كيفية شحن بطارية ليثيوم أيون 48 فولت بشكل صحيح؟

فهم عملية شحن بطارية الليثيوم أيون 48 فولت

الشحن مرحلة بمرحلة: التيار الثابت والجهد الثابت (CC-CV)

يشير الشحن الصحيح لبطاريات الليثيوم أيون إلى إيجاد التوازن المناسب بين الشحن السريع والحفاظ على السلامة. تستخدم معظم أجهزة الشحن ما يُعرف بطريقة التيار الثابت/الجهد الثابت (CC-CV). تبدأ هذه الطريقة بإرسال تيار ثابت عبر البطارية، وعادةً ما يكون ما بين نصف إلى مرة واحدة من سعة البطارية. عندما يصل الجهد إلى حوالي 57.6 فولت (أي ما يعادل نحو 3.6 فولت لكل خلية في حزمة قياسية مكونة من 16 خلية بجهد 48 فولت)، يتغير أسلوب الشاحن. بدلاً من دفع تيار ثابت، يحافظ الشاحن على جهد ثابت مع تقليل التيار تدريجياً. تتوقف العملية بالكامل بمجرد أن ينخفض التيار إلى أقل من 2 بالمئة من سعة البطارية. على سبيل المثال، بالنسبة لبطارية سعتها 100 أمبير ساعة، ستتوقف عن استقبال الشحن عندما يهبط التيار إلى أقل من 2 أمبير. تساعد هذه الطريقة ذات المرحلتين في تجنب مشاكل مثل تحلل الإلكتروليت أو ترسبات الليثيوم الخطرة على الأقطاب. وقد ظل الخبراء في المجال يوصون بهذه الطريقة لسنوات عديدة لأنها منطقية من حيث السلامة والكفاءة على حد سواء.

ملف الشحن متعدد المراحل: شرح مراحل الشحن السريع، والامتصاص، والتعويم

تُضيف أجهزة الشحن ذات الجودة الأفضل ما يُعرف بمرحلة التعويم إلى عملية الشحن القياسية (تيار ثابت - جهد ثابت)، مما يساعد على الحفاظ على شحن البطاريات بشكل مناسب عندما لا تكون قيد الاستخدام. خلال مرحلة الشحن السريع، يتم استعادة حوالي 80 إلى 90 بالمئة من سعة البطارية باستخدام أعلى مستوى ممكن من التيار. ثم تأتي مرحلة الامتصاص، حيث يتم ضبط الجهد بالشكل المناسب لكي تصل البطارية إلى الشحن الكامل. بعد ذلك، تبدأ مرحلة التعويم وتُخفض الجهد إلى حوالي 54.4 فولت أو 3.4 فولت لكل خلية على حدة. وهذا يساعد في التصدي للاتجاه الطبيعي للبطاريات نحو فقدان الشحنة تدريجيًا مع مرور الوقت. وفقًا لبعض الاختبارات الحديثة لعام 2023 التي درست الأداء الكيميائي للبطاريات، فإن هذه الطريقة الثلاثية المراحل تطيل فعليًا من عمر البطاريات بين عمليات الشحن بنسبة تتراوح بين 19 إلى 23 بالمئة مقارنةً بتلك التقنيات الأبسط المتاحة.

حدود الجهد والتيار لشحن آمن لبطاريات الليثيوم أيون 48 فولت

يمكن أن يؤدي الشحن فوق 58.4 فولت (حوالي 3.65 فولت لكل خلية) إلى مشكلات حرارية خطيرة، في حين أن الشحن تحت 44 فولت (حوالي 2.75 فولت لكل خلية) يؤدي عادةً إلى تآكل سعة البطارية بشكل أسرع مع مرور الوقت. يجب ألا يتجاوز التيار المار 1.2 ضعف تصنيف سعة البطارية، ما يعني على سبيل المثال أقصى تيار 120 أمبير لبطارية سعتها 100 أمبير في الساعة، وذلك لتجنب ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط. تحتوي معظم البطاريات الحديثة على أنظمة إدارة مدمجة تتولى إيقاف الشحن عند خروج القيم عن النطاق الآمن، مما يقلل من احتمالات الأعطال. قبل توصيل أي شيء، تحقق جيدًا من أن الشاحن متوافق مع متطلبات البطارية من حيث الجهد (يُسمح بفارق نصف فولت تقريبًا)، وأنه لا يتجاوز حدود التيار المذكورة سابقًا. السلامة أولًا دائمًا!

