في الوقت الحاضر، يزداد استخدام بطاريات الليثيوم في مختلف الأجهزة الرقمية، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية وكاميرات الفيديو الرقمية. كما أن لها آفاقًا واسعة في السيارات ومحطات الاتصالات المتنقلة ومحطات تخزين الطاقة. في هذه الحالة، لم يعد استخدام البطاريات يقتصر على الهواتف المحمولة فحسب، بل أصبح أكثر انتشارًا في شكل مجموعات بطاريات متصلة على التوالي أو بالتوازي.
لا ترتبط سعة وعمر حزمة البطاريات بكل بطارية على حدة فحسب، بل ترتبط أيضًا بثباتها. فضعف الثبات يؤثر سلبًا على أداء حزمة البطاريات. ويُعد ثبات التفريغ الذاتي عاملًا مهمًا من العوامل المؤثرة. فالبطارية ذات التفريغ الذاتي غير المنتظم ستلاحظ فرقًا كبيرًا في نسبة الشحن في الحالة (SOC) بعد فترة تخزين، مما يؤثر بشكل كبير على سعتها وسلامتها.
لماذا يحدث التفريغ الذاتي؟
عند فتح البطارية، لا يحدث التفاعل المذكور أعلاه، ولكن الطاقة ستنخفض، ويعود ذلك أساسًا إلى التفريغ الذاتي للبطارية. الأسباب الرئيسية للتفريغ الذاتي هي:
أ. تسرب الإلكترون الداخلي الناجم عن التوصيل الإلكتروني المحلي للإلكتروليت أو الدوائر القصيرة الداخلية الأخرى.
ب. تسرب كهربائي خارجي بسبب سوء عزل أختام أو حشوات البطارية أو عدم كفاية المقاومة بين أغلفة الرصاص الخارجية (الموصلات الخارجية، الرطوبة).
ج. تفاعلات الأقطاب الكهربائية/الإلكتروليتات، مثل تآكل الأنود أو اختزال الكاثود بسبب الشوائب في الإلكتروليتات.
د. التحلل الجزئي للمادة الفعالة في القطب الكهربائي.
هـ. تخميل الأقطاب الكهربائية بسبب نواتج التحلل (المواد غير القابلة للذوبان والغازات الممتصة).
و. التآكل الميكانيكي للقطب أو زيادة المقاومة بين القطب ومجمع التيار.
تأثير التفريغ الذاتي
يؤدي التفريغ الذاتي إلى انخفاض السعة أثناء التخزين.هناك العديد من المشاكل النموذجية الناجمة عن التفريغ الذاتي المفرط:
1. تم إيقاف السيارة لفترة طويلة جدًا ولا يمكن تشغيلها؛
2. قبل وضع البطارية في التخزين، يكون الجهد والأشياء الأخرى طبيعية، ويجد أن الجهد منخفض أو حتى صفر عند شحنها؛
3. في الصيف، إذا تم وضع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على السيارة، فمن الواضح أن الطاقة أو وقت الاستخدام سيكون غير كافٍ بعد فترة من الوقت، حتى مع انتفاخ البطارية
يؤدي التفريغ الذاتي إلى زيادة اختلافات SOC بين البطاريات وانخفاض سعة حزمة البطارية
بسبب عدم انتظام تفريغ البطارية ذاتيًا، يختلف مستوى شحن البطارية في حزمة البطاريات بعد التخزين، مما يؤدي إلى انخفاض أدائها. غالبًا ما يواجه العملاء مشكلة انخفاض الأداء بعد استلام حزمة بطاريات مخزنة لفترة من الوقت. عندما يصل فرق مستوى الشحن إلى حوالي ٢٠٪،تبلغ سعة البطارية المجمعة 60% إلى 70% فقط.
كيفية حل مشكلة اختلافات SOC الكبيرة الناجمة عن التفريغ الذاتي؟
ببساطة، كل ما نحتاجه هو موازنة طاقة البطارية ونقل طاقة خلية الجهد العالي إلى خلية الجهد المنخفض. تتوفر حاليًا طريقتان: الموازنة السلبية والموازنة النشطة.
المعادلة السلبية هي توصيل مقاوم موازنة على التوازي بكل خلية بطارية. عند وصول الخلية إلى جهد زائد مُسبقًا، يُمكن شحن البطارية وشحن بطاريات أخرى منخفضة الجهد. كفاءة هذه الطريقة في المعادلة ليست عالية، والطاقة المفقودة تُفقد على شكل حرارة. يجب إجراء المعادلة في وضع الشحن، ويتراوح تيار المعادلة عادةً بين 30 و100 مللي أمبير.
المعادل النشطعادةً ما تُوازن البطارية بنقل الطاقة، وتنقل طاقة الخلايا ذات الجهد العالي إلى خلايا أخرى ذات جهد منخفض. تتميز هذه الطريقة بكفاءة عالية، ويمكنها تحقيق التوازن في حالتي الشحن والتفريغ. تيار التوازن فيها أكبر بعشرات المرات من تيار التوازن السلبي، ويتراوح عادةً بين 1 أمبير و10 أمبير.
وقت النشر: ١٧ يونيو ٢٠٢٣
