يعد التصميم الجيد لبطارية الليثيوم 24 فولت أمرًا حيويًا لـ صناعي والتطبيقات التجارية. الطلب المتزايد على بطاريات الليثيوم أيون تُبرز هذه التقنية أهميتها في قطاعات مثل المركبات الكهربائية والطاقة المتجددة. تُظهر التصاميم المعيارية والقابلة للتطوير كيف تُلبي البطاريات المتطورة احتياجات التشغيل المتنوعة. يُقدم تصميم حزمة بطارية مُخصصة مزايا كبيرة. يُمكنك تحقيق كفاءة التكلفة من خلال خفض النفقات الرأسمالية خمسة أضعاف لكل جيجاواط/ساعة، وتسريع الإنتاج بنسبة تصل إلى 25%، وتوفير المرونة لتصنيع تكوينات مُختلفة على نفس خط الإنتاج. يضمن الاهتمام بالتكوين والسلامة أداءً مثاليًا للبطارية مع تلبية متطلباتك الخاصة.
الوجبات السريعة الرئيسية
صنع بطارية ليثيوم ٢٤ فولت بنفسك يوفر عليك الكثير من المال. تكلفة البطاريات الجاهزة أقل من ثلث تكلفة البطاريات الجاهزة.
من المهم اختيار الإعداد المناسب - سواءً كان تسلسليًا أو متوازيًا. فهو يساعد بطاريتك على توفير الجهد والطاقة اللازمين.
من المهم جدًا إضافة نظام إدارة بطارية قوي (BMS). فهو يحافظ على سلامة البطارية وتوازنها وعمرها الافتراضي.
الجزء 1: خيارات التصميم والتكوين الأساسية لبطارية الليثيوم 24 فولت
1.1 اختيار وتكوين كيمياء الخلية
يتضمن تصميم مجموعة بطاريات الليثيوم 24 فولت اختيار الكيمياء التي تتوافق مع احتياجات التطبيق المحددة، وموازنة كثافة الطاقة، والسلامة، وطول العمر.
ليثيوم أيون (Li-ion):
الجهد لكل خلية:
الجهد الاسمي: 3.6–3.7 فولت (يختلف حسب الكيمياء، على سبيل المثال، NMC، LCO).
مشحونة بالكامل: 4.2 فولت؛ مفرغة: 2.8–3.0 فولت (لكل خلية).
المزايا:
كثافة طاقة عالية، وعمر دورة معتدل (500-2,000 دورة)، ومناسب للتطبيقات المدمجة مثل الإلكترونيات المحمولة.
عيوب:
الحساسية الحرارية (عرضة للهروب الحراري في حالة التلف أو الشحن الزائد)، والشيخوخة أثناء التخزين (تتدهور بشكل أسرع عند تخزينها بشحنة كاملة)، والسلامة المعتدلة (تتطلب رقابة صارمة من نظام إدارة البطاريات (BMS) مقارنة ببطارية LiFePO4).
إعدادات:
يتطلب 7 خلايا (على سبيل المثال، 3.6 فولت لكل خلية) على التوالي (7S) لتحقيق جهد اسمي يبلغ 25.2 فولت (الأقرب إلى أنظمة 24 فولت).
LiFePO4 (فوسفات حديد الليثيوم):
الجهد لكل خلية:
الجهد الاسمي: 3.2 فولت.
مشحونة بالكامل: 3.65 فولت؛ مفرغة: 2.5 فولت (لكل خلية).
المزايا:
استقرار حراري فائق، عمر افتراضي أطول (2,000-5,000 دورة)، وتشغيل أكثر أمانًا (أقل عرضة للانفلات الحراري)، تفريغ ذاتي منخفض (حوالي 2-3% شهريًا)، مثالي للتخزين طويل الأمد. الجهد الاسمي: حوالي 3.2 فولت لكل خلية.
عيوب:
كثافة طاقة أقل (~100–180 واط/كجم مقارنة ببطاريات أيون الليثيوم التي تصل إلى 300 واط/كجم)، ووزن وحجم أكبر لنفس السعة مقارنة ببطاريات أيون الليثيوم.
ترتيب:
يتطلب ٨ خلايا متصلة على التوالي (٨ خلايا) للوصول إلى ٢٥٫٦ فولت. مثالي للتطبيقات الصناعية أو السيارات.
LiPo (ليثيوم بوليمر):
الجهد لكل خلية:
الجهد الاسمي: ~3.6 فولت (مشابه لبطارية ليثيوم أيون).
مشحونة بالكامل: 4.2 فولت؛ مفرغة: 3.0 فولت (لكل خلية).
