يحتوي نظام بطارية ليثيوم أيون لسيارة Tesla Model S على أكثر من 7,000 خلية 18650 فردية مُرتبة في تكوين مُتطور لإدارة الحرارة. 18650 بطارية تتبع التصميمات المخصصة للتطبيقات الأصغر مبادئ هندسية مماثلة مع توفير مزايا كبيرة لمتطلبات الطاقة المحددة.
تُنتج كل خلية ليثيوم أيون 18650 كثافة طاقة تزيد عن 13 واط/ساعة، مقارنةً بـ 3.9 واط/ساعة لبطارية AA التقليدية. هذه الميزة في كثافة الطاقة تجعل خلايا 18650 الخيار الأمثل لتطبيقات تتراوح من أنظمة المركبات الكهربائية إلى الأجهزة الإلكترونية المحمولة. يوفر الشكل الأسطواني خصائص حرارية ممتازة ومزايا تصنيع قياسية، مع أن الحماية الميكانيكية من الاهتزازات والتلف الناتج عن الثقوب تتطلب دراسة متأنية.
يُحدَّد جهد حزمة البطارية بناءً على تكوين الخلايا التسلسلية. تتطلب حزمة بطارية بجهد 48 فولت 13 خلية متصلة على التوالي عند استخدام خلايا اسمية بجهد 3.7 فولت. تزداد السعة من خلال التوصيلات المتوازية، حيث توفر تكوينات مثل 13s4p (52 خلية إجمالية) متطلبات الجهد والتيار للتطبيقات المتطلبة.
يتضمن تطوير حزم البطاريات المخصصة تخصصات هندسية متعددة: اختيار الخلايا بناءً على خصائص التفريغ، وأنظمة الإدارة الحرارية، ودوائر الحماية، وتصميم الغلاف الميكانيكي. يُحدد نوع البطارية المطلوبة بناءً على متطلبات الجهاز المُشغّل: جهد الجهاز، وتيار الحمل، ومتطلبات وقت إعادة الشحن؛ والاعتبارات البيئية؛ والمساحة المادية المتاحة؛ وقيود الوزن؛ والمتطلبات التنظيمية ومتطلبات النقل.
يغطي هذا الدليل الفني عملية التطوير الكاملة من المواصفات حتى التجميع، مع التركيز على قرارات الهندسة وبروتوكولات السلامة الأساسية لبناء حزمة بطارية ليثيوم أيون مخصصة وموثوقة.
تطوير مواصفات حزمة البطارية
مصدر الصورة: Large Battery
ناجح 18650 بطارية مخصصة يبدأ التطوير بوضع مواصفات فنية شاملة. الخطوة الأولى هي العمل مع العميل لمساعدته على تحديد معايير التشغيل ومواصفاته النهائية، مما سيساعدنا بدوره على تحديد نطاق العمل للمشروع بأكمله.
تحديد المعلمات الكهربائية
تصميم حزمة بطارية الليثيوم يتطلب الأمر مواصفتين كهربائيتين أساسيتين: الجهد والسعة. توفر خلية 18650 القياسية جهدًا اسميًا قدره 3.6 فولت أو 3.7 فولت، ويصل إلى 4.2 فولت عند الشحن الكامل. تضاعف التوصيلات المتسلسلة هذا الجهد - حوالي 10 خلايا في سلسلة لنظام 36 فولت.
تُقاس سعة الخلية بالأمبير/ساعة أو ملي أمبير/ساعة. رمز السعة هو C أو It، أي التيار × الوقت. تزيد التوصيلات المتوازية السعة بشكل متناسب. على سبيل المثال، إذا كان تطبيقك يستهلك 50 واط لمدة 4 ساعات، فستحتاج إلى 200 واط/ساعة من السعة (50 واط × 4 ساعات = 200 واط/ساعة).
تتم عملية الحساب بالخطوات التالية:
- تحديد سعة الخلية الفردية (عادةً ما تكون 1800-3500 مللي أمبير في الساعة لبطاريات 18650 عالية الجودة)
- حساب متطلبات التكوين الموازي بناءً على احتياجات السعة الإجمالية
- مثال: توفر الخلايا سعة 2900 مللي أمبير في الساعة في تكوين ثلاثي متوازي سعة إجمالية تبلغ 8.7 أمبير في الساعة
تنتج هذه المنهجية تدوين التكوين مثل "10S3P" - مما يشير إلى 10 خلايا على التوالي و 3 على التوازي لبطارية 36 فولت 8.7 أمبير في الساعة.
