سيهوا وين، مهندس تطبيقات البطاريات، شركة تكساس إنسترومنتس

عادة، في أي نظام يتكون من عدة بطاريات متصلة على التوالي، تنشأ مشكلة عدم توازن شحن البطاريات الفردية. معادلة الشحن هي تقنية تصميم تعمل على تحسين سلامة البطارية ووقت التشغيل وعمر الخدمة. تعد أحدث الدوائر المتكاملة لحماية البطارية ومؤشرات الشحن من Texas Instruments - عائلة BQ2084 وBQ20ZXX وBQ77PL900 وBQ78PL114، المضمنة في خط إنتاج الشركة - ضرورية للتنفيذ. من هذه الطريقة.

ما هو عدم توازن البطارية؟

سيؤدي ارتفاع درجة الحرارة أو الشحن الزائد إلى تسريع تآكل البطارية وقد يتسبب في نشوب حريق أو حتى انفجار. تعمل حماية البرامج والأجهزة على تقليل المخاطر. في بنك يحتوي على العديد من البطاريات المتصلة على التوالي (عادةً ما يتم استخدام هذه الكتل في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمعدات الطبية)، هناك احتمال أن تصبح البطاريات غير متوازنة، مما يؤدي إلى تدهورها البطيء ولكن الثابت.
لا توجد بطاريتين متماثلتين، وهناك دائمًا اختلافات طفيفة في حالة شحن البطارية (SOC)، والتفريغ الذاتي، والسعة، والمقاومة، وخصائص درجة الحرارة، حتى لو كنا نتحدث عن بطاريات من نفس النوع، ومن نفس الشركة المصنعة و حتى من نفس دفعة الإنتاج. عند تشكيل كتلة من عدة بطاريات، تقوم الشركة المصنعة عادة باختيار البطاريات المتشابهة في SSB من خلال مقارنة الفولتية عليها. ومع ذلك، لا تزال هناك اختلافات في معلمات البطاريات الفردية، وقد تزداد بمرور الوقت. تحدد معظم أجهزة الشحن الشحن الكامل من خلال الجهد الإجمالي لسلسلة البطاريات بأكملها المتصلة على التوالي. لذلك، يمكن أن يختلف جهد شحن البطاريات الفردية بشكل كبير، ولكنه لا يتجاوز عتبة الجهد التي يتم عندها تنشيط الحماية من الشحن الزائد. ومع ذلك، في الحلقة الضعيفة - البطارية مع قدرة منخفضةأو مقاومة داخلية عالية، فقد يكون الجهد أعلى من البطاريات الأخرى المشحونة بالكامل. سيظهر خلل مثل هذه البطارية لاحقًا خلال دورة التفريغ الطويلة. يشير الجهد العالي لهذه البطارية بعد اكتمال الشحن إلى تدهورها المتسارع. عند تفريغها لنفس الأسباب (المقاومة الداخلية العالية والقدرة المنخفضة)، فإن هذه البطارية سيكون لها أقل جهد. وهذا يعني أنه عند شحن بطارية ضعيفة، قد تعمل الحماية من الجهد الزائد، في حين أن البطاريات المتبقية في الوحدة لن يتم شحنها بالكامل بعد. سيؤدي هذا إلى قلة استخدام موارد البطارية.

طرق التوازن

يؤثر اختلال توازن البطارية بشكل سلبي كبير على عمر البطارية وعمر الخدمة. من الأفضل معادلة الجهد الكهربي وSSB للبطاريات عندما تكون مشحونة بالكامل. هناك طريقتان لموازنة البطاريات - النشطة والسلبية. يُطلق على الأخير أحيانًا اسم "موازنة المقاوم". الطريقة السلبية بسيطة للغاية: يتم تفريغ البطاريات التي تحتاج إلى التوازن من خلال دوائر جانبية تعمل على تبديد الطاقة. يمكن دمج هذه الدوائر الالتفافية في حزمة البطارية أو وضعها في شريحة خارجية. هذه الطريقة مفضلة للتطبيقات منخفضة التكلفة. تقريبًا كل الطاقة الزائدة من البطاريات ذات الشحنة الكبيرة تتبدد على شكل حرارة - وهذا هو العيب الرئيسي للطريقة السلبية، لأن فهو يقلل من عمر البطارية بين الشحنات. تستخدم طريقة الموازنة النشطة المحاثات أو المكثفات، التي لها خسائر ضئيلة في الطاقة، لنقل الطاقة من البطاريات عالية الشحن إلى البطاريات الأقل شحنًا. ولذلك، فإن الطريقة النشطة أكثر فعالية بكثير من الطريقة السلبية. وبطبيعة الحال، فإن زيادة الكفاءة تأتي بتكلفة - استخدام مكونات إضافية باهظة الثمن نسبيا.

