صارمة "بدون توقف". تستغرق الرحلة النموذجية للطائرة الزراعية بدون طيار بحمولة كاملة ما بين 10 إلى 12 دقيقة. ومع ذلك، فإن التفريغ عالي التيار يسخن البطارية بشكل كبير. لا يمكنك توصيل بطارية ساخنة بشاحن على الفور؛ حيث يؤدي ذلك إلى تشغيل الحماية الحرارية لنظام إدارة البطارية (BMS) نظام إدارة البطارية ⁴ نظام إدارة البطارية (BMS) ⁵, مما يمنع الشحن حتى تنخفض درجة الحرارة.

وهذا يخلق فجوة من ثلاث مراحل. البطارية الأولى تحلق. أما البطارية الثانية، التي هبطت للتو، فهي في "مرحلة التبريد"، والتي يمكن أن تستغرق من 5 إلى 10 دقائق حسب درجة الحرارة المحيطة. البطارية الثالثة على الشاحن. إذا كان لديك بطاريتان فقط، سيبقى الطيار في وضع الخمول لمدة 10 دقائق في كل دورة بينما تبرد البطارية الساخنة. يتراكم وقت الخمول هذا. على مدار مناوبة مدتها 8 ساعات، يمكن أن يؤدي إعداد بطاريتين إلى ساعتين إلى 3 ساعات من الإنتاجية المفقودة.

نوصي بتكوين "1+1+1+1" لطائرة واحدة بدون طيار. إذا كنت تشغّل أسطولاً من الطائرات، فإن هذه النسبة تتدرج خطياً. وعلاوة على ذلك، يجب أن يكون الشاحن ثنائي القناة أو رباعي القنوات قادر على إخراج ما لا يقل عن 3000 واط إلى 5000 واط لكل قناة. وهذا يضمن أنه أثناء قيام أحد المنافذ بالشحن، يكون المنفذ الآخر جاهزاً لقبول البطارية المبردة التالية على الفور. إذا كان الشاحن الخاص بك يفتقر إلى طاقة القناة المستقلة، فسوف يقسم القوة الكهربائية مما يضاعف وقت الشحن ويكسر الدورة المستمرة.

كفاءة سير عمل دوران البطارية

ما هي سعة المولد المطلوبة لشحن عدة بطاريات عالية السعة للطائرات بدون طيار في وقت واحد؟

لقد تلقينا مكالمات محمومة من الوكلاء الذين ألحقت مولدات البناء العامة أضراراً بالإلكترونيات الحساسة لوحدات SkyRover الخاصة بنا بسبب عدم استقرار خرج الجهد الكهربائي.

اختر مولدًا حيث تتجاوز قدرة التشغيل المستمر للواط الحد الأقصى لمدخلات الشاحن بمقدار 20% إلى 30%. بالنسبة لشاحن بقدرة 3000 واط، استخدم مولد عاكس بقدرة 4500 واط للتعامل مع طفرات بدء التشغيل والحفاظ على موجة جيبية نقية مستقرة تحمي نظام إدارة بطارية الطائرة بدون طيار.

العلاقة بين المولد والشاحن أمر بالغ الأهمية. ينظر العديد من المستخدمين إلى شاحن مصنّف بقدرة 3000 واط ويشترون مولدًا بقدرة 3000 واط. وهذا خطأ. غالبًا ما يكون للشواحن عدم كفاءة "عامل الطاقة" وتدفق تيار أولي يمكن أن يؤدي إلى تعطل قاطع المولد الذي يعمل بأقصى سعة. وعلاوة على ذلك، فإن تشغيل مولد بحمولة 100% بشكل مستمر يسبب تباطؤ الجهد والارتفاعات المفاجئة - "الطاقة القذرة" - والتي يمكن أن تحرق لوحات نظام إدارة المحرك الحساسة داخل البطاريات الذكية الحديثة.

في اختباراتنا الهندسية، وجدنا أن المولدات العاكسة غير قابلة للتغيير. فعلى عكس مولدات الإنشاءات القياسية ذات الإطار المفتوح، تنتج المولدات العاكسة موجة جيبية نقية مع تشوه توافقي إجمالي (THD) يبلغ التشوه التوافقي الكلي (THD) ⁶ أقل من 3%. التشوه التوافقي الكلي ⁷ تتواصل بطاريات الطائرات بدون طيار الزراعية، وخاصة البطاريات الذكية ذات الجهد العالي 14S و18S التي نستخدمها، مع الشاحن عبر دبابيس البيانات. إذا كانت طاقة مدخلات التيار المتردد غير منتظمة، فغالباً ما ينقطع الشاحن من أجل السلامة، مما يؤدي إلى إيقاف التشغيل.

