Li-ion UAV Batteries for Long-Endurance Drone & Fixed-Wing Systems

מדוע להשתמש בסוללות ליתיום-יון לרחפנים?

משימות רחפנים רבות נותנות עדיפות לזמן פעולה, טווח ואנרגיית משימה שימושית על פני האצה חוזרת להספק מרבי. לכן כלי טיס למיפוי, פלטפורמות לבדיקה, רחפנים בעלי כנף קבועה ומערכות אחרות המתמקדות בזמן שהייה ממושך יכולים להתאים במיוחד להפעלה באמצעות סוללות ליתיום-יון.

תאי ליתיום-יון גליליים מודרניים יכולים לספק אנרגיה מאוחסנת משמעותית ביחס למסת הסוללה. כאשר כלי הטיס פועל ביעילות, אנרגיה זו יכולה לתמוך בשיוט, בריחוף או במשך משימה ארוכים יותר, בלי לתכנן את הסוללה בעיקר סביב יכולת זרם הפרץ הקיצונית המאפיינת מארזי LiPo בעלי דירוג C גבוה.

הפשרה היא שיש להתאים בקפידה את יכולת הזרם לכלי הטיס. המראה, טיפוס, ריחוף, תיקוני רוח ושינויים במטען יכולים ליצור דרישה חשמלית גבוהה יותר מתנאי השיוט הרגילים.

לאילו יישומי רחפנים סוללות ליתיום-יון מתאימות?

סוג הרחפן לבדו אינו קובע את התאמת הסוללה. עומס ההנעה בפועל, משקל כלי הטיס ופרופיל המשימה חשובים יותר מזיהוי הפלטפורמה בלבד כרחפן מיפוי, רחפן בעל כנף קבועה או כלי טיס לבדיקה.

קיבולת סוללת רחפן: ממארזים קומפקטיים ועד 19000mAh

קיבולת סוללת הרחפן צריכה לגדול בהתאם לכלי הטיס, ולא פשוט לעלות בכל פעם שרוצים זמן טיסה ארוך יותר. מארזים גדולים יותר מספקים יותר אנרגיה מאוחסנת, אך גם מוסיפים מסת סוללה, ולכן כלי הטיס נדרש לצרוך אנרגיה נוספת לאורך כל המשימה רק כדי לשאת אותם.

טווחי הקיבולת האלה מתארים כיוון מוצרים ולא כללים קשיחים לגבי גודל כלי הטיס. יש להשתמש בסוללה רק כאשר המתח, יכולת הזרם, הממדים והמשקל המותקן שלה תואמים למערכת הרחפן המלאה.

סוללות ליתיום-יון לרחפנים בקיבולת 10000mAh ו-12700mAh

דרגת הקיבולת של 10000mAh ו־12700mAh מספקת נקודת איזון חשובה ליישומי כלי טיס בלתי מאוישים בעלי טווח טיסה ממושך. תצורות מקביליות גדולות יותר אלה מציעות אנרגיה אצורה רבה משמעותית מסוללות 1P קומפקטיות, תוך שהן נותרות קטנות וקלות יותר ממערכות ה־3P הגדולות ביותר.

במסגרת פלטפורמת ה־CNHL 21700, כיוון ה־10000mAh מבוסס על פלטפורמת תאי ה־50D המאוזנת יותר בין הספק לאנרגיה, בעוד שכיוון ה־12700mAh משתמש במבנה ה־65E, המתמקד יותר באנרגיה.

לכן כיוון ה־10000mAh הוא נקודת פתיחה חזקה יותר כאשר המשימה עדיין כוללת פעולה משמעותית בעומס גבוה, בעוד שכיוון ה־12700mAh נעשה מעניין במיוחד כאשר אנרגיה אצורה מרבית וטיסת שיוט או ריחוף יעילה הם סדרי העדיפויות העיקריים.

סוללות Li-ion בקיבולת 15000mAh ו־19000mAh לכלי טיס בלתי מאוישים גדולים

מארזי ה־Li-ion 6S בקיבולת 15000mAh ו־19000mAh מייצגים את דרגת הקיבולת הגדולה ביותר במגוון ה־CNHL 21700 הנוכחי. שניהם משתמשים במבנה 6S3P עם 18 תאים גליליים, ומיועדים לכלי טיס גדולים משמעותית ולא לרחפנים קומפקטיים רגילים.

פלטפורמת ה־15000mAh 50D שומרת על האופי המאוזן יותר בין הספק לאנרגיה של תא ה־50D, ובמקביל נהנית מחלוקת זרם נוספת הודות למבנה ה־3P שלה. לכן היא רלוונטית ליישומים גדולים של כלי טיס בלתי מאוישים ובעלי כנף קבועה, הדורשים אנרגיה אצורה משמעותית תוך שמירה על מרווח הספק שימושי גדול יותר.