المزايا:
تغليف مرن لأشكال مخصصة، خفيف الوزن. الجهد الاسمي: ~3.6 فولت.
عيوب:
كثافة طاقة أقل من بطاريات Li-ion (ولكنها أفضل من بطاريات LiFePO4)، حساسة للضرر المادي (على سبيل المثال، الثقوب، التورم)، عمر دورة أقصر (حوالي 300-500 دورة عند عمق 80% من التفريغ).
إعدادات:
يتطلب 7 خلايا متصلة على التوالي (7S) لتحقيق جهد اسمي يبلغ 25.2 فولت.
مقارنة التكوينات
معامل | LiFePO4 (8S) | ليثيوم أيون (7S) | ليبو (7S) |
|---|---|---|---|
الجهد االكهربى | 25.6V | 25.9V | 25.9V |
كثافة الطاقة | منخفض (~100–180 واط/كجم) | عالية (حتى 270 واط/كجم) | معتدل (~150–200 واط/كجم) |
حالة الاستخدام النموذجية | طويلة الأمد، عالية الأمان | محمول، عالي الطاقة | مخصص، عالي الطاقة |
دورة الحياة | 2,000-5,000 دورة | 500-2,000 دورة | 300-500 دورة |
فهم أداء كيمياء خلايا البطارية من Large Power يساعدك على اختيار وتصميم مجموعة بطارية 24 فولت المناسبة.
1.2 تكوين التسلسل والتوازي حول تصميم بطارية الليثيوم 24 فولت الخاصة بك
تصميم حزمة بطارية ليثيوم 24 فولت يتطلب تخطيطًا دقيقًا لترتيبات الخلايا المتسلسلة والمتوازية لتحقيق الجهد والسعة وناتج الطاقة المطلوب. تحدد التوصيلات المتسلسلة جهد الحزمة، بينما تحدد التوصيلات المتوازية السعة والقدرة الحالية. من خلال موازنة التكوينات المتسلسلة المتوازية بعناية مع احتياجات التطبيق، يمكنك تحسين مجموعة بطاريات الليثيوم 24 فولت لتحقيق الكفاءة والسلامة والمتانة.
لبناء نظام اسمي 24 فولت (أخذ ليثيوم أيون كمثال) :
حساب السلسلة:
الجهد الاسمي لكل خلية: 3.6–3.7 فولت (استخدم 3.6 فولت للتصميم المحافظ).
الخلايا المطلوبة في السلسلة (S):
الجهد الاسمي: 7×3.6V=25.2V7×3.6V= 25.2V (المعيار لأنظمة 24 فولت).
الجهد المشحون بالكامل: 7×4.2V=29.4V7×4.2V= 29.4V.
توسيع القدرة (بالتوازي):
تؤدي التوصيلات المتوازية (P) إلى زيادة السعة (Ah).
على سبيل المثال:
7S2P = 7 خلايا على التوالي + 2 على التوازي.
إذا كانت كل خلية 3Ah، فإن السعة الإجمالية = 2×3 أمبير/ساعة = 6 أمبير/ساعة.
إجمالي الطاقة: 25.2 فولت × 6 أمبير = 151.2 وات في الساعة.
بينما توفر حلول "اصنعها بنفسك" تكوينًا متوازيًا متسلسلًا، فإنك تحتاج إلى تخطيط دقيق لضمان الأداء والقوة لمعداتك. التخصيص من Large Power تعزيز قدرات مجموعات بطاريات الليثيوم 24 فولت الخاصة بك، مما يجعلها الخيار المفضل للشركات التي تبحث عن حلول مخصصة.
1.3 مراعاة مكونات التصميم الإضافية: التصميم الميكانيكي ومتطلبات التيار والطاقة
إن المتانة الميكانيكية والتوافق الدقيق مع متطلبات الطاقة أمران مهمان بنفس القدر لضمان السلامة وطول العمر والأداء.
اعتبارات التصميم الميكانيكي
تصميم المساكن:
اختيار المواد:
استخدم البلاستيك المقاوم للهب (على سبيل المثال، مزيج ABS+PC) أو أغلفة معدنية (الألومنيوم للخفة، والصلب للصلابة) لاحتواء الأحداث الحرارية ومقاومة الصدمات.
بالنسبة لحزم LiPo، تعتبر العبوات شبه المرنة ذات الطبقات المقاومة للثقب (على سبيل المثال، شريط Kapton) ضرورية.
حماية البيئة:
اختر علبًا مقاومة للغبار والماء (مثل IP65 لتخزين الطاقة الشمسية في الهواء الطلق، وIP67 للاستخدام البحري). أضِف حوامل مطاطية أو حشوات إسفنجية لبطاريات الليثيوم 24 فولت.