تحليل متطلبات التطبيق
يتم تحديد نوع البطارية المطلوبة من خلال متطلبات الجهاز الذي يتم تشغيله: جهد الجهاز، وتيار الحمل، ومتطلبات وقت إعادة الشحن؛ والاعتبارات البيئية؛ والمساحة المادية المتاحة؛ وقيود الوزن؛ والمتطلبات التنظيمية ومتطلبات النقل.
تشمل عوامل التطبيق الحرجة ما يلي:
خصائص التحميل
- استهلاك التيار المستمر مقابل متطلبات ذروة التيار
- مواصفات معدل التفريغ للتطبيقات عالية الأداء
- أنماط تردد دورة الطاقة ومدتها
القيود المادية
- مساحة متاحة وترتيبات التركيب
- حدود الوزن والمتطلبات الهيكلية
- اعتبارات الإدارة الحرارية
الظروف البيئيةتؤثر درجة الحرارة والرطوبة والتعرض للاهتزازات بشكل كبير على اختيار الخلايا. تستفيد تطبيقات درجات الحرارة العالية من الخلايا المنشورية ذات التحكم الحراري المتفوق. توفر خلايا 18650 الأسطوانية أفضل متانة بين أنواع خلايا الليثيوم للتطبيقات الميكانيكية الصعبة.
يتضمن اختيار التركيبة الكيميائية مفاضلات بين خصائص الأداء. توفر خلايا أيونات الليثيوم القياسية كثافة طاقة وتوافرًا ممتازين. بينما توفر خلايا LiFePO4 أمانًا فائقًا وأداءً طويل الأمد، على الرغم من زيادة وزنها وتكلفتها.
وثائق المواصفات الفنية
تُشكل ورقة المواصفات التفصيلية أساسًا لجميع قرارات التصميم اللاحقة. يجب أن تتضمن هذه الوثيقة ما يلي:
المتطلبات الكهربائية الأساسية
- حدود الجهد الاسمي وجهد الشحن الكامل
- القدرة المقدرة عند معدل التفريغ المحدد
- أقصى تيارات التفريغ المستمر والذروة
- أداء دورة الحياة المتوقعة
المواصفات الميكانيكية والبيئية
- الأبعاد المادية وقيود الوزن
- نطاقات درجة حرارة التشغيل والتخزين
- متطلبات الاهتزاز والصدمات وحماية البيئة
- مواصفات التركيب والموصل
معايير السلامة والتنظيم
- متطلبات دائرة الحماية ووظائفها
- مواصفات الإدارة الحرارية
- الشهادات المطلوبة ومعايير الامتثال
الهدف من أي تصميم هو خفض التكاليف وتضييق الجدول الزمني، وقد أثبتت تجربتنا أن السبيل الوحيد لتحقيق ذلك هو وضع مواصفات متفق عليها قبل بدء التطوير. فالمواصفات الشاملة تمنع تغييرات النطاق أثناء التطوير، مما قد يؤدي إلى إطالة الجداول الزمنية وزيادة التكاليف بشكل كبير.
تكوين حزمة البطارية واختيار المكونات
مصدر الصورة: ResearchGate
يُحدد تكوين الخلية واختيار المكونات خصائص الأداء الأساسية لحزمة بطارية 18650 المُخصصة لك. ويمنع اتخاذ هذه القرارات بشكل منهجي أخطاء التصميم ويضمن تلبية حزمة البطارية لمتطلبات التطبيق ضمن معايير التشغيل المحددة.
تصميم التكوين المتسلسل والمتوازي
يتم تحقيق جهد حزمة البطارية من خلال التوصيلات المتسلسلة، حيث يتم الجمع بين جهد الخلايا الفردية حسابيًا. يؤدي توصيل أربع خلايا 3.7 فولت على التوالي إلى إنتاج جهد اسمي قدره 14.8 فولت مع ثبات خصائص السعة. تحافظ التوصيلات المتوازية على الجهد الاسمي مع زيادة السعة بشكل متناسب مع عدد الخلايا المتصلة.
يتبع تدوين التكوين صيغة "XsYp" القياسية في الصناعة، حيث تُشير إلى خلايا X متصلة على التوالي وخلايا Y متصلة على التوازي. يحتوي تكوين 4s2p على 8 خلايا إجمالية مُرتبة لتوفير أربعة أضعاف جهد الخلية الواحدة مع ضعف السعة.
