مبدأ 3.7 فولت بطارية الليثيوم حماية لوحة تحليل المعايير الأولية والجهد لبطارية الليثيوم

مجموعة واسعة من استخدامات البطاريات

الغرض من تطوير التكنولوجيا العالية هو جعلها تخدم البشرية بشكل أفضل. منذ طرحها في عام 1990 ، زادت بطاريات الليثيوم أيون بسبب أدائها الممتاز واستخدمت على نطاق واسع في المجتمع. احتلت بطاريات الليثيوم أيون بسرعة العديد من المجالات بمزايا لا تضاهى مقارنة بالبطاريات الأخرى ، مثل الهواتف المحمولة المعروفة ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وكاميرات الفيديو الصغيرة ، إلخ. تستخدم المزيد والمزيد من البلدان هذه البطارية للأغراض العسكرية. يوضح التطبيق أن بطارية الليثيوم أيون هي مصدر طاقة أخضر صغير مثالي.

ثانيًا ، المكونات الرئيسية لبطاريات الليثيوم أيون

(1) غطاء البطارية

(2) المادة النشطة للإلكترود الموجبة هي أكسيد الكوبالت الليثيوم

(3) الحجاب الحاجز - غشاء مركب خاص

(4) القطب السالب - المادة الفعالة هي الكربون

(5) المنحل بالكهرباء العضوي

(6) حالة البطارية

ثالثًا ، الأداء الفائق لبطاريات الليثيوم أيون

(1) جهد عمل عالي

(2) طاقة محددة أكبر

(3) دورة حياة طويلة

(4) انخفاض معدل التفريغ الذاتي

(5) لا يوجد تأثير الذاكرة

(6) لا تلوث

أربعة ، نوع بطارية الليثيوم واختيار القدرات

أولاً ، احسب التيار المستمر الذي تحتاج البطارية إلى توفيره بناءً على قوة محركك (يتطلب طاقة فعلية ، وعمومًا ، تتوافق سرعة الركوب مع طاقة حقيقية مقابلة). على سبيل المثال ، افترض أن المحرك لديه تيار مستمر قدره 20a (محرك 1000 واط عند 48 فولت). في هذه الحالة ، تحتاج البطارية لتوفير تيار 20 أمبير لفترة طويلة. ارتفاع درجة الحرارة ضحل (حتى لو كانت درجة الحرارة 35 درجة بالخارج في الصيف ، فمن الأفضل التحكم في درجة حرارة البطارية أقل من 50 درجة). بالإضافة إلى ذلك ، إذا كان التيار 20a عند 48 فولت ، فإن الضغط الزائد يتضاعف (96 فولت ، مثل وحدة المعالجة المركزية 3) ، وسيصل التيار المستمر إلى حوالي 50 أ. إذا كنت ترغب في استخدام الجهد الزائد لفترة طويلة ، فالرجاء اختيار بطارية يمكنها توفير تيار 50 أمبير باستمرار (مع الانتباه إلى ارتفاع درجة الحرارة). التيار المستمر للعاصفة هنا ليس سعة تفريغ البطارية الاسمية للتاجر. يدعي التاجر أن القليل من C (أو مئات الأمبيرات) هو سعة تفريغ البطارية ، وإذا تم تفريغها في هذا التيار ، فستولد البطارية حرارة شديدة. إذا لم يتم تبديد الحرارة بشكل كافٍ ، فسيكون عمر البطارية موجزًا. (وبيئة بطاريات سياراتنا الكهربائية هي تراكم البطاريات وتفريغها. بشكل أساسي ، لم يتبق أي ثغرات ، والعبوة ضيقة جدًا ، ناهيك عن كيفية إجبار تبريد الهواء على تبديد الحرارة). بيئة الاستخدام لدينا قاسية للغاية. يجب أن يتم فصل تيار تفريغ البطارية للاستخدام. إن تقييم قدرة تفريغ البطارية الحالية هو معرفة مقدار ارتفاع درجة حرارة البطارية المقابلة في هذا التيار.