طريقة التوازن السلبي

الحل الأبسط هو معادلة جهد البطارية. على سبيل المثال، يتم استخدام BQ77PL900، الذي يوفر الحماية لحزم البطاريات التي تحتوي على 5 إلى 10 بطاريات متسلسلة، في الأدوات الخالية من الرصاص، والدراجات البخارية، وإمدادات الطاقة غير المنقطعة، والمعدات الطبية. الدائرة الدقيقة عبارة عن وحدة كاملة وظيفيًا ويمكن استخدامها للعمل مع حجرة البطارية، كما هو موضح في الشكل 1. وبمقارنة جهد البطارية مع العتبات المبرمجة، تقوم الدائرة الدقيقة، إذا لزم الأمر، بتشغيل وضع التوازن. ويبين الشكل 2 مبدأ التشغيل. إذا تجاوز جهد أي بطارية عتبة محددة، يتوقف الشحن ويتم توصيل الدوائر الالتفافية. لا يتم استئناف الشحن حتى ينخفض ​​جهد البطارية إلى ما دون الحد ويتوقف إجراء الموازنة.

أرز. 1.شريحة BQ77PL900 تستخدم بشكل مستقل
وضع التشغيل لحماية حزمة البطارية

عند تطبيق خوارزمية موازنة تستخدم انحراف الجهد فقط كمعيار، فمن الممكن حدوث موازنة غير مكتملة بسبب الاختلاف في المعاوقة الداخلية للبطاريات (انظر الشكل 3). والحقيقة هي أن المعاوقة الداخلية تساهم في انتشار الجهد أثناء الشحن. لا تستطيع شريحة حماية البطارية تحديد ما إذا كان خلل الجهد ناتجًا عن اختلاف سعات البطارية أو اختلافات في مقاومتها الداخلية. ولذلك، مع هذا النوع من التوازن السلبي ليس هناك ضمان بأن جميع البطاريات ستكون مشحونة بنسبة 100%. يستخدم مؤشر الشحن BQ2084 IC نسخة محسنة من موازنة الجهد. لتقليل تأثير اختلاف المقاومة الداخلية، يقوم BQ2084 بإجراء موازنة بالقرب من نهاية عملية الشحن، عندما يكون تيار الشحن منخفضًا. ميزة أخرى لـ BQ2084 هي قياس وتحليل جهد جميع البطاريات المضمنة في الوحدة. ومع ذلك، على أية حال، هذه الطريقة قابلة للتطبيق فقط في وضع الشحن.

أرز. 2.طريقة سلبية تعتمد على موازنة الجهد

أرز. 3.طريقة موازنة الجهد السلبي
يستخدم سعة البطارية بشكل غير فعال

تستخدم الدوائر الدقيقة من عائلة BQ20ZXX تقنية Impedance Track الخاصة بها لتحديد مستوى الشحن، استنادًا إلى تحديد SSB وسعة البطارية. في هذه التقنية، يتم حساب الشحنة Q NEED المطلوبة لتحقيق حالة الشحن الكامل لكل بطارية، وبعد ذلك يتم العثور على الفرق ΔQ بين Q NEED لجميع البطاريات. ثم تقوم الدائرة الدقيقة بتشغيل مفاتيح الطاقة التي يتم من خلالها موازنة البطارية بالحالة ΔQ = 0. نظرًا لحقيقة أن الاختلاف في المقاومة الداخلية للبطاريات لا يؤثر على هذه الطريقة، فيمكن استخدامها في أي وقت: سواء عندما شحن وتفريغ البطاريات. باستخدام تقنية Impedance Track، يتم تحقيق موازنة أكثر دقة للبطارية (انظر الشكل 4).