يصبح توافق الخلايا أمرًا بالغ الأهمية في التكوينات المتسلسلة. تُحدد الخلية الأضعف الأداء الإجمالي للحزمة وعمر دورة التشغيل. تتطلب تطبيقات الجهد العالي، مثل أنظمة الدراجات الكهربائية (36 فولت-48 فولت)، توافق الخلايا ضمن 0.05 فولت لتحقيق الأداء الأمثل والسلامة.
معايير اختيار خلية 18650
يتطلب اختيار الخلايا تقييم معايير أداء متعددة وفقًا لمتطلبات التطبيق. تُقدم شركات تصنيع رائدة، مثل LG Chem وMolicel وSamsung وSony|Murata وPanasonic|Sanyo، منتجات حاصلة على تقييمات ثابتة ومواصفات مُعتمدة.
إن القيود الحالية للسوق تحدد حدود الأداء الواقعية. لا تتجاوز أي بطارية 18650 شرعية سعة 3600 مللي أمبير في الساعة أو تصنيف التفريغ المستمر 30 أمبير (CDR). عادةً ما تنطوي الخلايا التي تعلن عن مواصفات أعلى على ممارسات تصنيف احتيالية.
تتطلب مقايضات الأداء دراسة متأنية:
- عادةً ما تقتصر الخلايا ذات السعة العالية (3000-3500 مللي أمبير في الساعة) على التفريغ المستمر عند 10 أمبير أو أقل
- توفر الخلايا ذات التيار العالي (20-30A CDR) عادةً سعة 2000-2500 مللي أمبير في الساعة
- توفر الخلايا ذات الأداء المتوازن مثل Samsung 25R وLG HG2 وSamsung 30Q سعة معتدلة مع إمكانية تفريغ 15-20 أمبير
تختلف خصائص درجة الحرارة اختلافًا كبيرًا بين أنواع الخلايا. تُولّد الخلايا عالية التفريغ حرارة داخلية أكبر أثناء التشغيل، مما يتطلب مراعاة إدارة الحرارة عند تصميم العبوات.
التخطيط المادي والاعتبارات الحرارية
يؤثر ترتيب الخلايا على الأداء الكهربائي، والسلوك الحراري، والاستقرار الميكانيكي. توفر خلايا 18650 الأسطوانية نسبة سطح إلى حجم أفضل مقارنةً بالخلايا المنشورية، مما يُسهّل تبديد الحرارة عبر مسارات الحمل الحراري الطبيعية بين الخلايا.
يمنع التباعد الاستراتيجي بين الخلايا انتشار الحرارة الزائدة مع الحفاظ على أبعاد العبوة المدمجة. تتطلب تطبيقات التيار العالي مسافة لا تقل عن ٢-٣ مم بين الخلايا لضمان تدفق هواء كافٍ للتبريد.
تشمل الاعتبارات الميكانيكية مقاومة الاهتزاز، خاصةً في التطبيقات المتنقلة. تمنع حوامل الخلايا أو القيود الميكانيكية الحركة التي قد تُلحق الضرر بالوصلات أو تُسبب تلفًا داخليًا للخلايا.
اختيار نظام إدارة البطارية
توفر أنظمة إدارة البطاريات وظائف حماية أساسية لمجموعات بطاريات الليثيوم أيون. بينما بطاريات الليثيوم أيون يمكن تشغيلها بدون حماية BMS، ولكن هذا النهج يخلق مخاطر أمنية كبيرة بما في ذلك مخاطر الحرائق والانفجار.
تشمل معايير اختيار BMS ما يلي:
- أقصى تصنيف للتيار المستمر مع هامش أمان 15% فوق متطلبات التطبيق
- القدرة على تحقيق التوازن لجميع الخلايا في التكوين المتسلسل
- عتبات الحماية المتوافقة مع مواصفات الخلايا المحددة
- واجهات الاتصال إذا كان مراقبة النظام مطلوبة
تتيح الميزات المتقدمة، مثل اتصال البلوتوث، مراقبة حالة البطارية وفولتية الخلايا ودرجة الحرارة عن بُعد. وتُصبح مراقبة درجة الحرارة ضرورية للتطبيقات التي تعمل في ظروف بيئية متغيرة.
