تعويض درجة حرارة البطارية هو عامل حاسم في الحفاظ على أداء البطارية الأمثل، وتمديد عمرها، وضمان توفير طاقة موثوقة عبر ظروف تشغيل مختلفة. سواء كنت تدير أنظمة الطاقة الشمسية، أو التطبيقات البحرية، أو حلول الطاقة الاحتياطية، فإن فهم تعويض درجة الحرارة يمكن أن يوفر لك المال ويمنع فشل البطارية المبكر.
تشرح هذه المقالة لماذا تعويض درجة الحرارة ضروري، كيف يعمل، الرسوم البيانية الرئيسية لأنواع الكيمياء المختلفة، وأفضل الممارسات لتعظيم أداء البطارية وعمرها الافتراضي.
ما هو تعويض درجة حرارة البطارية
يشير تعويض درجة حرارة البطارية إلى تعديل جهد الشحن استجابة لتغيرات درجة الحرارة المحيطة، معتمدًا على التواصل والتنسيق بين مستشعر درجة الحرارة وشاحن البطارية.
مع تقلب درجة حرارة البطارية، يتغير جهد الشحن الأمثل المطلوب للتشغيل الآمن والفعال وفقًا لذلك. تراقب أنظمة تعويض درجة الحرارة هذه التغيرات وتضبط معلمات الشحن للحفاظ على الأداء الأمثل.
لماذا هناك حاجة لتعويض درجة حرارة البطارية
تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على كيمياء البطارية وأدائها. بدون تعويض مناسب، تواجه البطاريات عدة مخاطر:
فقدان السعة في الظروف الباردة
درجات الحرارة المنخفضة تبطئ هجرة الأيونات والتفاعلات، مما يسبب انخفاضًا سريعًا في الجهد تحت الحمل وانخفاض السعة القابلة للاستخدام حتى عندما يبقى الشحن. كما أنها ترفع المقاومة الداخلية، مما يحد من القدرة ويجعل الشحن غير آمن. على وجه الخصوص، قد تواجه بطاريات الليثيوم أيون ترسيب معدن الليثيوم تحت 0°C.
الشحن الزائد في الظروف الحارة
عند درجات الحرارة العالية، تتسارع التفاعلات الكهروكيميائية، مما يسمح للبطاريات بتقديم أداء تفريغ أفضل لفترة قصيرة ومقاومة داخلية أقل. ومع ذلك، فإن هذا يسرع الشيخوخة، وهو أمر واضح بشكل خاص في بطاريات الرصاص الحمضية، حيث تسرع الحرارة التفاعلات الجانبية، تحلل الإلكتروليت، وتدهور المواد، مما يؤدي إلى فقدان السعة بشكل أسرع، زيادة التفريغ الذاتي، واحتمال حدوث هروب حراري.
مخاوف السلامة
الشحن غير المعوض يمكن أن يؤدي إلى ظروف خطيرة تشمل توليد الغاز، غليان الإلكتروليت، التورم، تسرب الإلكتروليت تحت ظروف درجات الحرارة العالية، خاصة في أنظمة البطاريات المختومة. تحت ظروف درجات الحرارة المنخفضة، خصوصًا في بطاريات الليثيوم، قد يحدث ترسيب معدن الليثيوم أثناء الشحن، مما يؤدي إلى دوائر قصيرة وأضرار دائمة.
فشل التحكم في الشحن
جهد الدائرة المفتوحة للبطارية وجهد الشحن الأمثل يتغيران مع درجة الحرارة. درجات الحرارة العالية تتطلب جهود شحن أقل لتجنب الشحن الزائد، بينما درجات الحرارة المنخفضة تحتاج جهودًا أعلى للوصول إلى الشحن الكامل. بدون تعديل يعتمد على درجة الحرارة، قد تتعرض الشواحن لخطر الشحن الزائد في الحرارة والشحن الناقص في البرد. هذه الضرورة تكمن وراء آليات تعويض درجة الحرارة.
لمساعدة البطاريات على العمل لفترة أطول، تتضمن معظم الشواحن الحديثة ووحدات التحكم في الشحن، مثل وحدات تحكم PowMr M-series الشمسية، ميزات تعويض درجة الحرارة، حيث تقيس مستشعرات درجة الحرارة درجة حرارة محيط البطارية وتوفر هذه المعلومات لنظام الشحن، الذي يقوم بعد ذلك بضبط جهد الشحن تلقائيًا.
كيف يعمل تعويض درجة حرارة البطارية
تعويض درجة حرارة البطارية هو ميزة في الشواحن الحديثة وأنظمة إدارة البطارية (BMS) التي تضبط تلقائيًا جهد أو تيار الشحن بناءً على درجة حرارة البطارية. الشواحن التي تحتوي على مستشعرات درجة حرارة مدمجة أو التي توفر مستشعرًا خارجيًا مريحة جدًا.