المبدأ الوحيد الذي تمت مناقشته هنا هو ارتفاع درجة حرارة البطارية أثناء الاستخدام (درجة الحرارة المرتفعة هي العدو القاتل لعمر بطارية الليثيوم). من الأفضل التحكم في درجة حرارة البطارية أقل من 50 درجة. (أفضل ما بين 20-30 درجة). هذا يعني أيضًا أنه إذا كانت بطارية ليثيوم من النوع ذي السعة (يتم تفريغها أقل من 0.5 درجة مئوية) ، فإن تيار التفريغ المستمر 20 أمبير يتطلب سعة تزيد عن 40 أمبير (بالطبع ، يعتمد الشيء الأكثر أهمية على المقاومة الداخلية للبطارية). إذا كانت بطارية ليثيوم من نوع الطاقة ، فمن المعتاد تفريغها باستمرار وفقًا لـ 1C. حتى بطارية الليثيوم A123 ذات المقاومة الداخلية المنخفضة للغاية من الأفضل إزالتها عند درجة مئوية واحدة (ليس أكثر من 1 درجة مئوية أفضل ، ولا يمكن استخدام تفريغ 2C إلا لمدة نصف ساعة ، وهي ليست مفيدة جدًا). يعتمد اختيار السعة على حجم مساحة تخزين السيارة وميزانية الإنفاق الشخصي والنطاق المتوقع لأنشطة السيارة. (تتطلب القدرة الصغيرة عمومًا بطارية ليثيوم من نوع الطاقة)

5. فحص وتجميع البطاريات

من المحرمات الكبيرة لاستخدام بطاريات الليثيوم في التسلسل الخلل الشديد في التفريغ الذاتي للبطارية. طالما أن الجميع غير متوازن على قدم المساواة ، فلا بأس بذلك. المشكلة هي أن هذه الحالة غير مستقرة فجأة. تتمتع البطارية الجيدة بتفريغ ذاتي صغير ، والعاصفة السيئة لها تفريغ ذاتي كبير ، والحالة التي لا يكون فيها التفريغ الذاتي صغيرًا أو لا يتغير بشكل عام من جيد إلى سيئ. دولة ، هذه العملية غير مستقرة. لذلك ، من الضروري فرز البطاريات ذات التفريغ الذاتي الكبير وترك البطارية ذات التفريغ الذاتي الصغير فقط (بشكل عام ، التفريغ الذاتي للمنتجات المؤهلة صغير ، وقد قامت الشركة المصنعة بقياسه ، والمشكلة هي أن تتدفق العديد من المنتجات غير المؤهلة إلى السوق).

بناءً على التفريغ الذاتي الصغير ، حدد سلسلة ذات سعة مماثلة. حتى إذا كانت الطاقة غير متطابقة ، فلن تؤثر على عمر البطارية ، ولكنها ستؤثر على القدرة الوظيفية لحزمة البطارية بأكملها. على سبيل المثال ، 15 بطارية بسعة 20 أمبير ، وبطارية واحدة فقط هي 18 أمبير ، وبالتالي فإن السعة الإجمالية لهذه المجموعة من البطاريات يمكن أن تكون 18 أمبير فقط. في نهاية الاستخدام ، ستكون البطارية ميتة ، وستكون لوحة الحماية محمية. لا يزال الجهد الكهربائي للبطارية بأكملها مرتفعًا نسبيًا (لأن الجهد للبطاريات الـ 15 الأخرى قياسي ، ولا تزال هناك كهرباء). لذلك ، يمكن لجهد حماية التفريغ لحزمة البطارية بأكملها أن يخبرنا ما إذا كانت سعة حزمة البطارية بأكملها هي نفسها (بشرط أن تكون كل خلية بطارية مشحونة بالكامل عندما تكون حزمة البطارية بالكامل مشحونة بالكامل). باختصار ، لا تؤثر السعة غير المتوازنة على عمر البطارية ولكنها تؤثر فقط على قدرة المجموعة بأكملها ، لذا حاول اختيار تجميع بدرجة مماثلة.

