تستخدم بطاريات LiFePO4، وهي نوع من بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن، الحديد في المهبط. تعتبر على نطاق واسع الخيار الأكثر أمانًا وشعبية لأنظمة الطاقة الشمسية نظرًا لعمرها الطويل في الدورة، وكثافة طاقتها العالية، وميزات السلامة المحسنة. يبلغ الجهد الاسمي لخلية LiFePO4 واحدة حوالي 3.2 فولت. يختلف جهد خلايا LiFePO4 باختلاف حالة الشحن الخاصة بها. يسمح الجهد الأعلى في بطاريات LiFePO4 بتخزين طاقة أكبر وتعزيز السعة الإجمالية.

يتراوح جهد خلية LiFePO4 المشحونة بالكامل عادةً من 3.4 إلى 3.6 فولت، بينما يمكن أن يكون جهد الخلية المفرغة بالكامل حوالي 2.5 إلى 2.8 فولت. وبالتالي، فإن نطاق جهد التشغيل ضيق للغاية، مما يساعد في الحفاظ على تشغيل مستقر وآمن. من المهم مراقبة الجهد عن كثب لمنع الشحن الزائد أو التفريغ الزائد، مما قد يؤدي إلى تقليل عمر البطارية أو تلفها.

تحديد حالة الشحن (SOC) باستخدام مخططات الجهد

يعد جهد بطارية LiFePO4 (فوسفات حديد الليثيوم) مؤشرًا جيدًا على حالة الشحن (SOC)، ولكن الجهد يتغير بشكل كبير فقط في بداية ونهاية دورة التفريغ الخاصة بها. تجلس خلية LiFePO4 المشحونة بالكامل عادةً عند حوالي 3.65 فولت، بينما تكون الخلية المفرغة بالكامل بالقرب من 2.5 فولت. خلال النطاق الأوسط من التفريغ، يظل الجهد مستقرًا نسبيًا، مما يجعل مخطط الجهد ضروريًا لتقدير SOC بدقة.

• النطاق الأوسط المستقر: من حوالي 20٪ إلى 90٪ SOC، يظل جهد خلية LiFePO4 ثابتًا تمامًا، وعادةً ما يكون بين 3.0 فولت و 3.5 فولت.
• الجهد العالي عند الشحن الكامل: يرتفع الجهد إلى حوالي 3.65 فولت عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل.
• الجهد المنخفض في حالة التفريغ: عندما تفرغ البطارية تمامًا، ينخفض الجهد بسرعة إلى حوالي 2.5 فولت أو أقل.

لماذا يعتبر مخطط الجهد مهمًا

• تقدير SOC: من خلال مقارنة الجهد المقاس بمخطط جهد LiFePO4، يمكنك تحديد SOC التقريبي للبطارية، كما هو موضح في المخطط أعلاه.
• مراقبة صحة البطارية: يساعد المخطط المستخدمين على فهم أداء البطارية وصحتها.
• منع التلف: تساعد مراقبة الجهد على منع الشحن الزائد أو التفريغ الزائد، مما قد يقلل من عمر البطارية أو يتسبب في تلفها.

يعد مخطط جهد LiFePO4 أداة حاسمة لفهم مستويات الشحن والأداء وصحة بطاريات فوسفات الليثيوم أيون. يوضح نطاق الجهد، من المشحون بالكامل إلى المفرغ، مما يساعدك على تحديد حالة الشحن الحالية (SoC) لبطارياتك. باستخدام هذا المخطط، يمكنك تقييم الأداء وضمان الاستخدام الأمثل وإطالة عمر البطارية.

جهود LiFePO4 بالجملة، والتعويم، والتعادل

يتطلب شحن هذه البطاريات بشكل صحيح مستويات جهد معينة للشحن بالجملة، والشحن العائم، والتعادل، مما يضمن صحة البطارية والأداء الأمثل. إليك نظرة عامة على مستويات الجهد هذه:

جهد الشحن بالجملة

جهد الشحن بالجملة هو الجهد الأولي والأعلى المطبق أثناء عملية الشحن. بالنسبة لبطاريات LiFePO4، يتراوح هذا الجهد عادةً من 3.6 إلى 3.8 فولت لكل خلية. يستخدم مستوى الجهد هذا لشحن البطارية بسرعة حتى تصل إلى ما يقرب من 80٪ إلى 90٪ من إجمالي سعتها.