أرز. 4.

التوازن النشط

من حيث كفاءة الطاقة، فإن هذه الطريقة تتفوق على التوازن السلبي، لأن لنقل الطاقة من بطارية أكثر شحنًا إلى بطارية أقل شحنًا، بدلاً من المقاومات، يتم استخدام المحاثات والسعات، حيث لا يوجد أي فقدان للطاقة عمليًا. تُفضل هذه الطريقة في الحالات التي تتطلب الحد الأقصى لعمر البطارية.
يتميز BQ78PL114 بتقنية PowerPump الخاصة به، وهو أحدث مكون نشط لموازنة البطارية من TI ويستخدم محولًا حثيًا لنقل الطاقة. يستخدم PowerPump MOSFET ذو القناة n ومحث يقع بين زوج من البطاريات. تظهر الدائرة في الشكل 5. يشكل MOSFET والمحث محول الدفع/الدفع الوسيط. إذا قرر BQ78PL114 أن البطارية العلوية تحتاج إلى نقل الطاقة إلى البطارية السفلية، فسيتم إنشاء إشارة تبلغ حوالي 200 كيلو هرتز مع دورة تشغيل تبلغ حوالي 30% عند طرف PS3. عندما يكون مفتاح Q1 مفتوحًا، يتم تخزين الطاقة من البطارية العلوية في دواسة الوقود. عند إغلاق المفتاح Q1، تتدفق الطاقة المخزنة في المحث عبر الصمام الثنائي الطائر للمفتاح Q2 إلى البطارية السفلية.

أرز. 5.

خسائر الطاقة صغيرة وتحدث بشكل رئيسي في الصمام الثنائي والمغو. تنفذ شريحة BQ78PL114 ثلاث خوارزميات موازنة:

• عن طريق الجهد في أطراف البطارية. تشبه هذه الطريقة طريقة الموازنة السلبية الموضحة أعلاه؛
• بواسطة جهد الدائرة المفتوحة. تعوض هذه الطريقة الاختلافات في المقاومة الداخلية للبطاريات؛
• وفقًا لـ SZB (استنادًا إلى التنبؤ بحالة البطارية). تشبه الطريقة تلك المستخدمة في عائلة الدوائر الدقيقة BQ20ZXX لتحقيق التوازن السلبي بواسطة SSB وسعة البطارية. في هذه الحالة، يتم تحديد الشحنة التي يجب نقلها من بطارية إلى أخرى بدقة. يحدث التوازن في نهاية الشحن. عند استخدام هذه الطريقة يتم الحصول على أفضل نتيجة (انظر الشكل 6)

أرز. 6.

نظرًا لتيارات التوازن الكبيرة، تعد تقنية PowerPump أكثر كفاءة من الموازنة السلبية التقليدية مع مفاتيح التحويل الداخلية. عند موازنة مجموعة بطارية كمبيوتر محمول، تكون تيارات الموازنة 25...50 مللي أمبير. من خلال تحديد قيمة المكونات، يمكنك تحقيق كفاءة موازنة أفضل بـ 12-20 مرة من الطريقة السلبية باستخدام المفاتيح الداخلية. يمكن تحقيق قيمة عدم الاتزان النموذجية (أقل من 5%) في دورة واحدة أو دورتين.
بالإضافة إلى ذلك، تتمتع تقنية PowerPump بمزايا واضحة أخرى: يمكن أن يحدث التوازن في أي وضع تشغيل - الشحن والتفريغ، وحتى عندما تكون البطارية التي توفر الطاقة ذات جهد أقل من البطارية التي تستقبل الطاقة. بالمقارنة مع الطريقة السلبية، يتم فقدان طاقة أقل بكثير.

