تم تسجيل التجارب الأولى لإنشاء خلايا الليثيوم الكلفانية في عام 1012. تم إنشاء نموذج عملي حقًا في عام 1940، وظهرت نسخ الإنتاج الأولى (غير القابلة لإعادة الشحن!) في السبعينيات، وبدأت المسيرة المظفرة لهذا النوع من البطاريات في أوائل التسعينيات، عندما تمكنت شركة Sony اليابانية من إتقان إنتاجها التجاري إنتاج.

يُعتقد حاليًا أن هذا هو أحد أكثر المجالات الواعدة لإنشاء مصادر طاقة كهربائية مستقلة، على الرغم من تكلفتها المرتفعة (عند المستوى الحالي).

الميزة الرئيسية لهذا النوع من البطاريات هي كثافة الطاقة العالية (حوالي 100 واط/ساعة لكل 1 كجم من الوزن) والقدرة على أداء دورة شحن/تفريغ كبيرة.

تتميز البطاريات التي تم إنشاؤها حديثًا أيضًا بمؤشر ممتاز مثل معدل التفريغ الذاتي المنخفض (فقط من 3 إلى 5٪ في الشهر الأول، مع انخفاض لاحق في هذا المؤشر). وهذا يسمح ل

وهذا ليس كل شيء - فبالمقارنة مع Ni-Cd المستخدم على نطاق واسع، توفر الدائرة الجديدة بنفس الأبعاد أداءً أكبر بثلاث مرات دون أي تأثير سلبي على الذاكرة تقريبًا.

الخصائص السلبية

بطاريات الليثيوم أيون.

بادئ ذي بدء، التكلفة العالية، والحاجة إلى إبقاء البطارية في حالة مشحونة وما يسمى "تأثير الشيخوخة"، والذي يتجلى حتى عندما لا تكون الخلية الكلفانية قيد الاستخدام. تتجلى الخاصية الأخيرة غير السارة في انخفاض مستمر في السعة، والذي يمكن أن يؤدي بعد عامين إلى فشل كامل للمنتج.

حاليًا، تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الليثيوم بوليمر (ليثيوم بوليمر) على نطاق واسع.

والفرق بينهما هو المنحل بالكهرباء. في الخيار الأول، يتم استخدام الهيليوم، في الثانية - بوليمر مشبع بمحلول يحتوي على الليثيوم. اليوم، وبفضل شعبية السيارات ذات المحركات الكهربائية، هناك سؤال ملح حول العثور على النوع المثالي من بطارية الليثيوم أيون الأمثل لهذه المركبات.

وتتكون، مثل البطاريات الأخرى، من الأنود (الكربون المسامي) والكاثود (الليثيوم)، ويفصل بينهما فاصل وموصل - المنحل بالكهرباء. وتصاحب عملية التفريغ انتقال أيونات "الأنود" إلى الكاثود من خلال فاصل وكهارل. يتم عكس اتجاههم أثناء الشحن (الصورة أدناه).

تدور الأيونات أثناء عملية تفريغ وشحن الخلية بين الأقطاب الكهربائية المشحونة بشكل معاكس.

تحتوي البطاريات الأيونية على كاثود مصنوع من معادن مختلفة، وهذا هو الفرق الرئيسي بينها. يستخدم المصنعون مواد مختلفة للأقطاب الكهربائية لتحسين خصائص البطاريات.

ولكن يحدث أن التحسن في بعض الخصائص يؤدي إلى تدهور حاد في خصائص أخرى. على سبيل المثال، من خلال تحسين السعة اللازمة لزيادة وقت السفر، يمكنك زيادة الطاقة والسلامة وتقليل التأثير السلبي على البيئة. في الوقت نفسه، يمكنك تقليل الحمل الحالي، وزيادة تكلفة أو حجم البطارية.

يمكنك التعرف على المعلمات الرئيسية لأنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم (الليثيوم والمنغنيز والليثيوم والكوبالت والليثيوم الفوسفات والنيكل والمنغنيز والكوبالت) في الجدول:

قواعد مستخدمي النقل الكهربائي

لا تتناقص سعة هذه البطاريات عمليا أثناء التخزين على المدى الطويل. يتم تفريغ بطاريات الليثيوم أيون بنسبة 23% فقط إذا تم تخزينها في درجة حرارة 60 درجة لمدة 15 عامًا. وبفضل هذه الخصائص يتم استخدامها على نطاق واسع في تقنيات النقل الكهربائي.

تعتبر بطاريات الليثيوم أيون التي تحتوي على نظام تحكم كامل مدمج في الجسم مناسبة للنقل الكهربائي.

