الدليل النهائي للبطاريات

2023-06-07
الدليل النهائي للبطاريات

أصبحت البطاريات جزءًا مهمًا من حياتنا اليومية.إنها تعمل على تشغيل الأجهزة والتقنيات التي تشكل عالمنا ، من الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة.أنها توفر لنا راحة الطاقة المحمولة والقدرة على البقاء على اتصال ومنتج وصديق للبيئة.من الأهمية بمكان فهم الأنواع المختلفة من البطاريات وخصائصها وكيفية تحسين قدراتها من أجل تحقيق أقصى استفادة من استخدام الطاقة لدينا والمساهمة في مستقبل مستدام.في هذا الدليل الشامل ، سوف نتعمق في عالم البطاريات ، واستكشاف تاريخها ووظائفها والتطبيقات المتنوعة التي تعتمد عليها.دعنا نبدأ في هذه الرحلة لإلغاء تأمين قوة البطاريات وإلقاء الضوء على المسار نحو غد أكثر نشاطًا.

الدليل التالي مفيد للغاية ، لذا يرجى العثور على ما تريد أن تتعلمه من جدول المحتويات اعتمادًا على مستوى معرفة البطارية.بالطبع إذا كنت مبتدئًا ، فيرجى البدء في البداية.

نصيحة قبل القراءة: انقر مرة واحدة على مربع نص العنوان وسيتم توسيع النص التفصيلي ؛انقر مرة أخرى وسيتم إخفاء النص التفصيلي.

مقدمة

الأهمية والتطبيقات الواسعة للبطاريات.

تعتبر البطاريات مهمة للغاية في المجتمع الحديث وتستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات (مع تطوير التكنولوجيا ، ويتم تحويل المزيد والمزيد من الأجهزة إلى طاقة البطارية).أنها توفر حلول الطاقة المحمولة والمتجددة والطوارئ التي تدفع التنمية التكنولوجية واستخدام الطاقة المستدامة والتقدم في مجموعة واسعة من الصناعات.

Image 1


1. الأجهزة الإلكترونية المحمولة: مثل الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية.

2. مواصلات: تستخدم المركبات الكهربائية والهجينة البطاريات كجهاز تخزين الطاقة الأساسي.مع زيادة الطلب على الطاقة المتجددة وأنماط النقل الصديقة للبيئة ، تلعب البطاريات دورًا رئيسيًا في قيادة تنمية النقل المستدامة.

3. تخزين الطاقة المتجددة: تستخدم البطاريات على نطاق واسع لتخزين مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.من خلال تخزين الطاقة الكهربائية في البطاريات ، يمكنهم توفير إمدادات ثابتة من الكهرباء عندما لا تتوفر الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.

4. قوة الطوارئ: تلعب البطاريات دورًا مهمًا كمصدر للطاقة الاحتياطية في حالات الطوارئ.على سبيل المثال ، تتطلب أجهزة مثل الهواتف اللاسلكية والمشاعل وأضواء الطوارئ بطاريات لتوفير طاقة موثوقة.

5. معدات طبية: العديد من الأجهزة الطبية ، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب والتهوية الاصطناعية ، تستخدم البطاريات كمصدر للطاقة.يعد استقرار وموثوقية البطاريات أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل هذه الأجهزة الحرجة.

6. التطبيقات العسكرية: يتم استخدام البطاريات في مجموعة واسعة من التطبيقات العسكرية ، مثل معدات الاتصال العسكرية وأنظمة الملاحة والطائرات بدون طيار.يمكن أن توفر البطاريات إمدادات طاقة مستقلة وتعزيز القدرات القتالية في ساحة المعركة.

7. صناعي: يتم استخدام البطاريات في الصناعة لأنظمة البطاريات ومستلزمات طاقة الطوارئ وأجهزة الاستشعار اللاسلكية.أنها توفر إمدادات طاقة موثوقة وتضمن استمرارية وسلامة الإنتاج الصناعي.

نظرة عامة على المبادئ الأساسية وآليات العمل للبطاريات.

يكمن سحر البطاريات في قدرتها على تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.تضم البطارية قطبيين (إيجابيين وسلبيين) والكهارل.يعمل المنحل بالكهرباء كموصل للأيونات ، مما يتيح التفاعل الكيميائي بين الأقطاب الكهربائية.

