تستغرق البطاريات القديمة في علبة البطارية وقتًا أطول للشحن لأن المقاومة الداخلية تزداد، ويبطئ نقل الشحن مع تقدمها في العمر - فكّر في هذا الأمر كـ"متلازمة الرجل العجوز". تُظهر الدراسات أنه مع ازدياد المقاومة، ارتفاع درجات الحرارة وتناقضات الجهد يحدث ذلك، مما يؤدي إلى إطالة أوقات الشحن. تؤكد البيانات الرقمية سبب إطالة شحن بطاريات الليثيوم أيون القديمة. انخفاض كفاءة نقل الشحن وزيادة المقاومة يعنيان أنه حتى مع سعتها الأقل، تحتاج البطاريات القديمة إلى وقت أطول للوصول إلى الشحن الكامل. إذا كنت تتساءل عن سبب إطالة شحن بطاريات الليثيوم أيون القديمة، فتذكر أن التقدم في السن يُحدث تغييرًا في بنيتها الداخلية، مما يجعل كل دورة شحن أبطأ من ذي قبل. في مجموعات البطاريات، يتضاعف هذا التأثير، مما يؤثر على الأداء والموثوقية.
الوجبات السريعة الرئيسية
تستغرق بطاريات الليثيوم أيون القديمة وقتًا أطول للشحن لأنها المقاومة الداخلية يزيد من سرعة تدفق الكهرباء أثناء الشحن.
يؤدي تراكم المواد السلبية على أقطاب البطارية إلى تقليل مساحة السطح لنقل الشحنة، مما يتسبب في تباطؤ الشحن خاصة في المراحل النهائية.
يؤدي فقدان السعة في البطاريات القديمة إلى احتفاظها بطاقة أقل، ولكن الشحن لا يزال يستغرق وقتًا أطول بسبب زيادة المقاومة والشيخوخة غير المتساوية في مجموعات البطاريات.
الجزء 1: لماذا تستغرق بطاريات الليثيوم أيون القديمة وقتًا طويلاً للشحن؟
أثناء إدارة حزم البطاريات في التطبيقات المتطلبة، قد تلاحظ أن وقت الشحن يزداد مع مرور الوقت. هذه الظاهرة، التي تُعرف غالبًا باسم "متلازمة الرجل العجوز"، تؤثر بشكل مباشر على أداء البطارية وموثوقيتها. يساعدك فهم الأسباب التقنية وراء هذا التغيير على تحسين عمر البطارية والحفاظ على كفاءتها التشغيلية.
1.1 المقاومة الداخلية
عند شحن بطارية جديدة، تستقبل التيار بكفاءة. مع مرور الوقت، تزيد عملية الشيخوخة من المقاومة الداخلية، مما يُصعّب تدفق التيار. تخيّل شد شريط مطاطي جديد - يتحرك بسهولة. الشريط المطاطي القديم يقاوم ويعود بسرعة. وبالمثل، تقاوم البطارية القديمة تدفق الأيونات والإلكترونات، مما يُبطئ عملية الشحن.
تُظهر الدراسات المخبرية أنه مع تقدم عمر البطاريات، تزداد مقاومة القطب الموجب. تُقلل هذه الزيادة في المقاومة من قدرة البطارية على تحمّل تيارات شحن عالية. يُؤكد التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS) وقياس الكولومتري فائق الدقة (UHPC) أن أكسدة الإلكتروليت تُسرّع من نمو هذه المقاومة. ونتيجةً لذلك، تُلاحظ أوقات شحن أطول وانخفاض في أداء البطارية.
يمكنك قياس المقاومة الداخلية باستخدام عدة طرق:
طريقة انخفاض الجهد: قم بتطبيق حمل معروف وقم بقياس انخفاض الجهد.
مطيافية معاوقة التيار المتردد: تحليل استجابة المعاوقة عند ترددات مختلفة.
طريقة التفريغ النبضي: استخدم نبضة قصيرة ذات تيار عالي وقم بقياس انخفاض الجهد.
تحليل البيانات وملاءمة المنحنى: تتبع تغيرات المقاومة بمرور الوقت.
أجهزة اختبار عالية الجودة: استخدم أدوات متخصصة لإجراء قياسات دقيقة.
تساعدك هذه الطرق على مراقبة تزايد المقاومة والتنبؤ بعمر البطارية. مع ازدياد المقاومة، يطول وقت الشحن، خاصةً في مجموعات البطاريات حيث يُفاقم تباين الخلايا هذا التأثير.
تلميح: إن مراقبة المقاومة الداخلية بشكل منتظم باستخدام أدوات التشخيص المتقدمة، مثل تلك التي طورتها شركة Cadex، تسمح لك بتحديد البطاريات القديمة قبل أن تؤثر على عملياتك.
1.2 تكوين المواد السلبية
مع تقدم عمر البطاريات، تتراكم المواد الخاملة على الأقطاب الكهربائية. يُقلل هذا التراكم من مساحة السطح الفعالة لنقل الشحنة، تمامًا كما تُعيق اللويحات في الشرايين تدفق الدم. في حزمة البطارية، يعني هذا أن بعض الخلايا تصل إلى حدود جهدها القصوى بشكل أسرع، مما يُجبر الحزمة بأكملها على إبطاء عملية الشحن.
