دليل استخدام بطارية الليثيوم في الشتاء
مقدمة:
أعتقد أن الكثيرين يدركون هذا الأمر جيدًا: الشتاء قادم، لكن بطاريتي لا تدوم طويلًا كما في الصيف. لماذا تنفد بطاريتي بهذه السرعة؟ هل نفدت بطاريتي؟ لماذا لا يُمكن شحن بطاريتي في الشتاء؟
لقد طرح العديد من العملاء هذه الأسئلة مؤخرًا، لذلك كتبتُ هذه المقالة. سنتحدث اليوم عن تأثير بطاريات الليثيوم في الشتاء. ما الذي يجب الانتباه إليه عند استخدام بطاريات الليثيوم في الشتاء؟
قد تنخفض سعة البطارية بشكل ملحوظ في الشتاء. هل البطارية معطلة؟
لا، هناك عوامل عديدة تؤدي إلى انخفاض السعة، وهذه ليست ظاهرة فريدة في بطاريات الليثيوم، إذ تتأثر جميع أنواع البطاريات تقريبًا بدرجات حرارة منخفضة للغاية. بمجرد عودة درجة الحرارة إلى وضعها الطبيعي، تستعيد بطارية الليثيوم العامة سعتها بسرعة.
ما هي الأسباب التي قد تؤدي إلى انخفاض سعة بطاريات الليثيوم في درجات الحرارة المنخفضة؟
- تؤثر درجة الحرارة المنخفضة على المقاومة الداخلية للبطارية: فكلما زادت المقاومة الداخلية للبطارية، زاد فقدان الطاقة، نظرًا لامتلاكها مقاومة داخلية، مما يعني استهلاكها للطاقة. وكلما زادت المقاومة، زاد فقدان الطاقة.
- انخفاض النشاط الإلكتروني: ناقشنا آلية عمل حزمة البطارية في مقال سابق. ذُكر أن شحن وتفريغ بطاريات الليثيوم يتطلبان حركة إلكترونات داخلية. وستؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى انخفاض كبير في نشاط الإلكترونات، مما يؤثر على عملية الشحن والتفريغ بأكملها.
- يؤدي شحن بطاريات الليثيوم في درجات حرارة منخفضة إلى فقدان دائم للسعة: لدينا مقال آخر مُخصص لمناقشة المبادئ العلمية المُحددة. السبب الرئيسي هو أنه عند الشحن في درجات حرارة منخفضة، يتباطأ التفاعل الكهروكيميائي وعملية انتشار الأيونات في الإلكتروليت، وفي الوقت نفسه، تتقلص الشبكة المادية. هذا مفهومٌ غير مُؤكد. نحن نُدرك أن أيونات الليثيوم يجب أن تُدمج داخل قضيب القطب السالب لإكمال الشحن. ومع ذلك، وبسبب انكماش الشبكة، لا تستطيع أيونات الليثيوم الدخول بالكامل. عندما تحدث هذه الظاهرة بكميات كبيرة، لن تتمكن أيونات الليثيوم من دخول طبقة الجرافيت لعدم وجود وقت لها للتفاعل. ستتراكم بكميات كبيرة على سطح القطب السالب، مما يُؤدي إلى تفاعل تحويلي، وفي النهاية تُشكل تشعبات الليثيوم. ستُسبب هذه التشعبات انخفاضًا في السعة، وعندما تتراكم، قد تُثقب الفاصل، مما يُسبب عطلًا وظيفيًا دائمًا للبطارية. هذا هو السبب الرئيسي لانخفاض سعة بطاريات الليثيوم أو حتى تلفها في درجات الحرارة المنخفضة.
مثال ملموس لتوضيح تأثير درجات الحرارة المنخفضة على السعة.