لهذا السبب، أثناء التشغيل، ينسى المستخدمون القواعد الأساسية التي يمكنها إطالة عمر الخدمة:

• ويجب شحن البطارية بالكامل فور شرائها من المتجر، حيث يتم شحن الأقطاب الكهربائية بنسبة 50% أثناء عملية الإنتاج. وبالتالي فإن السعة المتاحة ستنخفض، أي. وقت التشغيل إذا لم يكن هناك شحن أولي؛
• لا ينبغي السماح للبطارية بالتفريغ بالكامل من أجل الحفاظ على مواردها؛
• يجب شحن البطارية بعد كل رحلة، حتى لو كان لا يزال هناك بعض الشحن؛
• لا تقم بتسخين البطاريات، لأن درجات الحرارة المرتفعة تساهم في عملية الشيخوخة. من أجل تحقيق أقصى استفادة من المورد، يجب أن يتم التشغيل عند درجة الحرارة المثلى، وهي 20-25 درجة. ولذلك، لا يمكن تخزين البطارية بالقرب من مصدر الحرارة؛
• في الطقس البارد، يوصى بتغليف البطارية في كيس بلاستيكي مزود بختم مفرغ من الهواء لتخزينها في درجة حرارة 3-4 درجات، أي. في غرفة غير مدفأة. يجب أن تكون الرسوم 50% على الأقل من التكلفة الكاملة؛
• بعد استخدام البطارية في درجات حرارة تحت الصفر، لا يمكن شحنها دون إبقائها في درجة حرارة الغرفة لبعض الوقت، أي أنها تحتاج إلى التسخين؛
• يجب شحن البطارية باستخدام الشاحن المرفق في المجموعة.

هناك عدة أنواع فرعية من PU لهذه البطاريات - الليثيوم - LiFePO4 (الحديد - الفوسفات)، باستخدام كاثود فوسفات الحديد. خصائصها تسمح لنا بالحديث عن البطاريات باعتبارها قمة التكنولوجيا المستخدمة لإنتاج البطاريات.

مزاياها الرئيسية هي:

• عدد دورات الشحن والتفريغ والتي تصل إلى 5000 دورة حتى تنخفض السعة بنسبة 20%؛
• عمر خدمة طويل
• لا يوجد "تأثير الذاكرة"؛
• نطاق درجة حرارة واسع مع خصائص أداء غير متغيرة (300-700 درجة مئوية)؛
• الاستقرار الكيميائي والحراري، وزيادة السلامة.

البطاريات الأكثر استخدامًا على نطاق واسع

ومن بين العديد منها، الأكثر شيوعًا بطاريات الليثيوم أيون بحجم 18650، التي تنتجها خمس شركات: إل جي، وسوني، وباناسونيك، وسامسونج، وسانيو، والتي تقع مصانعها في اليابان والصين وماليزيا وكوريا الجنوبية. وكان من المخطط أن يتم استخدام 18650 بطارية ليثيوم أيون في أجهزة الكمبيوتر المحمولة. ومع ذلك، وبفضل تنسيقها الناجح، يتم استخدامها في النماذج التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو، والسيارات الكهربائية، والمصابيح الكهربائية، وما إلى ذلك.

مثل أي منتج عالي الجودة، تحتوي هذه البطاريات على العديد من المنتجات المقلدة، لذلك، من أجل إطالة عمر الجهاز، تحتاج إلى شراء البطاريات فقط من العلامات التجارية المعروفة.

بطاريات الليثيوم أيون المحمية وغير المحمية

ومن المهم أيضًا بالنسبة لبطاريات الليثيوم ما إذا كانت محمية أم لا. نطاق التشغيل الأول هو 4.2-2.5 فولت (يستخدم في الأجهزة المصممة للعمل مع مصادر أيونات الليثيوم): مصابيح LED، الأجهزة المنزلية منخفضة الطاقة، إلخ.

تستخدم الأدوات الكهربائية والدراجات ذات المحركات الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ومعدات الفيديو والتصوير الفوتوغرافي بطاريات غير محمية يتم التحكم فيها بواسطة وحدة تحكم.

ما الذي تريد معرفته عن بطاريات الليثيوم أيون؟

بادئ ذي بدء، القيود التي يجب مراعاتها أثناء التشغيل:

• لا يمكن أن يكون جهد إعادة الشحن (الحد الأقصى) أعلى من 4.35 فولت؛
• لا يمكن أن تقل قيمته الدنيا عن 2.3 فولت؛
• يجب ألا يتجاوز تيار التفريغ أكثر من ضعف قيمة السعة. إذا كانت قيمة الأخير 2200 مللي أمبير، فإن القيمة الحالية القصوى هي 4400 مللي أمبير.

الوظائف التي تؤديها وحدة التحكم

لماذا تحتاج إلى وحدة تحكم شحن بطارية ليثيوم أيون؟ ينفذ عدة وظائف:

• يوفر تيارًا يعوض التفريغ الذاتي. قيمته أقل من الحد الأقصى لتيار الشحن، ولكن أكبر من تيار التفريغ الذاتي؛
• تنفيذ خوارزمية دورة الشحن/التفريغ الفعالة لبطارية معينة؛
• يعوض الفرق في تدفقات الطاقة مع شحن الطاقة وتوفيرها للمستهلك في نفس الوقت. على سبيل المثال، عند شحن جهاز كمبيوتر محمول وتشغيله؛
• يقيس درجة الحرارة عند ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاض حرارة الجسم، مما يمنع تلف البطارية.

يتم تصنيع وحدة التحكم في شحن بطارية الليثيوم أيون إما على شكل دائرة كهربائية دقيقة مدمجة في البطارية أو كجهاز منفصل.