Image 2


يعتمد المبدأ الأساسي للبطارية على ردود الفعل الكهروكيميائية.عند حدوث تفاعل كيميائي ، فإنه يولد تدفق الإلكترونات.في الحالة المشحونة ، تقوم البطارية بتخزين المواد الكيميائية بين الأقطاب الإيجابية والسلبية ، والتفاعل الكيميائي قابل للعكس.عندما يتم توصيل البطارية بدائرة خارجية ، يبدأ التفاعل الكيميائي ، مما يتسبب في أكسدة المادة الكيميائية في الطرف الإيجابي والكيميائي في الطرف السلبي لتقليل.نتيجة لذلك ، تتدفق الإلكترونات من الطرف السلبي إلى المحطة الإيجابية ، مما ينتج عنه تيار كهربائي.تستمر هذه العملية حتى يتم استنفاد المواد الكيميائية.

تستخدم أنواع مختلفة من البطاريات تفاعلات كيميائية مميزة لتوليد الكهرباء.على سبيل المثال ، النوع الأكثر شيوعًا من بطارية الليثيوم أيون: يتكون قطبها الإيجابي من مركب ليثيوم (مثل أكسيد الكوبالت أو فوسفات الحديد الليثيوم) ويتكون قطبها السلبي من مادة كربونية (مثل الجرافيت).في الحالة المشحونة ، يتم تضمين أيونات الليثيوم من القطب الإيجابي في المادة السلبية.أثناء التفريغ ، يتم إزالة أيونات الليثيوم من القطب السلبي والعودة إلى القطب الإيجابي ، وإطلاق الإلكترونات.

قيمة وجود دليل نهائي على البطاريات للقراء.

الدليل النهائي هو قيمة للقارئ لعدة أسباب:

1. لتوفير معلومات دقيقة: الإنترنت مليء بشظايا المعلومات والآراء المتضاربة.يوفر الدليل النهائي معلومات شاملة ودقيقة من خلال دمج مصادر موثوقة وجمعها لمساعدة القراء على الوصول بسرعة إلى المعرفة التي يحتاجونها وتجنب معلومات مضللة أو غير صحيحة.

2. وفر الوقت والجهد: غالبًا ما يتطلب البحث في الإنترنت عن مواضيع محددة وقتًا طويلاً للبحث عن موثوقية المعلومات والتحقق منها.يوفر الدليل النهائي الوقت والجهد من خلال الجمع بين المعلومات ذات الصلة حتى يتمكن القراء من العثور على جميع المعلومات التي يحتاجونها في مكان واحد.

3. حل التناقضات والارتباك: يقدم الإنترنت غالبًا إجابات مختلفة عن نفس السؤال أو التناقضات بين المعلومات.يساعد الدليل النهائي القراء على الهروب من الالتباس والحيرة من خلال توليف وجهات نظر مختلفة ومصادر موثوقة لإعطاء الإجابات الأكثر موثوقية.

4. تقديم التوجيه والمشورة: لا يوفر الدليل النهائي الحقائق والمعلومات فحسب ، بل يمكنه أيضًا تقديم إرشادات ونصيحة عملية.

أساسيات البطاريات

أنواع مختلفة من البطاريات: المبادئ والخصائص والتطبيقات.

فيما يلي بعض أنواع البطاريات الأكثر شيوعًا ، بما في ذلك مبادئها وخصائصها وتطبيقاتها.إذا كنت تريد المعلومات الأكثر شمولاً عن أنواع البطاريات ، فيمكنك أيضًا تخطي هذا القسم والانتقال مباشرة إلى "معظم أنواع البطارية والتطبيقات" أدناه.

بطاريات الرصاص الحمضية

Image 2


المبدأ: تستخدم بطاريات الحموضة الرصاص التفاعل الكيميائي بين الرصاص وثاني أكسيد الرصاص لإنتاج الطاقة الكهربائية.
الميزات: التكلفة المنخفضة ، والبادئة العالية وكثافة الطاقة ، ولكن كبيرة وثقيلة.
التطبيقات: بطاريات بداية السيارات ، UPS (مصدر طاقة غير متوقع) ، إلخ.

بطاريات لي أيون (ليثيوم أيون)

Image 2


المبدأ: تستخدم بطاريات الليثيوم أيون ترحيل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الإيجابية والسلبية لتخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها.
الميزات: كثافة الطاقة العالية ، الوزن الأخف وزنا وعمر دورة أطول.عالية الشحن وتفريغ كفاءة.
التطبيقات: الأجهزة المحمولة (مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر اللوحي) والأجهزة الإلكترونية المحمولة والسيارات الكهربائية.

بطاريات NICD (النيكل الكاديوم)

Image 2


المبدأ: تنتج بطاريات NICD طاقة كهربائية من خلال تفاعل كيميائي بين هيدروكسيد النيكل والكادميوم.
الميزات: إنتاج الطاقة العالي والحياة الطويلة ، ولكنها تحتوي على الكادميوم المعدني الثقيل الضار ، الذي له تأثير معين على البيئة.
التطبيقات: الكاميرات الرقمية والأدوات المحمولة والطائرات بدون طيار ، إلخ.

