كيفية العثور على السعادة باستخدام بطاريات LiFePO4 (ليثيوم أيون).

أسعار بطاريات الليثيوم أيون يتغير ببطء من باهظ الثمن إلى حد ما لا يمكن تحمله، ونحن في BSLBATT نشهد زيادة مطردة في مبيعات هذا النوع من البطاريات. يبدو أن معظم المستخدمين يستخدمونها للعمل في المركبات الترفيهية، والعجلات الخامسة، والمعسكرات والمركبات المماثلة، بينما يذهب البعض إلى أنظمة ثابتة فعلية خارج الشبكة.

ستتحدث هذه المقالة عن فئة محددة من بطاريات الليثيوم أيون؛ فوسفات الليثيوم والحديد أو LiFePO4 في تركيبته الكيميائية، ويُختصر أيضًا ببطاريات LFP. هذه تختلف قليلاً عما لديك في هاتفك الخلوي وجهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك، وهي (في الغالب) بطاريات الليثيوم والكوبالت. تتمثل ميزة LFP في أنها أكثر استقرارًا وليست عرضة للاحتراق الذاتي. هذا لا يعني أن البطارية لا يمكن أن تحترق في حالة حدوث ضرر: هناك قدر كبير من الطاقة المخزنة في البطارية المشحونة وفي حالة التفريغ غير المخطط له، يمكن أن تصبح النتائج مثيرة جدًا بسرعة كبيرة! LFP أيضًا يدوم لفترة أطول مقارنةً بكوبالت الليثيوم، وهو أكثر استقرارًا في درجة الحرارة. من بين جميع تقنيات بطاريات الليثيوم المختلفة المتوفرة، فإن هذا يجعل LFP هو الأنسب لتطبيقات الدورة العميقة!

سنفترض أن البطارية تحتوي على نظام BMS أو نظام إدارة البطارية، كما هو الحال مع جميع بطاريات LFP تقريبًا التي يتم بيعها كحزمة 12/24/48 فولت. يعتني نظام إدارة المباني (BMS) بحماية البطارية؛ يقوم بفصل البطارية عند تفريغها، أو التهديد بالشحن الزائد. يعتني نظام إدارة المباني (BMS) أيضًا بالحد من تيارات الشحن والتفريغ، ويراقب درجة حرارة الخلية (ويحد من الشحن/التفريغ إذا لزم الأمر)، وسيعمل معظمها على موازنة الخلايا في كل مرة يتم فيها الشحن الكامل (فكر في الموازنة كإحضار جميع الخلايا داخل حزمة البطارية إلى نفس حالة الشحن، على غرار معادلة بطارية الرصاص الحمضية). إلا إذا كنت تحب العيش على الحافة، فلا تشتري بطارية بدون نظام إدارة المباني (BMS)!

ما يلي أدناه هو المعرفة المستمدة من قراءة عدد كبير من مقالات الويب وصفحات المدونات والمنشورات العلمية والمناقشة مع الشركات المصنعة لـ LFP. كن حذرًا بشأن ما تعتقده، فهناك الكثير من المعلومات الخاطئة! في حين أن ما نكتبه هنا لا يُقصد به بأي حال من الأحوال أن يكون الدليل النهائي لبطاريات LFP، إلا أن أملنا هو أن تتخطى هذه المقالة البراز البقري وتقدم إرشادات قوية لتحقيق أقصى استفادة من بطاريات الليثيوم أيون الخاصة بك.

لماذا ليثيوم أيون؟

لقد أوضحنا في مقالتنا حول بطارية الرصاص الحمضية كيف أن كعب أخيل لتلك الكيمياء يكمن في الشحن الجزئي لفترة طويلة جدًا. من السهل جدًا الاستيلاء على بنك بطاريات الرصاص الحمضية باهظ الثمن في مجرد أشهر من خلال تركه مشحونًا جزئيًا. هذا مختلف تمامًا بالنسبة إلى LFP! يمكنك ترك بطاريات الليثيوم أيون مشحونة جزئيًا إلى الأبد دون تلف. في الواقع، تفضل LFP البقاء بشحن جزئي بدلاً من أن تكون ممتلئة أو فارغة تمامًا، ولطول العمر، من الأفضل تدوير البطارية أو تركها بشحن جزئي.

لكن انتظر! هناك المزيد!