يجب أن تحقق البطارية المجمعة مقاومة تلامس أومية جيدة بين الأقطاب الكهربائية. كلما كانت مقاومة التلامس بين السلك والقطب الكهربائي أصغر ، كان ذلك أفضل ؛ خلاف ذلك ، سوف يسخن القطب مع مقاومة تلامس كبيرة. سيتم نقل هذه الحرارة إلى داخل البطارية على طول القطب الكهربائي وتؤثر على عمر البطارية. بطبيعة الحال ، فإن مظهر مقاومة التجميع الكبيرة هو انخفاض الجهد الكبير لحزمة البطارية تحت نفس تيار التفريغ. (جزء من انخفاض الجهد هو المقاومة الداخلية للخلية ، والجزء الآخر هو مقاومة الاتصال ومقاومة الأسلاك المجمعة)

سادساً ، اختيار لوحة الحماية والشحن والتفريغ مسائل الاستخدام

(البيانات خاصة بـ بطارية ليثيوم فوسفات الحديد، مبدأ البطارية العادية 3.7 فولت هو نفسه ، لكن المعلومات مختلفة)

الغرض من لوحة الحماية هو حماية البطارية من الشحن الزائد والإفراط في التفريغ ، ومنع التيار العالي من إتلاف العاصفة وموازنة جهد البطارية عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل (قدرة التوازن بشكل عام صغيرة نسبيًا ، لذلك إذا كان هناك لوحة حماية البطارية التي يتم تفريغها ذاتيًا ، من الصعب بشكل استثنائي تحقيق التوازن ، وهناك أيضًا لوحات حماية توازن في أي حالة ، أي يتم إجراء التعويض من بداية الشحن ، والذي يبدو نادرًا جدًا).

بالنسبة لعمر حزمة البطارية ، يوصى بألا يتجاوز جهد شحن البطارية 3.6 فولت في أي وقت ، مما يعني أن جهد العمل الوقائي للوحة الحماية لا يزيد عن 3.6 فولت ، ويوصى بأن يكون الجهد المتوازن 3.4 فولت - 3.5 فولت (تم شحن كل خلية 3.4 فولت بأكثر من 99٪ من البطارية ، تشير إلى الحالة الساكنة ، سيزداد الجهد عند الشحن بتيار عالٍ). يكون جهد حماية تفريغ البطارية أعلى بشكل عام من 2.5 فولت (أعلى من 2 فولت ليست مشكلة كبيرة ، وعمومًا هناك فرصة ضئيلة لاستخدامها بالكامل خارج الطاقة ، لذا فإن هذا المطلب ليس مرتفعًا).

الحد الأقصى الموصى به للجهد الكهربي للشاحن (يمكن أن تكون الخطوة الأخيرة في الشحن هي أعلى وضع شحن بجهد ثابت) هو 3.5 * ، عدد السلاسل ، مثل حوالي 56 فولت لـ 16 صفًا. عادة ، يمكن قطع الشحن بمتوسط ​​3.4 فولت لكل خلية (مشحونة بالكامل بشكل أساسي) لضمان عمر البطارية. ومع ذلك ، نظرًا لأن لوحة الحماية لم تبدأ بعد في تحقيق التوازن إذا كان لب البطارية تفريغ ذاتي كبير ، فسوف تتصرف كمجموعة كاملة بمرور الوقت ؛ القدرة تتناقص تدريجيا. لذلك ، من الضروري شحن كل بطارية بانتظام إلى 3.5v-3.6v (مثل كل أسبوع) والاحتفاظ بها لبضع ساعات (طالما أن المتوسط ​​أكبر من جهد بدء التعادل) ، كلما زاد التفريغ الذاتي ، كلما طالت مدة المعادلة. من الصعب موازنة البطاريات كبيرة الحجم ذاتية التفريغ وتحتاج إلى التخلص منها. لذلك عند اختيار لوحة الحماية ، حاول اختيار حماية الجهد الزائد 3.6 فولت وابدأ المعادلة حول 3.5 فولت. (معظم الحماية من الجهد الزائد في السوق أعلى من 3.8 فولت ، ويتكون التوازن فوق 3.6 فولت). يعد اختيار جهد بدء متوازن مناسب أكثر أهمية من جهد الحماية لأنه يمكن ضبط الحد الأقصى للجهد عن طريق ضبط الحد الأقصى للجهد للشاحن (أي أن لوحة الحماية لا تملك عادة فرصة للقيام بحماية عالية الجهد). مع ذلك ، افترض أن الجهد المتوازن مرتفع. في هذه الحالة ، لا توجد فرصة لحزمة البطارية لتحقيق التوازن (ما لم يكن جهد الشحن أكبر من جهد التوازن ، ولكن هذا يؤثر على عمر البطارية) ، ستنخفض الخلية تدريجيًا بسبب سعة التفريغ الذاتي (الخلية المثالية ذات التفريغ الذاتي للصفر غير موجود).