مناقشة فعالية طريقة الموازنة النشطة والسلبية

تعمل تقنية PowerPump على تحقيق التوازن بشكل أسرع. عند عدم توازن 2% من البطاريات بسعة 2200 مللي أمبير، يمكن القيام بذلك في دورة واحدة أو دورتين. مع التوازن السلبي، فإن مفاتيح الطاقة المدمجة في حزمة البطارية تحد من الحد الأقصى لقيمة التيار، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى العديد من دورات التوازن. يمكن أيضًا مقاطعة عملية الموازنة إذا كان هناك اختلاف كبير في معلمات البطارية.
يمكن زيادة سرعة التوازن السلبي باستخدام مكونات خارجية. يوضح الشكل 7 مثالًا نموذجيًا لمثل هذا الحل الذي يمكن استخدامه مع عائلة الرقائق BQ77PL900 أو BQ2084 أو BQ20ZXX. أولاً، يتم تشغيل مفتاح البطارية الداخلي، مما يؤدي إلى إنشاء تيار متحيز صغير يتدفق عبر المقاومات R Ext1 و R Ext2 المتصلة بين أطراف البطارية والدائرة الدقيقة. يتم تشغيل جهد مصدر البوابة عبر المقاوم RExt2 على المفتاح الخارجي، ويبدأ تيار الموازنة بالتدفق عبر المفتاح الخارجي المفتوح والمقاوم R Bal.

أرز. 7.رسم تخطيطي للتوازن السلبي
باستخدام مكونات خارجية

عيب هذه الطريقة هو أنه لا يمكن موازنة البطارية المجاورة في نفس الوقت (انظر الشكل 8 أ). وذلك لأنه عندما يكون المفتاح الداخلي للبطارية المجاورة مفتوحًا، لا يمكن أن يمر تيار عبر المقاومة R Ext2. ولذلك، يظل المفتاح Q1 مغلقًا حتى عندما يكون المفتاح الداخلي مفتوحًا. في الممارسة العملية، هذه المشكلة ليست ذات أهمية كبيرة، لأنه باستخدام طريقة الموازنة هذه، تتم موازنة البطارية المتصلة بمفتاح Q2 بسرعة، ومن ثم تتم موازنة البطارية المتصلة بمفتاح Q2.
هناك مشكلة أخرى وهي الجهد العالي لمصدر التصريف V DS الذي يمكن أن يحدث عند موازنة كل بطارية أخرى. يوضح الشكل 8 ب الحالة التي تكون فيها البطاريات العلوية والسفلية متوازنة. في هذه الحالة، قد يتجاوز الجهد V DS للمفتاح الأوسط الحد الأقصى المسموح به. الحل لهذه المشكلة هو تحديد الحد الأقصى لقيمة المقاوم R Ext أو استبعاد إمكانية موازنة كل بطارية ثانية في وقت واحد.

تعد طريقة التوازن السريع طريقة جديدة لتحسين سلامة البطارية. مع التوازن السلبي، الهدف هو موازنة سعة البطارية، ولكن بسبب تيارات التوازن المنخفضة، يكون هذا ممكنًا فقط في نهاية دورة الشحن. بمعنى آخر، يمكن منع الشحن الزائد للبطارية السيئة، لكن هذا لن يزيد من وقت التشغيل دون إعادة الشحن، لأن سيتم فقدان الكثير من الطاقة في الدوائر المقاومة الالتفافية.
عند استخدام تقنية التوازن النشط PowerPump، يتم تحقيق هدفين في وقت واحد - موازنة السعة في نهاية دورة الشحن والحد الأدنى من فرق الجهد في نهاية دورة التفريغ. يتم تخزين الطاقة ونقلها إلى البطارية الضعيفة بدلاً من تبديدها كحرارة في الدوائر الالتفافية.

خاتمة

تعد الموازنة الصحيحة لجهد البطارية إحدى الطرق لزيادة أمان تشغيل البطارية وزيادة عمر الخدمة. تقوم تقنيات الموازنة الجديدة بمراقبة حالة كل بطارية، مما يزيد من عمر الخدمة ويحسن السلامة التشغيلية. تعمل تقنية التوازن النشط السريع PowerPump على زيادة عمر البطارية وتسمح بموازنة البطاريات بأكبر قدر ممكن من الكفاءة والفعالية في نهاية دورة التفريغ.