نفترض أن لديك الآن بطارية LiFePO4 ١٢ فولت ١٠٠ أمبير/ساعة. كان كل شيء يعمل بشكل طبيعي، ولكن مع برودة الطقس في الأشهر الأخيرة، لاحظت أن عمر البطارية أصبح أقل، مما يجعلك تشك في وجود عطل، فاشتريت أداة اختبار. أظهر الاختبار أن سعة البطارية ٧٠ أمبير/ساعة فقط.
لكن في الواقع، هذا الانخفاض في السعة مؤقت فقط، إذ يكفي انتظار عودة درجة الحرارة إلى وضعها الطبيعي قبل شحن البطارية، وستُعاد سعتها. وقد شرحنا المبدأ المحدد سابقًا، وهو ناتج عن نشاط الإلكترونات وتصميم البنية الداخلية.
ماذا يجب أن نفعل إذا كنا بحاجة إلى استخدام حزمة البطارية في درجات حرارة منخفضة؟
أبسط طريقة هي إبقاء حزمة البطارية دافئةً لمنعها من التعرض لدرجات حرارة منخفضة. في بعض الحالات، يُمكننا فعل ذلك بالفعل، ولكن في بعض الأحيان نضطر لاستخدام البطارية في درجات حرارة منخفضة، فماذا نفعل؟ قد يتساءل البعض: هل يُمكنني تصميم حاضنة للبطارية؟ هذه الفكرة جيدة جدًا، لكنها ليست عمليةً تمامًا لأنها تتطلب مساحةً إضافيةً، كما أنها أكثر تعقيدًا. هل هناك طريقة أسهل؟ بالتأكيد.
هدفنا الأصلي من تصميم صندوق عازل للبطارية هو تسخينها خارجيًا باستمرار لمنع انخفاض درجة حرارتها الداخلية. فهل يُمكننا تصميم جهاز التسخين داخل البطارية؟ بالتأكيد.
ما هي البطارية الساخنة؟
يتم تسخين البطارية بإضافة غشاء تسخين إلى داخل حزمة البطارية. يغطي هذا الغشاء خلايا البطارية، مما يُسخّن قلب البطارية مباشرةً من الداخل، مما يمنع انخفاض درجة حرارتها الداخلية بشكل كبير.
كيف تعمل البطارية الساخنة؟
تم تعديل بطارية التدفئة بناءً على بطارية الليثيوم العادية. أولاً، يلزم وجود NTC لجمع درجة الحرارة المحيطة، ثم يتم تشغيل وظيفة التدفئة من خلال نظام إدارة البطارية (BMS). عند وصول درجة الحرارة إلى القيمة المحددة، يتم إيقاف التدفئة تلقائيًا، وتعمل حزمة البطارية بشكل طبيعي. سيتم إيقاف تشغيل وحدة التدفئة تلقائيًا أثناء التشغيل، لأن البطارية ستُصدر حرارة أيضًا أثناء التشغيل. لذلك، سيراقب NTC درجة حرارة حزمة البطارية باستمرار، وأخيرًا، بالتعاون مع اللوحة الواقية وغشاء التسخين، يتم تحقيق وظيفة درجة الحرارة الثابتة داخل حزمة البطارية.
ما هي عيوب البطاريات المسخنة؟
يستهلك طاقة أكبر. إذا لم تكن البطارية مزودة بخاصية التسخين، فيمكن استخدام طاقتها في العمل. أما إذا كانت مزودة بخاصية التسخين، فيُستخدم جزء من طاقة حزمة البطارية لتسخينها، بينما يُستخدم الجزء الآخر في العمل. لذلك، يُستهلك طاقة حزمة البطارية بشكل أسرع، لذا يجب فحص حالة شحن البطارية في الوقت المناسب وشحنها.
