بطارية HV مقابل بطارية LV، أيهما مناسب لنظام الطاقة الخاص بك

بطاريات الليثيوم تُستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية، بدءًا من الهواتف الذكية إلى التركيبات الشمسية. من حيث الجهد، يمكن تصنيف بطاريات الليثيوم الشمسية بشكل عام إلى نوعين: بطاريات الجهد العالي و بطاريات الجهد المنخفض. بالنسبة لأولئك الذين يستخدمون الأجهزة التي تتطلب طاقة 220 فولت/110 فولت، قد تثير الفروق بين بطاريات الجهد العالي والجهد المنخفض بعض التساؤلات.

في الواقع، كل نوع من البطاريات له مزاياه وعيوبه الخاصة. قد يؤدي الجهد العالي إلى تلف الدائرة، بينما قد يؤثر الجهد المنخفض على الأداء. لذلك، من الضروري التعرف على الفروق بين هذين النوعين من أجل الحصول على فهم أعمق لمبادئ تشغيلهما وسيناريوهات تطبيقهما.

 

 

ما هو الجهد

الجهد، الذي غالبًا ما يُقاس بـ الفولتات، هو كمية كهربائية أساسية تمثل فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في دائرة كهربائية. إنه مقياس لـ القوة أو الضغط الذي يدفع تيارًا كهربائيًا عبر موصل، مثل سلك. ببساطة، الجهد هو ما يدفع الشحنات الكهربائية (عادةً الإلكترونات) للتحرك عبر الدائرة.

تخيل خزان ماء حيث يمثل مستوى الماء الطاقة الكامنة، بدلاً من الارتفاع النسبي للخزان. كلما زادت عمق الماء في الخزان، زادت ضغط الماء. وبالمثل، فإن زيادة الجهد في الدائرة تدفع الشحنات الكهربائية، مما يسهل تدفق التيار، تمامًا كما يتدفق الماء عبر الأنبوب.

 

ما هي بطارية الجهد العالي

"بطارية HV" تعني بطارية عالية الجهد، مصممة للعمل عند مستويات جهد أعلى، تتراوح عادةً من 100 فولت إلى 600 فولت أو أكثر. تعمل هذه البطاريات عادةً عند مستويات جهد أعلى من البطاريات التقليدية، مما يؤدي إلى تقليل مستويات التيار، وتقليل خسائر الطاقة أثناء دورات الشحن والتفريغ. وهذا يؤدي إلى نظام تخزين طاقة أكثر كفاءة واستجابة.

 

ما هي بطارية الجهد المنخفض

"بطارية LV"، أو بطارية الجهد المنخفض، تشير إلى البطاريات المصممة للعمل عند مستويات جهد منخفضة، وعادة ما تتراوح بين 2 فولت إلى 48 فولت. على عكس البطاريات عالية الجهد، تتميز هذه الأنظمة بجهد منخفض، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة، وأنظمة الطاقة الشمسية الصغيرة، وتطبيقات السيارات.

 

ما الفرق بين بطارية LV وبطارية HV

طاقة الخرج

تتمتع بطاريات الجهد العالي (HV) عمومًا بقدرة إخراج طاقة أعلى مقارنةً ببطاريات الجهد المنخفض (LV). عندما تكون سعة Ah هي نفسها، فإن بطاريات HV تسمح بنقل الطاقة بشكل أكثر كفاءة وتيار أقل. نظرًا لأن الطاقة (P) تساوي الجهد (V) مضروبًا في التيار (I)، أي P = VI، فإن زيادة الجهد تؤدي إلى انخفاض في التيار، والعكس صحيح، عندما تبقى الطاقة ثابتة. لذلك، يمكن أن تقدم أنظمة HV نفس الطاقة مع تيار أقل، مما يقلل من الخسائر المقاومة ويعزز الكفاءة العامة للنظام.

 

كفاءة

تعمل بطاريات الجهد العالي، بفضل خصائصها العالية في الجهد، على تعزيز الكفاءة العامة لنقل الطاقة. العلاقة العكسية بين الجهد والتيار في معادلة الطاقة (P = VI) تسمح لأنظمة الجهد العالي بالحفاظ على طاقة ثابتة مع تيار أقل. هذه الخفض في التيار يقلل من الخسائر المقاومة، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة لأنظمة بطاريات الجهد العالي.

باستخدام بطاريتين قابلة للتكديس من PowMr كمثال، كلاهما بمواصفات 51.2V 100Ah. أحد التكوينات يحافظ على جهد منخفض قدره 51.2V مع أربع بطاريات متصلة بالتوازي، بينما التكوين الآخر يوصل أربع بطاريات متسلسلة للحصول على جهد أعلى قدره 204.8V. (اقرأ مدونتنا حول الاتصال بالتوازي/السلسلة للبطاريات)

"بافتراض أن كلا النظامين يزودان حمولة 5000 واط على نفس الفترة، على الرغم من أن سعة الطاقة هي نفسها عند 20.48 كيلو واط ساعة، يمكن لنظام الجهد العالي توصيل نفس الطاقة مع تيار أقل."

بشكل محدد، التيار للنظام الذي يحتوي على بطاريات lv هو تقريبًا 97.66A، بينما لنظام بطاريات hv، هو 24.41A. لذلك، فإن النظام الأول أكثر كفاءة من حيث الخسائر المقاومة، مما يبرز ميزة أنظمة بطاريات الجهد العالي في تحسين كفاءة نقل الطاقة.