مارس 2016

كما هو معروف، يعتمد تشغيل بطارية الرصاص الحمضية على حدوث فرق جهد بين قطبين مغمورين في المنحل بالكهرباء. المادة الفعالة للكاثود السالب هي الرصاص النقي، والمادة الفعالة للقطب الموجب هي ثاني أكسيد الرصاص. في أنظمة إمداد الطاقة الاحتياطية والمستقلة، يتم تصنيع البطاريات وفقًا لـ تقنيات مختلفة: السائبة المخدومة، هلام مختوم أو AGM. بغض النظر عن التكنولوجيا، فإن العمليات الكيميائية التي تحدث في بطاريات الرصاص الحمضية متشابهة:

عند تفريغها، فإنه يمر عبر اللوحات التيار الكهربائي، والألواح مطلية بأكسيد كبريت الرصاص (كبريتات). تترسب كبريتات الرصاص على الصفائح على شكل طبقة مسامية. عند الشحن، يحدث رد فعل عكسي لاختزال المادة الفعالة، ويتراكم الرصاص النقي على الصفائح السالبة، وتتراكم كتلة مسامية من أكسيد الرصاص على الصفائح الموجبة. لسوء الحظ، فإن الاستعادة الكاملة للمادة الفعالة في كل دورة تفريغ جديدة أمر مستحيل. أثناء التشغيل، يحدث حتمًا ما يسمى بشيخوخة البطارية، أي فقدان تدريجي للسعة - حتى حد التشغيل المسموح به، والذي يتم عادةً تقليل السعة إلى 60٪ من السعة الأصلية. في ظل الظروف المثالية، يمكن أن يكون عمر البطارية الفعلي في وضع المخزن المؤقت قريبًا من العمر الاسمي.

يمكن تسريع عملية تقادم البطارية بشكل كبير بسبب العمليات التدميرية التالية:

• كبريتة الصفائح؛
• تآكل الصفائح وتساقط الكتلة النشطة؛
• تبخر المنحل بالكهرباء أو ما يسمى "تجفيف" البطارية؛
• التقسيم الطبقي للكهارل (نموذجي فقط للبطاريات السائلة).

كبريتة الصفائح

عندما يتم تفريغ البطارية، تتحول الكتلة النشطة السائبة إلى بلورات دقيقة صلبة من كبريتات الرصاص. إذا لم يتم شحن البطارية لفترة طويلة، تصبح البلورات الدقيقة أكبر، ويتكاثف الرواسب ويمنع وصول المنحل بالكهرباء إلى اللوحات، مما يجعل شحن البطارية مستحيلاً. العوامل التي تزيد من خطر الكبريتات: تخزين طويل الأجل في حالة تفريغها؛ الشحن الزائد المزمن للبطارية في الوضع الدوري (يلزم شحن بنسبة 100% مرة واحدة على الأقل شهريًا)؛ تفريغ البطارية العميق للغاية. يمكن التخلص من كبريت الألواح جزئيًا عن طريق أوضاع شحن البطارية الخاصة.

تآكل وتساقط المادة الفعالة

أثناء التآكل، يتأكسد الرصاص النقي لشبكة اللوحة، المتفاعل مع الماء، إلى أكسيد الرصاص. يقوم أكسيد الرصاص بتوصيل التيار الكهربائي بشكل أسوأ إلى المادة الفعالة في مادة تشحيم اللوحة، مما يزيد من المقاومة الداخلية ويقلل من مقاومة البطارية لتيارات التفريغ العالية. على الصفائح الموجبة، يؤدي التآكل إلى إضعاف التصاق الشبكة بالمادة الفعالة. بالإضافة إلى ذلك، فإن المادة الفعالة للوحة الإيجابية نفسها تفقد قوتها تدريجياً. مع كل دورة انتشار، تتغير حالة طبقة اللوحة من كتلة ضخمة من البلورات الدقيقة لأكسيد الرصاص إلى بنية بلورية صلبة من كبريتات الرصاص. يؤدي الضغط والتمدد المتناوب إلى تقليل القوة الفيزيائية للطبقة المنتشرة، والتي تؤدي، جنبًا إلى جنب مع ضعف الالتصاق، إلى انزلاق المادة الفعالة وتساقطها إلى الجزء السفلي من البطارية. يمكن أن يؤدي التآكل وتراكم المادة الفعالة المنفصلة إلى تشوه ألواح البطارية، وفي أسوأ الحالات، إلى ماس كهربائي.