פלטפורמת ה־19000mAh 65E מתמקדת יותר באנרגיה מרבית למשימה ובטווח טיסה ממושך. עדיף לראות בה סוללה ייעודית למערכות גדולות ויעילות של כלי טיס בלתי מאוישים או בעלי כנף קבועה, שבהן כלי הטיס יכול לשאת ביעילות מארז בעל 18 תאים, המתמקד באגירת אנרגיה.

אין להתייחס לאף אחת מהסוללות כאל שדרוג קיבולת פשוט עבור כלי טיס קטן יותר. יש להעריך תחילה את יכולת הנשיאה של המטען, המשקל הכולל, יעילות מערכת ההנעה, נפח הסוללה ודרישת הזרם.

סוללות Li-ion 4S לכלי טיס בלתי מאוישים

סוללת Li-ion 4S לכלי טיס בלתי מאוישים יכולה להתאים לכלי טיס שתוכנן סביב מערכת חשמלית בעלת ארבעה תאים המחוברים בטור. מארזי 4S קומפקטיים יכולים לתמוך בכלי טיס הרגישים למשקל, בעוד שתצורות מקביליות גדולות יותר מספקות אנרגיה אצורה רבה יותר לכלי טיס בלתי מאוישים ולפלטפורמות בעלי כנף קבועה המיועדים לטווח טיסה ממושך.

במסגרת פלטפורמת ה־21700 של CNHL, קיבולת ה־4S נעה מסוללות 1P בקיבולת 5000mAh ו־6350mAh ועד לתצורות 2P בקיבולת 10000mAh ו־12700mAh. סוללות ה־2P רלוונטיות במיוחד כאשר אנרגיה רבה יותר למשימה וחלוקת עומס במקביל מצדיקות את מספר התאים הנוסף.

למשתמשים המשווים במיוחד בין מערכות 21700, עיינו במגוון סוללות הליתיום-יון 4S 21700.

סוללות ליתיום־יון 6S לכטב"מים

סוללות ליתיום־יון 6S מספקות את טווח הקיבולות הרחב ביותר בפלטפורמת ה־21700 הנוכחית של CNHL, מסוללות 6S1P קומפקטיות, דרך תצורות 6S2P בעלות משך פעולה ממושך ועד למערכות אנרגיה גדולות בתצורת 6S3P.

מארזי ה־6S2P בקיבולת 10000mAh ו־12700mAh יוצרים דרגת ביניים מעשית ליישומי מיפוי, בדיקות וכלי טיס בעלי כנף קבועה, בעוד שמארזי ה־6S3P בקיבולת 15000mAh ו־19000mAh מתאימים לפלטפורמות גדולות משמעותית, שבהן סך הואט־שעה למשימה הופך לדרישת תכנון מרכזית.

השוו בין סוללות ליתיום־יון 6S 21700 לפי קיבולת, תצורה במקביל ומחבר בעת תכנון סביב פלטפורמת התאים הגליליים החדשה יותר.

1P לעומת 2P לעומת 3P בסוללות כטב"ם

תצורה במקביל משפיעה הן על האנרגיה הכוללת והן על יכולת הזרם השימושית ברמת המארז. ככל שמוסיפים תאים במקביל, ניתן לחלק את העומס החשמלי בין יותר תאים, אך הסוללה נעשית גם גדולה וכבדה יותר.

לכן יש לבחור את מספר התאים במקביל כחלק מתקציב האנרגיה והמשקל של כלי הטיס, ולא לראות בו פשוט דרך למקסום הקיבולת.

50D לעומת 65E ליישומי כטב"ם

בפלטפורמת ה־21700 של CNHL, משפחות התאים 50D ו־65E מציעות שתי גישות שונות לתכנון סוללות כטב"ם.

ה־65E בעל הקיבולת הגבוהה יותר אינו בהכרח סוללת הכטב"ם הטובה יותר. כלי טיס עם דרישת זרם גבוהה יותר עשוי להפיק תועלת רבה יותר מאיזון ההספק והאנרגיה של ה־50D, בעוד שפלטפורמת משימה יעילה במיוחד עשויה לנצל טוב יותר את האנרגיה הנוספת הזמינה מה־65E.

ואט־שעה לעומת mAh בסוללות כטב"ם

לתכנון סוללת כטב"ם, ואט־שעה שימושיים לרוב יותר מ־mAh לבדו. קיבולת ב־mAh מתארת מטען חשמלי, בעוד שואט־שעה מביאים בחשבון הן את קיבולת הסוללה והן את המתח כדי לתאר את האנרגיה הנומינלית האגורה.