تعتبر بطاريات الليثيوم أيون بمثابة الكأس المقدسة للبطاريات: مع معلمات الشحن الصحيحة، يمكنك أن تنسى تقريبًا وجود بطارية. لا يوجد صيانة. سوف يعتني نظام إدارة المباني (BMS) بالأمر، ويمكنك ركوب الدراجة بسعادة!

لكن انتظر! لا يزال هناك المزيد! (أي تشابه مع بعض الإعلانات التجارية هو من قبيل الصدفة البحتة، وبصراحة، نحن مستاؤون من هذا الاقتراح!)…

يمكن أن تدوم بطاريات LFP أيضًا لفترة طويلة جدًا. ملكنا بطاريات BSLBATT LFP تم تصنيفها بـ 3000 دورة، بدورة شحن/تفريغ كاملة بنسبة 100%. إذا فعلت ذلك كل يوم، فستقضي أكثر من 8 سنوات من ركوب الدراجات! إنها تدوم لفترة أطول عند استخدامها في دورات أقل من 100%، في الواقع، من أجل التبسيط، يمكنك استخدام علاقة خطية: دورات التفريغ بنسبة 50% تعني ضعف الدورات، ودورات التفريغ بنسبة 33%، ويمكنك توقع ثلاثة أضعاف الدورات بشكل معقول.

لكن انتظر! لا يزال هناك المزيد!…

تزن بطارية LiFePO4 أيضًا أقل من نصف بطارية الرصاص الحمضية ذات السعة المماثلة. يمكنه التعامل مع تيارات الشحن الكبيرة (100% من تصنيف Ah لا يمثل مشكلة، جرب ذلك مع حمض الرصاص!) 3% شهرياً أو أقل).

تغيير حجم بنك البطارية لـ LFP

لقد أشرنا إلى هذا أعلاه: تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بقدرة قابلة للاستخدام بنسبة 100%، في حين تصل سعة حمض الرصاص إلى 80%. وهذا يعني أنه يمكنك جعل حجم بنك البطاريات LFP أصغر من حجم بنك الرصاص الحمضي، مع الاحتفاظ به كما هو من الناحية الوظيفية. تشير الأرقام إلى أن حجم LFP يمكن أن يصل إلى 80% من حجم أمبير/ساعة من حمض الرصاص. هناك المزيد لهذا بالرغم من ذلك.

من أجل طول العمر، لا ينبغي أن تكون بنوك بطاريات الرصاص الحمضية ذات حجم حيث ترى بانتظام أن التفريغ أقل من 50٪ SOC. مع LFP لا توجد مشكلة! تعد كفاءة الطاقة ذهابًا وإيابًا لـ LFP أفضل قليلاً من حمض الرصاص أيضًا، مما يعني أن هناك حاجة إلى طاقة أقل لملء الخزان بعد مستوى معين من التفريغ. ويؤدي ذلك إلى استعادة أسرع بنسبة 100%، في حين أن لدينا بالفعل بنكًا أصغر للبطاريات، مما يعزز هذا التأثير بشكل أكبر.

خلاصة القول هي أننا سنكون مرتاحين لتحديد حجم بنك بطاريات الليثيوم أيون بنسبة 75٪ من حجم بنك الرصاص الحمضي المكافئ، ونتوقع نفس الأداء (أو أفضل!). بما في ذلك أيام الشتاء المظلمة عندما تكون الشمس قليلة.

لكن انتظر دقيقة!

هل يعتبر الليثيوم أيون هو الحل لجميع مشاكل البطاريات لدينا؟ حسنًا، ليس تمامًا...

بطاريات LFP أيضًا لها حدودها. أحد أهم هذه العوامل هو درجة الحرارة: لا يمكنك شحن بطارية ليثيوم أيون تحت درجة التجمد، أو الصفر المئوي. لا يمكن لحمض الرصاص أن يهتم كثيرًا بهذا الأمر. لا يزال بإمكانك تفريغ البطارية (مع فقدان مؤقت للسعة)، ولكن لن يتم الشحن. يجب أن يحرص نظام إدارة المباني (BMS) على منع الشحن عند درجات حرارة متجمدة، وتجنب حدوث أضرار عرضية.