بطاريات هيدريد NIMH (النيكل المعدني)

Image 2


المبدأ: تستخدم بطاريات NIMH التفاعل الكيميائي بين النيكل والهيدروجين لتخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها.
الميزات: كثافة عالية الطاقة ، حياة طويلة ، لا تلوث وأداء أفضل في درجة الحرارة.
التطبيقات: المركبات الهجينة ، أنظمة تخزين الطاقة ، إلخ.

بطارية ليبو (بوليمر الليثيوم)

Image 2


المبدأ: تشبه بطارية بوليمر الليثيوم بطارية ليثيوم أيون ، ولكنها تستخدم بالكهرباء البوليمر الصلبة بدلاً من الإلكتروليت السائل.
الميزات: كثافة الطاقة العالية ، الوزن الأخف وزنا ، سلامة أفضل وانخفاض معدل التفريغ الذاتي.مناسبة للأجهزة الرقيقة.
التطبيقات: أجهزة الكمبيوتر المحمولة والساعات الذكية والأجهزة الطبية المحمولة وما إلى ذلك.

فيزياء معرفة البطاريات
الجهد (v):
يمثل الجهد الفرق الإمكاني الكهربائي بين نقطتين في الدائرة.يتم قياسه في فولت (V).عادة ما يتم الإشارة إلى الجهد عبر البطارية على أنه V_Batt.

تهمة (س):
يشير الشحن إلى كمية الشحن الكهربائي المخزّن في البطارية.يتم قياسه في coulombs (c) أو ampere-hours (AH).يتم تقديم العلاقة بين الشحن والقدرة من قبل: الشحن (ف) = السعة (ج) × الجهد (V)

السعة (ج):
تمثل السعة مقدار الشحن الذي يمكن أن يخزنه البطارية.يتم قياسه عادة في ساعات أمبير (AH) أو Milliampere-Hours (MAH).يتم تقديم العلاقة بين القدرة والشحن والطاقة بواسطة: الطاقة (هـ) = السعة (ج) × الجهد (V)

الطاقة (هـ):
الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل أو إمكانية أن يتسبب النظام في التسبب في تغييرات.في سياق البطاريات ، غالبًا ما يتم قياس الطاقة في ساعات واط (WH) أو joules (J).يتم تقديم العلاقة بين الطاقة والقدرة والشحن بواسطة: الطاقة (هـ) = شحنة (س) × الجهد (V)

السلطة (P):
تمثل الطاقة المعدل الذي يتم فيه تنفيذ العمل أو نقل الطاقة.تم قياسه في واتس (ث).يتم حساب الطاقة في الدائرة باستخدام الصيغة: الطاقة (P) = الجهد (V) × التيار (I)

توصيل سلسلة:
1. عندما يتم توصيل البطاريات في سلسلة ، فإن الجهد الكلي عبر الدائرة هو مجموع الفولتية للبطارية الفردية.التيار يبقى كما هو.
الجهد الكلي (v_total) = V1 + V2 + V3 + ...
2. عندما يتم توصيل البطاريات في سلسلة ، فإن السعة الإجمالية هي مجموع قدرات البطارية الفردية.وذلك لأن التيار يبقى كما هو ، لكن الجهد الكلي يزداد.
إجمالي السعة (C_TOTAL) = C1 + C2 + C3 + ...

اتصال موازية:
1. عندما يتم توصيل البطاريات بالتوازي ، يظل الجهد الكلي كما هو الحال في بطارية فردية ، في حين أن إجمالي التيار هو مجموع التيارات التي تتدفق عبر كل بطارية.
إجمالي التيار (i_total) = i1 + i2 + i3 + ...
2. عندما يتم توصيل البطاريات بالتوازي ، تكون السعة الإجمالية مساوية لسعة بطارية واحدة.وذلك لأن الجهد يبقى كما هو ، ولكن يزيد إجمالي التيار.
سعة إجمالية (C_TOTAL) = C1 = C2 = C3 = ...
شروط البطارية الشائعة والتعاريف.

1. قدرة البطارية: كمية الطاقة الكهربائية التي يمكن أن تخزنها البطارية ، والتي يتم التعبير عنها عادة في ساعات أمبير (AH) أو Milli-AMPS (MAH).

2. الجهد االكهربى: الفرق المحتمل أو الفرق الجهد للبطارية ، المعبر عنه في فولت V. وهو يمثل كمية الطاقة الكهربائية التي يمكن أن تخزنها البطارية.

3. خلية البطارية: خلية فردية في بطارية ، تحتوي على القطب الإيجابي ، القطب السلبي والكهرباء.