تُحدد المتطلبات الحالية حجم نظام إدارة البطاريات (BMS) المناسب. تتطلب التطبيقات الصغيرة، مثل بنوك الطاقة عبر منفذ USB، عادةً سعة تتراوح بين 10 و20 أمبير، بينما تتطلب الأنظمة الأكبر، مثل جدران الطاقة وتطبيقات المركبات الكهربائية، قدرة على تحمل تيار كهربائي يزيد عن 50 أمبير.
يجب أن تتطابق معلمات دائرة الحماية تمامًا مع مواصفات الخلية. عادةً ما تُفعّل الحماية من الجهد الزائد عند جهد يتراوح بين 4.2 و4.3 فولت لكل خلية، بينما تُفعّل الحماية من الجهد المنخفض عند جهد يتراوح بين 2.5 و3.0 فولت لكل خلية، وذلك وفقًا للتركيب الكيميائي وتوصيات الشركة المصنعة.
المعدات والمواد المطلوبة
مصدر الصورة: نورانو
يتطلب تجميع البطاريات بشكل احترافي معدات ومواد خاصة لضمان السلامة الكهربائية والسلامة. تؤثر جودة الأدوات والمواد بشكل مباشر على موثوقية وأداء البطاريات النهائية.
معدات التجميع الحرجة
بقعة لحام تحدد المواصفات جودة التوصيل وسلامة الخلية. يُصدر لحامو النقاط المحترفون نبضات طاقة مُتحكم بها، عادةً ما تتراوح بين 1 و3 كيلوجول، لإنشاء روابط معدنية بين شرائح النيكل وأطراف الخلية دون تلف حراري. لا يُنصح باستخدام وصلات حديد اللحام مع خلايا الليثيوم نظرًا للتعرض المفرط للحرارة الذي قد يُتلف المكونات الداخلية للخلية.
دقة المتر المتعدد يؤثر على دقة قياس الجهد والتحقق من التوصيلات. توفر أجهزة القياس المتعددة الرقمية بدقة 0.1 فولت دقة كافية لمطابقة جهد الخلايا واختبار الحزمة. تتيح هذه الأجهزة التحقق من جهد كل خلية على حدة قبل التجميع وتشخيص استمرارية الكهرباء في جميع أنحاء الحزمة.
تتضمن المعدات الإضافية المطلوبة ما يلي: • مسدس حراري قادر على تحمل درجة حرارة تتراوح بين 300 و500 درجة مئوية لتطبيق الانكماش الحراري • أدوات تجريد الأسلاك مصممة لموصلات مقاس 12-16 AWG • مكواة لحام بسعة لا تقل عن 80 وات للتوصيلات المساعدة
مواد التوصيل والعزل
مواصفات شريط النيكل يجب أن تتوافق مع متطلبات تحمل التيار. توفر شرائح النيكل النقي بسمك 0.1-0.15 مم توازنًا مثاليًا بين المرونة وسعة التيار لتطبيقات 18650 النموذجية. تختلف سعة التيار باختلاف عرض الشريحة: تتحمل شرائح 5 مم تيارًا مستمرًا بقوة 10 أمبير تقريبًا، بينما تتحمل شرائح 8 مم تيارًا مستمرًا بقوة 15 أمبير.
توفر حوامل الخلايا ثباتًا ميكانيكيًا ومزايا التحكم الحراري. تحافظ هذه المكونات على تباعد الخلايا بشكل ثابت، وتُخفف الضغط الميكانيكي الناتج عن الاهتزاز، وتُسهّل دوران الهواء لتنظيم الحرارة. تضمن الحوامل المصبوبة بدقة محاذاة مثالية أثناء عمليات اللحام النقطي.
تشمل مواد العزل الأساسية ما يلي: • ورق السمك (الألياف المبركنة) المخصص لتطبيقات العزل الكهربائي • شريط بولي إيميد كابتون للبيئات ذات درجات الحرارة العالية • أنابيب الانكماش الحراري من البولي فينيل كلوريد بنسبة انكماش 2:1 لتغليف العبوات • حلقات عازلة طرفية تمنع حدوث ماس كهربائي عرضي
معدات السلامة وتكوين مساحة العمل
معدات الحماية الشخصية إلزامية لعمليات تجميع بطاريات الليثيوم. نظارات السلامة تمنع إصابة العين من شرارات اللحام أو التعرض للإلكتروليت. القفازات العازلة تحمي من الصدمات الكهربائية وتوفر حماية حرارية أثناء عمليات التجميع.