لشحن البطاريات، من الأفضل استخدام الشاحن القياسي لبطاريات ليثيوم أيون 18650 المتوفرة في المجموعة. عادةً ما يحتوي شاحن بطاريات الليثيوم 18650 على مؤشر لمستوى الشحن. في أغلب الأحيان يكون مؤشر LED هو الذي يوضح متى تكون عملية الشحن قيد التقدم ومتى تنتهي.

على الأجهزة الأكثر تقدمًا، يمكنك تتبع الوقت المتبقي حتى نهاية الشحن والجهد الحالي على الشاشة. بالنسبة لبطارية 18650 بسعة 2200 مللي أمبير، فإن وقت الشحن هو ساعتين.

ولكن، من المهم معرفة التيار المطلوب لشحن بطارية ليثيوم أيون بقوة 18650، ويجب أن يكون نصف سعتها الاسمية، أي إذا كانت 2000 مللي أمبير، فإن التيار الأمثل هو 1 أمبير. من خلال شحن البطارية بتيار عالٍ، يحدث تدهورها بسرعة. إذا كنت تستخدم تيارًا منخفضًا، فسيستغرق الأمر وقتًا أطول.

فيديو: كيفية شحن شاحن بطارية ليثيوم أيون بيديك

رسم تخطيطي لجهاز لشحن البطاريات

تبدو هكذا:

تتميز الدائرة بموثوقيتها وقابليتها للتكرار، كما أن الأجزاء المتضمنة فيها غير مكلفة ويمكن الوصول إليها بسهولة. لزيادة عمر البطارية، يلزم الشحن المناسب لبطاريات الليثيوم أيون: في نهاية الشحن، يجب أن ينخفض ​​الجهد.

بعد الانتهاء منه، أي. عندما يصل التيار إلى الصفر، يجب أن يتوقف شحن بطارية الليثيوم أيون. تفي الدائرة المذكورة أعلاه بهذه المتطلبات: تستخدم البطارية الفارغة المتصلة بالشاحن (يضيء VD3) تيارًا قدره 300 مللي أمبير.

تتم الإشارة إلى العملية المستمرة بواسطة مؤشر LED المحترق VD1، ويشير انخفاض التيار تدريجيًا إلى 30 مللي أمبير إلى أن البطارية قيد الشحن. تتم الإشارة إلى نهاية العملية بواسطة إضاءة LED VD2.

تستخدم الدائرة مضخم تشغيلي LM358N (يمكنك استبداله بمكبر صوت تناظري KR1040UD1 أو KR574UD2، والذي يختلف في موقع المسامير)، بالإضافة إلى ترانزستور VT1 S8550 9 LEDs باللون الأصفر والأحمر والأخضر (1.5 فولت).

هل من الممكن إحياء البطارية؟

بعد بضع سنوات من الاستخدام النشط، تفقد البطاريات قدرتها بشكل كارثي، مما يخلق مشاكل عند استخدام جهازك المفضل. هل من الممكن وكيفية استعادة بطارية ليثيوم أيون بينما يبحث المستخدم عن بديل؟

من الممكن استعادة بطارية ليثيوم أيون مؤقتًا بعدة طرق.

إذا كانت البطارية منتفخة، على سبيل المثال. لم يعد يحمل شحنة، مما يعني تراكم الغازات في الداخل.

ثم تابع على النحو التالي:

• يتم فصل علبة البطارية بعناية عن المستشعر؛
• فصل المستشعر الإلكتروني
• يجدون غطاءًا به إلكترونيات تحكم تحته ويثقبونه بإبرة بعناية ؛
• ثم ابحث عن جسم مسطح ثقيل، مساحته أكبر من مساحة البطارية، والذي سيتم استخدامه كمكبس (لا تستخدم نائبًا أو أجهزة مماثلة)؛
• ضع البطارية على مستوى أفقي واضغط لأسفل بالضغط، وتذكر أن البطارية يمكن أن تتلف عند استخدام القوة المفرطة. إذا لم يكن ذلك كافيا، فقد لا تتحقق النتيجة. هذه هي اللحظة الأكثر أهمية.
• كل ما تبقى هو إسقاط راتنجات الإيبوكسي على الفتحة ولحام المستشعر.

هناك طرق أخرى يمكنك أن تقرأ عنها على الإنترنت.

يمكنك اختيار شاحن على الموقع http://18650.in.ua/chargers/.

فيديو: بطاريات الليثيوم أيون، نصائح لاستخدام بطاريات الليثيوم أيون

يتقدم التقدم للأمام، وتحل بطاريات الليثيوم بشكل متزايد محل بطاريات NiCd (النيكل والكادميوم) وNiMh (هيدريد معدن النيكل) المستخدمة تقليديًا.
مع وزن مماثل لعنصر واحد، يتمتع الليثيوم بقدرة أعلى، بالإضافة إلى أن جهد العنصر أعلى بثلاث مرات - 3.6 فولت لكل عنصر، بدلاً من 1.2 فولت.
بدأت تكلفة بطاريات الليثيوم تقترب من تكلفة البطاريات القلوية التقليدية، ووزنها وحجمها أصغر بكثير، بالإضافة إلى أنه من الممكن ويجب شحنها. تقول الشركة المصنعة أنها تستطيع تحمل 300-600 دورة.
هناك أحجام مختلفة واختيار المقاس المناسب ليس بالأمر الصعب.
التفريغ الذاتي منخفض جدًا لدرجة أنهم يظلون لسنوات ويظلون مشحونين، أي. يظل الجهاز قيد التشغيل عند الحاجة.