تعتبر درجة الحرارة أيضًا مشكلة في النهاية العليا. السبب الأكبر لشيخوخة البطاريات هو الاستخدام أو حتى مجرد تخزينها في درجات حرارة عالية. ما يصل إلى حوالي 30 درجة مئوية، لا توجد مشكلة. حتى 45 درجة مئوية لا تفرض عقوبة كبيرة. أي شيء أعلى يؤدي بالفعل إلى تسريع عملية الشيخوخة وفي نهاية المطاف نهاية البطارية. يتضمن ذلك تخزين البطارية في حالة عدم تدويرها. سنتحدث عن هذا بمزيد من التفصيل لاحقًا عند مناقشة كيفية فشل بطاريات LFP.

هناك مشكلة خفية يمكن أن تظهر عند استخدام مصادر الشحن التي يحتمل أن توفر جهدًا عاليًا: عندما تكون البطارية ممتلئة، سيرتفع الجهد ما لم يتوقف مصدر الشحن عن الشحن. إذا ارتفع بما فيه الكفاية فإن نظام BMS سيحمي البطارية ويفصلها، مما يترك مصدر الشحن هذا في الارتفاع أكثر! يمكن أن يكون هذا مشكلة مع منظمات الجهد الكهربي (السيئة) لمولد السيارة، والتي تحتاج دائمًا إلى رؤية الحمل وإلا سيرتفع الجهد وستطلق الثنائيات دخانها السحري. يمكن أن يكون هذا أيضًا مشكلة مع توربينات الرياح الصغيرة التي تعتمد على البطارية لإبقائها تحت السيطرة. يمكنهم الهروب عندما تختفي البطارية.

ثم هناك سعر الشراء الأولي الحاد للغاية!

لكننا نراهن أنك لا تزال تريد واحدة!…

كيف تعمل بطارية LiFePO4؟

يُشار إلى بطاريات الليثيوم أيون على أنها نوع من بطاريات "الكرسي الهزاز": فهي تنقل الأيونات، في هذه الحالة، أيونات الليثيوم، من القطب السالب إلى القطب الموجب عند التفريغ، والعودة مرة أخرى عند الشحن. الرسم على اليمين يوضح ما يحدث في الداخل. الكرات الحمراء الصغيرة هي أيونات الليثيوم، التي تتحرك ذهابًا وإيابًا بين الأقطاب الكهربائية السالبة والموجبة. على الجانب الأيسر يوجد القطب الموجب، المصنوع من فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4). من المفترض أن يساعد هذا في تفسير اسم هذا النوع من البطاريات! تشكل أيونات الحديد والفوسفات شبكة تحبس أيونات الليثيوم بشكل غير محكم. عندما يتم شحن الخلية، يتم سحب أيونات الليثيوم عبر الغشاء في المنتصف، إلى القطب السالب على اليمين. يتكون الغشاء من نوع من البوليمر (البلاستيك)، مع وجود الكثير من المسام الصغيرة جدًا، مما يسهل على أيونات الليثيوم المرور عبره. على الجانب السلبي، نجد شبكة مصنوعة من ذرات الكربون، يمكنها حبس واحتجاز أيونات الليثيوم التي تعبر.

يؤدي تفريغ البطارية إلى نفس الشيء في الاتجاه المعاكس: فبينما تتدفق الإلكترونات بعيدًا عبر القطب السالب، تتحرك أيونات الليثيوم مرة أخرى، عبر الغشاء، عائدة إلى شبكة فوسفات الحديد. يتم تخزينها مرة أخرى على الجانب الإيجابي حتى يتم شحن البطارية مرة أخرى.

إذا كنت منتبهًا حقًا، فأنت تفهم الآن أن رسم البطارية على اليمين يُظهر بطارية LFP فارغة بالكامل تقريبًا. توجد جميع أيونات الليثيوم تقريبًا على جانب القطب الموجب. ستحتوي البطارية المشحونة بالكامل على أيونات الليثيوم المخزنة داخل كربون القطب السالب.

في العالم الحقيقي، يتم بناء خلايا أيون الليثيوم من طبقات رقيقة جدًا من رقائق الألومنيوم والبوليمر والنحاس بالتناوب، مع لصق المواد الكيميائية عليها. غالبًا ما يتم لفها مثل لفائف الجيلي، ووضعها في علبة فولاذية، مثل بطارية AA. بطاريات الليثيوم أيون 12 فولت التي تشتريها مصنوعة من العديد من تلك الخلايا، متصلة على التوالي وبالتوازي لزيادة الجهد وسعة الأمبير في الساعة. يبلغ جهد كل خلية حوالي 3.3 فولت، لذا فإن 4 منها على التوالي تنتج 13.2 فولت. هذا هو الجهد المناسب لاستبدال بطارية الرصاص الحمضية بقوة 12 فولت!

