بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم
1. بطاريات الرصاص الحمضية
1.1 ما هي بطاريات الرصاص الحمضية؟
● بطارية الرصاص الحمضية هي بطارية تخزين تتكون أقطابها الكهربائية بشكل رئيسي منيقودولهاأكاسيد، والذي المنحل بالكهرباءمحلول حمض الكبريتيك.
● الجهد الاسمي لبطارية الرصاص الحمضية أحادية الخلية هو2.0 فولت، والتي يمكن تفريغها إلى 1.5 فولت وشحنها إلى 2.4 فولت.
● في التطبيقات،6 خلية واحدةغالبًا ما يتم توصيل بطاريات الرصاص الحمضية على التوالي لتكوين اسمية12 فولتبطارية الرصاص الحمضية.
1.2 هيكل بطارية الرصاص الحمضية
● في حالة تفريغ بطاريات الرصاص الحمضية، المكون الرئيسي للقطب الموجب هو ثاني أكسيد الرصاص، ويتدفق التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب، والمكون الرئيسي للقطب السالب هو الرصاص.
● في حالة شحن بطاريات الرصاص الحمضية، تكون المكونات الرئيسية للأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة هي كبريتات الرصاص، ويتدفق التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب.
●بطاريات الجرافين: إضافات موصلة للجرافينتضاف إلى مواد القطب الموجب والسالب ،مواد القطب الجرافين المركبةتضاف إلى القطب الموجب، وطبقات الجرافين الوظيفيةتضاف إلى الطبقات الموصلة.
1.3 ماذا تمثل المعلومات الموجودة في الشهادة؟
●6-DZF-20:6 يعني أن هناك6 شبكات، كل شبكة لديها جهد كهربائي قدره2V، والجهد المتصل على التوالي هو 12 فولت، و20 يعني أن سعة البطارية تبلغ20 هـ.
● D (كهربائي)، Z (مدعم بالطاقة)، F (بطارية لا تحتاج إلى صيانة ويتم تنظيمها بصمام).
●دزم:D (كهربائي)، Z (مركبة مدعومة بالطاقة)، M (بطارية مغلقة لا تحتاج إلى صيانة).
●معين المنظر الإلكتروني:EV (مركبة تعمل بالبطارية)، F (بطارية لا تحتاج إلى صيانة ويتم تنظيمها بصمام).
1.4 الفرق بين الصمام المتحكم فيه والمختوم
●بطارية خالية من الصيانة خاضعة للتنظيم بالصمام:لا حاجة لإضافة الماء أو الحمض للصيانة، البطارية نفسها عبارة عن هيكل مغلق،لا يوجد تسرب حمض أو ضباب حمضي، مع سلامة في اتجاه واحدصمام العادمعندما يتجاوز الغاز الداخلي قيمة معينة، يفتح صمام العادم تلقائيًا لإخراج الغاز
●بطارية الرصاص الحمضية المختومة التي لا تحتاج إلى صيانة:البطارية بأكملهامغلق تماما (يتم تداول تفاعل الأكسدة والاختزال في البطارية داخل الغلاف المختوم)، وبالتالي فإن البطارية التي لا تحتاج إلى صيانة لا تحتوي على فائض من "الغاز الضار".
2. بطاريات الليثيوم
2.1 ما هي بطاريات الليثيوم؟
● بطاريات الليثيوم هي نوع من البطاريات التي يتم استخدامهامعدن الليثيوم or سبائك الليثيومكمواد إلكترود موجبة/سالبة وتستخدم محاليل إلكتروليتية غير مائية.(أملاح الليثيوم والمذيبات العضوية)
2.2 تصنيف بطارية الليثيوم
●يمكن تقسيم بطاريات الليثيوم تقريبًا إلى فئتين: بطاريات الليثيوم المعدنية وبطاريات الليثيوم أيون.تتفوق بطاريات الليثيوم أيون على بطاريات الليثيوم المعدنية من حيث الأمان والسعة المحددة ومعدل التفريغ الذاتي ونسبة الأداء إلى السعر.
