فهم شامل لدورة حياة بطارية ليثيوم أيون

يعد فهم دورة حياة بطارية الليثيوم أيون أمرًا ضروريًا لزيادة طول عمرها إلى أقصى حد وضمان الأداء الأمثل. في هذا الدليل الشامل، سوف نتعمق في تعقيدات دورة عمر بطارية الليثيوم أيون، ونستكشف مدة صلاحيتها عند تخزينها، ونقارنها ببطاريات الرصاص الحمضية، ونناقش العوامل التي تساهم في التدهور بمرور الوقت، ونقدم نصائح حول كيفية زيادة دورة حياة بطارية الليثيوم أيون.

ما هي دورة حياة بطارية ليثيوم أيون؟

دورة حياة بطارية الليثيوم هي العمر الإجمالي للبطارية، بما في ذلك دورات الشحن والتفريغ. أي أن عدد الدورات التي يمكن أن تمر بها البطارية قبل أن تبدأ في فقدان شحنتها يُشار إليه بدورة حياة البطارية. إذن ما هي دورات الشحن والتفريغ لبطارية الليثيوم أيون؟

دورات الشحن والتفريغ لبطارية الليثيوم أيون هي إجمالي عدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن أن تمر بها البطارية بنجاح قبل أن تنخفض قدرتها بشكل كبير. متوسط عدد دورات شحن بطارية الليثيوم أيون ودورات التفريغ هو 500-1000. ومع ذلك، يمكن أن يختلف هذا الرقم اعتمادًا على جودة البطارية وكيفية استخدامها.

لماذا تتحلل بطاريات الليثيوم أيون بمرور الوقت؟

سواء تم استخدامها أم لا، فإن عمر بطاريات الليثيوم أيون يتراوح من عامين إلى ثلاثة أعوام فقط.

مع مرور الوقت، تتحلل بطاريات الليثيوم أيون حتمًا بسبب عوامل مختلفة:

1. درجة الحرارة.

تكون بطاريات الليثيوم أيون في عملية تفريغ ذاتي قبل الاستخدام وتتأثر بدرجات الحرارة والرطوبة الشديدة. تعمل درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة للغاية على تسريع التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم أيون، ولهذا السبب نوصي بتخزين البطارية في بيئة جافة تتراوح درجة حرارتها بين 0 درجة مئوية و20 درجة مئوية.

منحنى تفريغ بطارية ليثيوم أيون ذات درجة حرارة منخفضة — *منحنى تفريغ بطارية الليثيوم أيون ذو درجة الحرارة المنخفضة*

2. دورات الشحن.

دورة الشحن تعني عملية شحن البطارية بالكامل من ممتلئة إلى فارغة، ومن ثم من فارغة إلى ممتلئة، وهي ليست مثل الشحن مرة واحدة. ببساطة، بالنسبة لبطارية الليثيوم بسعة 1000 مللي أمبير، عليك أولاً شحنها من 0 مللي أمبير إلى 600 مللي أمبير، بعد استخدام N مللي أمبير؛ ثم تقوم بشحنه مرة أخرى بـ 200 مللي أمبير، ثم بـ N مللي أمبير؛ وأخيرًا بـ 100 مللي أمبير، وعندما تصل الشحنة الأخيرة إلى 100 مللي أمبير، ترتفع دورة شحن واحدة لهذه البطارية، لأن 600 مللي أمبير + 200 مللي أمبير + 100 مللي أمبير + 100 مللي أمبير = 1000 مللي أمبير. تتكون دورة الشحن من عملية شحن كاملة وعملية تفريغ كاملة.

أثناء استخدام البطارية وشحنها، تفقد ببطء قدرتها على العودة إلى سعتها الأصلية.

عادةً ما يتراوح عمر بطارية Li-ion بين 300 و500 دورة شحن. لنفترض أن بطارية ليثيوم أيون مفرغة بالكامل توفر 1Q من الشحن، ودون الأخذ في الاعتبار انخفاض الشحن مع كل شحنة، يمكن لبطارية الليثيوم أيون توفير أو تجديد إجمالي 300Q-500Q من الشحن على مدار عمرها. يمكن ملاحظة أنه إذا تم شحنه إلى 1/2 في كل مرة، فيمكن إعادة شحنه من 600 إلى 1000 مرة؛ إذا تم إعادة شحنها إلى 1/3 في كل مرة، فيمكن إعادة شحنها 900-1500 مرة. وهكذا دواليك، مع عدد غير محدد من الشحنات إذا كانت عشوائية. على أية حال، بغض النظر عن كيفية الشحن، فإن إجمالي كمية الطاقة التي يتم تجديدها تظل ثابتة عند 300Q-500Q.