اختيار الشاحن المناسب لبطارية ليثيوم أيون 48 فولت

استخدم شاحنًا مصممًا خصيصًا لتقنيّة الليثيوم أيون

تتطلب بطاريات الليثيوم أيون شواحن خاصة مصممة خصيصًا لطريقة عملها كيميائيًا، وهي تختلف عن أنظمة الرصاص الحمضية أو النيكل القديمة. إن الشواحن الجيدة للبطاريات الليثيومية تعرف متى يجب إيقاف الشحن بناءً على أنماط الجهد المعقدة، بحيث لا تدفع كهرباء زائدة وتؤدي إلى حالات خطرة. على سبيل المثال، تحتاج معظم الأنظمة الليثيومية ذات الجهد 48 فولت في الواقع إلى حوالي 54.4 إلى 54.6 فولت للشحن بشكل صحيح، في حين تُشحن بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية بجهود أعلى بكثير خلال مرحلة الامتصاص. تأتي العديد من طرازات الشواحن الحديثة مزودة بأجهزة استشعار لدرجة الحرارة ومراحل شحن متعددة تساعد على منع مشاكل مثل الانطلاق الحراري. وفقًا لأبحاث نشرتها الجمعية الكهروكيميائية العام الماضي، يمكن إرجاع واحد من كل أربع حالات فشل في بطاريات الليثيوم إلى أساليب الشحن غير الصحيحة.

مواءمة مخرجات الشاحن مع مواصفات البطارية (الجهد والتيار)

هناك ثلاثة عوامل رئيسية تحدد التوافق:

• الجهد الكهربائي : يمكن أن تؤدي التباينات التي تتجاوز ±0.5 فولت إلى تكوين شوكة غير قابلة للإصلاح
• تيار : يؤدي الشحن عند ≃±1C إلى تسريع التدهور بنسبة 15٪ مقارنةً بمعدلات 0.5C
• الكيمياء : تتطلب بطاريات LiFePO4 عتبات جهد أقل (تصل إلى 58.4 فولت) مقارنةً بأنواع NMC

تحقق دائمًا من مواصفات الشركة المصنعة بالنسبة للجهد الاسمي (مثل 48 فولت) وتيار الشحن المستمر الأقصى قبل التوصيل.

اتبع توصيات الشركة المصنعة لضمان التوافق والسلامة

تأتي أنظمة إدارة البطاريات (BMS) مُعدَّةً وفقًا لمواصفات شحن معينة. إذا تجاهل شخص ما هذه القواعد، فقد يفقد تغطية الضمان أو، والأمر أسوأ، قد يؤدي إلى تعطيل الميزات الأمنية المهمة تمامًا. لاحظ أن العديد من الأنظمة التي تعمل بجهد 48 فولت تتوقف عن العمل تمامًا بمجرد حدوث عدد كبير من الحالات التي يرتفع فيها الجهد بشكل مفرط. عند النظر في خيارات الشواحن، اختر دائمًا ما توصي به شركة تصنيع البطارية أولًا. غالبًا ما تفتقر البدائل العامة إلى تلك الاتصالات البرمجية المتقدمة اللازمة لأشياء مثل تعديل الشحن بناءً على التغيرات في درجة الحرارة أو إعادة البطاريات إلى حالتها الجيدة عندما تكون مشحونة جزئيًا فقط. هذه التفاصيل الصغيرة مهمة حقًا إذا أردنا أن تدوم بطارياتنا لفترة أطول بدلًا من أن تتلف مبكرًا.