يشير "C" إلى السعة

غالبًا ما يتم العثور على تسمية مثل "xC". هذا مجرد تعيين مناسب لتيار الشحن أو التفريغ للبطارية مع حصص من سعتها. مشتقة من الكلمة الإنجليزية "Capacity" (القدرة، القدرة).
عندما يتحدثون عن الشحن بتيار 2C، أو 0.1C، فإنهم عادة ما يقصدون أن التيار يجب أن يكون (2 × سعة البطارية)/ساعة أو (0.1 × سعة البطارية)/ساعة، على التوالي.
على سبيل المثال، يجب شحن بطارية بسعة 720 مللي أمبير، والتي يبلغ تيار الشحن فيها 0.5 درجة مئوية، بتيار 0.5 × 720 مللي أمبير / ساعة = 360 مللي أمبير، وهذا ينطبق أيضًا على التفريغ.

يمكنك صنع شاحن بسيط أو غير بسيط بنفسك، حسب خبرتك وقدراتك.

مخطط الدائرة لشاحن LM317 بسيط

أرز. 5.

توفر دائرة التطبيق استقرارًا دقيقًا للجهد، والذي يتم ضبطه بواسطة مقياس الجهد R2.
لا يعد تثبيت التيار أمرًا بالغ الأهمية مثل تثبيت الجهد، لذلك يكفي تثبيت التيار باستخدام مقاوم التحويل Rx وترانزستور NPN (VT1).

يتم تحديد تيار الشحن المطلوب لبطارية ليثيوم أيون (Li-Ion) وبطارية ليثيوم بوليمر (Li-Pol) معينة عن طريق تغيير مقاومة Rx.
تتوافق المقاومة Rx تقريبًا مع النسبة التالية: 0.95/Imax.
تتوافق قيمة المقاوم Rx المشار إليها في الرسم البياني مع تيار قدره 200 مللي أمبير، وهذه قيمة تقريبية، وتعتمد أيضًا على الترانزستور.

من الضروري توفير مشعاع اعتمادًا على تيار الشحن وجهد الإدخال.
يجب أن يكون جهد الإدخال أعلى بمقدار 3 فولت على الأقل من جهد البطارية للتشغيل العادي للمثبت، وهو 7-9 فولت لبنك واحد.

مخطط الدائرة لشاحن بسيط على LTC4054

أرز. 6.

يمكنك إزالة وحدة التحكم بالشحن LTC4054 من هاتف محمول قديم، على سبيل المثال، Samsung (C100، C110، X100، E700، E800، E820، P100، P510).

أرز. 7. هذه الشريحة الصغيرة ذات 5 أرجل تحمل علامة "LTH7" أو "LTADY"

لن أخوض في أصغر تفاصيل العمل مع الدائرة المصغرة؛ كل شيء موجود في ورقة البيانات. سأصف فقط الميزات الأكثر أهمية.
تيار الشحن يصل إلى 800 مللي أمبير.
الجهد الأمثل للإمداد هو من 4.3 إلى 6 فولت.
إشارة الشحن.
حماية ماس كهربائى الناتج.
الحماية من الحرارة الزائدة (تقليل تيار الشحن عند درجات حرارة أعلى من 120 درجة).
لا يتم شحن البطارية عندما يكون جهدها أقل من 2.9 فولت.

يتم ضبط تيار الشحن بواسطة مقاوم بين الطرف الخامس للدائرة الدقيقة والأرض وفقًا للصيغة

أنا = 1000 / ر،
حيث I هي تيار الشحنة بالأمبير، R هي مقاومة المقاومة بالأوم.

مؤشر انخفاض بطارية الليثيوم

فيما يلي دائرة بسيطة تضيء مؤشر LED عندما تكون البطارية منخفضة ويكون الجهد المتبقي قريبًا من المستوى الحرج.

أرز. 8.

أي ترانزستورات منخفضة الطاقة. يتم تحديد جهد الإشعال LED بواسطة مقسم من المقاومات R2 و R3. من الأفضل توصيل الدائرة بعد وحدة الحماية حتى لا يستنزف مؤشر LED البطارية بالكامل.

فارق بسيط من المتانة

تدعي الشركة المصنعة عادةً 300 دورة، ولكن إذا قمت بشحن الليثيوم أقل بمقدار 0.1 فولت فقط، إلى 4.10 فولت، فإن عدد الدورات يزيد إلى 600 أو أكثر.