يُجنّب تجهيز مساحة العمل استخدام المواد الموصلة التي قد تُسبّب مسارات كهربائية غير مقصودة. كما تمنع مواد سطح العمل غير الموصلة حدوث قصر كهربائي عرضي أثناء مناولة الخلايا وتجميعها. وتشير التحليلات الإحصائية إلى أن معظم الحوادث المتعلقة بالبطاريات تحدث أثناء البناء وليس أثناء الاستخدام التشغيلي.
تُعالج متطلبات التهوية التعرض للأبخرة الناتجة عن مواد اللحام والانكماش الحراري. تمنع إجراءات مناولة الخلايا التلف الميكانيكي الذي يُضعف سلامة الفاصل الداخلي. يُقلل التخزين المُنظم في حاويات غير موصلة للكهرباء من مخاطر المناولة ويُحافظ على تنظيم الخلايا طوال عملية التجميع.
تعمل بروتوكولات التحضير المناسبة على تحسين نتائج السلامة وجودة التجميع بشكل كبير لمشاريع بناء حزمة بطارية 18650 المخصصة.
مجموعة بطارية ليثيوم أيون مخصصة
مصدر الصورة: EbikeSchool.com
تتطلب مرحلة التجميع تنفيذًا منهجيًا للإجراءات المعمول بها لضمان استيفاء معايير السلامة والأداء. ويحدد تكوين الخلية، ومنهجية الربط، وتكامل دائرة الحماية الخصائص التشغيلية للحزمة النهائية.
تكوين الخلية والتجميع الميكانيكي
رتّب خلايا 18650 وفقًا لترتيب التسلسل المتوازي المُحدد مسبقًا. تُوضع المجموعة المتوازية الأولى مع توجيه الأطراف الموجبة لأعلى، تليها المجموعة الثانية مع توجيه الأطراف السالبة لأعلى، بالتناوب مع المجموعات التالية. يُمكّن هذا الترتيب اتصالات متسلسلة مناسبة بين المجموعات المتوازية مع الحفاظ على العزل الكهربائي أثناء التجميع. يُعدّ توافق جهد الخلايا داخل كل مجموعة متوازية أمرًا بالغ الأهمية، إذ يُمكن أن تُؤدي فروق الجهد التي تتجاوز 0.1 فولت إلى اختلالات خطيرة في التيار الكهربائي أثناء التشغيل.
توفر حوامل الخلايا مزايا هندسية متعددة: التحكم الحراري من خلال مسافات مُتحكم بها، والثبات الميكانيكي عند الاهتزاز، والعزل الكهربائي بين مجموعات الخلايا. للتجميع المؤقت بدون حوامل، توفر المواد اللاصقة عالية الحرارة، المصنفة بدرجة حرارة تزيد عن 80 درجة مئوية، تثبيتًا كافيًا للخلايا.
طرق وإجراءات الربط
بقعة لحام تُمثل هذه الطريقة الأمثل للربط بين خلايا أيونات الليثيوم. تُنتج هذه العملية طاقة حرارية دقيقة دون المساس بسلامة الخلية أو تركيبها الكيميائي الداخلي. تُظهر اللحامات النقطية المُنفَّذة بشكل صحيح قوة ميكانيكية تفوق قوة شريط موصل النيكل، حيث يجب أن يحدث العطل من خلال مادة الشريط وليس من خلال فصل اللحام.
يتطلب تحضير شريط النيكل تغطية جميع أطراف المجموعة الموازية بـ 10 مم إضافية لاتصالات BMS تمتد إلى ما وراء منطقة اتصال الخلية. تستخدم التوصيلات المتسلسلة شرائح أصغر تربط الأطراف الموجبة لإحدى المجموعات بالأطراف السالبة للمجموعة المجاورة. يتراوح سمك الشريحة عادةً بين 0.15 و0.20 مم، حسب متطلبات التيار والقيود الحرارية.
تكامل نظام إدارة البطارية
يتبع تسلسل توصيلات نظام إدارة البطارية (BMS) بروتوكولات السلامة المعمول بها. يُوصل التوصيل الأولي سلك التوازن الأكثر سالبًا (B-) بالطرف السالب للحزمة. تتصل أسلاك التوازن اللاحقة بالتتابع: B1 بالوصلة التسلسلية الأولى، وB2 بالوصلة الثانية، متواصلةً عبر السلسلة التسلسلية الكاملة.