العوامل التي تزيد من خطر التآكل وتساقط الكتلة النشطة:

• شحن الجهد العالي جدا.
• الشحن بتيار غير كافي - أي البقاء تحت الجهد العالي لفترة طويلة أثناء مرحلة التعبئة؛
• البقاء في مرحلة الامتصاص لفترة طويلة جدًا ("الشحن الزائد")؛
• شحن البطارية بكمية كبيرة من التيار؛
• تسارع تفريغ البطارية بتيار مرتفع جدًا.

يعد تساقط (انزلاق) الكتلة النشطة للكهارل ظاهرة لا رجعة فيها. أخطر نتيجة لانزلاق الكتلة النشطة هو تقصير الصفائح.

تبخر المنحل بالكهرباء

عندما يتم تفريغ اللوحة الإيجابية للبطارية، يتكون الأكسجين من الماء. في ظل ظروف الشحن العادية، يتحد الأكسجين مع الهيدروجين الموجود على اللوحة السالبة للبطارية، مما يستعيد الكمية الأصلية من الماء في الإلكتروليت. لكن انتشار الأكسجين في الفاصل أمر صعب، وبالتالي فإن عملية إعادة التركيب لا يمكن أن تكون فعالة بنسبة 100%. يؤدي تقليل نسبة الماء إلى تغيير خصائص شحن البطارية، وعند حد معين، يجعل الشحن مستحيلًا تمامًا. العوامل التي تزيد من خطر “جفاف البطارية”: التشغيل في درجات الحرارة المحيطة العالية؛ الشحن مع الكثير من التيار أو الجهد. الجهد العائم مرتفع جدًا - البطارية "مشحونة بشكل زائد".

يعد تبخر الإلكتروليت ظاهرة لا رجعة فيها بالنسبة للجيل وبطاريات AGM. السبب الرئيسي للجفاف وخاصة بالنسبة لAGM - "الشحن الزائد" للبطاريات.

الهروب الحراري والانهيار الحراري للبطاريات

يحدث تقادم البطارية، بسبب العمليات المذكورة أعلاه، بوتيرة متسارعة، ولكن لا يزال بطيئًا جدًا وغير ملحوظ في كثير من الأحيان.

إعادة تركيب الغازات في بطارية محكمة الغلق هي عملية كيميائية تنتج الحرارة. عندما تحدث إعادة التركيب عند الجهد الصحيح وقيم تيار الشحن، فإن التسخين لا يسبب مشاكل. لكن، عندما تكون البطارية مشحونة بشكل زائد، ترتفع درجة الحرارة الداخلية بشكل أسرع من إمكانية تبريد البطارية خارجيًا. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تقليل جهد الشحن، مما يؤدي في مرحلة الامتصاص إلى زيادة متزامنة في التيار. وهذا بدوره يزيد من درجة الحرارة مرة أخرى.

تبدأ دورة الاستدامة الذاتية لزيادة توليد التيار والحرارة، مما يؤدي، في أسوأ السيناريوهات، إلى تشوه الشبكات وقصر الدائرة الداخلية مع تدمير البطارية بشكل لا رجعة فيه.

العوامل التي تزيد من خطر الهروب الحراري:

• شحن متقطع أو "نابض" بسبب مصدر طاقة خارجي غير مستقر أو شاحن رديء الجودة؛
• البقاء في مرحلة الامتصاص لفترة طويلة جدًا - "الشحن الزائد"؛
• سوء تبديد الحرارة أو ارتفاع درجة الحرارة المحيطة.