הדבר חשוב במיוחד בעת השוואה בין מספרי S שונים. סוללת 10000mAh במתח מסוים אינה מכילה את אותה כמות אנרגיה כמו סוללת 10000mAh במתח אחר.

לכן, תכנון המשימה צריך להביא בחשבון את מספר שעות־הוואט הניתנות לשימוש, יחד עם דרישות הרזרבה, זרם ההפעלה בפועל ומשקל הסוללה המוגמרת.

מדוע Wh/kg חשוב לרחפנים בעלי משך טיסה ארוך

Wh/kg מתאר את האנרגיה הנומינלית האגורה בסוללה ביחס למסת הסוללה. נתון זה יכול להיות שימושי במיוחד בתכנון רחפנים, מכיוון שכל גרם של סוללה חייב להינשא בעצמו על ידי כלי הטיס.

סוללה עם נתון Wh כולל גבוה יותר לא בהכרח תשפר את משך הטיסה, אם העלייה המקבילה במשקל גורמת להספק הריחוף או השיוט לעלות יותר מדי. זו הסיבה לכך שהגדלת הקיבולת עלולה בשלב מסוים להניב תשואה פוחתת.

לכן, ההשוואה החשובה אינה פשוט איזו סוללה אוגרת את כמות האנרגיה הגדולה ביותר, אלא איזו סוללה מעניקה לכלי הטיס את השילוב הטוב ביותר של אנרגיה למשימה, יכולת לספק זרם ומסה מותקנת.

סוללות Li-ion לרחפנים בעלי כנף קבועה

רחפנים בעלי כנף קבועה הם בין היישומים המתאימים ביותר לסוללות Li-ion המתמקדות באנרגיה, מכיוון שעילוי אווירודינמי יעיל יכול להפחית משמעותית את ההספק הנדרש במהלך שיוט רגיל, בהשוואה לכלי טיס המרחפים ברציפות.

הדבר הופך מארזים בעלי קיבולת גבוהה למעניינים במיוחד עבור מיפוי, מדידות ומשימות אוטונומיות למרחקים ארוכים. סוללות 2P ו־3P גדולות יותר יכולות לספק אנרגיה משמעותית למשימה כאשר בגוף כלי הטיס יש נפח מספיק לסוללה וכאשר שלדת כלי הטיס יכולה לשמור על מרכז כובד מתאים.

עדיין יש לבדוק את זרם ההמראה, השיגור והטיפוס, מכיוון שחלקים אלה של המשימה, הדורשים הספק גבוה יותר, עלולים ליצור עומס על הסוללה גבוה בהרבה מדרישת ההספק בשיוט יציב. למגוון הרחב יותר של יישומי כנף קבועה, עיינו ב־סוללות Li-ion למטוסי RC ולכלי טיס בעלי כנף קבועה.

סוללות Li-ion לרחפנים רב־להביים

רחפן רב־להבי חייב לייצר עילוי ברציפות, ולכן מסת הסוללה והזרם הרציף חשובים במיוחד. מסיבה זו, סוללת Li-ion גדולה יותר לא מספקת באופן אוטומטי את אותו שיפור במשך הטיסה שהיא עשויה לספק בכלי טיס יעיל בעל כנף קבועה.

בעת בחירת סוללת Li-ion לרחפן רב־להבי, השוו את זרם הריחוף במשקל הכולל הצפוי, את דרישות ההמראה והטיפוס, את מרווח הבטיחות מול רוח, את המטען ואת טמפרטורת הסוללה. מארזי 2P ו־3P גדולים יותר הם הבחירה ההגיונית ביותר כאשר כלי הטיס תוכנן מלכתחילה עבור תוספת האנרגיה והמשקל.

מולטירוטורים יעילים לצילום קולנועי ולמשימות ארוכות טווח יכולים להתאים לכך, בעוד שמערכות אגרסיביות במיוחד או מערכות בעלות דחף גבוה עשויות לדרוש כימיית סוללה ותכנון מארז בעלי יכולת גבוהה יותר לספק זרם גבוה באופן חוזר.

סוללות Li-ion ל-UAV עם XT60 לעומת XT90

מארזי סוללות ה-Li-ion של CNHL זמינים עם מחברים שונים, כך שיוכלו להתאים למערכות חשמל שונות של כלי טיס בלתי מאוישים. XT60 נפוץ במערכות רחפן יעילות רבות ובמערכות בעלות כנף קבועה, בעוד XT90 משמש לעיתים קרובות בהתקנות UAV גדולות יותר.