● نظرا لمتطلباتها التكنولوجية العالية، فإن الشركات في عدد قليل من البلدان فقط هي التي تنتج هذا النوع من بطاريات الليثيوم المعدنية.
2.3 بطارية ليثيوم أيون
| مواد القطب الموجب | الجهد الاسمي | كثافة الطاقة | دورة الحياة | يكلف | حماية | دورة مرات | درجة حرارة التشغيل العادية |
| أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO) | 3.7 فولت | واسطة | قليل | عالي | قليل | ≥500 300-500 | فوسفات الحديد الليثيوم: -20 درجة مئوية ~ 65 درجة مئوية الليثيوم الثلاثي: -20 درجة مئوية ~ 45 درجة مئويةتعد بطاريات الليثيوم الثلاثية أكثر كفاءة من فوسفات حديد الليثيوم في درجات الحرارة المنخفضة، ولكنها ليست مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة مثل فوسفات حديد الليثيوم.ومع ذلك، يعتمد هذا على الظروف المحددة لكل مصنع للبطاريات. |
| أكسيد الليثيوم المنغنيز (LMO) | 3.6 فولت | قليل | واسطة | قليل | واسطة | ≥500 800-1000 | |
| أكسيد النيكل الليثيوم (LNO) | 3.6 فولت | عالي | قليل | عالي | قليل | لايوجد بيانات | |
| فوسفات حديد الليثيوم (LFP) | 3.2 فولت | واسطة | عالي | قليل | عالي | 1200-1500 | |
| النيكل والكوبالت والألومنيوم (NCA) | 3.6 فولت | عالي | واسطة | واسطة | قليل | ≥500 800-1200 | |
| النيكل والكوبالت والمنغنيز (NCM) | 3.6 فولت | عالي | عالي | واسطة | قليل | ≥1000 800-1200 |
●مواد القطب السالب:يستخدم الجرافيت في الغالب.بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام معدن الليثيوم، وسبائك الليثيوم، والقطب السالب من السيليكون والكربون، ومواد الأقطاب السالبة للأكسيد، وما إلى ذلك في الأقطاب السالبة
● وبالمقارنة، يعتبر فوسفات الحديد الليثيوم مادة القطب الموجب الأكثر فعالية من حيث التكلفة.
2.4 تصنيف شكل بطارية ليثيوم أيون
بطارية ليثيوم أيون أسطوانية
بطارية ليثيوم أيون المنشورية
بطارية ليثيوم أيون زر
بطارية ليثيوم أيون ذات شكل خاص
بطارية حزمة ناعمة
● الأشكال الشائعة المستخدمة لبطاريات السيارات الكهربائية:حزمة أسطوانية وناعمة
● بطارية الليثيوم الأسطوانية:
● المزايا: تكنولوجيا ناضجة، منخفضة التكلفة، طاقة واحدة صغيرة، سهلة التحكم، تبديد جيد للحرارة
● العيوب:عدد كبير من حزم البطاريات، وزن ثقيل نسبيًا، وكثافة طاقة أقل قليلاً
● بطارية الليثيوم الناعمة:
● المزايا: طريقة تصنيع متراكبة، أرق، أخف وزنا، كثافة طاقة أعلى، المزيد من الاختلافات عند تشكيل حزمة البطارية
● العيوب:ضعف الأداء العام لحزمة البطارية (الاتساق)، وعدم مقاومة درجات الحرارة المرتفعة، وليس من السهل توحيدها، والتكلفة العالية
● ما هو الشكل الأفضل لبطاريات الليثيوم؟في الواقع، لا توجد إجابة مطلقة، فالأمر يعتمد بشكل أساسي على الطلب
● إذا كنت تريد تكلفة منخفضة وأداءً عامًا جيدًا: بطارية الليثيوم الأسطوانية > بطارية الليثيوم الناعمة
● إذا كنت تريد حجمًا صغيرًا وخفيفًا وكثافة طاقة عالية: بطارية الليثيوم الناعمة > بطارية الليثيوم الأسطوانية
2.5 هيكل بطارية الليثيوم
● 18650: 18 ملم يشير إلى قطر البطارية، 65 ملم يشير إلى ارتفاع البطارية، 0 يشير إلى الشكل الأسطواني، وما إلى ذلك وهلم جرا
● حساب بطارية الليثيوم 12v20ah: افترض أن الجهد الاسمي لبطارية 18650 هو 3.7V (4.2v عند الشحن الكامل) والسعة 2000ah (2ah)
● للحصول على 12 فولت تحتاج إلى 3 بطاريات 18650 (12/3.7≈3)
● للحصول على 20 أمبير، 20/2=10، تحتاج إلى 10 مجموعات من البطاريات، كل منها بها 3 12 فولت.