ملخص:
في درجات الحرارة المنخفضة، سواءً أثناء الشحن أو التفريغ، قد تتلف بطاريات الليثيوم بشكل دائم. لذلك، يُنصح بتجنب استخدامها في درجات حرارة منخفضة. إذا اضطررنا لاستخدامها، يُمكننا اختيار بطاريات الليثيوم المُزودة بخاصية التسخين. تتميز هذه البطاريات بوظائف مُخصصة مُستوحاة من البطاريات العادية. كما يُمكنك استخدامها مع وظائف البلوتوث والواي فاي ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لفتح آفاق جديدة من إمكانيات بطاريات الليثيوم.
آمل أن تكون هذه المقالة مفيدة لكم. إذا كنتم مهتمين بهذا النوع من المعلومات، تابعوا مدونتنا.
الملف الشخصي للمؤلف
توماس تشين
توماس تشين خبيرٌ متمرسٌ في صناعة الطاقة الجديدة، مع تركيزٍ خاص على تكنولوجيا بطاريات الليثيوم. خريج جامعة شنتشن، دفعة ٢٠١٠، اكتسب توماس خبرةً واسعةً من خلال أدوارٍ محوريةٍ شغلها في شركتي EVE وBYD. يشتهر برؤيته الثاقبة في هذا القطاع، ويمتلك موهبةً فريدةً في تحديد اتجاهات السوق وفهم احتياجات العملاء. تُقدم مقالاته منظورًا متميزًا، مستوحىً من خلفيةٍ غنيةٍ في هذا المجال.
مقدمة:
أعتقد أن الكثيرين يدركون هذا الأمر جيدًا: الشتاء قادم، لكن بطاريتي لا تدوم طويلًا كما في الصيف. لماذا تنفد بطاريتي بهذه السرعة؟ هل نفدت بطاريتي؟ لماذا لا يُمكن شحن بطاريتي في الشتاء؟
لقد طرح العديد من العملاء هذه الأسئلة مؤخرًا، لذلك كتبتُ هذه المقالة. سنتحدث اليوم عن تأثير بطاريات الليثيوم في الشتاء. ما الذي يجب الانتباه إليه عند استخدام بطاريات الليثيوم في الشتاء؟
قد تنخفض سعة البطارية بشكل ملحوظ في الشتاء. هل البطارية معطلة؟
لا، هناك عوامل عديدة تؤدي إلى انخفاض السعة، وهذه ليست ظاهرة فريدة في بطاريات الليثيوم، إذ تتأثر جميع أنواع البطاريات تقريبًا بدرجات حرارة منخفضة للغاية. بمجرد عودة درجة الحرارة إلى وضعها الطبيعي، تستعيد بطارية الليثيوم العامة سعتها بسرعة.
ما هي الأسباب التي قد تؤدي إلى انخفاض سعة بطاريات الليثيوم في درجات الحرارة المنخفضة؟
- تؤثر درجة الحرارة المنخفضة على المقاومة الداخلية للبطارية: فكلما زادت المقاومة الداخلية للبطارية، زاد فقدان الطاقة، نظرًا لامتلاكها مقاومة داخلية، مما يعني استهلاكها للطاقة. وكلما زادت المقاومة، زاد فقدان الطاقة.
- انخفاض النشاط الإلكتروني: ناقشنا آلية عمل حزمة البطارية في مقال سابق. ذُكر أن شحن وتفريغ بطاريات الليثيوم يتطلبان حركة إلكترونات داخلية. وستؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى انخفاض كبير في نشاط الإلكترونات، مما يؤثر على عملية الشحن والتفريغ بأكملها.