يُقلل طلاء أسلاك الموازنة ونقاط التوصيل مسبقًا بشكل منفصل من التعرض الحراري للخلايا أثناء التجميع النهائي. يتطلب كل توصيل فحصًا ميكانيكيًا من خلال اختبار شد خفيف للتأكد من قوة الوصلة المناسبة. يجب أن يلبي مقياس أسلاك الموازنة متطلبات مراقبة التيار مع الحفاظ على مرونة تجميع العبوة.
العزل وحماية البيئة
يمنع العزل الكهربائي حدوث قصر كهربائي قد يؤدي إلى خلل حراري. يُطبق عزل ورق السمك على جميع الأطراف الموجبة وبين مجموعات الخلايا للحفاظ على العزل الكهربائي. يوفر شريط كابتون عزلًا حراريًا عالي الحرارة للوصلات المكشوفة، وخاصةً حول شرائح النيكل ونقاط توصيل نظام إدارة البطارية (BMS).
تُوفر أنابيب الانكماش الحراري حاجزًا بيئيًا نهائيًا، حيث توفر حماية من الرطوبة والأضرار الميكانيكية والدوائر القصيرة الكهربائية. وتستفيد التطبيقات التي تتطلب متانة مُحسّنة من أغلفة صلبة مصممة لاستيعاب التمدد الحراري وتوفير الحماية من الصدمات. يجب أن يحافظ التصميم العام للأغلفة على مسارات التحكم الحراري مع توفير حماية ميكانيكية كافية لبيئة التطبيق المُراد استخدامها.
إجراءات اختبار حزمة البطارية والتحقق من صحتها
بروتوكولات الاختبار الشاملة ضرورية للتحقق من صحة حزم بطاريات 18650 المخصصة قبل النشر. تكشف مرحلة الاختبار عن خصائص الأداء وتحدد مشاكل السلامة المحتملة التي تتطلب تصحيحًا قبل التشغيل.
التحقق من الجهد وتقييم توازن الخلية
يؤكد التحقق من جهد الحزمة الإجمالي باستخدام جهاز القياس المتعدد توافق تكوين السلسلة مع مواصفات التصميم. يجب أن تقع قياسات جهد الحزمة ضمن النطاق المتوقع بناءً على جهد كل خلية وعدد السلاسل. جهد الخلية الفردية تتطلب قياسات متزامنة لتحديد اختلالات توازن الخلايا التي تشير إلى تناقضات في التصنيع أو مشاكل في التوصيل. تشير اختلالات الجهد التي تتجاوز 0.1 فولت بين الخلايا في نفس المجموعة المتوازية إلى مخاطر محتملة على السلامة، بما في ذلك ظروف التسرب الحراري.
تتضمن عملية القياس اختبار كل نقطة توصيل لسلك الموازنة بالتتابع. سجّل جهد كل مجموعة خلايا على حدة، واحسب الفرق بين أعلى وأدنى قراءة. تعتمد نطاقات الموازنة المقبولة على التركيب الكيميائي للخلية وعمرها، حيث تحافظ خلايا أيونات الليثيوم الجديدة عادةً على توازن ضمن 0.05 فولت.
تنفيذ بروتوكول اختبار التحميل
مجموعة بطاريات الليثيوم المخصصة يتطلب التحقق من الأداء إجراء اختبارات تحميل مُتحكَّم بها في ظل ظروف مُحدَّدة. ويتبع تسلسل الاختبار المُوحَّد البروتوكولات المُحدَّدة:
- قم بضبط حزمة البطارية على درجة الحرارة المحيطة (20 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية)
- قم بتوصيل معدات التحميل الإلكترونية المعايرة والمصنفة وفقًا لمواصفات العبوة
- قم بتطبيق حمل تيار ثابت بمعدل تفريغ C/5 في البداية
- مراقبة جهد الخلية ودرجة حرارة العبوة واستقرار التيار
- توثيق قياسات القدرة ومقارنتها بأهداف التصميم
يكشف اختبار الحمل عن السعة الفعلية مقارنةً بالمواصفات المقدرة، ويحدد الخلايا ذات المقاومة الداخلية الأعلى. يشير استقرار الجهد عبر منحنى التفريغ إلى جودة الخلية وسلامة التوصيل. لا تفرغ أبدًا أقل من 3.0 فولت لكل خلية أثناء الاختبار، حيث تعاني خلايا الليثيوم من انخفاض دائم في السعة بسبب الإفراط في التفريغ.