التشغيل والاحتياطات

من الآمن أن نقول إن بطاريات الليثيوم بوليمر هي أكثر البطاريات "حساسة" الموجودة، أي أنها تتطلب الامتثال الإلزامي للعديد من القواعد البسيطة ولكن الإلزامية، والتي قد يؤدي عدم الالتزام بها إلى حدوث مشكلة.
1. لا يسمح بالشحن إلى جهد يتجاوز 4.20 فولت لكل وعاء.
2. لا تقم بقصر دائرة البطارية.
3. لا يسمح بالتفريغ بتيارات تتجاوز سعة الحمولة أو تسخين البطارية فوق 60 درجة مئوية. 4. يعتبر التفريغ تحت جهد 3.00 فولت لكل وعاء ضارًا.
5. تسخين البطارية فوق 60 درجة مئوية مضر. 6. انخفاض ضغط البطارية ضار.
7. التخزين في حالة التفريغ ضار.

يؤدي عدم الامتثال للنقاط الثلاث الأولى إلى نشوب حريق، والباقي - إلى فقدان القدرة الكاملة أو الجزئية.

من خلال تجربة سنوات عديدة من الاستخدام، أستطيع أن أقول إن سعة البطاريات تتغير قليلاً، لكن المقاومة الداخلية تزداد وتبدأ البطارية في العمل لفترة أقل عند الاستهلاك الحالي العالي - ويبدو أن السعة قد انخفضت.
لهذا السبب، أقوم عادة بتثبيت حاوية أكبر، حيث تسمح أبعاد الجهاز، وحتى العلب القديمة التي يبلغ عمرها عشر سنوات تعمل بشكل جيد.

بالنسبة للتيارات غير العالية جدًا، فإن بطاريات الهاتف الخليوي القديمة مناسبة.

يمكنك الحصول على الكثير من بطاريات 18650 التي تعمل بشكل مثالي من بطارية الكمبيوتر المحمول القديمة.

أين يمكنني استخدام بطاريات الليثيوم؟

لقد قمت بتحويل مفك البراغي والمفك الكهربائي إلى الليثيوم منذ وقت طويل. لا أستخدم هذه الأدوات بانتظام. الآن، حتى بعد عام من عدم الاستخدام، فإنها تعمل دون إعادة الشحن!

أضع بطاريات صغيرة في ألعاب الأطفال والساعات وما إلى ذلك، حيث تم تركيب 2-3 خلايا "زر" من المصنع. عندما تكون هناك حاجة إلى 3 فولت بالضبط، أقوم بإضافة صمام ثنائي واحد على التوالي ويعمل بشكل صحيح.

أضعه في مشاعل LED.

بدلاً من جهاز Krona 9V الباهظ الثمن ومنخفض السعة، قمت بتثبيت علبتين في جهاز الاختبار ونسيت كل المشاكل والتكاليف الإضافية.

بشكل عام، أضعه حيثما أستطيع، بدلا من البطاريات.

أين يمكنني شراء الليثيوم والمرافق ذات الصلة

للبيع. ستجد على نفس الرابط وحدات الشحن وغيرها من العناصر المفيدة لمحبي الأعمال اليدوية.

عادة ما يكذب الصينيون بشأن السعة وهي أصغر مما هو مكتوب.

صادق سانيو 18650

بطاريات الليثيوم أيون ليست دقيقة مثل نظيراتها من هيدريد معدن النيكل، لكنها لا تزال بحاجة إلى بعض الرعاية. التمسك ب خمس قواعد بسيطة، لا يمكنك إطالة عمر بطاريات الليثيوم أيون فحسب، بل يمكنك أيضًا زيادة وقت تشغيل الأجهزة المحمولة دون إعادة الشحن.

لا تسمح بالتفريغ الكامل.لا تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على ما يسمى بتأثير الذاكرة، لذا يمكن، علاوة على ذلك، شحنها دون انتظار تفريغها إلى الصفر. تحسب العديد من الشركات المصنعة عمر بطارية الليثيوم أيون بعدد دورات التفريغ الكاملة (حتى 0٪). للحصول على بطاريات عالية الجودة هذا 400-600 دورات. لإطالة عمر بطارية الليثيوم أيون، قم بشحن هاتفك كثيرًا. على النحو الأمثل، بمجرد انخفاض شحن البطارية إلى أقل من 10-20 بالمائة، يمكنك شحن الهاتف. سيؤدي هذا إلى زيادة عدد دورات التفريغ ل 1000-1100 .
يصف الخبراء هذه العملية بمؤشر مثل عمق التفريغ. إذا تم تفريغ هاتفك إلى 20%، فإن عمق التفريغ هو 80%. يوضح الجدول أدناه اعتماد عدد دورات التفريغ لبطارية الليثيوم أيون على عمق التفريغ:

يتم التفريغ مرة واحدة كل 3 أشهر.يعد الشحن الكامل لفترة طويلة ضارًا لبطاريات الليثيوم أيون مثل التفريغ المستمر إلى الصفر.
نظرًا لعملية الشحن غير المستقرة للغاية (غالبًا ما نقوم بشحن الهاتف حسب الحاجة، وحيثما أمكن، من USB، من مقبس، من بطارية خارجية، وما إلى ذلك)، يوصي الخبراء بتفريغ البطارية بالكامل مرة كل 3 أشهر ثم شحنها يصل إلى 100% ويحتفظ به لمدة 8-12 ساعة. يساعد هذا في إعادة ضبط ما يسمى بإشارات البطارية العالية والمنخفضة. يمكنك قراءة المزيد عن هذا.