ترتيب الخلايا والتباعد بينها:
الخلايا الأسطوانية (على سبيل المثال، 18650):
قم بترتيبها في وحدات صلبة مع حاملات الخلايا أو صواني قرص العسل لمنع الحركة.
اترك فجوات تتراوح من 1 إلى 2 مم بين الخلايا لضمان تدفق الهواء وتحمل التمدد الحراري.
الخلايا المنشورية/الجيبية:
استخدم ألواح الضغط أو التركيبات للتحكم في التورم (وهو أمر شائع في LiFePO4 و LiPo).
استخدم وسادات موصلة للحرارة بين الخلايا لتوزيع الحرارة بالتساوي.
يساعدك فهم مساهمات التكلفة هذه على تخصيص الموارد بشكل فعال وتصميم مجموعة بطاريات تحقق التوازن بين الأداء والميزانية.
متطلبات التيار والطاقة
تحليل الطلب الحالي:
التيار المستمر:
احسب بناءً على استهلاك الطاقة الأقصى للتطبيق (على سبيل المثال، 30 أمبير لمحرك دراجة إلكترونية).
تأكد من أن الخلايا ونظام إدارة البطاريات (BMS) قادران على التعامل مع هذا التيار دون ارتفاع درجة الحرارة (على سبيل المثال، خلايا LiFePO4 المصنفة لـ 1C–3C).
تيار الذروة:
خذ في الاعتبار الزيادات قصيرة المدى (على سبيل المثال، 100 أمبير لبدء تشغيل أداة الطاقة) واختر الخلايا ذات تصنيفات النبض العالية (على سبيل المثال، LiPo عند 50 درجة مئوية).
تحديد حجم سعة الطاقة:
الطاقة (Wh):
إجمالي الطاقة = الجهد الاسمي × السعة (على سبيل المثال، 25.6 فولت × 20 أمبير/ساعة = 512 واط/ساعة لتخزين الطاقة الشمسية).
تقدير وقت التشغيل:
وقت التشغيل (ساعات) = إجمالي الطاقة (واط) ÷ متوسط استهلاك الطاقة (واط).
من خلال التوفيق بين القوة الميكانيكية والتعامل الدقيق مع الطاقة، يمكن لحزمة بطارية الليثيوم 24 فولت تقديم أداء موثوق به عبر تطبيقات متنوعة، من الإلكترونيات المحمولة إلى الأنظمة الصناعية.
من خلال فهم خيارات التكوين هذه، يمكنك تصميم مجموعة بطاريات ليثيوم 24 فولت تلبي متطلبات الجهد والسعة المحددة لديك مع ضمان الأداء الأمثل والسلامة.
الجزء الثاني: تحسين السلامة والأداء
2.1 اختيار مكونات عالية الجودة للسلامة
يُعد اختيار مكونات عالية الجودة أمرًا أساسيًا لضمان سلامة وموثوقية حزمة البطارية. تساعد ممارسات ضمان الجودة الصارمة على تحديد المشكلات المحتملة مبكرًا والحفاظ على أداء ثابت. تشمل هذه الممارسات اختبار المواد، واختبار الخلايا، وتقييم توافق الوحدات.
ممارسة ضمان الجودة | الوصف |
|---|---|
بروتوكولات اختبار صارمة | يكتشف المشكلات المحتملة ويحلها مبكرًا، مما يعزز السلامة. |
اختبار المواد | ضمان أن مواد خلايا البطارية تلبي معايير الجودة. |
اختبارات الشيخوخة | محاكاة التأثيرات طويلة المدى لتقييم المتانة وتدهور الأداء. |
المكونات عالية الجودة تقلل من خطر الانفلات الحراري وتطيل عمر بطارية جهازك. في التطبيقات الصناعية، يضمن الاستثمار في مواد موثوقة وبروتوكولات اختبار موثوقة استقرار التشغيل ويقلل من فترات التوقف.
نصيحه:إعطاء الأولوية للمكونات التي تخضع لاختبارات الشيخوخة لضمان المتانة في ظل الظروف الصعبة.
2.2 منع الشحن الزائد والتفريغ الزائد
يُعدّ منع الشحن الزائد والتفريغ الزائد أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة وكفاءة بطارية جهازك. وتحمي آليات متطورة، مثل التحكم الدقيق في عتبة الجهد وحماية الأجهزة متعددة المستويات، من هذه المخاطر.