استكشاف الأخطاء وإصلاحها وحل المشكلات
تشمل حالات الفشل الشائعة في مجموعات البطاريات المُخصصة عدم توافق نظام الشحن، وأعطال التوصيلات الميكانيكية، ومشاكل التحكم الحراري. عادةً ما تنجم مشاكل الشحن عن تعارضات في معلمات نظام إدارة البطارية (BMS) أو عدم توافق جهد/تيار الشاحن. غالبًا ما تشير قياسات السعة غير الكافية إلى ضعف توصيلات شريط النيكل أو اختلال توازن جهد الخلية. يشير ارتفاع درجة الحرارة أثناء الاختبار إلى تصميم حراري غير مناسب أو مقاومة داخلية زائدة تتطلب فحصًا فوريًا.
يتضمن استكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل منهجي عزل المتغيرات من خلال اختبار كل مكون على حدة. تحقق من وظائف نظام إدارة البطاريات (BMS) بشكل مستقل، وتحقق من جميع التوصيلات الميكانيكية تحت الحمل الخفيف، وتأكد من الإدارة الحرارية السليمة من خلال مراقبة درجة الحرارة أثناء التشغيل المطول.
ملخص
يتطلب تصنيع بطاريات 18650 المخصصة نهجًا هندسيًا ممنهجًا، واختيارًا عالي الجودة للمكونات، والالتزام ببروتوكولات السلامة المعمول بها. وتمتد عملية التطوير هذه عبر عدة تخصصات تقنية، بدءًا من مطابقة الخلايا الكهروكيميائية، مرورًا بتصميم نظام الإدارة الحرارية، وتكامل دوائر الحماية.
تُعد الحماية من ارتفاع درجة الحرارة عنصرًا أساسيًا في كل بطارية ليثيوم. يوفر نظام إدارة البطارية (BMS) وظائف حماية أساسية: الحماية من الجهد الزائد، والجهد المنخفض، والتيار الزائد، والمراقبة الحرارية. توجد دوائر الحماية هذه فيما يُعرف عادةً بوحدة دائرة الحماية (PCM)، والتي تدير إلكترونيات البطارية القابلة لإعادة الشحن من خلال مراقبة حالتها، وإرسال البيانات، وحماية البطارية.
يُحدد اختيار الخلايا خصائص أداء العبوة. تلتزم شركات تصنيع رائدة مثل سامسونج وإل جي كيم وباناسونيك بمعايير جودة صارمة، وهي ضرورية لضمان موثوقية التشغيل. يختلف أداء الخلايا باختلاف العمليات التي تستخدمها مختلف الشركات المصنعة، مما يجعل اختيار الخلايا عالية الجودة أمرًا أساسيًا لضمان موثوقية العبوة.
تتطلب عملية التجميع دقةً في تقنيات اللحام النقطي، ومواد عزل مناسبة، وإجراءات توصيل منتظمة. يمنع عزل ورق السمك حدوث تماس كهربائي بين مجموعات الخلايا، بينما يجب أن يتوافق سمك شريط النيكل مع المتطلبات الحالية. تؤثر اعتبارات درجة الحرارة على جميع جوانب تصميم العبوة، بدءًا من تباعد الخلايا للتحكم الحراري، ووصولًا إلى معلمات دائرة الحماية.
تتحقق إجراءات الاختبار من المواصفات الكهربائية والأداء الحراري قبل النشر. يكشف اختبار الحمل عن أداء حزمة البطارية في الظروف الواقعية، بينما يكشف مراقبة الجهد عن أي اختلالات محتملة في الخلايا قد تؤثر على السلامة أو الأداء.
تُنتج تقنيات البناء السليمة مجموعات بطاريات تلبي متطلبات الجهد والتيار والسعة المحددة، مع الحفاظ على معايير السلامة طوال عمرها التشغيلي. تُحدد القرارات الهندسية المتخذة خلال مرحلتي التصميم والتجميع موثوقية وأداء نظام الطاقة النهائي على المدى الطويل.
لأي حزمة بطارية مخصصة للاستفسار يرجى التشاور مع شركة تصنيع حزم البطاريات المخصصة، Large Power
الوجبات السريعة الرئيسية
يتطلب إنشاء مجموعة بطارية 18650 مخصصة تخطيطًا دقيقًا ونهجًا يضع السلامة في المقام الأول لإنشاء حلول طاقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة لتلبية احتياجاتك المحددة.