تخزين مشحونة جزئيا. تتراوح الحالة المثالية للتخزين طويل الأمد لبطارية الليثيوم أيون بين 30 و50 بالمائة عند درجة حرارة 15 درجة مئوية. إذا تركت البطارية مشحونة بالكامل، فسوف تنخفض قدرتها بشكل ملحوظ مع مرور الوقت. لكن البطارية، التي كانت تجمع الغبار على الرف لفترة طويلة، وتم تفريغها إلى الصفر، على الأرجح لم تعد على قيد الحياة - فقد حان الوقت لإرسالها لإعادة التدوير.
يوضح الجدول أدناه مقدار السعة المتبقية في بطارية ليثيوم أيون اعتمادًا على درجة حرارة التخزين ومستوى الشحن عند تخزينها لمدة عام واحد.

استخدم الشاحن الأصلي.قليل من الناس يعرفون أنه في معظم الحالات يتم بناء الشاحن مباشرة داخل الأجهزة المحمولة، ويقوم محول الشبكة الخارجي فقط بخفض الجهد وتصحيح تيار الشبكة الكهربائية المنزلية، أي أنه لا يؤثر بشكل مباشر على البطارية. بعض الأجهزة، مثل الكاميرات الرقمية، لا تحتوي على شاحن مدمج، وبالتالي يتم إدخال بطاريات الليثيوم أيون الخاصة بها في "شاحن" خارجي. هذا هو المكان الذي يمكن أن يؤثر فيه استخدام شاحن خارجي ذي جودة مشكوك فيها بدلاً من الشاحن الأصلي سلبًا على أداء البطارية.

تجنب ارتفاع درجة الحرارة.حسنًا، أسوأ عدو لبطاريات الليثيوم أيون هو ارتفاع درجة الحرارة - فهي لا تتحمل مطلقًا ارتفاع درجة الحرارة. لذلك، لا تعرض أجهزتك المحمولة لأشعة الشمس المباشرة أو تضعها بالقرب من مصادر الحرارة مثل السخانات الكهربائية. الحد الأقصى لدرجات الحرارة المسموح بها لاستخدام بطاريات الليثيوم أيون: من -40 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية

أيضا، يمكنك أن تنظر

إن السوق الاستهلاكية لبطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) ضخمة - حوالي 10 مليارات دولار، ولكنها مستقرة تمامًا، حيث يبلغ معدل نموها 2٪ فقط سنويًا. ماذا عن السيارات الكهربائية، تسأل؟ وفي الواقع، في السنوات المقبلة، وبسبب تطور السيارات الكهربائية، من المتوقع أن يصل معدل النمو السنوي لبطاريات الليثيوم أيون إلى 10%. من المثير للدهشة أن أكبر مجال نمو لسوق بطاريات Li-ion لا يزال يمثل "كل شيء آخر"، بدءًا من الهواتف المحمولة وحتى الرافعات الشوكية.

تميل التطبيقات "الأخرى" لبطاريات الليثيوم أيون إلى وجود شيء واحد مشترك - وهي أجهزة تعمل ببطاريات حمض الرصاص المختومة (SLA). هيمنت بطاريات الرصاص الحمضية على سوق الإلكترونيات منذ ما يقرب من 200 عام، ولكن تم استبدالها ببطاريات الليثيوم أيون منذ عدة سنوات. نظرًا لأن بطاريات الليثيوم أيون بدأت في كثير من الحالات في استبدال بطاريات الرصاص الحمضية (البطاريات)، فمن المفيد مقارنة هذين النوعين من أجهزة تخزين الطاقة، مع التركيز على الميزات التقنية الرئيسية والجدوى الاقتصادية لاستخدام Li-ion بدلاً من أجهزة SLA التقليدية .

تاريخ استخدام البطاريات القابلة لإعادة الشحن

كانت بطارية الرصاص الحمضية أول بطارية قابلة لإعادة الشحن، تم تطويرها للاستخدام التجاري في خمسينيات القرن التاسع عشر. على الرغم من عمرها المحترم إلى حد ما الذي يزيد عن 150 عامًا، إلا أنها لا تزال تُستخدم بنشاط في الأجهزة الحديثة. علاوة على ذلك، يتم استخدامها بنشاط في التطبيقات حيث يبدو من الممكن التعامل مع التقنيات الحديثة. تستخدم بعض الأجهزة الشائعة SKB بشكل نشط، مثل مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) أو عربات الجولف أو الرافعات الشوكية. والمثير للدهشة أن سوق بطاريات الرصاص الحمضية لا يزال ينمو في مجالات ومشاريع معينة.

جاء أول ابتكار مهم إلى حد ما في تكنولوجيا حمض الرصاص في السبعينيات، عندما تم اختراع SKB المختوم أو SKB الذي لا يحتاج إلى صيانة. يتألف هذا التحديث من ظهور صمامات خاصة لنزيف الغازات عند شحن/تفريغ البطاريات. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام الفاصل المبلل جعل من الممكن تشغيل البطارية في وضع مائل دون تسرب الإلكتروليت.