تقنية | الوصف |
|---|---|
التحكم الدقيق في عتبة الجهد | يقوم بمراقبة جهد الخلية في الوقت الحقيقي، ويقطع الشحن عندما يتم تجاوز الحدود. |
حماية الأجهزة متعددة المستويات | يتضمن التحكم في MOSFET والصمامات المادية لعزل الأخطاء أثناء الظروف غير الطبيعية. |
إدارة عتبة الجهد المتدرج | إدارة مستويات الطاقة لمنع الإفراط في التفريغ، وإطالة عمر البطارية من خلال أوضاع توفير الطاقة. |
أثبت مشروع إنارة الشوارع دلتاس في المملكة العربية السعودية فعالية هذه الإجراءات. ففي ظل الظروف القاسية، حقق نظام البطاريات معدل تعطل أقل من 0.3%، وهو أقل بكثير من متوسط القطاع. وهذا يُبرز أهمية أنظمة إدارة البطاريات (BMS) القوية في منع الشحن الزائد والتفريغ الزائد.
ملاحظات:يمكن أن يؤدي تطبيق تقنية الاستيقاظ التكيفية إلى تعزيز الكفاءة بشكل أكبر من خلال تقليل احتياجات الصيانة.
2.3 تنفيذ التهوية المناسبة والإدارة الحرارية
التهوية الفعالة والإدارة الحرارية تمنعان ارتفاع درجة الحرارة وتضمنان أداءً ثابتًا في مختلف التطبيقات. تقلل آليات التهوية من تراكم الضغط الداخلي، مما يحافظ على عمر بطاريات الليثيوم أيون.
طلب توظيف جديد | تأثير الكفاءة | انتاج الطاقة |
|---|---|---|
موثوقية محسنة | تفريغ مستقر | |
دقة محسنة | قوة ثابتة | |
انخفاض تراكم الحرارة | دورات مطولة |
تُظهر الأبحاث أن الحفاظ على درجة حرارة البطارية بين ٢٥ و٤٠ درجة مئوية يُحسّن الأداء ويُقلل من تدهور السعة. تُحسّن أنظمة أنابيب الحرارة تجانس درجة الحرارة، مما يُعزز كثافة الطاقة ويُطيل عمر البطارية. تُعدّ هذه الأنظمة مفيدة بشكل خاص للسيارات الكهربائية، حيث يُحسّن التحكم الحراري الفعّال مدى القيادة والأداء.
كتلة اقتباس:يعمل تبديد الحرارة الفعال الذي توفره أنظمة الأنابيب الحرارية على تعزيز عمر البطارية وأداء الشحن بشكل كبير، مما يجعلها لا غنى عنها للتطبيقات عالية الطلب.
من خلال دمج حلول التهوية المناسبة وإدارة الحرارة، يمكنك ضمان سلامة وموثوقية مجموعة البطارية الخاصة بك، حتى في البيئات الصعبة.
يتطلب بناء بطارية ليثيوم 24 فولت عناية فائقة بالتكلفة والتكوين والسلامة. الصيانة الدورية، والمواد عالية الجودة، والالتزام بأفضل الممارسات تضمن الموثوقية. التخطيط الدقيق وإجراءات السلامة تحمي استثمارك وتعزز الكفاءة التشغيلية.
نصيحه:إعطاء الأولوية للامتثال التنظيمي والاختبار الشامل لتلبية معايير السلامة وبناء ثقة العملاء.
الأسئلة الشائعة
1. ما هي درجة حرارة التشغيل المثالية لحزمة بطارية ليثيوم 24 فولت؟
تتراوح درجة حرارة التشغيل المثالية بين ٢٥ و٤٠ درجة مئوية. يُحسّن هذا النطاق الأداء، ويُقلل من التلف، ويضمن عمرًا أطول للبطارية في مختلف التطبيقات.
2. كيف أختار نظام إدارة البطارية (BMS) المناسب؟
اختر نظام إدارة البطارية (BMS) الذي يتوافق مع جهد بطاريتك وسعتها. ابحث عن ميزات مثل المراقبة الفورية، واكتشاف الأعطال، وإدارة الحرارة لتحسين السلامة والكفاءة.
نصيحة: للحصول على إرشادات احترافية حول تكوينات البطارية، قم بزيارة Large Power.
3. هل يمكنني استخدام أنواع مختلفة من خلايا الليثيوم في حزمة بطارية واحدة؟
لا، قد يُسبب خلط أنواع خلايا الليثيوم اختلالاتٍ ومخاطرَ أمنية. استخدم دائمًا خلايا بمواصفاتٍ متطابقة لضمان ثبات الأداء ومنع الأعطال المحتملة.