 

معدلات الشحن والتفريغ

تظهر بطاريات HV عادةً معدلات شحن وتفريغ أعلى مقارنةً ببطاريات LV. ويرجع ذلك إلى أن الطاقة هي ناتج الجهد والتيار. حيث تعمل أنظمة HV عند جهد أعلى، يمكنها تحقيق نفس مستويات الطاقة مع تيار أقل، مما يقلل من الخسائر المقاومة ويسمح بشحن وتفريغ أسرع. معدلات الشحن والتفريغ الأسرع ضرورية في التطبيقات التي يكون فيها نقل الطاقة السريع أمرًا حاسمًا، مثل المركبات الكهربائية أو استقرار الشبكة.

 

تكاليف الاستثمار الأولي والتركيب

تتمتع بطاريات HV غالبًا بتكلفة استثمار أولية أعلى مقارنةً ببطاريات LV. يمكن أن تكون المكونات والتكنولوجيا المطلوبة للتعامل مع الفولتية الأعلى أكثر تكلفة. ومع ذلك، قد تعوض الكثافة الطاقية الأعلى وكفاءة بطاريات HV هذه التكلفة الأولية، لا سيما في التركيبات الشمسية على نطاق واسع حيث تصبح فوائد الفولتية الأعلى أكثر وضوحًا. بالإضافة إلى ذلك، قد تلعب وفورات الحجم دورًا، مما يجعل أنظمة HV أكثر فعالية من حيث التكلفة للمشاريع الأكبر.

 

المخاوف المتعلقة بالسلامة

تقدم البطاريات عالية الجهد، بمستويات جهدها المرتفعة، خطرًا أكبر للصدمات الكهربائية ومخاطر الحرائق. تعتبر تدابير السلامة الكافية، مثل العزل و أنظمة إدارة البطاريات المتقدمة (BMS)، ضرورية لمنع الحوادث. قد تحتوي بطاريات الجهد المنخفض، ذات الجهد الأقل، على بروتوكولات سلامة أبسط.

 

توافر محدود

قد تواجه إنتاج وتوزيع البطاريات عالية الجهد تحديات في سلسلة التوريد، مما يؤثر على توفرها في بعض المناطق. يمكن أن تؤثر هذه القيود على اعتماد السيارات الكهربائية أو التطبيقات الأخرى التي تعتمد على البطاريات عالية الجهد.

 

وجه	بطارية الجهد العالي	بطارية الجهد المنخفض
طاقة الخرج	أعلى	أدنى
كفاءة	أعلى	أدنى
معدلات الشحن/التفريغ	أسرع	أبطأ
حساسية درجة الحرارة	أحسن	أكثر حساسية
عمر/صيانة	عمر أطول، صيانة أقل	عمر أقصر، صيانة أعلى
الاستثمار الأولي/التثبيت	تكاليف أعلى	انخفاض التكاليف
المخاوف المتعلقة بالسلامة	مخاطر أعلى	انخفاض المخاطر
توافر محدود	تحديات سلسلة التوريد	متاح على نطاق أوسع

 

الخاتمة - المزايا والتطبيقات

بطاريات الجهد العالي (HV) و بطاريات الجهد المنخفض (LV) تؤدي أدوارًا مميزة في تطبيقات مختلفة، كل منها مصمم لتلبية متطلبات محددة. يعتمد الاختيار بين بطاريات HV و LV على متطلبات التطبيق، واعتبارات الكفاءة، وعوامل السلامة.

 

مزايا بطارية HV

• نقل الطاقة بكفاءة
  تتفوق بطاريات HV في التطبيقات التي يكون فيها نقل الطاقة لمسافات طويلة أمرًا حاسمًا. نظرًا لجهدها العالي، فإنها تتيح نقل الطاقة بتيار منخفض، مما يقلل من الخسائر المقاومة خلال العملية.
• متطلبات الطاقة العالية
  تعتبر بطاريات الجهد العالي (HV) مناسبة للتطبيقات عالية الطاقة نظرًا لقدرتها على توفير كميات أكبر من الطاقة بسرعة. يتضمن تصميمها مواد وتكوينات متقدمة تعزز كثافة الطاقة، مما يمكّن من أداء فعال في السيناريوهات التي تتطلب طاقة عالية.
• أداء المركبات الكهربائية المحسن
  في سياق المركبات الكهربائية (EVs)، تلعب بطاريات HV دورًا حاسمًا في تمكين مدى القيادة الممتد و قدرات التسارع الأعلى. يسهل الجهد العالي نقل الطاقة بكفاءة إلى المحركات الكهربائية، مما يؤدي إلى تحسين الأداء العام للمركبة.

 

مزايا بطارية LV

• السلامة والبساطة
  تُفضل بطاريات LV في التطبيقات التي تكون فيها السلامة والبساطة في غاية الأهمية. تساهم مستويات الجهد المنخفضة في تقليل مخاطر المخاطر الكهربائية وتبسيط تصميم الدوائر الإلكترونية المرتبطة.
• اعتبارات الفضاء والوزن
  تُفضل بطاريات LV في السيناريوهات التي تكون فيها قيود المساحة أو اعتبارات الوزن حاسمة. على الرغم من كفاءة نقل الطاقة الأقل مقارنةً ببطاريات HV، توفر بطاريات LV حلاً موثوقًا وفعالًا من حيث التكلفة للتطبيقات ذات الطلبات الأقل على الطاقة.