4. علبة بطاريات: كامل يتكون من عدة خلايا البطارية مجتمعة.عادة ما يتم توصيلها وإدارتها من خلال الموصلات ولوحات الدوائر والمكونات الأخرى.

5. توصيل سلسلة: خلايا بطارية متعددة متصلة بالتسلسل ، مع توصيل المحطة الإيجابية بالمحطة السلبية ، لزيادة الجهد الكلي.عند توصيلها في السلسلة ، يتم تثبيت الفولتية الخلية.

6. اتصال موازية: يربط خلايا البطارية المتعددة بالتسلسل ، مع توصيل المحطة الإيجابية بالمحطة السلبية ، لزيادة إجمالي القدرة الحالية والقدرة.عند التوصيل بالتوازي ، تتم إضافة قدرات خلايا البطارية معًا.

7. الشحن: تغذية الطاقة الكهربائية في البطارية من مصدر خارجي لاستعادة الطاقة الكيميائية المخزنة في البطارية.

8. التفريغ: إطلاق الطاقة الكهربائية من بطارية لاستخدامها في توفير المعدات الإلكترونية أو الدوائر.

9. دورة الشحن: يشير إلى عملية شحن وتفريغ كاملة.

10. كفاءة الشحن: النسبة بين الطاقة الكهربائية التي تمتصها البطارية والطاقة الكهربائية المخزنة بالفعل أثناء عملية الشحن.

11. التفريغ الذاتي: المعدل الذي تفقد فيه البطارية الطاقة من تلقاء نفسها عندما لا تكون قيد الاستخدام.

12. عمر البطارية: فترة عمر البطارية ، عادة ما يتم قياسها من حيث عدد دورات الشحن أو وقت الاستخدام.

13. عمر البطارية: مقدار الوقت الذي يمكن أن تستمر فيه البطارية في توفير الطاقة بعد شحن واحد.

14. شحن سريع: تقنية الشحن التي توفر الطاقة للبطارية بشكل أسرع لتقليل وقت الشحن.

15. نظام إدارة البطارية (BMS): نظام كهربائي يراقب ويتحكم في حالة البطارية وعملية الشحن والتفريغ ويحمي البطارية من الظروف الضارة مثل الشحن الزائد والرسوم المفرطة.

16. حياة دورة البطارية: عدد دورات الشحن التي يمكن أن يكملها البطارية ، وعادة ما يتم قياسها عن طريق الشحن والتفريغ إلى فقدان قدرة محددة مثل 80 ٪ من السعة الأصلية.

17. أقصى معدل رسوم: الحد الأقصى لمعدل الشحن الذي يمكن قبوله بأمان بواسطة البطارية ، معبراً عنه كنسبة من سعة الشحن.

18. أقصى معدل تفريغ: الحد الأقصى للمعدل الحالي الذي يمكن عنده تفريغ البطارية بأمان ، يتم التعبير عنه كنسبة للسعة الحالية.

19. دائرة حماية البطارية: جهاز أمان يستخدم لمراقبة حالة البطارية وفصل دائرة البطارية في حالة الإفراط في الشحن ، أو الإفراط في التهمة ، أو التيار الزائد ، أو درجة الحرارة ، وما إلى ذلك لمنع الضرر أو الخطر على البطارية.

20. قطبية البطارية: التمييز والتعريف بين المحطات الإيجابية والسلبية للبطارية ، عادة ما يشار إليها الرموز + و - أو العلامات.

21. إعادة تدوير البطارية: عملية التخلص من البطاريات المستخدمة من أجل استرداد المواد الخطرة الموجودة فيها وإعادة استخدام المواد القابلة لإعادة التدوير.

22. تفريغ عميق: حالة يتم فيها تفريغ البطارية إلى مستوى منخفض للغاية أو مستنفدة تمامًا.لا يوصى عادةً بالتفريغ العميق بشكل متكرر لتجنب الآثار السلبية على عمر البطارية.

23. إفرازات سريعة: تقنية التفريغ التي تصدر طاقة البطارية في تيار مرتفع لفترة قصيرة من الزمن.

24. فشل البطارية: حالة لا تستطيع فيها البطارية توفير قوة كافية أو الحفاظ على التشغيل العادي ، والتي يمكن أن تكون ناتجة عن أسباب مختلفة مثل الشيخوخة أو الضرر.

25. هارب الحراري : يشير إلى الارتفاع السريع الذي لا يمكن السيطرة عليه في درجة حرارة البطارية في ظل ظروف غير طبيعية ، مثل الشحن الزائد ، الشحن المفرط ، ارتفاع درجة الحرارة ، وما إلى ذلك ، مما قد يتسبب في انفجار البطارية أو تشير إلى النار.