شحن بطارية LFP

لا تواجه معظم وحدات التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية مشكلة في شحن بطاريات الليثيوم أيون. الفولتية المطلوبة مشابهة جدًا لتلك المستخدمة في بطاريات AGM (نوع من بطاريات الرصاص الحمضية المختومة). يساعد نظام إدارة المباني (BMS) أيضًا، في التأكد من أن خلايا البطارية ترى الجهد الصحيح، ولا يتم شحنها بشكل زائد، أو تفريغها بشكل مفرط، فهو يوازن الخلايا ويضمن أن تكون درجة حرارة الخلية في حدود المعقول أثناء شحنها.

يوضح الرسم البياني أدناه ملفًا نموذجيًا لشحن بطارية LiFePO4. لتسهيل قراءة الفولتية، تم تحويلها إلى ما قد تراه حزمة بطارية 12 فولت LFP (4x جهد الخلية الواحدة).

يظهر في الرسم البياني معدل شحن قدره 0.5C، أو نصف سعة Ah، وبعبارة أخرى، بالنسبة لبطارية 100Ah، سيكون هذا معدل شحن قدره 50 أمبير. لن يتغير جهد الشحن (باللون الأحمر) كثيرًا بالنسبة لمعدلات الشحن الأعلى أو الأقل (باللون الأزرق)، وتتميز بطاريات LFP بمنحنى جهد مسطح جدًا.

يتم شحن بطاريات الليثيوم أيون على مرحلتين: أولاً، يتم الحفاظ على التيار ثابتًا، أو باستخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، مما يعني عمومًا أننا نحاول إرسال أكبر قدر ممكن من التيار إلى البطاريات بقدر ما هو متاح من الشمس. سوف يرتفع الجهد ببطء خلال هذا الوقت، حتى يصل إلى جهد "الامتصاص"، وهو 14.6 فولت في الرسم البياني أعلاه. بمجرد الوصول إلى الامتصاص، تكون البطارية ممتلئة بنسبة 90% تقريبًا، ولملء بقية الطريق، يظل الجهد ثابتًا بينما يتضاءل التيار ببطء. بمجرد انخفاض التيار إلى حوالي 5% - 10% من تصنيف Ah للبطارية، تصبح في حالة شحن 100%.

من نواحٍ عديدة، تكون بطارية الليثيوم أيون أسهل في الشحن من بطارية الرصاص الحمضية: طالما أن جهد الشحن مرتفع بما يكفي لتحريك الأيونات، فسيتم شحنها. لا تهتم بطاريات الليثيوم أيون إذا لم يتم شحنها بالكامل بنسبة 100%، في الواقع، فإنها تدوم لفترة أطول إذا لم يتم شحنها. لا يوجد كبريتات ولا معادلة، ووقت الامتصاص لا يهم حقًا، ولا يمكنك حقًا شحن البطارية بشكل زائد، ويهتم نظام إدارة المباني (BMS) بالحفاظ على الأشياء ضمن حدود معقولة.

إذن ما هو الجهد الكافي لتحريك تلك الأيونات؟ يُظهر القليل من التجارب أن 13.6 فولت (3.4 فولت لكل خلية) هي نقطة القطع؛ أقل من ذلك يحدث القليل جدًا، بينما فوق ذلك، ستمتلئ البطارية بنسبة 95٪ على الأقل مع مرور الوقت الكافي. عند 14.0 فولت (3.5 فولت لكل خلية)، يتم شحن البطارية بسهولة بنسبة تصل إلى 95+ بالمائة مع بضع ساعات من وقت الامتصاص ولجميع المقاصد والأغراض، لا يوجد فرق كبير في الشحن بين 14.0 فولت أو أعلى، فالأشياء تحدث بشكل أسرع قليلاً عند 14.2 فولت وما فوق.

