تفريغ بطاريات الليثيوم في درجات حرارة عالية ومنخفضة

يؤثر التفريغ في درجات حرارة عالية ومنخفضة بشكل مباشر على أداء البطارية وسعتها وعمرها الافتراضي في بطاريات الليثيوم أيون. بالنسبة لمستخدمي الأعمال التجارية (B2B)، تضمن الإدارة الفعّالة لدرجة الحرارة موثوقية التشغيل. يوضح الجدول أدناه كيف يؤثر معدل الدورة ودرجة الحرارة على تدهور السعة، مع تسليط الضوء على الآثار الملموسة على صحة البطارية:

الوجبات السريعة الرئيسية

• تؤدي درجات الحرارة العالية والمنخفضة إلى تقليل سعة بطارية الليثيوم وعمرها؛ والحفاظ على البطاريات ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل يمنع حدوث التلف ويطيل عمرها.

• إن الإدارة الفعالة لدرجة الحرارة، بما في ذلك أجهزة الاستشعار الداخلية والتبريد المتقدم، تحافظ على سلامة البطاريات وتحسن الأداء وتتجنب الأعطال المكلفة في التطبيقات الحرجة.

• يساعد استخدام أنظمة المراقبة الذكية مع البيانات في الوقت الفعلي والذكاء الاصطناعي في اكتشاف المشكلات مبكرًا وموازنة الخلايا والحفاظ على صحة البطارية لتشغيل أطول وأكثر موثوقية.

الجزء 1: التفريغ في درجات الحرارة العالية والمنخفضة

1.1 التفريغ في درجات حرارة عالية

عند تشغيل بطارية ليثيوم أيون في درجات حرارة عالية، تلاحظ تغيرات فورية في أدائها وتأثيرات طويلة المدى على عمرها. يُسرّع التفريغ في درجات حرارة عالية ومنخفضة، وخاصةً فوق النطاق الحراري الأمثل، التفاعلات الكيميائية داخل الخلية. قد يُحسّن هذا من كفاءة البطارية ومعدل تفريغها مؤقتًا، ولكنه يزيد أيضًا من خطر تلفها بشكل كبير ويُقلل من مدة تشغيلها مع مرور الوقت.

تُظهر بطارية باناسونيك NRC18650PD، وهي بطارية ليثيوم أيون شائعة الاستخدام، هذه التأثيرات بوضوح. عند درجة حرارة 27 درجة مئوية، تحافظ الخلية على سعتها الأساسية وعمرها الافتراضي. ومع ذلك، مع زيادة درجة الحرارة إلى 30 درجة مئوية، ينخفض عمر البطارية الافتراضي بنسبة 20%. عند درجة حرارة 40 درجة مئوية، يصل الانخفاض إلى 40%، وعند درجة حرارة 45 درجة مئوية، ينخفض عمر البطارية الافتراضي إلى النصف مقارنةً بالتشغيل عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. يُلخص الجدول أدناه هذه التأثيرات:

تلميح: راقب دائمًا درجة حرارة بطارية جهازك أثناء التشغيل. حتى ارتفاع طفيف عن النطاق الأمثل لدرجة الحرارة قد يؤدي إلى استنزاف أسرع للسعة وتقليل مدة تشغيل البطارية.

تؤكد الدراسات التجريبية أن درجات الحرارة المرتفعة تزيد من المقاومة الداخلية وتُسرّع نمو طبقة واجهة الإلكتروليت الصلب (SEI). يؤدي هذا إلى تدهور أسرع وقد يُسبب تلفًا دائمًا للبطارية. في التطبيقات التجارية، مثل المركبات الكهربائية والروبوتات الصناعية، غالبًا ما تؤدي درجات الحرارة القصوى إلى توليد حرارة غير متساوية داخل حزمة البطارية. وهذا يُؤدي إلى تدرجات حرارية، مما يُسرّع من شيخوخة البطارية ويُقلل من سعتها الفعالة.

كشفت منصة اختبار بطاريات الليثيوم-أيون أن ارتفاع معدلات التفريغ عند درجات حرارة مرتفعة يؤدي إلى تدرجات أكبر في تركيز أيونات الليثيوم وتوليد حرارة أكبر. تسخن البطاريات ذات حالة الشحن المنخفضة بشكل أسرع، بينما تصل البطاريات ذات حالة الشحن الأعلى إلى درجات حرارة قصوى أعلى. تُبرز هذه التأثيرات أهمية أنظمة التبريد والإدارة الحرارية الفعّالة في تصميم حزمة البطاريات.