SKB، أو الإنجليزية. غالبًا ما يتم تصنيف اتفاقيات مستوى الخدمة حسب النوع أو التطبيق. حاليًا، النوعان الأكثر شيوعًا هما الجل، المعروف أيضًا باسم حمض الرصاص المنظم بالصمام (VRLA) والحصيرة الزجاجية الماصة AGM. تُستخدم بطاريات AGM في وحدات UPS الصغيرة وإضاءة الطوارئ وتطبيقات الكراسي المتحركة، بينما تم تصميم بطاريات VRLA لتطبيقات التنسيق الأكبر مثل الطاقة الاحتياطية لأبراج الترحيل الخلوية ومحاور الإنترنت والرافعات الشوكية. يمكن أيضًا تصنيف بطاريات الرصاص الحمضية وفقًا للمعايير التالية: السيارات (بادئ التشغيل أو SLI - التشغيل، الإضاءة، الإشعال)؛ الجر (الجر أو الدورة العميقة) ؛ ثابتة (إمدادات الطاقة غير المنقطعة). العيب الرئيسي لاتفاقيات مستوى الخدمة في جميع هذه التطبيقات هو دورة الحياة - إذا تم تفريغها بشكل متكرر، فإنها تتضرر بشدة.

من المثير للدهشة أن بطاريات الرصاص الحمضية كانت الرائدة بلا منازع في سوق البطاريات لعقود عديدة، حتى ظهور بطاريات الليثيوم أيون في الثمانينيات. بطارية الليثيوم أيون هي خلية قابلة لإعادة الشحن تنتقل فيها أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب أثناء التفريغ، والعكس أثناء الشحن. تستخدم بطاريات الليثيوم أيون مركبات الليثيوم المقحمة ولكنها لا تحتوي على معدن الليثيوم الذي يستخدم في البطاريات التي تستخدم لمرة واحدة.

تم اختراع بطارية الليثيوم أيون لأول مرة في السبعينيات. في الثمانينيات، تم طرح أول نسخة تجارية من البطارية المزودة بكاثود أكسيد الكوبالت في الأسواق. يتمتع هذا النوع من الأجهزة بقدرات وزن وقدرات أكبر بكثير مقارنة بالأنظمة القائمة على النيكل. غذت بطاريات الليثيوم أيون الجديدة نموًا هائلاً في سوق الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمول. في البداية، ونظرًا لمخاوف تتعلق بالسلامة، تم تقديم خيارات أكثر أمانًا تضمنت إضافات قائمة على النيكل والمنغنيز في مادة كاثود أكسيد الكوبالت، بالإضافة إلى الابتكارات في بناء الخلايا.

كانت خلايا أيون الليثيوم الأولى التي تم طرحها في السوق في علب صلبة من الألومنيوم أو الفولاذ، وكانت تأتي عادةً في عدد قليل من عوامل الشكل، إما أسطوانية أو موشورية (على شكل قرميد). ومع ذلك، مع توسع نطاق تطبيقات تكنولوجيا أيونات الليثيوم، بدأت أبعادها الإجمالية تتغير.

على سبيل المثال، يتم استخدام إصدارات أقل تكلفة من التكنولوجيا القديمة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. تُستخدم خلايا بوليمر الليثيوم الرقيقة اليوم في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة القابلة للارتداء. حاليًا، تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون في الأدوات الكهربائية والدراجات الكهربائية والأجهزة الأخرى. يبشر هذا الاختلاف باستبدال كامل لأجهزة الرصاص الحمضية في المزيد والمزيد من التطبيقات التي تهدف إلى تحسين الحجم الإجمالي وأداء الطاقة.

الميزات الكيميائية

تمنح أساسيات كيمياء الخلايا أجهزة الرصاص الحمضية وأيونات الليثيوم خصائص محددة ودرجات متفاوتة من الوظائف. فيما يلي بعض مزايا بطاريات الرصاص الحمضية التي جعلتها عنصرًا أساسيًا لعقود من الزمن والعيوب التي تؤدي الآن إلى استبدالها، بالإضافة إلى اعتبارات مماثلة لأجهزة الليثيوم أيون.

بطارية الرصاص الحمضية

• SKB بسيط وموثوق وغير مكلف. يمكن استخدامه على نطاق واسع من درجات الحرارة.
• يجب تخزين البطاريات في حالة الشحن (SoC) ولا يمكن شحنها بسرعة.
• SKBs ثقيلة. كثافة الطاقة الوزنية الخاصة بهم منخفضة جدًا.
• تتراوح دورة الحياة عادة من 200 إلى 300 تفريغ/شحنة، وهي دورة قصيرة جدًا.
• يسمح منحنى الشحن/التفريغ بقياسات SOC مع تحكم بسيط في الجهد.