السائبة/امتصاص الجهد

لتلخيص ذلك، فإن إعداد الحجم/الامتصاص بين 14.2 و14.6 فولت سيعمل بشكل رائع مع LiFePO4! ومن الممكن أيضًا خفض الجهد إلى حوالي 14.0 فولت، وذلك بمساعدة بعض وقت الامتصاص. من الممكن زيادة الفولتية قليلاً، وسيسمح نظام إدارة المباني (BMS) لمعظم البطاريات بحوالي 14.8 - 15.0 فولت قبل فصل البطارية. على الرغم من ذلك، لا توجد فائدة من الجهد العالي، بل هناك خطر أكبر للقطع بواسطة نظام إدارة المباني، وربما الضرر.

تعويم الجهد

لا تحتاج بطاريات LFP إلى التعويم. تتمتع وحدات التحكم بالشحن بهذا لأن بطاريات الرصاص الحمضية تتمتع بمعدل عالٍ من التفريغ الذاتي، مما يجعل من المنطقي الاستمرار في زيادة الشحن لإبقائها سعيدة. بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون، ليس من الرائع أن تظل البطارية في حالة شحن عالية باستمرار، لذا إذا لم تتمكن وحدة التحكم في الشحن الخاصة بك من تعطيل التعويم، فما عليك سوى ضبطها على جهد منخفض بدرجة كافية بحيث لا يحدث أي شحن فعلي. أي جهد يبلغ 13.6 فولت أو أقل سيفي بالغرض.

معادلة الجهد

مع عدم تشجيع شحن الفولتية التي تزيد عن 14.6 فولت، يجب أن يكون واضحًا أنه لا ينبغي إجراء أي معادلة لبطارية الليثيوم أيون! إذا تعذر تعطيل المعادل، فاضبطه على 14.6 فولت أو أقل، بحيث تصبح مجرد دورة امتصاص شحن عادية.

استيعاب الوقت

هناك الكثير مما يمكن قوله حول ضبط جهد الامتصاص على 14.4 فولت أو 14.6 فولت، ثم التوقف عن الشحن بمجرد وصول البطارية إلى هذا الجهد! باختصار، صفر (أو قصير) استيعاب الوقت. عند هذه النقطة، ستكون بطاريتك ممتلئة بنسبة 90% تقريبًا. ستكون بطاريات LiFePO4 أكثر سعادة على المدى الطويل عندما لا تظل عند مستوى 100% SOC لفترة طويلة جدًا، لذلك ستؤدي هذه الممارسة إلى إطالة عمر البطارية. إذا كان من الضروري أن يكون لديك 100% SOC في بطاريتك، فإن نظام الامتصاص سيفعل ذلك! يتم الوصول إلى ذلك رسميًا عندما ينخفض ​​تيار الشحن إلى 5% - 10% من تصنيف Ah للبطارية، أي 5 - 10 أمبير لبطارية 100 أمبير. إذا لم تتمكن من التوقف عن الامتصاص بناءً على التيار، فاضبط وقت الامتصاص على حوالي ساعتين واتركه يوميًا.

تعويض درجة الحرارة

بطاريات LiFePO4 لا تحتاج إلى تعويض درجة الحرارة! يرجى إيقاف تشغيل هذا في جهاز التحكم بالشحن الخاص بك، وإلا سينقطع جهد الشحن الخاص بك بشكل كبير عندما يكون الجو دافئًا أو باردًا جدًا.

تأكد من التحقق من إعدادات جهد وحدة التحكم بالشحن الخاصة بك مقابل تلك التي تم قياسها فعليًا باستخدام مقياس رقمي متعدد عالي الجودة! التغييرات الصغيرة في الجهد يمكن أن يكون لها تأثير كبير عند شحن بطارية ليثيوم أيون! قم بتغيير إعدادات الشحن وفقًا لذلك!

تفريغ بطارية LFP

على عكس بطاريات الرصاص الحمضية، يظل جهد بطارية الليثيوم أيون ثابتًا جدًا أثناء التفريغ. وهذا يجعل من الصعب التنبؤ بحالة الشحن من الجهد وحده. بالنسبة للبطارية ذات الحمل المعتدل، يبدو منحنى التفريغ كما يلي.