● 3 في سلسلة 12 فولت، 10 على التوازي 20 أمبير، أي 12 فولت 20 أمبير (مطلوب إجمالي 30 18650 خلية)
● عند التفريغ، يتدفق التيار من القطب السالب إلى القطب الموجب
● عند الشحن، يتدفق التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب
3. مقارنة بين بطارية الليثيوم وبطارية الرصاص الحمضية وبطارية الجرافين
| مقارنة | بطارية ليثيوم | بطارية الرصاص الحمضية | بطارية الجرافين |
| سعر | عالي | قليل | واسطة |
| عامل الأمان | قليل | عالي | مرتفعة نسبيا |
| الحجم والوزن | حجم صغير، خفيف الوزن | حجم كبير ووزن ثقيل | حجم كبير، أثقل من بطارية الرصاص الحمضية |
| عمر البطارية | عالي | طبيعي | أعلى من بطارية الرصاص الحمضية، وأقل من بطارية الليثيوم |
| عمر | 4 سنوات (الليثيوم الثلاثي: 800-1200 مرة فوسفات حديد الليثيوم: 1200-1500 مرة) | 3 سنوات (3-500 مرة) | 3 سنوات (> 500 مرة) |
| قابلية التنقل | مرنة وسهلة الحمل | لا يمكن شحنها | لا يمكن شحنها |
| بصلح | غير قابل للاصلاح | قابلة للإصلاح | قابلة للإصلاح |
● لا توجد إجابة مطلقة عن البطارية الأفضل للسيارات الكهربائية.يعتمد ذلك بشكل أساسي على الطلب على البطاريات.
● من حيث عمر البطارية وعمرها: بطارية الليثيوم > الجرافين > حمض الرصاص.
● من حيث السعر وعامل الأمان: حمض الرصاص > الجرافين > بطارية الليثيوم.
● من حيث قابلية النقل: بطارية الليثيوم > حمض الرصاص = الجرافين.
4. الشهادات المتعلقة بالبطارية
● بطارية الرصاص الحمضية: إذا اجتازت بطارية الرصاص الحمضية اختبارات الاهتزاز وفرق الضغط ودرجة الحرارة 55 درجة مئوية، فيمكن إعفاؤها من نقل البضائع العادية.وفي حالة عدم اجتياز الاختبارات الثلاثة يتم تصنيفها ضمن البضائع الخطرة فئة 8 (المواد المسببة للتآكل)
● تشمل الشهادات المشتركة ما يلي:
●شهادة النقل الآمن للبضائع الكيميائية(النقل الجوي/البحري)؛
●صحيفة بيانات سلامة المواد(ورقة بيانات سلامة المواد)؛
● بطارية الليثيوم: مصنفة ضمن الفئة 9 لتصدير البضائع الخطرة
● تشمل الشهادات الشائعة ما يلي: بطاريات الليثيوم هي UN38.3، وUN3480، وUN3481، وUN3171، وشهادة حزمة البضائع الخطرة، وتقرير تقييم ظروف نقل البضائع.