אין להתייחס ל-XT90 כאל גרסה בעלת ביצועים גבוהים יותר של סוללת Li-ion זהה אחרת. כאשר דגם התא ותצורת S/P אינם משתנים, התאים שומרים על אותן מגבלות חשמליות בסיסיות. יש לבחור את המחבר בהתאם למערכת ההספק המלאה של ה-UAV.

18650 לעומת 21700 לסוללות UAV

ביישומי UAV, 18650 ו-21700 הם אפשרויות טכניות של פורמט תא ולא קטגוריות נפרדות של יישומים. כל אחד מהם יכול להתאים כאשר הסוללה המוגמרת עומדת בדרישות החשמל, האנרגיה, המשקל והמידות של כלי הטיס.

פורמט 18650 הקטן יותר יכול להתאים לתכנוני סוללות קומפקטיים המבוססים על תאים גליליים. תאי 21700 מודרניים מספקים נפח פנימי גדול יותר ויכולים להציע קיבולת גבוהה יותר לתא יחיד או איזון שונה בין יכולת אגירת אנרגיה ליכולת אספקת זרם.

לכן ההשוואה הנכונה צריכה להתבסס על הוואט־שעות, ‏Wh/kg, יכולת הזרם, המידות והמשקל של המארז המוגמר, ולא על ההנחה שפורמט גלילי אחד טוב יותר באופן אוניברסלי לשימוש ב-UAV.

Li-ion לעומת LiPo ליישומי UAV

אף אחת מהכימיות אינה טובה יותר באופן אוניברסלי. בחירת סוללת ה-UAV צריכה להתבסס על העומס החשמלי ועל פרופיל המשימה, ולא על ההנחה שמשך טיסה ארוך מחייב אוטומטית Li-ion או שהספק גבוה מחייב אוטומטית LiPo.

כיצד לבחור סוללת Li-ion לכלי טיס בלתי מאויש

לפני בחירת סוללת Li-ion לכלי טיס בלתי מאויש, השוו בין דרישות המשימה המלאה לבין דרישות כלי הטיס:

• מתח / מספר תאי S: יש לוודא שטווח מתח ההפעלה בפועל תואם למערכת ההנעה.
• זרם בריחוף או בשיוט: יש לקבוע מהו העומס החשמלי הרגיל והמתמשך.
• דרישות המראה וטיפוס: יש להביא בחשבון את שלבי המשימה שבהם נדרש זרם גבוה יותר.
• מטען: יש לחשב את דרישות הסוללה לפי משקל ההפעלה המתוכנן, ולא לפי משקל כלי הטיס כשהוא ריק.
• קיבולת ושעות ואט: יש להשוות את סך האנרגיה למשימה, ולא להסתמך על mAh בלבד.
• Wh/kg: יש להביא בחשבון כמה אנרגיה מתקבלת ביחס למסת הסוללה שנישאת.
• 1P, 2P או 3P: יש לאזן בין האנרגיה האגורה וחלוקת העומס לבין הגודל והמשקל.
• מידות: יש לוודא התאמה לתא הסוללה או למקום ההתקנה, ולהשאיר מרווח מתאים לחוטים ולזרימת אוויר.
• מחבר: יש להתאים את XT60, ‏XT90 או חיבור מתאים אחר למערכת כלי הטיס הבלתי מאויש, ולוודא את הקוטביות.
• טמפרטורה: יש לשמור את הסוללה בטווחי הטמפרטורה שצוינו עבור המארז המוגמר.
• רזרבה למשימה: אין לתכנן את הפעולה כך שתצרוך את מלוא הקיבולת התאורטית של הסוללה במהלך שימוש רגיל.

לפלטפורמת הסוללות הגליליות המלאה, מעבר למוצרים ייעודיים לכלי טיס בלתי מאוישים, עיינו במגוון סוללות ה-Li-ion של CNHL. את משפחת גדלי התאים החדשה יותר ניתן למצוא גם דרך סוללות ה-Li-ion 21700 שלנו.

טעינה ובטיחות של סוללת Li-ion לכלי טיס בלתי מאויש

השתמשו במטען ובמצב טעינה המתאימים בדיוק לסוללת ה-Li-ion. פעלו לפי מתח הטעינה המרבי וזרם הטעינה המומלץ שצוינו עבור המארז המוגמר, במקום להניח שכל סוללות הליתיום משתמשות בהגדרות זהות.

יש להתאים גם את ניטור הסוללה ואת האסטרטגיה למתח נמוך למערכת ה-Li-ion בפועל. אין לעשות שימוש אוטומטי בהנחות אזהרה או ניתוק שפותחו עבור כימיית סוללה אחרת, בלי לוודא שהן מתאימות למארז שנבחר.