في معظم الأوقات أثناء التفريغ، سيكون جهد البطارية حوالي 13.2 فولت. إنه يختلف بمقدار 0.2 فولت فقط على طول الطريق من 99٪ إلى 30٪ SOC. منذ وقت ليس ببعيد، كانت فكرة سيئة جدًا أن تنخفض نسبة SOC إلى أقل من 20% لبطارية LiFePO4. لقد تغير ذلك، وسوف يتم تفريغ المحصول الحالي من بطاريات LFP بمرح على طول الطريق وصولاً إلى 0% للعديد من الدورات. ومع ذلك، هناك فائدة من ركوب الدراجات على عمق أقل. لا يقتصر الأمر على أن ركوب الدراجات إلى 30% SOC سوف يمنحك 1/3 دورات إضافية مقابل ركوب الدراجات إلى 0%، فمن المرجح أن تعيش بطاريتك لدورات أكثر من ذلك. حسنًا، من الصعب الحصول على أرقام ثابتة، ولكن يبدو أن ركوب الدراجات حتى 50% من SOC يُظهر حوالي 3 أضعاف عمر الدورة مقابل ركوب الدراجات 100%.

يوجد أدناه جدول يوضح جهد البطارية لحزمة بطارية 12 فولت مقابل عمق التفريغ. خذ قيم الجهد هذه بحذر، فإن منحنى التفريغ مسطح للغاية بحيث يصعب تحديد SOC من الجهد وحده. الاختلافات الصغيرة في الحمل ودقة مقياس الفولت ستؤدي إلى عدم القياس.

تخزين بطاريات الليثيوم أيون  

معدل التفريغ الذاتي المنخفض للغاية يجعل من السهل تخزين بطاريات LFP، حتى لفترات أطول. لا توجد مشكلة في تخزين بطارية ليثيوم أيون لمدة عام، فقط تأكد من وجود بعض الشحن فيها قبل تخزينها. لا بأس أن تتراوح نسبة ما بين 50% إلى 70%، مما يمنح البطارية وقتًا طويلاً جدًا قبل أن يؤدي التفريغ الذاتي إلى اقتراب الجهد من نقطة الخطر.

تخزين البطاريات تحت درجة التجمد أمر جيد، فهي لا تتجمد ولا تهتم كثيرًا بدرجة الحرارة. حاول تجنب تخزينها في درجات حرارة عالية (45 درجة مئوية وما فوق)، وحاول تجنب تخزينها بالكامل إن أمكن (أو شبه فارغة).

إذا كنت بحاجة إلى تخزين البطاريات لفترات أطول، فتأكد من فصل جميع الأسلاك عنها. وبهذه الطريقة لا يمكن أن يكون هناك أي أحمال طائشة تؤدي إلى تفريغ البطاريات ببطء.

نهاية بطاريات الليثيوم أيون الخاصة بك

نسمعك تلهث من الرعب. إن فكرة أن بنك بطارية LFP الثمين الخاص بك لم يعد يرسل الرعشات إلى أسفل عمودك الفقري! للأسف، كل الأشياء الجيدة يجب أن تنتهي في النهاية. ما نريد منعه هو نهاية النوع السابق لأوانه، ولكي نفعل ذلك علينا أن نفهم كيف تموت بطاريات الليثيوم أيون.

تعتبر الشركات المصنعة للبطاريات أن البطارية "ميتة" عندما تنخفض سعتها إلى 80% مما ينبغي أن تكون عليه. لذلك، بالنسبة لبطارية 100 أمبير، تنتهي نهايتها عندما تنخفض سعتها إلى 80 أمبير. هناك آليتان تعملان على نفاد بطاريتك: ركوب الدراجات والشيخوخة. في كل مرة تقوم فيها بتفريغ البطارية وإعادة شحنها، يحدث ضرر بسيط، وتفقد القليل من السعة. ولكن حتى لو وضعت بطاريتك الثمينة في ضريح جميل مغلق بالزجاج، بحيث لا يتم تدويرها أبدًا، فإنها ستنتهي. هذا الأخير يسمى حياة التقويم.

من الصعب العثور على بيانات ثابتة عن العمر الافتراضي لبطاريات LiFePO4، ولا يوجد سوى القليل جدًا منها. تم إجراء بعض الدراسات العلمية حول تأثير التقلبات (في درجة الحرارة وSOC) على الحياة التقويمية، والتي تساعد في وضع الحدود. ما نجمعه هو أنه إذا لم تسيء استخدام بنك البطارية الخاص بك، وتجنب التطرف، واستخدم البطاريات بشكل عام ضمن حدود معقولة، فهناك حد أعلى يبلغ حوالي 20 عامًا على العمر التقويمي.