●UN38.3تقرير فحص السلامة
●UN3480حزمة بطارية ليثيوم أيون
●UN3481بطارية ليثيوم أيون مثبتة في المعدات أو بطارية ليثيوم إلكترونية ومعدات مجمعة معًا (نفس خزانة البضائع الخطرة)
●UN3171مركبة تعمل بالبطارية أو معدات تعمل بالبطارية (البطارية موضوعة في السيارة، نفس خزانة البضائع الخطرة)
5. مشاكل البطارية
● يتم استخدام بطاريات الرصاص الحمضية لفترة طويلة، وتكون الوصلات المعدنية داخل البطارية عرضة للكسر، مما يسبب قصر الدائرة الكهربائية والاحتراق التلقائي.لقد تجاوز عمر بطاريات الليثيوم عمر الخدمة، كما أن قلب البطارية أصبح قديمًا ويتسرب، مما قد يؤدي بسهولة إلى حدوث دوائر قصيرة وارتفاع درجات الحرارة.
بطاريات الرصاص الحمضية
بطارية ليثيوم
● التعديل غير المصرح به: يقوم المستخدمون بتعديل دائرة البطارية دون تصريح، مما يؤثر على أداء السلامة للدائرة الكهربائية للمركبة.يؤدي التعديل غير الصحيح إلى زيادة التحميل على دائرة السيارة، والتحميل الزائد، والتسخين، وقصر الدائرة.
بطاريات الرصاص الحمضية
بطارية ليثيوم
● فشل الشاحن.إذا تم ترك الشاحن في السيارة لفترة طويلة واهتز، فمن السهل أن تتسبب في ارتخاء المكثفات والمقاومات الموجودة في الشاحن، مما قد يؤدي بسهولة إلى الشحن الزائد للبطارية.يمكن أن يؤدي استخدام الشاحن الخاطئ أيضًا إلى الشحن الزائد.
● تعرض الدراجات الكهربائية للشمس.في الصيف، تكون درجة الحرارة مرتفعة، وليس من المناسب إيقاف الدراجات الكهربائية في الخارج تحت أشعة الشمس.سوف تستمر درجة الحرارة داخل البطارية في الارتفاع.إذا قمت بشحن البطارية مباشرة بعد عودتك إلى المنزل من العمل، فسوف تستمر درجة الحرارة داخل البطارية في الارتفاع.عندما تصل إلى درجة الحرارة الحرجة، فمن السهل أن تشتعل تلقائيا.
● يتم نقع الدراجات النارية الكهربائية بسهولة في الماء أثناء هطول الأمطار الغزيرة.لا يمكن استخدام بطاريات الليثيوم بعد نقعها في الماء.تحتاج السيارات الكهربائية التي تعمل ببطاريات الرصاص الحمضية إلى الإصلاح في ورشة إصلاح بعد نقعها في الماء.
6. الصيانة اليومية واستخدام البطاريات وغيرها
● تجنب الشحن الزائد والإفراط في تفريغ البطارية
الشحن الزائد:بشكل عام، يتم استخدام أكوام الشحن للشحن في الصين.عند الشحن بالكامل، سيتم فصل مصدر الطاقة تلقائيًا.عند الشحن باستخدام الشاحن، سيتم فصل الطاقة تلقائيًا عند الشحن بالكامل.بالإضافة إلى أجهزة الشحن العادية التي لا تحتوي على وظيفة إيقاف التشغيل للشحن الكامل، عند شحنها بالكامل، ستستمر في الشحن بتيار صغير، مما سيؤثر على الحياة لفترة طويلة؛
الإفراط في التفريغ:يوصى عمومًا بشحن البطارية عندما يتبقى 20% من الطاقة.سيؤدي الشحن بطاقة منخفضة لفترة طويلة إلى انخفاض جهد البطارية، وقد لا يتم شحنها.يجب تفعيله مرة أخرى، وقد لا يتم تفعيله.
● تجنب استخدامه في ظروف درجات الحرارة العالية والمنخفضة.ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى تكثيف التفاعل الكيميائي وتوليد الكثير من الحرارة.عندما تصل الحرارة إلى قيمة حرجة معينة، سيؤدي ذلك إلى احتراق البطارية وانفجارها.