بالتأكيد، من المهم تجنب الشحن الزائد لبطاريات الليثيوم، حيث أن أي شكل من أشكال الشحن الزائد يمكن أن يسبب أضرارًا جسيمة لأدائها، بل وقد يتسبب في انفجارها.

*دورة شحن بطارية ليثيوم أيون 900 مللي أمبير مشحونة عند درجة حرارة 1 درجة مئوية*

3. عمق التفريغ.

يشير عمق التفريغ (DoD) إلى النسبة المئوية لسعة البطارية التي تم استخدامها قبل إعادة شحنها. إنه يلعب دورًا مهمًا في عملية شيخوخة بطاريات Li-ion. كلما انخفض عمق تفريغ بطارية الليثيوم أيون، قل الضغط الواقع على البطارية، مما أدى إلى تباطؤ عملية الشيخوخة. إذا كانت سعة البطارية 100 مللي أمبير وتم تفريغها إلى 50 مللي أمبير، فإن نسبة وزارة الدفاع هي 50%. على سبيل المثال، وجدت دراسة أجرتها جامعة كاليفورنيا في سان دييغو أن بطارية أيون الليثيوم التي تم تفريغها إلى 80% من سعتها كان عمرها الافتراضي يصل إلى 500 دورة. ومع ذلك، فإن البطارية التي تم تفريغها إلى 20% من سعتها كان عمرها الافتراضي 200 دورة فقط.

تحتوي البطاريات عادةً على مواد كيميائية تخضع لتفاعلات كيميائية عكسية لتخزين الطاقة وإطلاقها. عند شحن البطارية، تتحول هذه المواد الكيميائية من حالة إلى أخرى لتخزين الطاقة. عندما يتم تفريغ البطارية، يحدث تفاعل كيميائي عكسي لتحرير تلك الطاقة المخزنة على شكل كهرباء. تتناسب كمية التفاعلات الكيميائية لكل دورة شحن/تفريغ عند درجة حرارة معينة ومعدل تفريغ مع عمق أيون الليثيوم في مخطط التفريغ. وهذا يعني أنه كلما تم تفريغ البطارية بشكل أعمق، زادت التفاعلات الكيميائية التي تخضع لها، وقصر عمر البطارية.

كما هو موضح في الشكل أدناه، ترتبط العلاقة بين عمر الدورة وعمق التفريغ ارتباطًا مباشرًا، حيث تؤدي وزارة الدفاع الضحلة إلى نمو هائل في عدد الدورات التي تنتجها البطارية.

عادةً ما تحدد الشركات المصنعة للبطاريات عمر دورة البطارية عند عمق تفريغ يصل إلى 80%. وذلك لأن وزارة الدفاع هذه تمثل توازنًا جيدًا بين عمر البطارية والأداء. ستؤدي عمليات التفريغ الأعمق إلى تقليل عمر البطارية، ولكن عمليات التفريغ الأقل عمقًا ستؤدي أيضًا إلى تقليل الأداء. وبالمثل، يمكن للمستخدم إطالة عمر البطارية عن طريق اختيار سعة أكبر بقليل من السعة المطلوبة أو عن طريق ملء البطارية قبل تفريغها بالكامل.

4. حالة الشحن.

حالة الشحن (SoC) هي مقياس للسعة المتبقية للبطارية. يتم التعبير عنها عادةً كنسبة مئوية من السعة الكاملة للبطارية. على سبيل المثال، البطارية بسعة 100 مللي أمبير وSOC بنسبة 50% سيكون لها سعة متبقية تبلغ 50 مللي أمبير.

بطاريات الليثيوم أيون التي كانت في حالة مشحونة بالكامل أو مفرغة بالكامل لفترة طويلة من الزمن سوف تعمل أيضًا على تسريع شيخوخة البطارية.

5. جودة التصنيع.