- حدد المتطلبات أولاً:قم بحساب احتياجات الجهد (الخلايا المتسلسلة) والسعة (الخلايا المتوازية) بدقة قبل شراء المكونات لتجنب الأخطاء المكلفة.
- استخدم خلايا عالية الجودة ونظام إدارة البطاريات (BMS):التزم بالعلامات التجارية ذات السمعة الطيبة مثل Samsung أو LG أو Panasonic، ولا تتخط أبدًا نظام إدارة البطارية للحماية والسلامة.
- لحام نقطي، لا لحام:يعمل اللحام النقطي على إنشاء اتصالات أقوى دون إحداث ضرر حراري للخلايا، بينما يمنع العزل المناسب حدوث دوائر قصيرة خطيرة.
- اختبار جيدا قبل الاستخدام:التحقق من توازن الجهد وإجراء اختبار الحمل لضمان التشغيل الآمن وتحديد المشكلات المحتملة في وقت مبكر.
- إعطاء الأولوية للسلامة في جميع أنحاء:ارتدِ معدات الحماية، واعمل في مناطق جيدة التهوية، وتعامل مع الخلايا بحذر لمنع وقوع الحوادث أثناء التجميع والتشغيل.
عند تنفيذها بشكل صحيح مع الاهتمام بالتفاصيل وبروتوكولات السلامة، توفر مجموعات البطاريات 18650 المخصصة أداءً فائقًا مقارنة بالبدائل الجاهزة مع توفير تجربة عملية قيمة مع تقنية البطاريات.
الأسئلة الشائعة
س1. هل من الآمن تصنيع بطارية 18650 مخصصة؟ يمكن أن يكون بناء بطارية 18650 مخصصة آمنًا إذا اتُخذت الاحتياطات اللازمة. استخدم دائمًا خلايا عالية الجودة من مصنّعين موثوقين، وزوّدها بنظام إدارة البطارية (BMS) للحماية، واتبع تقنيات العزل والتجميع المناسبة. ارتدِ معدات السلامة واعمل في منطقة جيدة التهوية.
س2. ما هي الأدوات التي أحتاجها لبناء حزمة بطارية مخصصة؟ تشمل الأدوات الأساسية لحامًا نقطيًا، ومقياسًا متعددًا، ومسدسًا حراريًا، وقاطعًا/مجردًا للأسلاك، ومكواة لحام. يُعدّ لحام النقطي ضروريًا لتوصيل الخلايا بأمان دون تلفها بالحرارة. ستحتاج أيضًا إلى مواد مثل شرائط النيكل، وحوامل الخلايا، ومواد العزل.
س3. كيف أحدد التكوين المناسب لحزمة البطارية الخاصة بي؟ احسب احتياجاتك من الجهد (للخلايا المتصلة على التوالي) ومتطلبات السعة (للخلايا المتصلة على التوازي) بناءً على تطبيقك. على سبيل المثال، تتطلب حزمة بطارية 36 فولت 10 خلايا متصلة على التوالي باستخدام خلايا 3.7 فولت. ضع في اعتبارك عوامل مثل استهلاك الطاقة، ومعدل التفريغ، والقيود الفيزيائية.
س4. ما هي أفضل طريقة لتوصيل خلايا 18650 في حزمة بطارية؟ اللحام النقطي هو الطريقة المُفضّلة لتوصيل خلايا 18650. فهو يُنتج وصلات أقوى دون تعريض الخلايا لأضرار حرارية. استخدم شرائح نيكل بمقاسات مناسبة، وتأكد من عزلها جيدًا بين مجموعات الخلايا. تجنّب اللحام مباشرةً بالخلايا لأنه قد يُسبب تلفًا داخليًا.
س5. كيف يمكنني اختبار حزمة البطارية المخصصة الخاصة بي بعد التجميع؟ بعد التجميع، افحص جهد العبوة الإجمالي وجهد كل خلية على حدة باستخدام مقياس متعدد. أجرِ اختبار الحمل لتقييم الأداء في ظروف واقعية. راقب أي انخفاض في الجهد أو مشاكل في التسخين. اختبر دائمًا وظائف نظام إدارة البطارية (BMS) قبل اعتبار المشروع مكتملًا.