● تجنب الشحن السريعمما سيؤدي إلى تغيرات في البنية الداخلية وعدم الاستقرار.وفي الوقت نفسه، ستسخن البطارية وتؤثر على عمر البطارية.وفقًا لخصائص بطاريات الليثيوم المختلفة، بالنسبة لبطارية أكسيد منغنيز الليثيوم 20 أمبير، باستخدام شاحن 5 أمبير وشاحن 4 أمبير في نفس ظروف الاستخدام، فإن استخدام شاحن 5 أمبير سيقلل الدورة بحوالي 100 مرة.
●إذا لم يتم استخدام السيارة الكهربائية لفترة طويلة، فحاول شحنها مرة واحدة في الأسبوع أو كل أسبوع 15 يوم.سوف تستهلك بطارية الرصاص الحمضية نفسها حوالي 0.5% من طاقتها كل يوم.سوف يستهلك بشكل أسرع عند تثبيته على سيارة جديدة.
سوف تستهلك بطاريات الليثيوم الطاقة أيضًا.إذا لم يتم شحن البطارية لفترة طويلة، فستكون في حالة فقدان الطاقة وقد تصبح البطارية غير قابلة للاستخدام.
يجب شحن البطارية الجديدة التي لم يتم تفريغها مرة واحدة لأكثر من مرة100 يوم.
●إذا تم استخدام البطارية لفترة طويلةالوقت ولها كفاءة منخفضة، يمكن إضافة بطارية الرصاص الحمضية بالكهرباء أو الماء بواسطة متخصصين لمواصلة استخدامها لفترة من الوقت، ولكن في الظروف العادية، يوصى باستبدال البطارية الجديدة مباشرة.بطارية الليثيوم ذات كفاءة منخفضة ولا يمكن إصلاحها.يوصى باستبدال البطارية الجديدة مباشرة.
●مشكلة الشحن: يجب أن يستخدم الشاحن طرازًا مطابقًا.لا يمكن لـ 60 فولت شحن بطاريات 48 فولت، ولا يمكن لحمض الرصاص 60 فولت شحن بطاريات الليثيوم 60 فولت، ولا يمكن استخدام شواحن الرصاص الحمضية وشواحن بطاريات الليثيوم بالتبادل.
إذا كان وقت الشحن أطول من المعتاد، فمن المستحسن فصل كابل الشحن وإيقاف الشحن.انتبه إلى ما إذا كانت البطارية مشوهة أو تالفة.
●عمر البطارية = الجهد × أمبير البطارية × السرعة ÷ قوة المحرك هذه الصيغة غير مناسبة لجميع الموديلات، خاصة موديلات المحركات عالية الطاقة.وبدمجها مع بيانات الاستخدام لمعظم المستخدمين الإناث، تكون الطريقة كما يلي:
بطارية ليثيوم 48 فولت، 1 أمبير = 2.5 كيلومتر، بطارية ليثيوم 60 فولت، 1 أمبير = 3 كيلومتر، بطارية ليثيوم 72 فولت، 1 أمبير = 3.5 كيلومتر، حمض الرصاص أقل بحوالي 10% من بطارية الليثيوم.
بطارية 48 فولت يمكن أن تعمل 2.5 كيلومتر لكل أمبير (48V20A 20×2.5=50 كيلومتر)
يمكن لبطارية 60 فولت أن تعمل لمسافة 3 كيلومترات لكل أمبير (60V20A 20×3=60 كيلومترًا)
بطارية 72 فولت يمكن أن تعمل 3.5 كيلومتر لكل أمبير (72V20A 20×3.5=70 كيلومتر)
●سعة البطارية/الشاحن تساوي وقت الشحن، وقت الشحن = سعة البطارية/الشاحن رقم، على سبيل المثال 20A/4A = 5 ساعات، ولكن لأن كفاءة الشحن ستكون أبطأ بعد الشحن إلى 80% (سيقلل النبض التيار)، لذلك يتم كتابته عادة كـ 5-6 ساعات أو 6-7 ساعات (للتأمين)
