عند القيام بتصميم مشروع يتعلق بالإلكترونيات أو انترنت الأشياء IoT، غالبا ما يتم البدأ باختيار منصات الأجهزة واللوحات الإلكترونية، والتي شرح مقال سابق بعنوان دليل اختيار المتحكم الأمثل لمشروعك كيف يمكن إختيار المتحكم المناسب حسب متطلبات المشروع. إختيار نوع مصدر الطاقة سيكون من أهم العناصر تاليا، حيث أنه القلب النابض للمشروع.

يمكن إعتبار هذا المقال جزء تكميلي للمقال السابق بعد إختيار المتحكم الأمثل، ولكنه أيضا يحتوي على تفاصيل مهمة تخص البطاريات بشكل عام في مجال الإلكترونيات، حيث أن هذا المقال سيتحدث عن عوامل إختيار نوع البطارية، وأنواع البطاريات التي تستخدم في مجال الإلكترونيات، مع ذكر مميزات وعيوب كل منها، ليتسنى للقارئ اختيار البطارية التي تناسب متطلبات مشروعه.

عوامل اختيار البطارية الأمثل

إختيار مصدر الطاقة الأنسب للمشروع ضروري، حيث أنه يضمن كفاءة أعلى وعمر أطول وأداء أقوى، وبالطبع موثوقية عمله في ظل متطلبات المشروع. عملية الاختيار تعتمد على عدة عوامل مهمة، أهمها:

1. متطلبات الجهد الكهربائي والتيار: يجب التأكد من أن الجهد الكهربائي وتيار البطارية المختارة يتناسب مع النظام الخاص بمشروعك، حيث أن اهمال هذا العامل قد يؤدي الى تلف بعض القطع الإلكترونية أو عدم عمل بعضها أو تصرفات غير متوقعة.
2. السعة: سعة البطارية يحدد مدة تشغيل النظام، كلما زادت السعة (تقاس بالامبير-ساعة Ah او بالملي امبير-ساعة mAh) كلما طالت مدة عمل البطارية. فعلى سبيل المثال، اذا كان الجهاز يستهلك 500 ملي امبير والمطلوب أن يعمل لمدة لا تقل عن 5 ساعات، فيجب اختيار بطارية لا تقل عن 2500 ملي امبير-ساعة.
3. الحجم والوزن: المشاريع التي تتطلب قابلية التنقل وسهولة الحركة، أو التي تكون جزء داخلي من نظام أكبر، من الواضح أنها تتطلب وضع اعتبار لمقاسات البطارية ووزنها، على عكس المشاريع الثابتة كأنظمة الخلايا الشمسية والتي قد تسمح في كثير من الحالات بأحجام أكبر ووزن أعلى للبطارية.
4. قابلية إعادة الشحن أو للإستعمال لمرة واحدة: اختيار بين البطاريات القابلة لإعادة الشحن وذات الاستعمال الواحد وهو من أهم معايير تحديد البطارية، فمثلا في الأنظمة ذات العمر الطويل والإستخدام المستمر قد يتم تفضيل البطاريات القابلة لإعادة الشحن، بينما للأنظمة بالاستهلاك القليل للطاقة وإسخدام غير مستمر قد يكون اختيار البطاريات ذات الاستعمال الواحد خيارا أفضل.
5. بيئة التشغيل ودرجة الحرارة: بعض البطاريات غير مصممة لتحمل بيئة بدرجات حرارة مرتفعة جدا أو منخفضة جدا، أو برطوبة عالية، فقد يضعف أداءها أو حتى تتلف كليا.
6. التكلفة والتوافر: من المهم وضع التكلفة والتوافر على المدى البعيد في الاعتبار، فعلى سبيل المثال البطاريات القابلة لإعادة الشحن قد تكون مكلفة أكثر في لحظة الشراء مقارنة بالنوع الآخر، ولكنها قد تكون أقل تكلفة عند حسابها على مدى سنة مثلا من الاستخدام المتواصل.

أنواع البطاريات وتطبيقاتها

ليثيوم-أيون Li-Ion

بطاريات الليثيوم أيون هي الأكثر استخداما في الأجهزة الالكترونية الحديثة لخفة وزنها وسعتها الكبيرة وقابليتها لإعادة الشحن، مع ذلك، هذا النوع يتطلب حذر شديد في التعامل معه بحيث تضرر البطارية كثقبها أو شحنها أكثر من اقصى قدرة لها أو ارتفاع درجة حرارتها قد يؤدي لا قدر الله الى انفجارها.

إيجابيات: كثافة طاقة عالية (حجم أصغر بطاقة أعلى)، عمر طويل، قابلية إعادة الشحن، شحن سريع.