بطارية ليثيوم أيون

• لديهم أقصى كثافة للطاقة من حيث الحجم والوزن.
• تتراوح دورة الحياة عادة بين 300 و500، ولكن يمكن أن تكون بالآلاف بالنسبة لخلايا فوسفات الليثيوم؛
• نطاق درجة حرارة التشغيل صغير جدًا؛
• تتوفر أحجام وأشكال مختلفة للخلايا وخيارات أخرى؛
• لا حاجة للصيانة. مستوى التفريغ الذاتي منخفض جدًا.
• مطلوب تنفيذ خطط السلامة التشغيلية. خوارزمية الشحن المعقدة.
• تتطلب قياسات شركة نفط الجنوب حلولاً معقدة بسبب عدم خطية منحنى الجهد.

إلكترونيات

من المهم فهم الفرق بين حزمة البطارية والبطارية القابلة لإعادة الشحن. الخلية هي المكون الرئيسي للحزمة. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن الحزمة أيضًا إلكترونيات وموصلات وغطاء. ويبين الشكل أعلاه أمثلة على هذه الأجهزة. يجب أن تحتوي بطارية الليثيوم أيون، على الأقل، على دوائر حماية وتحكم للخلايا، كما أن نظام استشعار الشاحن والجهد أكثر تعقيدًا بكثير من الأجهزة التي تحتوي على حمض الرصاص.

عند استخدام بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية، ستكون الاختلافات الرئيسية في الإلكترونيات كما يلي:

شاحن

يعد شحن بطارية الرصاص الحمضية أمرًا بسيطًا للغاية طالما تم استيفاء حدود معينة للجهد. تستخدم بطاريات الليثيوم أيون خوارزمية أكثر تعقيدًا، باستثناء العبوات المعتمدة على فوسفات الحديد. طريقة الشحن القياسية لهذه الأجهزة هي طريقة التيار المستمر/الجهد الثابت (CC/CV). يتضمن عملية شحن من خطوتين. في المرحلة الأولى، يتم الشحن بتيار مستمر. ويستمر هذا حتى يصل الجهد الكهربي في الخلية إلى حد معين، وبعد ذلك يظل الجهد ثابتًا، ويتناقص التيار بشكل كبير حتى يصل إلى قيمة القطع.

عد الرسوم والاتصالات

كما ذكرنا سابقًا، يمكن قياس شحنة SCB باستخدام قياسات جهد بسيطة. عند استخدام بطاريات الليثيوم أيون، من الضروري التحكم في مستوى شحن الخلايا، الأمر الذي يتطلب تنفيذ خوارزميات معقدة ودورات تعلم.

I 2 C هو بروتوكول الاتصال الأكثر شيوعًا والأكثر فعالية من حيث التكلفة المستخدم في بطاريات الليثيوم أيون، ولكن له قيود من حيث الحصانة من الضوضاء، وسلامة الإشارة عبر المسافة، وعرض النطاق الترددي الإجمالي. يعد SMBus (ناقل إدارة النظام)، أحد مشتقات I 2 C، شائعًا جدًا في البطاريات الأصغر حجمًا، ولكنه لا يتمتع حاليًا بأي دعم فعال للحزم عالية الطاقة أو الأكبر حجمًا. يعد CAN رائعًا للبيئات عالية الضوضاء أو التي تتطلب عمليات تشغيل طويلة، كما هو الحال في العديد من تطبيقات SKB، ولكنه مكلف للغاية.

البدائل المباشرة

يجب التأكيد على أن هناك الآن العديد من التنسيقات القياسية لبطاريات الرصاص الحمضية. على سبيل المثال - U1، وهو عامل الشكل القياسي المستخدم في تطبيقات الطاقة الاحتياطية للمعدات الطبية. أثبتت بطارية ليثيوم فوسفات الحديد أنها بديل جيد لحمض الرصاص. يتمتع فوسفات الحديد بدورة حياة ممتازة، وموصلية شحن جيدة، وأمان محسّن، ومقاومة منخفضة. تتوافق أيضًا جهود بطارية ليثيوم فوسفات الحديد بشكل جيد مع جهود بطارية الرصاص الحمضية (12 فولت و24 فولت)، مما يسمح باستخدام نفس أجهزة الشحن. تشتمل حزم برامج صيانة البطارية ومراقبتها على ميزات ذكية مثل تتبع الشحن وعداد دورة الشحن/التفريغ والمزيد.

تحتفظ بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد بقدرة 100% أثناء التخزين، على عكس بطاريات SKB، التي تفقد قدرتها على مدى عدة أشهر من التخزين. يقارن الشكل أعلاه بين المنتجين وأنواع التطورات التي تم إحرازها في الانتقال من SKB إلى Li-ion.

الاستنتاجات

هناك عدد قليل جدًا من البطاريات التي يمكنها تخزين قدر كبير من الطاقة مثل بطاريات الرصاص الحمضية، مما يجعل هذا النوع من البطاريات فعالاً من حيث التكلفة للعديد من الأجهزة عالية الطاقة. تنخفض أسعار تكنولوجيا أيونات الليثيوم باستمرار، بالإضافة إلى التحسينات المستمرة في بنيتها الكيميائية وأنظمة السلامة الخاصة بها، مما يجعلها منافسًا جديرًا لتكنولوجيا حمض الرصاص. يمكن أن تكون الأجهزة المستخدمة مختلفة تمامًا، بدءًا من أجهزة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة إلى السيارات الكهربائية والطائرات بدون طيار.