ملحوظة: إذا شغّلتَ بطاريتك في درجات حرارة تشغيل مرتفعة لفترات طويلة، فأنتَ تُخاطر ليس فقط بانخفاض كفاءتها، بل أيضًا بتلفها الشديد. هذا قد يُعرّض السلامة والموثوقية للخطر في تطبيقات الأعمال التجارية (B2B) المهمة.

1.2 التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة

يُمثل التفريغ في درجات حرارة منخفضة تحديات مختلفة لبطاريات أيونات الليثيوم. عند استخدام حزمة بطارية في درجات حرارة تشغيل منخفضة، تتباطأ التفاعلات الكيميائية داخل الخلية، مما يزيد من المقاومة الداخلية ويقلل من سعة البطارية، مما يؤدي إلى تقصير مدة تشغيلها وانخفاض سعتها الفعالة.

على سبيل المثال، عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، قد تفقد بطارية أيون الليثيوم ما بين 20% و30% من سعتها المقدرة. وعند درجة حرارة -10 درجات مئوية، قد لا توفر البطارية سوى حوالي 70% من سعتها الاعتيادية، وعند درجة حرارة -20 درجة مئوية، قد يصل الفقد إلى 50%. يوضح الجدول أدناه هذه التأثيرات:

تؤدي زيادة المقاومة الداخلية عند درجات الحرارة المنخفضة إلى تقليل كفاءة توصيل الطاقة وتسريع تدهور البطارية، مما يؤدي إلى تقصير عمر الدورة.

يُظهر التحليل الإحصائي لبيانات بطاريات المركبات الكهربائية أن البيئات الباردة تُقلل بشكل كبير من السعة القابلة للاستخدام. على سبيل المثال، ينخفض مدى القيادة لسيارة نيسان ليف 2012 من 138 ميلاً في الظروف المثالية، تصل مسافة 63 كيلومتر فقط عند درجة حرارة -10 درجات مئوية. في الأدوات الكهربائية والمعدات الصناعية، قد تلاحظ انخفاضًا حادًا في مدة تشغيل البطارية وأدائها خلال فصل الشتاء أو في البيئات المبردة.

وتظهر الدراسات التجريبية أيضًا أن يمكن استعادة أكثر من 15% من سعتها المقدرة عن طريق تسخين بطارية ليثيوم أيون من -15 درجة مئوية إلى 80 درجة مئويةومع ذلك، يستهلك التسخين المسبق قدرًا كبيرًا من الطاقة، وخاصةً في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، مما قد يؤثر على كفاءة البطارية بشكل عام.

تنبيه: قد يؤدي شحن بطاريات الليثيوم أيون تحت درجة التجمد إلى تكسّرها، مما يؤدي إلى تلف دائم ومخاطر أمنية. اتبع دائمًا إرشادات الشركة المصنعة للشحن والتفريغ في درجات حرارة قصوى.

1.3 أهمية التشغيل ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل

يجب تشغيل بطاريات الليثيوم أيون ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل لتحسين أدائها وإطالة عمرها. تتراوح درجة حرارة التشغيل الموصى بها لمعظم بطاريات الليثيوم أيون بين -4 درجات فهرنهايت و140 درجة فهرنهايت، مع إمكانية الشحن فقط بين 32 درجة فهرنهايت و131 درجة فهرنهايت. يساعدك البقاء ضمن هذا النطاق على تجنب الآثار السلبية لدرجات حرارة التشغيل المرتفعة والمنخفضة.

يؤدي التفريغ عند درجات حرارة عالية ومنخفضة تتجاوز النطاق الحراري الأمثل إلى زيادة المقاومة الداخلية، وفقدان السعة، وتسريع الشيخوخة. قد تُسبب هذه التأثيرات تلفًا خطيرًا للبطارية، وتُقلل من مدة تشغيلها، وتُهدد سلامة وموثوقية أنظمتك التي تعمل بالبطاريات.

لمستخدمي B2B في قطاعات مثل طبي, الروبوتات, أمن, بنية التحتية, الالكترونيات الاستهلاكيةو التطبيقات الصناعيةإن إدارة درجة الحرارة الفعالة أمر ضروري.

الجزء 2: إدارة درجة حرارة حزمة البطارية

2.1 وحدة إدارة درجة الحرارة

تحتاج إلى وحدة تحكم قوية في درجة الحرارة للحفاظ على أداء البطارية وسلامتها في بطاريات أيونات الليثيوم. يُعدّ التوافق الدقيق بين الخلايا أمرًا بالغ الأهمية، خاصةً في ظل الأحمال الثقيلة أو درجات الحرارة المنخفضة. في حال عدم توافق خلايا حزمة البطارية، قد تتعرّض لخطر انعكاس الخلايا، مما قد يُسبب تلفًا دائمًا. يُتيح لك تضمين مستشعرات درجة الحرارة داخل خلايا البطارية بيانات آنية حول تدرجات درجة الحرارة الداخلية والبقع الساخنة. يُساعدك هذا النهج على اكتشاف المشكلات التي قد تُغفلها مستشعرات السطح، مما يضمن توزيعًا متساويًا لدرجة الحرارة ويُقلل من خطر ارتفاع درجة الحرارة.