26. أقطاب البطارية: الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية في البطارية ، والتي هي المكونات الرئيسية لتخزين وإطلاق الشحنة الكهربائية.

27. محطة تبديل البطارية: منشأة أو خدمة للاستبدال السريع للبطاريات في السيارات الكهربائية لتوفير نطاق أطول.

28. رد الفعل الكهروكيميائي: التفاعل الكيميائي الذي يحدث في البطارية لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية من خلال عملية الأكسدة والاختزال.

29. بالكهرباء: سائل موصل أو صلب يستخدم لنقل الأيونات بين الأقطاب الإيجابية والسلبية للبطارية لتسهيل التفاعل الكهروكيميائي.

30. شاحن: جهاز لنقل الطاقة الكهربائية إلى بطارية لاستعادة الطاقة الكيميائية المخزنة.

31. موازنة البطارية: عملية يتم من خلالها ضبط الشحن أو معدل التفريغ لكل خلية في حزمة بطارية لضمان موازنة الشحن بين الخلايا الفردية.

32. بطارية خارجية: وحدة بطارية قابلة للإزالة يمكن توصيلها بجهاز إلكتروني لتزويد الطاقة.

33. مؤشر شحن البطارية: مؤشر أو عرض يوضح حالة الشحن أو مستوى البطارية.

34. تأثير ذاكرة البطارية: ظاهرة تتناقص فيها قدرة البطارية تدريجياً مع تكرار دورات الشحن والتفريغ ، حيث تتذكر البطارية نطاقات الشحن والتفريغ الأصغر.

35. معاوقة: يشير إلى المقاومة الداخلية للبطارية ، والتي تؤثر على كفاءة تحويل الطاقة وأدائها.

36. حماية درجة الحرارة: وظيفة أو جهاز يراقب ويتحكم في درجة حرارة البطارية لمنع حدوث ارتفاع في درجة الحرارة إذا أصبحت درجة الحرارة مرتفعة للغاية.

37. حماية الجهد المنخفض: آلية الحماية التي تقطع الدائرة تلقائيًا لمنع الإفراط في التفريغ عندما ينخفض جهد البطارية إلى حد أقل من عتبة آمنة.

38. حماية مفرطة: آلية الحماية التي تقطع الدائرة تلقائيًا لمنع الشحن الزائد عندما تصل شحنة البطارية إلى عتبة الأمان.

39. تخزين البطارية: عملية الاحتفاظ بالبطارية في حالة غير مستخدمة لفترة طويلة من الزمن ، وغالبًا ما تتطلب تدابير مناسبة لتقليل تفريغ الذات وحماية البطارية.

40. نظام إدارة البطارية (BMS): نظام إلكتروني لمراقبة والتحكم في حالة وأداء حزمة البطارية ، بما في ذلك إدارة التيار والجهد ودرجة الحرارة وغيرها من المعلمات.

41. مؤشر مستوى البطارية: جهاز أو وظيفة تشير إلى مستوى الشحن المتبقي في البطارية ، وعادة ما يتم التعبير عنها كنسبة مئوية أو في عدة مراحل.

42. وقت الشحن: الوقت اللازم لإحضار بطارية من شحنة منخفضة إلى شحنة كاملة ، والتي تتأثر بقوة الشاحن وقدرة البطارية.

43. معامل درجة الحرارة: العلاقة بين أداء البطارية والتغيرات في درجة الحرارة ، والتي يمكن أن تؤثر على السعة والمقاومة الداخلية وخصائص الشحن/التفريغ للبطارية.

44. ضمان البطارية: ضمان الشركة المصنعة على أداء وجودة البطارية لفترة معينة من الزمن ، وعادة ما يتم التعبير عنها في أشهر أو سنوات.

45. محطة شحن: معدات أو منشأة تستخدم لتزويد السيارات الكهربائية أو غيرها من معدات البطارية للشحن.

46. اختبار البطارية: جهاز أو أداة تستخدم لقياس الجهد والقدرة والمقاومة الداخلية وغيرها من المعلمات للبطارية لتقييم صحتها وأدائها.

47. توازن نشط: تقنية إدارة البطارية التي تساوي الشحن في حزمة البطارية عن طريق التحكم في معدلات الشحن والتفريغ بين الخلايا الفردية.

48. التوازن السلبي: تقنية إدارة البطارية التي يتم فيها موازنة الشحن في حزمة البطارية عن طريق توصيل المقاومات أو تسرب الشحن ، وعادة ما يكون أقل كفاءة من التوازن النشط.

49. تغليف البطارية : العبوة الخارجية للبطارية ، وتستخدم لحماية الخلية ، وتوفير الدعم الهيكلي ومنع الدوائر القصيرة.