الدور الحيوي لنظام إدارة البطارية (BMS) في سلامة الشحن

كيف يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) برصد والتحكم في عملية الشحن

في صميم أنظمة بطاريات الليثيوم أيون 48 فولت تكمن نظام إدارة البطارية (BMS)، الذي يراقب بدقة مستويات الجهد، وتدفق التيار، وقراءات درجة الحرارة من كل خلية على حدة، ويتحقق منها حتى 20 مرة في الثانية الواحدة. ويضمن النظام بقاء جميع القيم ضمن النطاقات الآمنة للتشغيل، والتي تتراوح عمومًا بين 2.8 فولت و3.6 فولت لكل خلية، ما يُشكل ما مجموعه حوالي 54.6 فولت عند الشحن الكامل. وعند الحاجة، يقوم النظام بتعديل سرعة شحن البطارية. وتتواصل معظم الموديلات الأحدث فعليًا مع شواحنها من خلال شبكة تُعرف باسم شبكة CAN bus، مما يمكنها من التحكم في دخل الطاقة وفقًا لما يحدث حاليًا في النظام.

حماية نظام إدارة البطارية ضد الشحن الزائد، والتفريغ العميق، وعدم التوازن

تشمل الحمايات الأساسية لنظام إدارة البطارية ما يلي:

• إيقاف الشحن عند اكتمال حالة الشحن بنسبة 100٪ (بدقة ±1٪)
• فصل الأحمال عندما ينخفض الجهد إلى أقل من 40 فولت (وهو ما يشير إلى بقاء سعة تبلغ نحو 20٪ تقريبًا)
• موازنة جهود الخلايا ضمن هامش ±0.03 فولت باستخدام تقنيات سلبية أو نشطة
  تقلل هذه الوظائف من 78٪ من حالات الفشل المحتملة في أنظمة الليثيوم أيون، وفقًا لتقارير تحليلات البطاريات لعام 2024.

لماذا لا يجب أبدًا تجاوز نظام إدارة البطارية (BMS) للشحن الأسرع

إيقاف حماية نظام إدارة البطارية (BMS) لتسريع الشحن يعرضك لمخاطر جسيمة:

1. ارتفاعات جهد غير خاضعة للرقابة تتجاوز 4 فولت/خلية (64 فولت إجمالي)
2. أحمال تيار تفوق التصنيف 1C (مثلاً 50 أمبير في بطارية سعتها 50 أمبير ساعة)
3. ارتفاع درجة الحرارة لما يزيد عن 45°م (113°ف)
4. عدم توازن الخلايا بأكثر من 0.25 فولت بين السلاسل المتوازية
   تبين الاختبارات أن الأنظمة التي تم تعطيل نظام إدارة البطارية (BMS) فيها تتعرض للانطلاق الحراري أسرع بـ 23 مرة مقارنة بتلك المُدارة بشكل صحيح عند دفعها إلى ما بعد حدود التصميم.

إدارة درجة الحرارة أثناء شحن بطارية الليثيوم أيون 48 فولت

المدى المثالي لدرجة الحرارة أثناء الشحن واحتياطات الطقس البارد

عند شحن بطاريات الليثيوم أيون ذات الجهد 48 فولت هذه خارج النطاق المثالي لدرجة الحرارة الذي يتراوح بين 25°م إلى 40°م (وهو ما يعادل تقريبًا 77°ف إلى 104°ف)، فإننا في الأساس نستدعي مشاكل مستقبلية من حيث السلامة وطول عمر البطارية. كما يجب أن تبقى درجة الحرارة بين الخلايا الفردية قريبة جدًا من بعضها البعض أيضًا – ويُفضل ألا تتعدى الفروقات حوالي 5°م (أو نحو 9°ف). إذا زادت الفروق، تبدأ الأمور في فقدان التوازن. أما الشحن في درجات الحرارة المتجمدة دون 0°م (32°ف) فهو أمر سيئ بشكل خاص لأنه يؤدي إلى ظاهرة تُعرف باسم ترسيب الليثيوم على الأقطاب الكهربائية. ويمكن أن تقلل هذه المشكلة سعة البطارية بنسبة تصل إلى 20% مع كل دورة شحن، وتظل هذه الخسارة دائمة. لحسن الحظ، فإن معظم أنظمة إدارة البطاريات الحديثة مزودة بخصائص ذكية توقف عملية الشحن تمامًا إذا انخفضت درجات الحرارة إلى ما دون 5°م تقريبًا (حوالي 41°ف). وعند العمل في المناخات الباردة جدًا، يجب على المشغلين التخطيط المسبق باستخدام عوازل مناسبة أو حلول تسخين للحفاظ على هذه البطاريات ضمن نطاق التشغيل الآمن.