وإلى جانب الخلايا الموجودة داخل البطارية، يوجد أيضًا نظام إدارة المباني (BMS) المصنوع من أجزاء إلكترونية. عندما يفشل نظام إدارة المباني (BMS)، ستفشل البطارية أيضًا. لا تزال بطاريات الليثيوم أيون المزودة بنظام إدارة المباني (BMS) جديدة جدًا، وعلينا أن نرى، ولكن في النهاية يجب أن يستمر نظام إدارة البطارية طالما بقيت خلايا الليثيوم أيون كذلك.

تتضافر العمليات داخل البطارية بمرور الوقت لتغليف الطبقة الحدودية بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات بمركبات كيميائية تمنع أيونات الليثيوم من الدخول إلى الأقطاب الكهربائية والخروج منها. تعمل العمليات أيضًا على ربط أيونات الليثيوم في مركبات كيميائية جديدة، لذلك لم تعد متاحة للانتقال من قطب كهربائي إلى قطب كهربائي. ستحدث هذه العمليات بغض النظر عما نفعله، لكنها تعتمد إلى حد كبير على درجة الحرارة! احتفظ ببطارياتك في درجة حرارة أقل من 30 درجة مئوية، فهي بطيئة جدًا. تجاوز 45 درجة مئوية وستتسارع الأمور بشكل كبير! العدو العام لا. رقم 1 بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون، هي الحرارة حتى الآن!

هناك المزيد من الأمور المتعلقة بعمر التقويم ومدى سرعة تقادم بطارية LiFePO4: حالة الشحن لها علاقة بها أيضًا. على الرغم من أن درجات الحرارة المرتفعة سيئة، إلا أن هذه البطاريات حقًا لا تحب البقاء عند درجة حرارة 0% SOC ودرجات حرارة عالية جدًا! من السيئ أيضًا، على الرغم من أنه ليس سيئًا تمامًا مثل 0% SOC، هو أن يظلوا عند 100% SOC ودرجات حرارة عالية. درجات الحرارة المنخفضة جدًا لها تأثير أقل. كما ناقشنا، لا يمكنك (ولن يسمح لك نظام إدارة المباني) بشحن بطاريات LFP تحت درجة التجمد. وكما تبين، فإن تفريغها تحت درجة التجمد، رغم أنه ممكن، له تأثير متسارع على الشيخوخة أيضًا. ليس سيئًا بقدر ترك البطارية في درجة حرارة عالية، ولكن إذا كنت ستعرض بطاريتك لدرجات حرارة متجمدة، فمن الأفضل القيام بذلك أثناء عدم شحنها أو تفريغها ومع وجود بعض الغاز في الخزان (على الرغم من عدم وجود خزان ممتلئ). بمعنى أكثر عمومية، من الأفضل التخلص من هذه البطاريات بحوالي 50% - 60% من SOC إذا كانت بحاجة إلى تخزين طويل المدى.

بطارية ذابت

إذا كنت تريد حقًا أن تعرف، فإن ما يحدث عندما يتم شحن بطارية ليثيوم أيون تحت درجة التجمد هو أن الليثيوم المعدني يترسب على القطب السالب (الكربون). ليس بطريقة لطيفة أيضًا، فهي تنمو في هياكل حادة تشبه الإبرة، والتي في النهاية تثقب الغشاء وتؤدي إلى قصور البطارية (مما يؤدي إلى حدث مذهل للتفكيك السريع غير المجدول كما تسميه ناسا، يتضمن دخانًا وحرارة شديدة، وربما إلى حد كبير) النيران كذلك). ومن حسن حظنا أن هذا شيء يمنعه نظام إدارة المباني من الحدوث.

نحن ننتقل إلى دورة الحياة. لقد أصبح من الشائع الحصول على آلاف الدورات، حتى في دورة الشحن والتفريغ الكاملة بنسبة 100%، من بطاريات الليثيوم أيون. هناك بعض الأشياء التي يمكنك القيام بها لزيادة عمر الدورة إلى أقصى حد.