50. كثافة عالية الطاقة: الحد الأقصى للكمية من الطاقة الكهربائية التي يمكن للبطارية تخزينها لكل وحدة حجم أو وزن ، مما يشير إلى كفاءة تخزين الطاقة للبطارية.

51. انخفاض معدل تفريغ الذات: المعدل الذي تفقد فيه البطارية الطاقة الكهربائية من تلقاء نفسها بطيئة للغاية ويحافظ على حالة شحنة عالية عند تخزينها أو غير مستخدمة لفترة طويلة من الزمن.

52. استقطاب البطارية: يشير إلى التغير في المواد على سطح الأقطاب الكهربائية أثناء الشحن والتفريغ بسبب التفاعلات الكيميائية على الأقطاب الكهربائية.

53. تسرب البطارية المنحل بالكهرباء: حالة يتسرب فيها المنحل بالكهرباء في البطارية في البيئة الخارجية ، مما سيؤدي إلى تدهور أداء البطارية أو مشاكل السلامة الأخرى.

54. نظام تبريد البطارية: نظام يستخدم للتحكم في درجة حرارة البطارية ، إما من خلال تبديد الحرارة أو المروحة أو التبريد السائل للحفاظ على البطارية ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل المناسب.

55. نظام تسخين البطارية: نظام يستخدم لتوفير الحرارة للبطارية في بيئات درجة الحرارة المنخفضة لضمان التشغيل السليم للبطارية في درجات حرارة منخفضة.

56. بطارية ارتفاع معدل التفريغ: بطارية قادرة على توصيل الطاقة الكهربائية في تيار مرتفع للتطبيقات ذات المتطلبات العالية للطاقة مثل أدوات الطاقة والسيارات الكهربائية.

57. بطارية ثانوية: بطارية يمكن إعادة شحنها ، على عكس بطارية يمكن التخلص منها غير قابلة للشحن.

58. شاشة البطارية: جهاز أو نظام لمراقبة الحالة والجهد ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى للبطارية في الوقت الفعلي لتوفير المعلومات وحماية البطارية.

مبادئ عمل البطاريات

بناء البطارية: الأقطاب الكهربائية ، المنحل بالكهرباء ، والفاصل.
Image 1

1. الأقطاب الكهربائية: تنقسم الأقطاب في البطارية إلى قطب إيجابي وسلبي.القطب الإيجابي هو المكان الذي يحدث فيه تفاعل الأكسدة في البطارية والقطب السلبي هو حيث يحدث تفاعل الاختزال في البطارية.تتكون الأقطاب الإيجابية والسلبية من مواد موصلة ، وعادة ما يتم استخدام المعادن أو الكربون أو المركبات.ينتج الفرق في الإمكانات بين الأقطاب الإيجابية والسلبية جهد خلية البطارية.

2. بالكهرباء: المنحل بالكهرباء هو الوسيلة بين الأقطاب الكهربائية التي تسمح للتمرير بالمرور بين الأقطاب الكهربائية والحفاظ على توازن الشحن.يمكن أن يكون المنحل بالكهرباء في شكل سائل أو صلب أو هلام ، اعتمادًا على نوع الخلية.في الخلية السائلة ، عادة ما يكون المنحل بالكهرباء مركبًا أيونيًا يذوب في المحلول.

3. الحجاب الحاجز: الحجاب الحاجز هو حاجز مادي بين الأقطاب الإيجابية والسلبية ، مما يمنع تدفق الإلكترون المباشر ولكنه يسمح للأيونات بالمرور.تتمثل وظيفة الحجاب الحاجز في منع دائرة القصر للأقطاب الإيجابية والسلبية مع السماح للأيونات بالتحرك بحرية عبر المنحل بالكهرباء والحفاظ على توازن الشحن للخلية.عادة ما يكون الحجاب الحاجز من مادة البوليمرية أو مادة خزفية.

تعمل هذه المكونات معًا لتشكيل بنية خلية البطارية.

عمليات الشحن والتفريغ في البطاريات: التفاعلات الكيميائية والتدفق الحالي.

1. عملية التفريغ: عندما يتم تفريغ البطارية ، يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.أثناء التفريغ ، يحدث تفاعل الأكسدة في المحطة الإيجابية وتفاعل التخفيض في المحطة السلبية.التفاعلات الكيميائية تنتج الإلكترونات والأيونات.يطلق القطب الإيجابي الإلكترونات ، التي تتدفق عبر دائرة خارجية لإنتاج تيار كهربائي.يستقبل القطب السلبي الإلكترونات ، والتي تتحد مع أيونات لتشكيل مركبات.في الوقت نفسه ، تتحرك الأيونات عبر المنحل بالكهرباء ، مع الحفاظ على توازن الشحن للبطارية.