إذا كنت بحاجة لاستخدام مستشعر خارجي منفصل، تأكد من توافقه مع الشاحن أو نظام إدارة البطارية الخاص بك. يجب أن يدعم المستشعر نفس نوع الاتصال (تماثلي، ثيرميستور، أو رقمي) وأن يُركب بشكل صحيح بالقرب من البطارية لقراءات دقيقة لدرجة الحرارة.
عملية تعويض درجة الحرارة
- قياس درجة الحرارة: يتم وضع مستشعر درجة الحرارة، عادةً من نوع NTC ثيرميستور أو مستشعر رقمي، بالقرب من البطارية أو داخلها. يراقب درجة حرارة البطارية باستمرار.
- الاتصال مع نظام الشحن: يرسل المستشعر بيانات درجة الحرارة في الوقت الحقيقي إلى نظام إدارة البطارية (BMS) أو وحدة تحكم الشاحن.
- تعديل معلمات الشحن: بناءً على قراءة درجة الحرارة، يقوم نظام الشحن تلقائيًا بتعديل جهد الشحن:
- عند درجات الحرارة العالية، يخفض النظام جهد الشحن لمنع الشحن الزائد والاحتراق الزائد.
- عند درجات الحرارة المنخفضة، يزيد الجهد لتحقيق شحن كامل بأمان، مع غالبًا تحديد تيار الشحن لمنع مشاكل مثل ترسيب الليثيوم في بطاريات Li-ion.
- التغذية الراجعة المستمرة: يراقب النظام درجة الحرارة باستمرار أثناء الشحن، مما يضمن تحسين الجهد والتيار دائمًا وفقًا للظروف الحالية.
مخطط تعويض درجة حرارة البطارية
إذا لم يكن هناك مستشعر درجة حرارة متوفر، يمكنك مراقبة درجة الحرارة المحيطة وتعديل جهد شحن البطارية يدويًا.
لتعديل جهد الشحن بناءً على درجة الحرارة، تحتاج إلى الحصول على عامل تعويض درجة الحرارةمن مصنع البطارية، والذي يشير إلى التعديل المطلوب في الجهد لكل زيادة أو نقصان بمقدار 1°C (أو 1°F) في درجة الحرارة، وعادة ما يُقاس بوحدة mV/°C أو mV/°F.
حاسبة تعويض درجة حرارة البطارية
بعد ذلك يمكنك حساب الجهد المعدل لتعويض درجة الحرارة باستخدام الصيغة أدناه:
الجهد المعوض = الجهد الأساسي + (عامل تعويض درجة الحرارة × فرق درجة الحرارة)
على سبيل المثال، إذا كان جهد الشحن الأساسي 14.4 فولت عند 25°C مع عامل درجة حرارة -3mV/°C، ودرجة الحرارة الفعلية 0°C، فإن الجهد المعدل سيكون: 14.4 فولت + (-3mV/°C × -25°C) = 14.475 فولت.
نظرًا لأنيختلف عامل تعويض درجة الحرارة حسب كيمياء البطارية والشركات المصنعة، توفر المخططات التالية جهد الشحن الموصى به النموذجي لأنواع مختلفة من البطاريات، بما في ذلك الرصاص الحمضي، AGM، جل، والليثيوم، للرجوع إليها فقط.
ملاحظة:
بطاريات LiFePO4لا تحتاج إلى تعويض جهد درجة الحرارة. تُستخدم مستشعرات درجة الحرارة لحماية شحن lifepo4، وليس لضبط الجهد.
مخطط تعويض درجة حرارة بطارية الرصاص الحمضية
مخطط تعويض درجة حرارة بطارية الرصاص الحمضية المغمورة
مخطط تعويض درجة حرارة بطارية AGM
مخطط تعويض درجة حرارة بطارية GEL
أفضل الممارسات لتعويض درجة حرارة البطارية
للحصول على تعويض درجة حرارة مثالي:
- موضع المستشعر: ضع مستشعرات درجة الحرارة على بعد 15 سم من أطراف البطارية، مع تجنب أشعة الشمس المباشرة أو مصادر الحرارة التي لا تمثل درجة حرارة البطارية الفعلية.
- معايرة النظام: تحقق بانتظام من قراءات درجة الحرارة ودقة التعويض، خاصة في التطبيقات الحرجة.
- مطابقة البطارية: تأكد من أن إعدادات تعويض درجة الحرارة تتطابق مع توصيات الشركة المصنعة لبطاريتك المحددة، حيث يمكن أن تختلف المعاملات بين العلامات التجارية.
- الاعتبارات البيئية: في المناخات القاسية، فكر في استخدام حاويات بطارية معزولة لتقليل تقلبات درجة الحرارة.
- المراقبة المنتظمة: تحقق من جهد البطارية ودرجة الحرارة بانتظام لضمان عمل نظام التعويض بشكل صحيح.
- إرشادات الشركة المصنعة: استشر دائمًا مواصفات الشركة المصنعة لبطاريتك للحصول على معامل تعويض درجة الحرارة الدقيق لطراز بطاريتك المحدد.