جودة عملية التصنيع يمكن أن يؤثر أيضًا على عمر بطارية الليثيوم أيون. البطاريات المصنوعة من مواد عالية الجودة والتي يتم تجميعها بعناية سوف تدوم لفترة أطول من البطاريات المصنوعة من مواد منخفضة الجودة أو التي يتم تجميعها بشكل سيئ.

كيف يمكنني زيادة دورة حياة بطارية الليثيوم أيون؟

سيساعد استخدام البطارية والعناية بها بشكل صحيح على إطالة دورة حياتها. اتبع أفضل الممارسات هذه لزيادة دورة حياة بطارية الليثيوم أيون لديك.

1. تجنب التصريفات العميقة.

كما ذكرنا سابقًا، تؤثر عمليات التفريغ العميق المتكررة بشكل كبير على عمر البطارية. حاول الحفاظ على نطاق معتدل لعمق التفريغ (DoD)، ويفضل أن يكون بين 20-80%. يساعد شحن البطارية قبل أن تصل إلى مستويات منخفضة للغاية على منع التدهور الناتج عن الضغط.

2. ظروف درجة الحرارة المعتدلة.

تتحلل بطاريات الليثيوم أيون بشكل أسرع عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. تجنب تعريض جهازك أو بطاريتك لمصادر الحرارة الشديدة، مثل ضوء الشمس المباشر، أو الأجزاء الداخلية للسيارة في الأيام الحارة، أو تركها في مواقع ذات درجات حرارة محيطة مرتفعة لفترات طويلة. تتراوح درجات حرارة التشغيل المثالية عادة بين 20-25 درجة مئوية (68-77 درجة فهرنهايت).

3. تجنب الشحن الزائد.

يمكن أن يؤدي الشحن الزائد لبطارية Li-ion إلى زيادة إجهاد الجهد وتوليد الحرارة، مما يؤدي إلى تسريع تقادمها. تحتوي معظم الأجهزة الحديثة على وسائل حماية مدمجة لمنع الشحن الزائد، ولكن من الممارسات الجيدة فصل جهازك بمجرد وصوله إلى نسبة الشحن 100%. إذا كنت تستخدم شاحنًا خارجيًا، فتأكد من أنه يحتوي على آليات أمان لمنع الشحن الزائد.

4. استخدم الشاحن المرفق.

يقوم المصنعون بتصميم أجهزة الشحن خصيصًا لأجهزتهم، مع مراعاة الجهد والتيار الأمثل للشحن. لضمان عملية الشحن المناسبة، استخدم الشاحن الذي توفره الشركة المصنعة للجهاز أو أجهزة الشحن التابعة لجهات خارجية ذات السمعة الطيبة والمتوافقة مع جهازك.

5. الحفاظ على معدلات شحن معتدلة.

على الرغم من أن بطاريات Li-ion قادرة على الشحن السريع، إلا أنه يوصى عمومًا باستخدام معدل شحن معتدل. يؤدي الشحن بمعدل أبطأ إلى توليد حرارة أقل ويمارس ضغطًا أقل على البطارية، مما يؤدي إلى إبطاء عملية الشيخوخة. إذا كان جهازك يوفر خيارات "الشحن السريع"، فاستخدمها بحكمة وقم بموازنتها مع الشحن المنتظم والأبطأ للحصول على صحة مثالية للبطارية.

6. تجنب التخزين لفترات طويلة بمستويات شحن عالية أو منخفضة.

إذا كنت تنوي تخزين بطارية Li-ion الخاصة بك لفترة طويلة، فمن الأفضل الاحتفاظ بها عند نسبة شحن تبلغ 50% تقريبًا. قد يؤدي تخزينه في حالة كاملة أو فارغة لمدة طويلة إلى فقدان السعة. إذا كنت تتوقع عدم استخدام جهازك أو البطارية لفترة طويلة، فاستهدف مستوى شحن يقترب من 50%؛

7. لا تسقط البطارية أو تتلفها.

يمكن أن يؤدي إسقاط بطارية أيون الليثيوم أو إتلافها إلى تقليل عمر بطارية أيون الليثيوم. بالإضافة إلى الكشف عن التسريبات التي يحتمل أن تكون خطيرة، يمكن أن تتعرض الأجزاء الداخلية مثل الفاصل للتلف، مما قد يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة.