دراسات المجهر وEIS تكشف الدراسات أن الخلايا القديمة تتطور لديها خصائص توصيل تحت السطح، وتزداد فيها قيود الانتشار. تُسبب هذه التغييرات اختناقات في نقل أيونات الليثيوم، مما يُطيل مدة الشحن. يُقارن الجدول أدناه بين البطاريات الجديدة والقديمة لتوضيح تأثير تكوين المواد الخاملة.
حالة البطارية | سعة (٪) | إجمالي وقت الشحن التقريبي (بالدقائق) | المرحلة 1 وقت الشحن الكامل (بالدقائق) | المرحلة الثانية من وقت التتبع |
|---|---|---|---|---|
بطارية جديدة | 100 | ~ 150 | 90 | قصير |
بطارية قديمة | 82 | ~ 150 | 60 | مطول |
يمكنك أن ترى أنه في حين أن إجمالي وقت الشحن قد يظل متشابهًا، فإن البطارية القديمة تقضي وقتًا أقل في مرحلة الشحن السريع 1 ووقتًا أطول بكثير في مرحلة الشحن البطيئة 2. ينتج هذا التحول عن زيادة المقاومة وتراكم المواد السلبية، وهي عوامل رئيسية في تلاشي السعة وانخفاض سعة البطارية.
1.3 فقدان القدرة
يُعد فقدان السعة سمةً مميزةً لشيخوخة البطارية. فمع دورة شحن البطارية، تنخفض كمية الطاقة التي تستطيع كل خلية تخزينها ونقلها. تُظهر الدراسات الحديثة على بطاريات الليثيوم LFP أنه بعد الاستخدام المكثف، عادةً ما... فقدان حوالي 30٪ من قدرتها الأوليةعلى سبيل المثال، انخفضت قدرة خلايا LFP التجارية التي تم اختبارها على مدى مئات الدورات من 1.5 أمبير/ساعة إلى حوالي 1.0 أمبير/ساعة.
هذا التناقص في السعة يعني أن بطاريتك تصل إلى حد جهدها بشكل أسرع أثناء الشحن، مما يقلل من كمية الطاقة التي يمكنها استيعابها في كل دورة. على الرغم من أن البطارية تحتفظ بشحن أقل، إلا أن زيادة المقاومة وتكوين المواد الخاملة يُجبران نظام الشحن على التباطؤ، خاصةً في المراحل النهائية. وهذا يُفسر لماذا تستغرق بطاريات الليثيوم أيون القديمة وقتًا طويلاً في الشحن؟ ولماذا ترى أوقات شحن أطول حتى مع انخفاض سعة البطارية.
في مجموعات البطاريات، قد يؤدي عدم تناسق الخلايا الناتج عن الشيخوخة غير المنتظمة وفقدان السعة إلى إطالة مدة الشحن. تصل بعض الخلايا إلى حدود جهدها القصوى مبكرًا، مما يحد من إجمالي استهلاك الشحن ويضعف أداء البطارية. هذا التأثير بالغ الأهمية في تطبيقات مثل الأجهزة الطبية, الروبوتات, انظمة حماية, بنية التحتية, الالكترونيات الاستهلاكيةو صناعي المعدات، حيث تكون عمر البطارية الموثوق به أمرًا ضروريًا.
ملحوظة: تساعدك مراقبة تلاشي القدرة والمقاومة الداخلية على التخطيط لجداول الصيانة والاستبدال، مما يضمن الأداء الأمثل للبطارية وسلامتها.
إذا كنت تريد تحسين حزم البطارية لديك وإطالة عمر البطارية، فكر في استشارة خبرائنا للحصول على حلول مخصصة للبطاريات.
الجزء الثاني: وقت الشحن وعمر البطارية
2.1 مراحل الشحن
عند شحن بطارية ليثيوم أيون، تتم العملية على مرحلتين رئيسيتين: تيار مستمر (CC) وجهد مستمر (CV). في مرحلة التيار المستمر، تتلقى البطارية تيارًا ثابتًا حتى تصل إلى جهد محدد، عادةً 4.2 فولت لكل خليةمع تقدم عمر البطارية، يُلاحظ أن الوقت المستغرق في مرحلة الشحن المستمر (CC) يقصر لأن البطارية تصل إلى حد جهدها بشكل أسرع. ثم تتولى مرحلة الشحن المستمر (CV) زمام الأمور، حيث يبقى الجهد ثابتًا ويتناقص التيار تدريجيًا. يزيد التقدم في العمر من المقاومة الداخلية، لذا تطول مرحلة الشحن المستمر (CV) بشكل كبير، حتى مع انخفاض سعة البطارية. يتضح هذا التغير في وقت الشحن في كل من الاختبارات المعملية ومجموعات البطاريات الفعلية.