- يؤدي شحن بطاريات الليثيوم في درجات حرارة منخفضة إلى فقدان دائم للسعة: لدينا مقال آخر مُخصص لمناقشة المبادئ العلمية المُحددة. السبب الرئيسي هو أنه عند الشحن في درجات حرارة منخفضة، يتباطأ التفاعل الكهروكيميائي وعملية انتشار الأيونات في الإلكتروليت، وفي الوقت نفسه، تتقلص الشبكة المادية. هذا مفهومٌ غير مُؤكد. نحن نُدرك أن أيونات الليثيوم يجب أن تُدمج داخل قضيب القطب السالب لإكمال الشحن. ومع ذلك، وبسبب انكماش الشبكة، لا تستطيع أيونات الليثيوم الدخول بالكامل. عندما تحدث هذه الظاهرة بكميات كبيرة، لن تتمكن أيونات الليثيوم من دخول طبقة الجرافيت لعدم وجود وقت لها للتفاعل. ستتراكم بكميات كبيرة على سطح القطب السالب، مما يُؤدي إلى تفاعل تحويلي، وفي النهاية تُشكل تشعبات الليثيوم. ستُسبب هذه التشعبات انخفاضًا في السعة، وعندما تتراكم، قد تُثقب الفاصل، مما يُسبب عطلًا وظيفيًا دائمًا للبطارية. هذا هو السبب الرئيسي لانخفاض سعة بطاريات الليثيوم أو حتى تلفها في درجات الحرارة المنخفضة.
مثال ملموس لتوضيح تأثير درجات الحرارة المنخفضة على السعة.
نفترض أن لديك الآن بطارية LiFePO4 ١٢ فولت ١٠٠ أمبير/ساعة. كان كل شيء يعمل بشكل طبيعي، ولكن مع برودة الطقس في الأشهر الأخيرة، لاحظت أن عمر البطارية أصبح أقل، مما يجعلك تشك في وجود عطل، فاشتريت أداة اختبار. أظهر الاختبار أن سعة البطارية ٧٠ أمبير/ساعة فقط.
لكن في الواقع، هذا الانخفاض في السعة مؤقت فقط، إذ يكفي انتظار عودة درجة الحرارة إلى وضعها الطبيعي قبل شحن البطارية، وستُعاد سعتها. وقد شرحنا المبدأ المحدد سابقًا، وهو ناتج عن نشاط الإلكترونات وتصميم البنية الداخلية.
ماذا يجب أن نفعل إذا كنا بحاجة إلى استخدام حزمة البطارية في درجات حرارة منخفضة؟
أبسط طريقة هي إبقاء حزمة البطارية دافئةً لمنعها من التعرض لدرجات حرارة منخفضة. في بعض الحالات، يُمكننا فعل ذلك بالفعل، ولكن في بعض الأحيان نضطر لاستخدام البطارية في درجات حرارة منخفضة، فماذا نفعل؟ قد يتساءل البعض: هل يُمكنني تصميم حاضنة للبطارية؟ هذه الفكرة جيدة جدًا، لكنها ليست عمليةً تمامًا لأنها تتطلب مساحةً إضافيةً، كما أنها أكثر تعقيدًا. هل هناك طريقة أسهل؟ بالتأكيد.
هدفنا الأصلي من تصميم صندوق عازل للبطارية هو تسخينها خارجيًا باستمرار لمنع انخفاض درجة حرارتها الداخلية. فهل يُمكننا تصميم جهاز التسخين داخل البطارية؟ بالتأكيد.
ما هي البطارية الساخنة؟
يتم تسخين البطارية بإضافة غشاء تسخين إلى داخل حزمة البطارية. يغطي هذا الغشاء خلايا البطارية، مما يُسخّن قلب البطارية مباشرةً من الداخل، مما يمنع انخفاض درجة حرارتها الداخلية بشكل كبير.
كيف تعمل البطارية الساخنة؟
تم تعديل بطارية التدفئة بناءً على بطارية الليثيوم العادية. أولاً، يلزم وجود NTC لجمع درجة الحرارة المحيطة، ثم يتم تشغيل وظيفة التدفئة من خلال نظام إدارة البطارية (BMS). عند وصول درجة الحرارة إلى القيمة المحددة، يتم إيقاف التدفئة تلقائيًا، وتعمل حزمة البطارية بشكل طبيعي. سيتم إيقاف تشغيل وحدة التدفئة تلقائيًا أثناء التشغيل، لأن البطارية ستُصدر حرارة أيضًا أثناء التشغيل. لذلك، سيراقب NTC درجة حرارة حزمة البطارية باستمرار، وأخيرًا، بالتعاون مع اللوحة الواقية وغشاء التسخين، يتم تحقيق وظيفة درجة الحرارة الثابتة داخل حزمة البطارية.