• خزن البطاريات في وحدات عازلة قبل الشحن
• اترك البطاريات لمدة 2–3 ساعات للتأقلم مع درجة حرارة الغرفة
• قلل تيار الشحن بنسبة 50٪ عندما تنخفض درجات الحرارة عن 10°م (50°ف)

آليات الحماية الحرارية والممارسات الأفضل

تستخدم أنظمة الـ 48 فولت الحديثة استراتيجيات تبريد مختلفة:

يمكن للتصاميم المتطورة، مثل حلقات التبريد المزدوجة، أن تقلل درجات الحرارة القصوى بمقدار 12°م مقارنةً بالأنظمة السلبية. اشحن دائمًا في أماكن جيدة التهوية، وقم بإيقاف الاستخدام إذا تجاوزت بطارية الـ 50°م (122°ف).

أفضل الممارسات لزيادة عمر بطارية الليثيوم أيون 48 فولت

اشحن البطارية بين 20% و80% لتقليل الإجهاد الواقع على البطارية

إن الحفاظ على بطارية الليثيوم أيون 48 فولت ضمن مستوى شحن يتراوح بين 20% و80% يقلل من إجهاد الأقطاب الكهربائية ويمكن أن يضاعف عمر الدورات ثلاث مرات مقارنةً بالتفرغ الكامل المتكرر. تساعد هذه الاستراتيجية الجزئية لحالة الشحن (PSOC) في منع ترسب الليثيوم، وهو أحد العوامل الرئيسية في التدهور عند الفولتية العالية.

تجنب عمليات التفريغ الكامل والبقاء لفترات طويلة في حالات الفولتية العالية

إن التفريغ العميق إلى ما دون 10% يسرّع من تلف المعدن السالب، بينما يؤدي تخزين البطارية فوق 4.1 فولت/خلية إلى عدم استقرار المحاليل الكهربائية مع مرور الوقت. قم بتكوين نظام إدارة البطارية (BMS) للحد من الشحن عند 80% أثناء الاستخدام العادي، مع ترك الشحن الكامل فقط للمواقف التي تتطلب أداءً عاليًا.

تنفيذ إرشادات الشحن والتخزين الصيانة الدورية

بالنسبة للتخزين لأكثر من 30 يومًا، احتفظ بمستويات الشحن بين 40٪ و60٪ في البيئات التي تقل عن 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت). البطاريات المخزنة بشحن كامل تفقد 20٪ أكثر من سعتها خلال ستة أشهر مقارنة بتلك المحفوظة عند 60-80٪. قم بإعادة الشحن إلى 50٪ كل 90 يومًا باستخدام شواحن معتمدة من الشركة المصنعة لمواجهة التفريغ الذاتي دون التعرض لخطر الجهد الزائد.

الأسئلة الشائعة

ما هي طريقة الشحن CC-CV؟

تتضمن طريقة الشحن CC-CV (التيار الثابت - الجهد الثابت) شحن البطارية بتيار ثابت حتى تصل إلى جهد محدد، وبعد ذلك ينخفض التيار بينما يبقى الجهد ثابتًا.

ما هي المخاطر الناتجة عن تجاوز 58.4 فولت أثناء الشحن؟

يمكن أن يؤدي الشحن فوق 58.4 فولت إلى ظروف حرارية خطرة وفشل محتمل للبطارية.

لماذا يجب أن أستخدم شاحنًا مصممًا للبطاريات الليثيوم أيون؟

تم تصميم شواحن الليثيوم أيون المخصصة خصيصًا لتلبية احتياجات الشحن الفريدة لهذه البطاريات، مما يمنع مشاكل مثل الشحن الزائد والانطلاق الحراري.

ما الدور الذي يقوم به نظام إدارة البطارية (BMS)؟

يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بمراقبة وتحكم شحنة البطارية، ويضمن بقائها ضمن الحدود الآمنة من حيث الجهد والتيار، ويحميها من الأعطال الشائعة.