تحدثنا عن كيف بطارية ليثيوم فوسفات الحديد العمل: تقوم بنقل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية. من المهم أن نفهم أن هذه جسيمات مادية فعلية، لها حجم بالنسبة لها. يتم انتزاعها من أحد القطبين وحشوها في الآخر، في كل مرة تقوم فيها بشحن وتفريغ البطارية. وهذا يسبب الضرر، وخاصة للكربون الموجود في القطب السالب. في كل مرة يتم فيها شحن البطارية، يتضخم القطب الكهربائي قليلًا، ومع كل عملية تفريغ يقل حجمه مرة أخرى. مع مرور الوقت يسبب الشقوق المجهرية. ولهذا السبب، فإن الشحن أقل بقليل من 100% سيمنحك المزيد من الدورات، وكذلك التفريغ إلى ما يزيد قليلاً عن 0%. فكر أيضًا في تلك الأيونات على أنها تمارس "ضغطًا"، وأن أرقام حالة الشحن المتطرفة تمارس ضغطًا أكبر، مما يسبب تفاعلات كيميائية لا تعود بالنفع على البطارية. ولهذا السبب لا ترغب بطاريات LFP في وضعها بعيدًا بنسبة 100% من SOC أو وضعها في الشحن العائم عند (قريبة) 100%.

مدى سرعة انتزاع أيونات الليثيوم إلى هنا، كما أن لها تأثيرًا على دورة الحياة أيضًا. وفي ضوء ما سبق، لا ينبغي أن يكون ذلك مفاجئا. بينما بطارية ليثيوم فوسفات الحديد ستقوم بالشحن والتفريغ بشكل روتيني عند درجة حرارة 1C (أي 100 أمبير لبطارية 100 أمبير)، وسترى المزيد من الدورات خارج بطاريتك إذا قصرت ذلك على قيم أكثر معقولية. يبلغ الحد الأقصى لبطاريات الرصاص الحمضية حوالي 20% من تصنيف Ah، وسيكون البقاء ضمن هذا الحد بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون مفيدًا لإطالة عمر البطارية أيضًا.

العامل الأخير الجدير بالذكر هو الجهد، على الرغم من أن هذا هو في الواقع ما تم تصميم نظام إدارة المباني (BMS) لفحصه. تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على نافذة جهد ضيقة، لكل من الشحن والتفريغ. يؤدي الخروج من تلك النافذة بسرعة كبيرة إلى حدوث ضرر دائم وفي النهاية قد يؤدي إلى حدث RUD (حديث ناسا، كما ذكرنا من قبل). ل بطارية ليثيوم فوسفات الحديد تبلغ هذه النافذة حوالي 8.0 فولت (2.0 فولت لكل خلية) إلى 16.8 فولت (4.2 فولت لكل خلية). يجب أن يحرص نظام إدارة المباني المدمج على إبقاء البطارية ضمن تلك الحدود.

دروس منزلية

الآن بعد أن عرفنا كيف تعمل بطاريات الليثيوم أيون، وما تحبه وما لا تحبه، وكيف تفشل في النهاية، هناك بعض المؤشرات التي يجب أخذها في الاعتبار. لقد قمنا بإعداد قائمة صغيرة أدناه. إذا كنت لن تفعل شيئًا آخر، فيرجى ملاحظة الأمرين الأولين، فلهما التأثير الأكبر على إجمالي الوقت الذي ستستمتع فيه ببطارية الليثيوم أيون الخاصة بك! سيساعدك الانتباه إلى الآخرين أيضًا على جعل بطاريتك تدوم لفترة أطول.

باختصار، للحصول على عمر بطارية LFP طويل وسعيد، يجب أن تضع في اعتبارك ما يلي حسب الأهمية:

● حافظ على درجة حرارة البطارية أقل من 45 درجة مئوية (أقل من 30 درجة مئوية إن أمكن) – وهذا هو الأهم على الإطلاق!!
● إبقاء تيارات الشحن والتفريغ أقل من 0.5 درجة مئوية (يفضل 0.2 درجة مئوية)
● حافظ على درجة حرارة البطارية أعلى من 0 درجة مئوية عند التفريغ إن أمكن - وهذا وكل شيء أدناه لا يقترب من أهمية الأولين
● لا تقم بالدراجة بأقل من 10% - 15% من SOC إلا إذا كنت بحاجة لذلك حقًا
● لا تقم بتعويم البطارية بنسبة 100% SOC إن أمكن
● لا تفرض رسومًا على 100% SOC إذا لم تكن بحاجة إليها

هذا كل شيء! الآن يمكنك أيضًا أن تجد السعادة والحياة المُرضية مع بطاريات LiFePO4 الخاصة بك!