8. قم بالمعايرة بانتظام.

تستفيد بعض الأجهزة من المعايرة الدورية للبطارية، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة. يتضمن ذلك شحن البطارية بالكامل، ثم السماح لها بتفريغها بالكامل. بمجرد تفريغها، أعد شحنها مرة أخرى إلى طاقتها الكاملة. تساعد هذه العملية في إعادة معايرة الدوائر الداخلية للبطارية وتحسين دقة الإبلاغ عن مستوى شحن البطارية.

باتباع هذه الإرشادات، يمكنك المساعدة في زيادة دورة حياة بطارية Li-ion الخاصة بك إلى أقصى حد، والحفاظ على أدائها، وضمان موثوقيتها على المدى الطويل.

ما هو العمر الافتراضي لبطارية الليثيوم الموجودة في المخزن؟

عندما يكون للـ بطارية ليثيوم أيون إذا لم يتم استخدامه وتم تخزينه بشكل صحيح، فسوف يفقد بعضًا من شحنته تدريجيًا مع مرور الوقت. تحدث عملية التفريغ الذاتي هذه بسبب التفاعلات الداخلية للبطارية. يختلف معدل التفريغ الذاتي اعتمادًا على كيمياء البطارية ودرجة حرارة التخزين وحالة شحن البطارية.

بشكل عام، العمر الافتراضي لبطارية الليثيوم هو 3-5 سنوات، إذا تم تخزينها في درجة حرارة الغرفة (20-25 درجة مئوية) وفي حالة شحن بنسبة 50%.

بطارية الرصاص الحمضية مقابل عمر بطارية ليثيوم أيون

بطارية حمض الرصاص مقابل عمر بطارية ليثيوم أيون？

تعتبر بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية بطاريات قابلة لإعادة الشحن، ولكن لها مزايا وعيوب مختلفة. تختلف دورة حياة بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية اعتمادًا على الشركة المصنعة والطراز وكيفية استخدامها. ومع ذلك، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون عمومًا بدورة حياة أطول من بطاريات الرصاص الحمضية.

في الجدول أدناه، قمنا بمقارنة أداء البطارية ودورة حياتها لبطارية الرصاص الحمضية 12 فولت 200 أمبير في الساعة و بطارية ليثيوم فوسفات الحديد 12 فولت 100 أمبير.

الميزات	بطارية الرصاص الحمضية 12 فولت 200 أمبير	بطارية ليثيوم فوسفات الحديد 12 فولت 100 أمبير
عمق التفريغ (DoD)	50%	100%
عمر البطارية	10% DOD> 1500 دورة 50% DOD> 200 دورة	10% DOD> 6000 دورة 100% DOD> 2000 دورة
الوزن	65kg	11kg
التفريغ الذاتي	متوسط 33% شهريًا	2-3% شهريا
الضمان	2-3 سنوات	10 سنوات
مستوى للماء	IP65	IP68
حماية البطارية	غير موجود	BMS الداخلي

من الجدول يمكننا أن نرى أن بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد أخف وزنا وأكثر متانة من بطاريات الرصاص الحمضية، من ناحية أخرى، بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد أكثر صديقة للبيئة، لذلك تحل تدريجيا محل بطاريات الرصاص الحمضية.

الملخص

As بطاريات الليثيوم أيون أصبحت جزءًا أكبر من حياتنا اليومية، وأصبح من المهم بشكل متزايد زيادة عمرها الافتراضي وتحسين أدائها. ومن خلال تنفيذ الممارسات الموصى بها مثل تجنب الظروف القاسية، وتحسين الشحن، والحفاظ على معدلات تفريغ معتدلة، وإجراء الصيانة الدورية، واستخدام تقنيات التخزين المناسبة، يمكن للمستخدمين تحسين دورة حياة بطاريات الليثيوم أيون الخاصة بهم بشكل كبير. وسيساهم هذا في النهاية في استخدام أكثر استدامة وكفاءة لحلول الطاقة القوية هذه.

نأمل مخلصين أن تكون قد وجدت هذه المقالة مفيدة. لا تتردد في الاتصال بنا إذا كانت لديك أية أسئلة إضافية!

الرسوم (تاج):

معرفة البطارية أيون الليثيوم

تم النشر بواسطة CM Batteries