2.عملية الشحن: أثناء شحن البطارية ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية من أجل تخزين الطاقة.أثناء عملية الشحن ، يطبق مصدر طاقة خارجي جهدًا أماميًا ، مما تسبب في مرور التيار عبر البطارية.الجهد الإيجابي يعكس البطارية ويعكس التفاعل الكيميائي بين الأقطاب الإيجابية والسلبية.القطب الإيجابي يقبل الإلكترونات ويقوم القطب السلبي بإطلاقها.يخزن التفاعل الكيميائي الطاقة الكهربائية كطاقة محتملة كيميائية ، واستعادة البطارية إلى حالتها الأصلية.تتحرك الأيونات عبر المنحل بالكهرباء للحفاظ على توازن الشحن.

Image 2
جهد البطارية ، والسعة ، وكثافة الطاقة.

الجهد االكهربى:
الجهد هو مقياس لقوة الناتج الكهربائي للبطارية.وعادة ما يتم التعبير عنها في فولت.الفولتية الشائعة لخلايا البطارية هي كما يلي:

بطارية الليثيوم أيون (LI-ION): عمومًا 3.6 فولت إلى 3.7 فولت.ما هو أكثر خصوصية هو أن بطارية LIFEPO4 (فوسفات الحديد الليثيوم) هي 3.2 فولت.(جهد خلية واحدة)
بطارية النيكل-كاديميوم (NICD): 1.2 فولت (الجهد الخلية الواحدة).
نهيدريد Ickel-Metal (NIMH): 1.2 فولت (جهد خلية واحدة).
بطارية حمض الرصاص (حمض الرصاص): 2 فولت إلى 2.2 فولت (جهد خلية واحدة).تُستخدم بطاريات الحموضة الرصاص بشكل شائع في بدء السيارات وأنظمة تخزين الطاقة وغيرها من الحقول.
بطارية الزنك ألكالين (الزنك الكربون): 1.5 فولت (جهد خلية واحدة).تم العثور على هذا النوع من البطارية عادة في بطاريات القلوية ذات الاستخدام الواحد مثل بطاريات AA و AAA.

ما سبق هو الفولتية من البطاريات المختلفة ، ويمكننا أيضًا زيادة الجهد من خلال توصيلها في السلسلة.الأمثلة على النحو التالي:

ترتبط ثلاث بطاريات ليثيوم أيون في سلسلة من سلسلة حزمة بطارية ليثيوم أيون 11.1V (أي ما نسميه غالبًا حزمة بطارية ليثيوم أيون 12 فولت) ؛
يتم توصيل ثلاث بطاريات حمض الرصاص 2V في سلسلة للحصول على حزمة بطارية حمض 6 فولت ؛
يتم توصيل أربع بطاريات فوسفات الحديد من الليثيوم في سلسلة للحصول على حزمة بطارية فوسفات الحديد الليثيوم 12.8V (أي ما نسميه غالبًا حزمة بطارية فوسفات الحديد 12V)

سعة:
عند الحديث عن سعة البطارية ، يتم التعبير عنه غالبًا باستخدام وحدة ساعات أمبير (AH) أو Milliampere-Hit (MAH).سعة البطارية هي مقدار الشحن الذي يمكن أن تخزنه البطارية ويمكن فهمه أيضًا على أنه منتج التيار والوقت الذي يمكن أن توفره البطارية.فيما يلي بعض الأرقام المثال والطريقة التي تم وصفها:

بطارية 2000 مللي أمبير: هذا يعني أن البطارية تبلغ سعة 2000 مللي أمبير في الساعة.إذا كان الجهاز يرسم متوسطًا قدره 200 مللي أمهات (MA) في الساعة ، فيمكن أن توفر هذه البطارية من الناحية النظرية طاقة لمدة 10 ساعات (2000 مللي أمبير / 200 مللي أمتار = 10 ساعات).
بطارية 5AH: هذا يعني أن البطارية تبلغ سعة 5 ساعات أمبير.إذا كان الجهاز يستهلك متوسط تيار واحد من أمبير (أ) في الساعة ، فيمكن أن تعمل هذه البطارية نظريًا لمدة 5 ساعات (5AH / 1A = 5 ساعات).

يمكن توصيل حزم البطارية بالتوازي لإعطاء سعة متزايدة ، على سبيل المثال:
يمكن توصيل 2 بطاريات Li-ion من 12V-100AH بالتوازي للحصول على حزمة بطارية Li-ion من 12V-200AH.
2 بطاريات LIFEPO4 من 3.2V-10AH يمكن توصيلها بالتوازي للحصول على حزمة بطارية LIFEPO4 تبلغ 3.2V-20AH.