مرحلة الشحن | سلوك البطارية الجديد | سلوك البطارية القديمة |
|---|---|---|
تيار مستمر (CC) | مدة طويلة، وقبول شحن عالي | مدة أقصر، وقبول رسوم أقل |
الجهد الثابت (CV) | مرحلة المتابعة القصيرة | مرحلة لاحقة مطولة، وانخفاض تيار أبطأ |
يمكنك أن ترى أنه مع تقدم عمر البطاريات، تهيمن مرحلة السيرة الذاتية على إجمالي وقت الشحن، مما يجعل شحن بطاريات الليثيوم أيون أقل كفاءة.
2.2 التأثيرات على مجموعات البطاريات
في مجموعات البطاريات، لا يؤثر التقدم في العمر على جميع الخلايا بالتساوي. تفقد بعض الخلايا سعة البطارية بشكل أسرع، بينما تكتسب أخرى مقاومة أعلى. يؤدي هذا الخلل إلى وصول بعض الخلايا إلى حدود الجهد القصوى مبكرًا، مما يُجبر المجموعة بأكملها على إبطاء عملية الشحن. بالنسبة لمديري الأساطيل في قطاعات مثل الطب، والروبوتات، والأمن، والبنية التحتية، والإلكترونيات الاستهلاكية، والتطبيقات الصناعية، فإن إطالة وقت الشحن يعني انخفاضًا في وقت التشغيل وارتفاعًا في تكاليف الصيانة. يجب مراقبة هذه التغييرات للحفاظ على عمر البطارية وموثوقية النظام.
يزداد وقت الشحن مع تقدم عمر المزيد من الخلايا بشكل غير متساوٍ.
تتحول ملفات تعريف الجهد والتيار، مما يشير إلى نمو المقاومة الداخلية.
تتقلص سعة البطارية القابلة للاستخدام، مما يؤثر على الكفاءة التشغيلية.
2.3 التشخيص والشحن الذكي
تلعب التشخيصات المتقدمة دورًا محوريًا في إدارة شيخوخة البطارية. تستخدم أنظمة الشحن الذكية، مثل تلك التي طورتها شركة Cadex، خوارزميات لتحليل بيانات الجهد والتيار أثناء الشحن. تكتشف هذه الأنظمة انخفاضات الجهد غير الطبيعية وتتنبأ بالأعطال قبل أن تتسبب في أعطال. من خلال تكييف بروتوكولات الشحن مع حالة البطارية، يمكنك إطالة عمرها وتقليل وقت التوقف. تؤكد الدراسات العملية أن التحكم التكيفي والتنبؤ بالشبكات العصبية يُحسّنان إدارة صحة البطارية، خاصةً في أساطيل البطاريات الكبيرة.
إذا كنت تريد تحسين حزم البطارية لديك وإطالة عمر البطارية، ففكر في حلول بطاريات مخصصة تبدأ من Large Power.
ستواجه أوقات شحن أطول في البطاريات القديمة بسبب زيادة المقاومة الداخلية، وتراكم المواد الخاملة، وفقدان السعة. يوضح الجدول أدناه كيفية تأثير هذه العوامل على أداء البطارية:
معامل | معدل التفريغ 1C | معدل التفريغ 2C | معدل التفريغ 3C |
|---|---|---|---|
9.5% | 13.2% | 16.9% | |
زيادة المقاومة الداخلية | لا يوجد | لا يوجد | 27.7% |
فقدان سعة الكربون | لا يوجد | لا يوجد | 10.6% |
تتيح لك التشخيصات المتقدمة، مثل تحليل DV و IC باستخدام التعلم الآلي، مراقبة صحة البطارية بنسبة خطأ أقل من 2%تساعدك هذه الدقة على تحسين إدارة البطاريات، خاصةً مع أساطيل البطاريات الكبيرة. يتيح لك التعرّف على أنماط الشحن التنبؤ بعمر البطارية والحفاظ على كفاءتها التشغيلية. للحصول على حلول مخصصة للبطارية، استشر Large Power.
الأسئلة الشائعة
1. ما الذي يسبب زيادة وقت الشحن في مجموعة البطارية القديمة؟
ستلاحظ زيادة في وقت الشحن لأن كل بطارية في العبوة تُكوّن مقاومة داخلية أكبر وتتراكم فيها المواد الخاملة. هذا يُبطئ تدفق التيار ويُطيل عملية الشحن.
2. كيف يمكنك مراقبة صحة البطارية في مجموعات البطاريات الكبيرة؟
يمكنك استخدام أنظمة تشخيص وإدارة بطاريات متطورة. تتتبع هذه الأدوات مقاومة البطارية وسعتها وأنماط شحنها، مما يساعدك على تخطيط الصيانة والاستبدال بكفاءة.
3. لماذا يجب عليك الاختيار Large Power للحصول على حلول البطارية المخصصة؟
Large Power تقدم حلول بطاريات مخصصة للتطبيقات الطبية والروبوتية والأمنية والبنية التحتية والإلكترونيات الاستهلاكية والتطبيقات الصناعية.
للحصول على استشارة مخصصة بشأن البطارية، تفضل بزيارة Large Power.