سلبيات: سعر مرتفع نسبيا، حساسية عالية للحرارة، قد تتطلب دوائر حماية في بعض الأنظمة غير المستقرة، أكثر خطرا من البطاريات الأخرى.

تطبيقات:

• أجهزة وحساسات انترنت الأشياء IoT
• الساعات والملبوسات الذكية
• الروبوتات الصغيرة أو المتنقلة
• الدرونات والسيارات اللاسلكية
• اللابتوبات والأجهزة الالكترونية الحديثة
• السيارات الكهربائية
• أجهزة إنترنت الأشياء التي تعمل بالطاقة الشمسية
• الكاميرات الأمنية اللاسلكية

ليثيوم-بوليمر Li-Po

بطاريات ليثيوم-بوليمر شبيهة بالليثيوم أيون في عدة جوانب، ولكنها تقدم خيارات أكثر للحجم والشكل، مما يجعلها ملائمة للمشاريع صغيرة الحجم. رغم أن بطاريات الليثيوم-بوليمر بشكل عام تعتبر أكثر أمانا من الليثيوم أيون، الا أنها كذلك تتطلب الحذر أثناء عملية الشحن، فقد يسبب الشحن الزائد انفجارا أو حرائق.

إيجابيات: عمر شحن أطول، وأكثر أمانا مقارنة باليثيوم أيون، وزن أخف، شحن أسرع، معدل تفريغ عالي، خيارات متنوعة.

سلبيات: كفاءة أقل بقليل من الليثيوم أيون، كثافة أقل، تكلفة أكبر للخلية الواحدة، قد تنتفخ عند قلة الحذر أثناء الاستعمال.

تطبيقات:

• الدرونات والسيارات اللاسكلية (تتطلب معدل تفريغ مرتفع)
• بعض الاجهزة الالكترونية
• الملبوسات الذكية
• الشواحن اللاسلكية والمحولات
• الألكترونيات النحيفة جدا كبعض اللابتوبات
• السماعات اللاسلكية الصغيرة

نيكل-كادميوم Ni-Cd

بطاريات Ni-Cd تستخدم كثيرا في المشاريع التي تتطلب بطاريات قابلة لاعادة الشحن كالبطاريات التي ذكرت سابقا، تستخدم عادة في البيئات القاسية وعالية الحرارة.

إيجابيات: عدد دورات كبير من الشحن-التفريغ، مما يجعلها مناسبة للاجهزة التي تتطلب فترات تشغيل طويلة لمدة أطول، مرونة وتحمل عالي في البيئات الحارة والباردة، شحن سريع، موثوقية عالية في درجات الحرارة المصممة لها، معدل تفريغ مرتفع.

سلبيات: تأثير الذاكرة Memory Effect مما يعني انها قد تخسر سعتها مع الوقت اذا لم يتم تفريغها بالكامل عند اعادة شحنها، كثافة طاقة أقل من الليثيوم أيون والليثيوم بوليمر، مما يجعل حجمها أكبر بشكل عام، تسريب طاقة عند عدم الاستخدام بمعدل أعلى من البطاريات السابق ذكرها.

تطبيقات:

• تستخدم في بعض انظمة الطاقة الاحتياطية
• الأجهزة الالكترونية اللاسلكية المحمولة باليد، كالدريل والمنشار الكهربائي والمفك الكهربائي.
• أدوات الطاقة والاجهزة الكهربائية التي تتطلب معدل تفريغ عالي
• انظمة الاضاءة الاحتياطية الطارئة UPS
• تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية في درجات الحرارة العالية أو المنخفضة

البطاريات القلوية

البطاريات القلوية Alkaline من أكثر أنواع البطاريات غير القابلة للشحن انتشارا وتوافرا، حيث استبدلت منافستها السابقة بطاريات الزنك-كاربون بأداء أكثر كفاءة وطاقة أعلى.

إيجابيات: رخيصة، متوفرة بكثرة وبمقاسات مختلفة، لا تحتاج صيانة أو رعاية خاصة، آمنة، عمر طويل جدا عند عدم الاستخدام.

سلبيات: غير قابلة للشحن (بإستثناء قلة من أنواعها)، غير مناسبة لدرجات الحرارة العالية أو المنخفضة جدا، حجم أكبر مقارنة ببطاريات الليثيوم

تطبيقات:

• أجهزة التحكم عن بعد
• الساعات
• المصابيح والاضاءات الاحتياطية
• ألعاب الأطفال
• حساسات انترنت الأشياء ذات استهلاك الطاقة المنخفض كحساسات الرطوبة والحرارة
• الالكترونيات الصغيرة كالفأرة اللاسلكية وفرشاة الأسنان الكهربائية

جدول مقارنة المواصفات