تُظهر أبحاث الصناعة أن أنظمة الإدارة الحرارية المتقدمة، مثل التبريد السائل ومواد تغيير الطور (PCM)، تتفوق على أنظمة التبريد الهوائي التقليدية. على سبيل المثال، تُخفّض أنابيب التبريد الملفوفة درجة الحرارة القصوى للبطارية بمقدار 2.1 درجة مئوية وتُحسّن اتساق درجة الحرارة. تُحافظ الأنظمة الهجينة التي تجمع بين مواد تغيير الطور وألواح التبريد السائلة على فروق درجات الحرارة ضمن الحدود الآمنة، مما يُطيل عمر البطارية ويُحسّن السلامة. تُؤكد الدراسات التجريبية أن ترتيبات مواد تغيير الطور المتدرجة يُمكنها تقليل فروق درجات الحرارة بنسبة تصل إلى 77.4% مقارنة بإعدادات PCM الموحدة.

نصيحة: استخدم مجموعة من المستشعرات الداخلية وطرق التبريد المتقدمة لتحسين أداء البطارية ومنع ارتفاع درجة الحرارة في البيئات الصعبة.

2.2 نظام السلامة والمراقبة

يعد نظام السلامة والمراقبة الشامل أمرًا حيويًا لبطاريات الليثيوم أيون في تطبيقات B2B. أنظمة إدارة البطاريات (BMS) مراقبة مستمرة للجهد، ودرجة الحرارة، وحالة الشحن (SoC)، وحالة السلامة (SoH). يُنظّم نظام إدارة البطارية (BMS) المُدار بالذكاء الاصطناعي أنظمة إدارة الحرارة ديناميكيًا، مع الحفاظ على درجة الحرارة ضمن النطاق الأمثل بين 15 و35 درجة مئوية. تُمكّن التحليلات التنبؤية من الكشف المُبكر عن الأعطال والصيانة الوقائية، مما يُقلل من خطر التلف.

تُقلل المراقبة الفورية والصيانة التنبؤية من وقت التوقف عن العمل وتُحسّن الكفاءة التشغيلية. يُمكن للأنظمة القائمة على الذكاء الاصطناعي زيادة دقة التنبؤ بحالة البطارية حتى 95.84%، مما يعزز كفاءة الشحن والتفريغ بنسبة ٢٠٪، ويخفض تكاليف التشغيل بنسبة ١٩.٣٪. تدعم هذه التحسينات الاستدامة والموثوقية في قطاعي الصناعة والبنية التحتية.

للحصول على حلول بطارية مخصصة تعمل على تعزيز السلامة والأداء، استشر خبراءنا هنا.

يمكنك تعزيز أداء البطارية وسلامتها من خلال الحفاظ على درجة حرارة مثالية، ومطابقة الخلايا، واستخدام أنظمة مراقبة متطورة. تُظهر البيانات العملية أن مجموعات البطاريات، مع إدارتها بشكل صحيح، تفقد 10% فقط من سعتها بمرور الوقت. يُبرز الجدول أدناه أهم فوائد الإدارة الفعّالة للبطاريات لعملياتك:

في حالة حلول البطاريات المخصصة والاستشارة من الخبراء، متصل مع Large Power.

الأسئلة الشائعة

1. ما هو النطاق الأمثل لدرجة الحرارة لتفريغ حزمة بطارية الليثيوم؟

يُنصح بتفريغ بطاريات الليثيوم في درجة حرارة تتراوح بين -4 درجات فهرنهايت و140 درجة فهرنهايت. يُساعد هذا النطاق في الحفاظ على السعة والسلامة وعمر البطارية.

قم دائمًا بمراجعة ورقة البيانات الفنية الخاصة بالبطارية الخاصة بك للحصول على توصيات دقيقة.

2. كيف تؤثر إدارة درجة الحرارة على عمر حزمة البطارية في التطبيقات الصناعية؟

تؤدي إدارة درجة الحرارة المناسبة إلى تقليل الإجهاد الحراري، ومنع اختلال توازن الخلايا، وإطالة عمر البطارية.

3. أين يمكنك الحصول على حلول بطارية الليثيوم المخصصة لشركتك؟

يمكنك استشارة Large Power للحصول على حلول مخصصة لحزمة بطارية الليثيوم.
اطلب استشارة مخصصة هنا.