يجب عليك أيضاً مراعاة الارتفاع. إذا كانت مزرعتك تقع في مناطق مرتفعة مثل أجزاء من كولورادو أجزاء من كولورادو ⁸ أو المناطق الجبلية في أوروبا، تفقد محركات الغاز كفاءتها - حوالي 3.51 تيرابايت لكل 1000 قدم من الارتفاع. فمولد 5000 واط عند مستوى سطح البحر قد يوفر 4000 واط فقط على ارتفاع 6000 قدم. ننصح عملاءنا دائماً بالإفراط في مواصفات مصدر الطاقة. إذا كنت تخطط لشحن بطاريتين بسعة 30 أمبير في الساعة في وقت واحد بسرعة عالية، فقد تسحب 7000 واط أو أكثر. في هذه الحالة، لن يكفيك مولد محمول واحد؛ قد تحتاج إلى مجموعة موازية لربط وحدتين بقدرة 5000 واط أو الاستثمار في محطة قوية بقوة 9000 واط+.

مصفوفة تحديد أحجام المولدات للشواحن الشائعة

كيف يمكنني حساب الوقت الأمثل لتحويل الشحن بناءً على مدة رحلة الطائرة بدون طيار الخاصة بي؟

خلال تطوير أحدث طرازات الرفع الثقيل لدينا، أدركنا أن سرعات الشحن النظرية على الورق نادراً ما تتطابق مع واقع يوم صيفي حار في الميدان.

احسب وقت التحول بقسمة سعة البطارية بالأمبير-ساعة على خرج الشاحن الحالي، ثم أضف 5 إلى 10 دقائق للتبريد. لمطابقة مدة الرحلة التي تستغرق 10 دقائق، يجب أن يوفر نظام الشحن الخاص بك 50 أمبير على الأقل لتجديد بطارية 30 أمبير في الساعة بالكامل خلال تلك الفترة الضيقة.

لمزامنة دعمك الأرضي مع عملياتك الجوية، تحتاج إلى إتقان حسابات "التصنيف C". يمثل التصنيف C السرعة التي يمكن بها شحن البطارية أو تفريغها بالنسبة إلى سعتها. بالنسبة للعمليات الزراعية، نهدف إلى سرعة شحن تتراوح بين 3C إلى 5C سرعة الشحن من 3C إلى 5C ⁹. يستغرق شحن 1C ساعة واحدة. يستغرق شحن 3C 20 دقيقة. ويستغرق شحن 5C 12 دقيقة تقريباً.

دعونا نحلل حساب بطارية قياسية بسعة 30 أمبير (30,000 مللي أمبير في الساعة) المستخدمة في العديد من الطائرات بدون طيار ذات الحمولة 40 لترًا.

• وقت الشحن المستهدف: 10 دقائق (0.166 ساعة)
• التيار المطلوب (أمبير): السعة (آه) / الوقت (ساعات) = 30 أمبير/ 0.166 ساعة ≈ 180 أمبير.

يُظهر هذا الحساب أنه لشحن بطارية ضخمة بقوة 30 أمبير في الساعة في 10 دقائق، تحتاج إلى شاحن قادر على دفع أمبيرية عالية جداً. توفر معظم المنافذ الحائطية القياسية 15-20 أمبير فقط. لهذا السبب تعمل الشواحن الزراعية المتخصصة بجهد وتيارات أعلى بكثير. إذا كان الحد الأقصى لشاحنك 50 أمبير، فستستغرق بطارية 30 أمبير في الساعة 36 دقيقة تقريبًا لشحنها (30 أمبير في الساعة / 50 أمبير = 0.6 ساعة)، مما يكسر دورة الطيران تمامًا.

علاوة على ذلك، يجب علينا معالجة "عنق زجاجة التبريد". حتى لو كان لديك شاحن يولد 10,000 واط، فإنه لا فائدة منه إذا كانت البطارية ساخنة جداً بحيث لا تقبل الشحن. لحل هذه المشكلة، تستخدم الأجهزة المتقدمة خزانات شحن مبردة بالماء. تعمل هذه الخزانات على غمر البطارية (التي تكون محكمة الغلق) في ماء بارد دائر، مما يزيل تأخير التبريد بشكل فعال. بدون التبريد النشط، يجب أن تأخذ في الحسبان "الوقت الميت" الذي يستغرق 10 دقائق في حساباتك، وإلا ستتوقف طائرتك بدون طيار.

سيناريوهات وقت الشحن مقابل وقت الطيران

هل يجب أن أعطي الأولوية لسرعات الشحن فائقة السرعة أم لطول عمر البطارية لأسطول مركباتي الزراعية؟

نحن ننصح شركاء التوزيع على المدى الطويل بأنه على الرغم من أن السرعة تدرّ إيرادات اليوم، إلا أن إساءة استخدام البطاريات ستدمر ربحيتهم في الموسم المقبل.