ما هي عيوب البطاريات المسخنة؟
يستهلك طاقة أكبر. إذا لم تكن البطارية مزودة بخاصية التسخين، فيمكن استخدام طاقتها في العمل. أما إذا كانت مزودة بخاصية التسخين، فيُستخدم جزء من طاقة حزمة البطارية لتسخينها، بينما يُستخدم الجزء الآخر في العمل. لذلك، يُستهلك طاقة حزمة البطارية بشكل أسرع، لذا يجب فحص حالة شحن البطارية في الوقت المناسب وشحنها.
ملخص:
في درجات الحرارة المنخفضة، سواءً أثناء الشحن أو التفريغ، قد تتلف بطاريات الليثيوم بشكل دائم. لذلك، يُنصح بتجنب استخدامها في درجات حرارة منخفضة. إذا اضطررنا لاستخدامها، يُمكننا اختيار بطاريات الليثيوم المُزودة بخاصية التسخين. تتميز هذه البطاريات بوظائف مُخصصة مُستوحاة من البطاريات العادية. كما يُمكنك استخدامها مع وظائف البلوتوث والواي فاي ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لفتح آفاق جديدة من إمكانيات بطاريات الليثيوم.
آمل أن تكون هذه المقالة مفيدة لكم. إذا كنتم مهتمين بهذا النوع من المعلومات، تابعوا مدونتنا.
الملف الشخصي للمؤلف
توماس تشين
توماس تشين خبيرٌ متمرسٌ في صناعة الطاقة الجديدة، مع تركيزٍ خاص على تكنولوجيا بطاريات الليثيوم. خريج جامعة شنتشن، دفعة ٢٠١٠، اكتسب توماس خبرةً واسعةً من خلال أدوارٍ محوريةٍ شغلها في شركتي EVE وBYD. يشتهر برؤيته الثاقبة في هذا القطاع، ويمتلك موهبةً فريدةً في تحديد اتجاهات السوق وفهم احتياجات العملاء. تُقدم مقالاته منظورًا متميزًا، مستوحىً من خلفيةٍ غنيةٍ في هذا المجال.
عرض تقديمي
كيف يمكننا مساعدتك؟
منشورات ذات صلة
الدليل الشامل لجدول جهد البطارية
29 ديسمبر 2023
حول نطاق جهد الليثيوم - كل ما تحتاج إلى معرفته
9 أكتوبر 2023
بطارية الكربون مقابل البطارية القلوية
8 أكتوبر 2023
ماذا يعني Ah الموجود على ملصق البطارية؟
8 أكتوبر 2023
تحذير من تفريغ بطارية السيارة: ماذا يجب أن نفعل؟
7 أكتوبر 2023
حجم مجموعة BCI: بطارية المجموعة 24 مقابل بطارية المجموعة 27
6 أكتوبر 2023
ما هي بطارية 3 فولت؟
6 أكتوبر 2023
أهمية بطاريات الليثيوم لتطوير تقنية الجيل الخامس
5 أكتوبر 2023
بطارية أيون الصوديوم مقابل بطارية أيون الليثيوم
30 سبتمبر 2023
كيف تعمل بطاريات الليثيوم؟
27 سبتمبر 2023
بطاريات الليثيوم مقابل البطاريات القلوية: دليل شامل يوضح لك الفرق
١٢ سبتمبر ٢٠٢٣
كيف تختار حلول الطاقة الاحتياطية لمنزلك؟
31 مايو 2023