قدرة التفريغ المستمر للوحة الحماية. هذا هو أسوأ شيء للتعليق عليه. لأن القدرة المحددة الحالية للوحة الحماية لا معنى لها. على سبيل المثال ، إذا تركت أنبوب 75nf75 يواصل تمرير تيار 50a (في هذا الوقت ، تكون طاقة التسخين حوالي 30 واط ، على الأقل اثنان 60 واط على التوالي مع نفس لوحة المنفذ) ، طالما أن هناك بالوعة حرارة كافية لتبديد الحرارة ، لا توجد مشكلة. يمكن الاحتفاظ بها عند 50 أ أو أعلى دون حرق الأنبوب. لكن لا يمكنك القول أن لوحة الحماية هذه يمكن أن تستمر حتى تيار 50 أمبير لأن معظم الألواح الواقية للجميع موضوعة في صندوق البطارية بالقرب من البطارية أو حتى قريبة. لذلك ، فإن درجة الحرارة المرتفعة هذه ستسخن البطارية وتسخن. المشكلة هي أن ارتفاع درجة الحرارة هو العدو المميت للعاصفة.

لذلك ، تحدد بيئة استخدام لوحة الحماية كيفية اختيار الحد الحالي (وليس السعة الحالية للوحة الحماية نفسها). افترض أن لوحة الحماية قد تم إخراجها من صندوق البطارية. في هذه الحالة ، يمكن لأي لوحة حماية تقريبًا مزودة بمشتت حراري التعامل مع تيار مستمر قدره 50 أ أو أعلى (في هذا الوقت ، يتم أخذ سعة لوحة الحماية فقط في الاعتبار ، ولا داعي للقلق بشأن ارتفاع درجة الحرارة الذي يتسبب في تلف خلية البطارية). بعد ذلك ، يتحدث المؤلف عن البيئة التي يستخدمها الجميع عادةً ، في نفس المساحة الضيقة مثل البطارية. في هذا الوقت ، من الأفضل التحكم في طاقة التسخين القصوى للوحة الحماية أقل من 10 واط (إذا كانت لوحة حماية صغيرة ، فإنها تحتاج إلى 5 واط أو أقل ، ويمكن أن تكون لوحة الحماية كبيرة الحجم أكثر من 10 واط لأنها تحتوي على تبديد جيد للحرارة ولن تكون درجة الحرارة مرتفعة للغاية). أما عن مقدار ما هو مناسب ، فمن المستحسن الاستمرار. لا تتجاوز درجة الحرارة القصوى للوحة بأكملها 60 درجة عند تطبيق التيار (أفضل 50 درجة). من الناحية النظرية ، كلما انخفضت درجة حرارة لوحة الحماية ، كان ذلك أفضل ، وقل تأثيرها على الخلايا.

