في عالم البطاريات، توجد بطاريات مزودة بدائرة مراقبة، وبطاريات بدونها. تُعتبر بطارية الليثيوم بطارية ذكية لاحتوائها على لوحة دائرة مطبوعة تتحكم في أدائها. أما بطارية الرصاص الحمضية القياسية المغلقة، فلا تحتوي على لوحة تحكم لتحسين أدائها.
في بطارية ليثيوم ذكيةهناك ثلاثة مستويات أساسية للتحكم. المستوى الأول هو موازنة بسيطة تُحسّن جهد الخلايا. المستوى الثاني هو وحدة دائرة الحماية (PCM) التي تحمي الخلايا من الجهد والتيارات العالية والمنخفضة أثناء الشحن والتفريغ. المستوى الثالث هو نظام إدارة البطارية (BMS). يتمتع نظام إدارة البطارية (BMS) بجميع إمكانيات وحدة دائرة التوازن ودائرة الحماية، بالإضافة إلى وظائف إضافية لتحسين أداء البطارية طوال عمرها الافتراضي (مثل مراقبة حالة الشحن وحالة البطارية).
دائرة موازنة الليثيوم
في البطارية المزودة بشريحة موازنة، تُوازن الشريحة ببساطة جهد كل خلية على حدة أثناء شحنها. تُعتبر البطارية متوازنة عندما تكون جميع جهدات الخلايا ضمن نطاق تسامح صغير. هناك نوعان من الموازنة: موازنة نشطة وموازنة سلبية. تتم الموازنة النشطة باستخدام خلايا ذات جهد عالٍ لشحن خلايا ذات جهد منخفض، مما يقلل فرق الجهد بين الخلايا حتى تتطابق جميع الخلايا تقريبًا وتُشحن البطارية بالكامل. أما الموازنة السلبية، المستخدمة في جميع بطاريات ليثيوم باور سونيك، فتتم عندما تحتوي كل خلية على مقاومة متوازية تُشغّل عندما يتجاوز جهد الخلية عتبة معينة. هذا يُخفّض تيار الشحن في الخلايا ذات الجهد العالي، مما يسمح للخلايا الأخرى باللحاق به.
لماذا يُعدّ توازن الخلايا أمرًا مهمًا؟ في بطاريات الليثيوم، بمجرد وصول الخلية ذات الجهد الأقل إلى جهد القطع، تُغلق البطارية بالكامل. قد يعني هذا أن بعض الخلايا لديها طاقة غير مستخدمة. وبالمثل، إذا لم تكن الخلايا متوازنة أثناء الشحن، فسيتوقف الشحن بمجرد وصول الخلية ذات الجهد الأعلى إلى جهد القطع، ولن تكون جميع الخلايا مشحونة بالكامل.
ما المشكلة في ذلك؟ إن الشحن والتفريغ المستمر لبطارية غير متوازنة سيؤدي إلى انخفاض سعتها بمرور الوقت. هذا يعني أيضًا أن بعض الخلايا ستكون مشحونة بالكامل، بينما لن تكون أخرى، مما قد يؤدي إلى عدم وصول البطارية إلى حالة الشحن الكاملة أبدًا.
النظرية هي أن جميع الخلايا المتوازنة تُفرّغ بنفس المعدل، وبالتالي تُفصل عند نفس الجهد. هذا ليس صحيحًا دائمًا، لذا فإن وجود شريحة موازنة يضمن توافق خلايا البطارية تمامًا عند الشحن، مما يحمي سعة البطارية ويضمن شحنها بالكامل.
وحدة دائرة حماية الليثيوم
تحتوي وحدة دائرة الحماية على دائرة توازن ودوائر إضافية تتحكم في معلمات البطارية من خلال حمايتها من الشحن الزائد والتفريغ الزائد. ويتم ذلك من خلال مراقبة التيار والجهد ودرجات الحرارة أثناء الشحن والتفريغ ومقارنتها بالحدود المحددة مسبقًا. إذا وصلت أي خلية من خلايا البطارية إلى أحد هذه الحدود، تُوقف البطارية الشحن أو التفريغ وفقًا لذلك حتى يتم استيفاء طريقة التحرير.
هناك عدة طرق لإعادة تشغيل الشحن أو التفريغ بعد فصل الحماية. الطريقة الأولى تعتمد على الوقت، حيث يحسب المؤقت لفترة قصيرة (مثلاً، 30 ثانية) ثم يُفصل الحماية. قد يختلف هذا المؤقت باختلاف نوع الحماية، وهو حماية أحادية المستوى.
الطريقة الثانية تعتمد على القيمة، حيث يجب أن تنخفض القيمة عن حد معين ليتم تحريرها. على سبيل المثال، يجب أن تنخفض جميع الفولتات إلى أقل من 3.6 فولت لكل خلية لتحرير الحماية من الشحن الزائد. يمكن أن يحدث هذا فورًا بعد استيفاء شرط التحرير. وقد يحدث أيضًا بعد فترة زمنية محددة مسبقًا. على سبيل المثال، يجب أن تنخفض جميع الفولتات إلى أقل من 3.6 فولت لكل خلية لحماية الشحن الزائد، ويجب أن تبقى أقل من هذا الحد لمدة 6 ثوانٍ قبل أن تُحرر وحدة التحكم في الطور (PCM) الحماية.
الطريقة الثالثة تعتمد على النشاط، حيث يجب اتخاذ إجراء لتحرير الحماية. على سبيل المثال، قد يكون هذا الإجراء إزالة الحمل أو تطبيق شحنة. وكما هو الحال في تحرير الحماية القائم على القيمة، قد يحدث هذا التحرير فورًا أو مؤقتًا. هذا يعني أنه يجب إزالة الحمل من البطارية لمدة 30 ثانية قبل تحرير الحماية. بالإضافة إلى التحرير الزمني والقيمة أو التحرير الزمني والنشاط، من المهم ملاحظة أن طرق التحرير هذه قد تحدث في مجموعات أخرى. على سبيل المثال، قد يحدث جهد تحرير التفريغ الزائد بمجرد انخفاض جهد الخلايا إلى أقل من 2.5 فولت، ولكن يلزم الشحن لمدة 10 ثوانٍ للوصول إلى هذا الجهد. يغطي هذا النوع من التحرير جميع أنواع التحرير الثلاثة.
نحن ندرك أن هناك العديد من العوامل التي تدخل في اختيار الأفضل بطارية ليثيوموخبراؤنا هنا لمساعدتك. إذا كانت لديك أي أسئلة إضافية حول اختيار البطارية المناسبة لتطبيقك، فلا تتردد في التواصل مع أحد خبرائنا اليوم.
وقت النشر: ٢٩ أبريل ٢٠٢٤