בדקו את מארז הסוללה, החיווט, ההתקנה והמחבר לפני הטעינה או ההפעלה. אין להשתמש בסוללה שניזוקה, חמה מדי או מציגה חריגה חשמלית, ולעולם אין לחרוג ממגבלות המתח, הזרם או הטמפרטורה שצוינו עבור הסוללה המוגמרת.

שאלות נפוצות: סוללות Li-ion לכלי טיס בלתי מאוישים

האם סוללות Li-ion מתאימות לכלי טיס בלתי מאוישים?

הן יכולות להיות בחירה מצוינת לרחפנים המיועדים לטווח ארוך, שבהם האנרגיה האצורה ומשך המשימה חשובים. עם זאת, הסוללה עדיין חייבת לספק זרם מספיק להפעלה רגילה, להמראה, לטיפוס ולשינויים במטען או בתנאי הרוח.

לאילו יישומים של רחפנים סוללות Li-ion מתאימות במיוחד?

מיפוי, מדידות, בדיקות, צילום אווירי ומשימות יעילות של כלי טיס בעלי כנף קבועה הם כיוונים מתאימים במיוחד לסוללות Li-ion. גם פלטפורמות רב־להביות לטווח ארוך יכולות להפיק תועלת מכך, כאשר זרם הריחוף ומשקל הסוללה נשארים מתאימים.

איזו קיבולת סוללה דרושה לרחפן?

אין דרישת קיבולת אוניברסלית. יש לבחור סוללה לפי מספר ואט־השעה הנדרשים למשימה, זרם ההפעלה, המטען, יעילות כלי הטיס, משקל הסוללה ורזרבת האנרגיה הנדרשת, במקום לבחור במספר ה־mAh הגדול ביותר הזמין.

מה עדיף לרחפן: 10000mAh או 12700mAh?

אף אחת מהן אינה טובה יותר באופן אוניברסלי. במסגרת פלטפורמת CNHL 21700, כיוון ה־10000mAh 50D מספק אפשרות מאוזנת יותר בין הספק לאנרגיה, ואילו כיוון ה־12700mAh 65E שם דגש רב יותר על אנרגיה אצורה מרבית. הבחירה הנכונה תלויה בדרישת הזרם וביעילות המשימה.

למה מיועדות סוללות Li-ion בקיבולת 15000mAh ו־19000mAh?

אלה תצורות סוללה גדולות מסוג 6S3P, המיועדות לכלי טיס ולמערכות רחפנים בעלי דרישות טווח משמעותיות. ארכיטקטורה של שמונה־עשר תאים יוצרת אנרגיה אצורה משמעותית, אך גם מסת מארז משמעותית, ולכן כלי הטיס חייב להיות מתוכנן לשאת אותן ביעילות.

האם 21700 טוב יותר מ־18650 עבור סוללות רחפנים?

לא בהכרח. אלה אפשרויות של פורמט תאים. יש להשוות את מספר ואט־השעה, המשקל, יכולת הזרם, המידות והביצועים מבחינת אנרגיה למשקל של הסוללה בפועל, במקום לבחור רק לפי פורמט התאים.

האם XT90 טוב יותר מ־XT60 עבור סוללת רחפן?

לא בהכרח. XT90 נפוץ במערכות רחפנים גדולות יותר, ואילו XT60 נמצא בשימוש נרחב ברחפנים יעילים רבים ובכלי טיס בעלי כנף קבועה. יש לבחור בהתאם למערכת החשמלית ולדרישת הזרם; החלפת המחבר אינה מגדילה את היכולת של התאים שבתוך הסוללה.

האם סוללת רחפן בעלת קיבולת גבוהה יותר תמיד מספקת זמן טיסה ארוך יותר?

לא. קיבולת גבוהה יותר מוסיפה אנרגיה, אך גם מגדילה את מסת הסוללה. זמן הטיסה או המשימה משתפר רק כאשר כלי הטיס יכול לשאת את הסוללה הנוספת ביעילות מספקת, כך שהאנרגיה האצורה הנוספת מצדיקה את העלייה בדרישת ההספק.

האם סוללת Li-ion לרחפן יכולה להחליף סוללת LiPo?

אין להניח תאימות ישירה רק על סמך המתח, מספר התאים בטור או המחבר. יש להשוות את טווח המתח בפועל, צריכת הזרם הרציפה והשיאית, משקל הסוללה, המידות, דרישות הטעינה, ההתנהגות במתח נמוך והמגבלות התרמיות לפני שינוי הכימיה של הסוללה.