نظرًا لأن نفس لوحة المنفذ متصلة في سلسلة بموس كهربائي الشحن ، فإن توليد الحرارة لنفس الموقف يكون ضعف مثيله في لوحة المنفذ المختلفة. بالنسبة لنفس توليد الحرارة ، يكون عدد الأنابيب فقط أعلى بأربع مرات (وفقًا لفرضية نفس طراز mos). دعنا نحسب ، إذا كان التيار المستمر 50 أمبير ، فإن المقاومة الداخلية موس هي مليوم أوم (5 75 نانومتر 75 هناك حاجة للحصول على هذه المقاومة الداخلية المكافئة) ، وقوة التسخين 50 * 50 * 0.002 = 5 واط. في هذا الوقت ، من الممكن (في الواقع ، قدرة موس الحالية للمقاومة الداخلية 2 ملي أوم أكثر من 100 أ ، لا توجد مشكلة ، ولكن الحرارة كبيرة). إذا كانت نفس لوحة المنفذ ، فستكون هناك حاجة إلى 4 2 ملي أوم المقاومة الداخلية موس (كل اثنين من المقاومة الداخلية المتوازية هي مليوم أوم ، ثم يتم توصيلها في سلسلة ، إجمالي المقاومة الداخلية يساوي 2 مليون 75 أنبوبًا ، العدد الإجمالي هو 20). افترض أن التيار المستمر 100a يسمح لطاقة التسخين بأن تكون 10 واط. في هذه الحالة ، يلزم وجود خط بمقاومة داخلية تبلغ 1 ملي أوم (بالطبع ، يمكن الحصول على المقاومة الداخلية المكافئة الدقيقة عن طريق اتصال MOS المتوازي). إذا كان عدد المنافذ المختلفة لا يزال أربع مرات ، إذا كان التيار المستمر 100a لا يزال يسمح بأقصى طاقة تسخين 5 واط ، فيمكن استخدام أنبوب 0.5 ملي أوم فقط ، الأمر الذي يتطلب أربعة أضعاف كمية موس مقارنة بتيار مستمر 50 أمبير لتوليد نفس الطاقة كمية الحرارة). لذلك ، عند استخدام لوحة الحماية ، اختر لوحة ذات مقاومة داخلية ضئيلة لتقليل درجة الحرارة. إذا تم تحديد المقاومة الداخلية ، فالرجاء ترك اللوحة والحرارة الخارجية تتبدد بشكل أفضل. اختر لوحة الحماية ولا تستمع إلى قدرة البائع الحالية المستمرة. فقط اسأل المقاومة الداخلية الإجمالية لدائرة التفريغ للوحة الحماية وقم بحسابها بنفسك (اسأل عن نوع الأنبوب المستخدم وكمية الكمية المستخدمة وتحقق بنفسك من حساب المقاومة الداخلية). يشعر المؤلف أنه إذا تم تفريغه تحت التيار المستمر الاسمي للبائع ، فيجب أن يكون ارتفاع درجة حرارة لوحة الحماية مرتفعًا نسبيًا. لذلك ، من الأفضل اختيار لوحة حماية مع خفض السرعة. (قل 50a مستمر ، يمكنك استخدام 30a ، فأنت بحاجة إلى ثابت 50a ، ومن الأفضل شراء 80a اسمي مستمر). بالنسبة للمستخدمين الذين يستخدمون وحدة معالجة مركزية 48 فولت ، يوصى ألا تزيد المقاومة الداخلية الإجمالية للوحة الحماية عن ملي أوم.

الفرق بين نفس لوحة المنفذ ولوحة المنفذ المختلفة: نفس لوحة المنفذ هي نفس خط الشحن والتفريغ ، ويتم حماية كل من الشحن والتفريغ.

لوحة المنفذ المختلفة مستقلة عن خطوط الشحن والتفريغ. يحمي منفذ الشحن فقط من الشحن الزائد عند الشحن ولا يحمي إذا تمت إزالته من منفذ الشحن (ولكن يمكن تفريغه تمامًا ، لكن السعة الحالية لمنفذ الشحن صغيرة نسبيًا بشكل عام). منفذ التفريغ يحمي من الإفراط في التفريغ أثناء التفريغ. في حالة الشحن من منفذ التفريغ ، لا يتم تغطية الشحن الزائد (لذا فإن الشحن العكسي لوحدة المعالجة المركزية قابل للاستخدام بالكامل في لوحة المنفذ المختلفة. والشحن العكسي أقل من الطاقة المستخدمة ، لذلك لا تقلق بشأن الشحن الزائد لوحدة المعالجة المركزية البطارية بسبب الشحن العكسي. ما لم تخرج بالدفع الكامل ، فسيكون على بعد بضعة كيلومترات من المنحدر على الفور. إذا واصلت بدء الشحن العكسي ، فمن الممكن زيادة شحن البطارية ، وهو أمر غير موجود) ، ولكن الاستخدام المنتظم للشحن لا تشحن أبدًا من منفذ التفريغ ، ما لم تراقب باستمرار جهد الشحن (مثل الشحن المؤقت للتيار العالي في حالات الطوارئ على جانب الطريق ، يمكنك الوثوق بمنفذ التفريغ ، والاستمرار في الركوب دون شحن كامل ، ولا تقلق بشأن الشحن الزائد)