قم بإعطاء الأولوية للشحن فائق السرعة خلال مواسم ذروة الرش عندما تتجاوز تكاليف وقت التعطل ثمن تدهور البطارية. ومع ذلك، قم بالتبديل إلى معدلات شحن أبطأ بقدرة 1C واستخدم أوضاع التخزين خلال أوقات خارج أوقات الذروة لإطالة عمر دورة البطارية وتقليل تكاليف الاستبدال طويلة الأجل لأسطولك.

هذا هو النقاش التقليدي "النفقات الرأسمالية مقابل النفقات التشغيلية". تتحلل بطاريات الليثيوم بوليمر (LiPo) وبطاريات الليثيوم عالية الجهد (LiHV) المستخدمة في الزراعة ليثيوم بوليمر الليثيوم (LiPo) ¹⁰ على أساس الحرارة وإجهاد الجهد. يولد الشحن عند 5 درجات مئوية (9 دقائق) حرارة داخلية هائلة ويدفع الأيونات الكيميائية إلى أقصى حد لها. تشير بياناتنا المخبرية إلى أن الشحن المستمر بالسرعة القصوى يمكن أن يقلل من إجمالي عمر البطارية من 1000 دورة إلى 400 أو 500 دورة.

ومع ذلك، في الزراعة، التوقيت هو كل شيء. إذا كنت تكافح تفشي آفة أو عدوى فطرية يجب رشها في غضون 48 ساعة، فإن قيمة المحصول تفوق بكثير تكلفة البطارية. في هذه اللحظات الشديدة الضغط، نقول لعملائنا "احرق الشمعة من كلا الطرفين." استخدم وضع الشحن السريع. إن التكلفة الإضافية البالغة $1,000 تيرابايت في تآكل البطارية لا تُذكر مقارنةً بتوفير $50,000 تيرابايت من المحصول.

يحدث الخطأ عندما يستخدم المشغلون الشحن فائق السرعة عندما لا يكون ذلك ضروريًا. إذا كنت تقوم بالرش الروتيني للصيانة أو رسم الخرائط حيث يكون الوقت أقل أهمية، اطلب الشاحن إلى الوضع "البطيء" أو "العادي" (عادةً ما يكون حوالي 1C إلى 2C). بالإضافة إلى ذلك، لا تترك هذه البطاريات عالية الطاقة مشحونة بالكامل لفترات طويلة. إذا ألغى المطر عملية التشغيل، فقم بتفريغها إلى جهد التخزين (حوالي 3.85 فولت لكل خلية) على الفور. يؤدي ترك البطارية في شحن 100% حتى لمدة أسبوع إلى تراكم مقاومة داخلية لا رجعة فيه، مما يجعل البطارية "لينة" وغير قادرة على الاحتفاظ بالجهد تحت الحمل لاحقًا.

الاستراتيجية التشغيلية: السرعة مقابل طول العمر

• وضع الطوارئ (تفشي الآفات): استخدم الشحن السريع لمدة 9-12 دقيقة. اقبل فقدان 0.11 تيرابايت 3 تيرابايت من عمر الدورة لكل شحنة. الهدف: أقصى مساحة يومية.
• الوضع الروتيني (السماد/التغذية): استخدم الشحن القياسي لمدة 20-30 دقيقة. يحافظ على عمر الدورة. يتطلب 4 بطاريات بالتناوب بدلاً من 3.
• وضع التخزين (خارج الموسم): الشحن/التفريغ إلى 50-60%. يُخزن في غرفة باردة آمنة ضد الحريق. افحص الجهد شهرياً.

الخاتمة

إن تهيئة نظام الطاقة المناسب لا يقل أهمية عن اختيار الطائرة بدون طيار نفسها. من خلال تأمين تناوب 3 بطاريات، ومطابقة المولد مع 20%، وإدارة سرعات الشحن بفعالية بناءً على الحاجة الملحة، يمكنك التخلص من وقت التعطل وزيادة عائد الاستثمار في عملياتك الزراعية.

الحواشي

1. البيانات الحكومية الرسمية عن الإنتاجية الزراعية. ︎

2. مرجع حكومي بشأن أداء المحرك عند الارتفاع. ︎

3. معلومات أساسية عن خصائص الموجات الجيبية في طاقة التيار المتردد. ︎

4. وثائق تقنية من شركة تصنيع رائدة فيما يتعلق بالإدارة الذكية للبطاريات وسلامتها. ︎

5. نظرة فنية عامة على تقنية إدارة البطاريات. ︎

6. التعريف القياسي الصناعي لمقاييس جودة الطاقة. ︎

7. معيار الصناعة لجودة الطاقة والحدود التوافقية في الأنظمة الكهربائية. ︎

8. التوجيه الرسمي للدولة بشأن متطلبات استخدام مبيدات الآفات في العمليات الزراعية في المناطق المرتفعة. ︎

9. مورد تعليمي يشرح تصنيفات البطارية C. ︎

10. لمحة عامة عن كيمياء وتطبيقات تكنولوجيا بطاريات الليثيوم - بوليمر. ︎