تُستخدم بطاريات الليثيوم حاليًا على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الرقمية، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية وكاميرات الفيديو الرقمية. كما أنها تتمتع بآفاق واعدة في السيارات ومحطات الاتصالات المتنقلة ومحطات تخزين الطاقة. وفي هذا السياق، لم يعد استخدام البطاريات يقتصر على الهواتف المحمولة، بل أصبح يتم توصيلها على التوالي أو التوازي.
لا ترتبط سعة وعمر حزمة البطاريات بكل بطارية على حدة فحسب، بل ترتبط أيضًا بتناسق أداء البطاريات فيما بينها. فضعف التناسق يُؤثر سلبًا على أداء حزمة البطاريات. ويُعدّ تناسق معدل التفريغ الذاتي أحد أهم العوامل المؤثرة. فالبطارية التي تُفرغ شحنتها ذاتيًا بشكل غير متناسق ستُظهر تباينًا كبيرًا في حالة الشحن بعد فترة تخزين، مما يُؤثر بشكل كبير على سعتها وسلامتها.
لماذا يحدث التفريغ الذاتي؟
عند فتح البطارية، لا يحدث التفاعل المذكور أعلاه، ولكن الطاقة ستنخفض مع ذلك، ويعود السبب الرئيسي إلى التفريغ الذاتي للبطارية. أهم أسباب التفريغ الذاتي هي:
أ. تسرب الإلكترونات الداخلي الناتج عن التوصيل الإلكتروني الموضعي للإلكتروليت أو الدوائر القصيرة الداخلية الأخرى.
ب. التسرب الكهربائي الخارجي بسبب ضعف عزل أختام البطارية أو الحشيات أو عدم كفاية المقاومة بين أغلفة الرصاص الخارجية (الموصلات الخارجية، الرطوبة).
ج. تفاعلات القطب/الإلكتروليت، مثل تآكل الأنود أو اختزال الكاثود بسبب شوائب الإلكتروليت.
د. التحلل الجزئي للمادة الفعالة للإلكترود.
هـ. تخميل الأقطاب الكهربائية بسبب منتجات التحلل (المواد غير القابلة للذوبان والغازات الممتصة).
و. يكون القطب الكهربائي متآكلاً ميكانيكياً أو تزداد المقاومة بين القطب الكهربائي وجامع التيار.
تأثير التصريف الذاتي
يؤدي التفريغ الذاتي إلى انخفاض السعة أثناء التخزين.عدة مشاكل نموذجية ناتجة عن الإفراط في التبول اللاإرادي:
1. تم ركن السيارة لفترة طويلة جدًا ولا يمكن تشغيلها؛
2. قبل وضع البطارية في التخزين، يكون الجهد الكهربائي والأمور الأخرى طبيعية، ولكن يتبين أن الجهد الكهربائي منخفض أو حتى معدوم عند شحنها؛
3. في فصل الصيف، إذا تم وضع جهاز تحديد المواقع العالمي (GPS) في السيارة، فسيكون مستوى الطاقة أو مدة الاستخدام غير كافية بشكل واضح بعد فترة من الزمن، حتى مع امتلاء البطارية.
يؤدي التفريغ الذاتي إلى زيادة الفروقات في حالة الشحن بين البطاريات وانخفاض سعة حزمة البطارية
بسبب عدم انتظام عملية التفريغ الذاتي للبطارية، يختلف مستوى شحنها (SOC) داخل حزمة البطاريات بعد التخزين، مما يؤدي إلى انخفاض أدائها. غالبًا ما يلاحظ العملاء مشكلة تدهور الأداء بعد استلام حزمة بطاريات مخزنة لفترة من الزمن. عندما يصل فرق مستوى الشحن إلى حوالي 20%، تبلغ سعة البطارية المجمعة 60٪ ~ 70٪ فقط.
كيف يمكن حل مشكلة الاختلافات الكبيرة في حالة الشحن الناتجة عن التفريغ الذاتي؟
ببساطة، نحتاج فقط إلى موازنة طاقة البطارية ونقل طاقة الخلية ذات الجهد العالي إلى الخلية ذات الجهد المنخفض. توجد حاليًا طريقتان: الموازنة السلبية والموازنة النشطة.
تعتمد معادلة الجهد السلبي على توصيل مقاومة موازنة بالتوازي مع كل خلية من خلايا البطارية. فعندما تصل إحدى الخلايا إلى جهد زائد مسبقًا، يمكن شحن البطارية وشحن بطاريات أخرى ذات جهد منخفض. إلا أن كفاءة هذه الطريقة ليست عالية، وتُفقد الطاقة على شكل حرارة. يجب إجراء المعادلة أثناء الشحن، ويتراوح تيار المعادلة عادةً بين 30 و100 مللي أمبير.
معادل الصوت النشطتعمل هذه الطريقة عمومًا على موازنة البطارية عن طريق نقل الطاقة، حيث تنقل طاقة الخلايا ذات الجهد الزائد إلى الخلايا ذات الجهد المنخفض. تتميز هذه الطريقة بكفاءة عالية، ويمكن تطبيقها في حالتي الشحن والتفريغ. ويبلغ تيار الموازنة فيها أضعاف تيار الموازنة السلبي، ويتراوح عادةً بين 1 و10 أمبير.
تاريخ النشر: 17 يونيو 2023