احسب الحد الأقصى للتيار المستمر لمحركك ، واختر بطارية ذات سعة أو طاقة مناسبة يمكنها تلبية هذا التيار الثابت ، ويتم التحكم في ارتفاع درجة الحرارة. المقاومة الداخلية للوحة الحماية صغيرة بقدر الإمكان. لا تحتاج الحماية الحالية للوحة الحماية إلا إلى حماية الدوائر القصيرة وغيرها من حماية الاستخدام غير الطبيعي (لا تحاول تقييد التيار المطلوب بواسطة وحدة التحكم أو المحرك عن طريق الحد من مسودة لوحة الحماية). لأنه إذا كان محركك يحتاج إلى تيار 50 أمبير ، فلن تستخدم لوحة الحماية لتحديد التيار 40 أ ، مما يؤدي إلى حماية متكررة. سيؤدي انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ لوحدة التحكم إلى إتلاف وحدة التحكم بسهولة.

سبعة ، تحليل الجهد القياسي لبطاريات الليثيوم أيون

(1) جهد الدائرة المفتوحة: يشير إلى جهد بطارية ليثيوم أيون في حالة عدم العمل. في هذا الوقت ، لا يوجد تدفق للتيار. عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل ، يكون فرق الجهد بين الأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية حوالي 3.7 فولت ، ويمكن أن يصل الارتفاع إلى 3.8 فولت ؛

(2) المقابل لجهد الدائرة المفتوحة هو جهد العمل ، أي جهد بطارية الليثيوم أيون في الحالة النشطة. في هذا الوقت ، هناك تيار يتدفق. لأن المقاومة الداخلية عندما يتم التغلب على تدفقات التيار ، يكون جهد التشغيل دائمًا أقل من إجمالي الجهد في وقت الكهرباء ؛

(3) جهد الإنهاء: أي ، لا ينبغي أن تستمر البطارية في التفريغ بعد وضعها عند قيمة جهد معينة ، والتي يتم تحديدها بواسطة هيكل بطارية ليثيوم أيون ، عادةً بسبب اللوحة الواقية ، جهد البطارية عندما تم إنهاء التفريغ حوالي 2.95 فولت ؛

(4) الجهد القياسي: من حيث المبدأ ، يسمى الجهد القياسي أيضًا الجهد المقنن ، والذي يشير إلى القيمة المتوقعة لفرق الجهد الناتج عن التفاعل الكيميائي للمواد الإيجابية والسلبية للبطارية. الجهد المقدر لبطارية الليثيوم أيون هو 3.7 فولت. يمكن ملاحظة أن الجهد القياسي هو جهد عمل قياسي ؛

انطلاقا من جهد بطاريات الليثيوم أيون الأربع المذكورة أعلاه ، فإن جهد بطارية الليثيوم أيون المشاركة في حالة العمل له جهد قياسي وجهد عمل. في حالة عدم العمل ، يكون جهد بطارية الليثيوم أيون بين جهد الدائرة المفتوحة والجهد النهائي بسبب بطارية الليثيوم أيون. يمكن استخدام التفاعل الكيميائي للبطارية الأيونية بشكل متكرر. لذلك ، عندما يكون جهد بطارية الليثيوم أيون عند جهد الإنهاء ، يجب شحن البطارية. إذا لم يتم شحن البطارية لفترة طويلة ، فسيتم تقليل عمر البطارية أو حتى إلغائها.