شاحن البطارية 1000mAh: هذا شاحن يمكنه شحن البطارية بمعدل 1000 مللي جينسيس (MA) في الساعة.إذا كان لديك بطارية 2000 مللي أمبير في الساعة ، فإن شحنها بهذا الشاحن سيستغرق نظريًا ساعتين (2000 مللي أمبير في الساعة / 1000ma = ساعتين) لشحنه بالكامل.

في الممارسة العملية ، قد ينحرف وقت استخدام البطارية المحسوب نظريًا بسبب تآكل البطارية وعوامل أخرى.

كثافة الطاقة:
كثافة الطاقة هي مقياس لكفاءة الطاقة المخزنة في البطارية.ويشير إلى كمية الطاقة التي يمكن تخزينها لكل وحدة حجم أو وزن وحدة البطارية.الوحدات الشائعة من كثافة الطاقة هي ساعة وات لكل كيلوغرام (WH/KG) أو ساعة Watt لكل لتر (WH/L).

بطارية الليثيوم أيون: تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بكثافة عالية للطاقة ، تتراوح عادة من 150 إلى 250 WH/kg.
بطارية NIMH: تتمتع بطاريات NIMH بكثافة طاقة أقل مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون.وهي تتراوح عادة من 60 إلى 120 WH/kg.
بطارية حمض الرصاص: تتمتع بطاريات حمض الرصاص بكثافة طاقة منخفضة نسبيًا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون.وهي تتراوح عادة من 30 إلى 50 واط/كغ.
بطارية الزنك والكربون: تتمتع بطاريات الزنك والكربون بكثافة طاقة أقل مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون.وهي تتراوح عادة من 25 إلى 40 WH/kg.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها مشكلات البطارية الشائعة

توصيات تخزين البطارية

يعد تخزين البطارية المناسب ضروريًا للحفاظ على صحة البطارية وإطالة عمره.فيما يلي بعض التوصيات لتخزين البطاريات:

درجة الحرارة: تخزين بطاريات في مكان بارد وجاف مع درجة حرارة بين 15 درجة مئوية و 25 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت و 77 درجة فهرنهايت).يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع معدل التفريغ الذاتي وتقصير مدة صلاحية البطارية.تجنب تعريض البطاريات للحرارة الشديدة أو البرد.

تجنب الرطوبة: الرطوبة يمكن أن تلحق الضرر بالبطاريات ، مما يؤدي إلى التآكل أو التسرب.احتفظ بالبطاريات بعيدًا عن البيئات الرطبة ، مثل الطوابق السفلية أو الحمامات.تأكد من أن منطقة التخزين جافة ومؤثرة جيدًا.

مستوى الشحن: قبل تخزين البطاريات لفترة طويلة ، من الأفضل ضمان شحنها جزئيًا.يوصي معظم الشركات المصنعة بمستوى رسوم من حوالي 40 ٪ إلى 60 ٪ للتخزين على المدى الطويل.يساعد هذا النطاق في منع الإفراط في التفريغ أو الشحن الزائد أثناء التخزين.

نوع البطارية: كيمياء البطارية المختلفة لها متطلبات تخزين محددة.فيما يلي بعض الإرشادات للأنواع الشائعة:

أ. البطاريات القلوية: بطاريات القلوية لها مدة صلاحية طويلة ويمكن تخزينها لعدة سنوات.فهي ليست قابلة لإعادة الشحن ولا ينبغي أن تتعرض لدرجات حرارة قصوى.

ب. بطاريات ليثيوم أيون: بطاريات لي أيون عادة ما تعمل على إلكترونيات محمولة.إذا كنت تخطط لتخزينها لفترة ممتدة ، فهدف إلى مستوى الشحن بين 40 ٪ و 60 ٪.تجنب تخزين بطاريات li-ion بشحنة كاملة أو تفريغها بالكامل.

ج. بطاريات حمض الرصاص: تستخدم عادة في المركبات وأنظمة الطاقة الاحتياطية.للتخزين على المدى الطويل ، حافظ على شحن بطاريات حمض الرصاص بالكامل.تحقق بانتظام من مستويات الإلكتروليت وارتفع مع الماء المقطر إذا لزم الأمر.

د. البطاريات المستندة إلى النيكل (NIMH و NICD): يجب تخزين بطاريات NIMH و NICD بتكلفة جزئية (حوالي 40 ٪).إذا تم تفريغها بالكامل قبل التخزين ، فقد يصابون بالاكتئاب الجهد ، مما يقلل من طاقتهم الإجمالية.

أرسل استفسارك اليوم