جهد التعويم

بمجرد وصول البطارية إلى مستوى شحن معين أثناء مرحلة الشحن بالجملة، يتم تخفيض جهد الشحن إلى جهد التعويم. بالنسبة لبطاريات LiFePO4، يكون جهد التعويم هذا عادةً حوالي 3.3 إلى 3.4 فولت لكل خلية. يحافظ هذا الجهد المنخفض على شحن البطارية بالكامل دون خطر الشحن الزائد، وبالتالي إطالة عمرها ومنع التلف المحتمل.

جهد التعادل

يعمل التعادل على موازنة الشحن بين الخلايا الفردية في مجموعة البطاريات، وهو أمر حيوي لأنظمة LiFePO4 متعددة الخلايا لضمان شحن كل خلية بالكامل. عادةً ما يتم ضبط جهد التعادل لبطاريات LiFePO4 أعلى قليلاً من جهد الشحن القياسي، حوالي 3.8 إلى 4.0 فولت لكل خلية. يساعد هذا الجهد الأعلى جميع الخلايا على الوصول إلى الشحن الكامل ويمنع اختلالات السعة.

كيف يؤثر الجهد على أداء بطارية LiFePO4؟

يلعب الجهد دورًا حاسمًا في أداء بطاريات فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) بعدة طرق مهمة:

السعة وكثافة الطاقة

يؤثر الجهد بشكل كبير على السعة وكثافة الطاقة لبطاريات LiFePO4. تعمل هذه البطاريات بجهد اسمي يبلغ 3.2 فولت، وهو أقل من أنواع الليثيوم أيون الأخرى، ولها كثافة طاقة أقل قليلاً. ومع ذلك، فهي معروفة بالحفاظ على سعة مستقرة عبر مجموعة واسعة من جهود التشغيل.

خرج الطاقة

يحدد الجهد قدرة خرج الطاقة للبطاريات. يمكن لبطاريات الجهد العالي توفير المزيد من الطاقة، وهو أمر ضروري للتطبيقات عالية الطاقة مثل المركبات الكهربائية والأدوات الكهربائية. نظرًا لأن بطاريات LiFePO4 تتمتع بجهد أقل مقارنة بكيمياء الليثيوم أيون الأخرى، فقد تحتاج إلى المزيد من الخلايا في سلسلة للوصول إلى الجهد المطلوب لبعض الاستخدامات.

خصائص الشحن

يؤثر جهد بطارية LiFePO4 على سلوك الشحن الخاص بها. تحافظ هذه البطاريات على جهد مستقر نسبيًا أثناء الشحن، مما يميزها عن كيمياء الليثيوم أيون الأخرى التي قد تشهد تقلبات جهد أكثر أهمية. هذه الاستقرار يجعل بطاريات LiFePO4 أسهل في الإدارة.

السلامة والاستقرار

يعزز مستوى الجهد لبطارية LiFePO4 بشكل كبير سلامتها واستقرارها. تشتهر هذه البطاريات باستقرارها الحراري والكيميائي المتميز، وتعمل بجهد أقل من كيمياء الليثيوم أيون ذات الجهد العالي. يقلل هذا الجهد المنخفض من خطر الهروب الحراري ويحسن السلامة العامة أثناء الاستخدام.

باختصار، يلعب الجهد دورًا حاسمًا في تشكيل سمات أداء بطاريات LiFePO4، مما يؤثر على سعتها وكثافة طاقتها وإخراج الطاقة وسلوك الشحن وخصائص السلامة. يعد فهم تأثير الجهد على بطاريات LiFePO4 أمرًا ضروريًا لتصميم وتحسين الأنظمة التي تستخدم هذه البطاريات، مثل المركبات الكهربائية وحلول تخزين الطاقة المتجددة والإلكترونيات المحمولة.