تفاصيل العمليات التدميرية في سلسلة البطارية

من السهل أن نرى أنه عند شحن بطارية منفصلة، ​​يمكن التخلص من جميع عوامل الخطر من خلال ضمان ظروف التشغيل الصحيحة وخوارزمية الشحن. ومع ذلك، نادرًا ما تستخدم أنظمة الطاقة الاحتياطية أقل من بطاريتين. في اتصال تسلسلي متوازي شاحن"يرى" قيم تيار الشحن والجهد فقط في المحطات الطرفية، وبالتالي فإن الفولتية على البطاريات الفردية قد تختلف بشكل خطير عن القيم الموصى بها. بطارية بها المزيد مستوى عاليمكن أن يتسبب التفريغ الذاتي (تيار التسرب العالي) في الشحن الزائد للعناصر المتصلة به على التوالي والشحن غير الكامل للعناصر المتصلة به على التوازي. يزيد الشحن الزائد والشحن المنخفض من مخاطر جميع العمليات المدمرة تقريبًا. لذلك، لتقليل الخطر، يجب أن تتمتع جميع البطاريات في السلسلة بنفس حالة الشحن وقيم السعة في أقرب وقت ممكن. بالنسبة للتركيبات الجديدة، يوصى باستخدام البطاريات ليس فقط من نفس العلامة التجارية، ولكن أيضًا من نفس مجموعة المصنع. ومع ذلك، تظهر الممارسة أنه حتى في دفعة واحدة لا توجد حتى بطاريتين لهما نفس الخصائص تمامًاالقدرة وحالة الشحن وتيارات التسرب الداخلية. علاوة على ذلك، فإن متطلبات الخصائص المتماثلة لا يمكن تحقيقها عندما يكون من الضروري استبدال بطارية تالفة ببطارية مستخدمة بالفعل.

غالبًا ما يتم تخفيف الاختلاف الطفيف في درجة شحن البطاريات الجديدة أثناء عملية التشغيل عبر عدة دورات تفريغ وشحن. ولكن إذا كان هناك تشتت أو اختلاف كبير في خصائص السعة عدم التوازنبين البطاريات الفردية للصفيف يزيد فقط مع مرور الوقت.

تؤدي إعادة الشحن المنهجي للبطاريات ذات السعة المنخفضة والانعكاس المحتمل لقطبية البطاريات منخفضة الشحن أثناء التفريغ العميق إلى تراكم الأضرار وفشل البطاريات الفردية. بسبب التأثير الحراري المنطلق، حتى بطارية واحدة فاشلة يمكن أن تدمر مجموعة البطارية بأكملها.

معادلة البطارية النشطة

يمكنك تسوية الاختلافات في معلمات البطارية باستخدام جهاز خاص يسمى موازن شحن البطارية أو أداة تسوية عدم التوازن.

مهم! يؤدي استخدام موازنات الشحن إلى تقليل مخاطر العمليات المدمرة، ولكن لا يمكنه إصلاح البطارية المتضررة بشدة بالفعل.

من الناحية المادية، جهاز معادلة شحن البطارية عبارة عن وحدة إلكترونية مدمجة متصلة بكل زوج من العناصر المتصلة بالسلسلة:

• لبطارية 24 فولتمطلوب موازن شحن واحدإلى السلسلة (المخطط 1).
• لبطارية 48 فولتمطلوب ثلاثة موازنات الشحنإلى السلسلة (المخطط 2).

يتم تشغيل SBB من البطارية نفسها أو من مصدر شحن. استهلاك الطاقة الخاص بـ SBB منخفض ويمكن مقارنته بخسائر التفريغ الذاتي.

كفاءة المستوى SBB2-12-أأعلى بشكل أساسي من موازنات الشحن الأخرى، والتي يعتمد تشغيلها إما على تحويل طاقة الشحن الزائدة (ما يسمى بالموازنات السلبية، مما يؤدي إلى خسائر مباشرة في الطاقة)، ​​أو على إعادة الشحن الانتقائي للعناصر (تحدث المعادلة فقط أثناء الشحن). الحد الأقصى لتيار المعادلة SBB2-12-أ– 5A، وهو ما يتجاوز قدرات جميع الأجهزة البديلة الموجودة في السوق.

تأثير استخدام موازن الشحن:

1) تحسين الموثوقية الشاملةوزيادة عمر البطارية.

2) زيادة انتاج الطاقةالبطارية، لأن عندما يتم تفريغ البطاريات بعمق، يتم استخدام سعة جميع البطاريات في الدائرة المتسلسلة بشكل كامل.

تعمل موازنات SBB بشكل مستمر، مما يحافظ على البطاريات في حالة متوازنة حتى عند إيقاف تشغيل الشاحن.

مخطط الاتصال

مخطط توصيل مستوى (موازن) لبطارية 24 فولت و 48 فولت.

فيما يلي مخططات اتصال مستوى الشحن SBB2-12-أإلى حمض الرصاص بطاريات قابلة للشحن 12 فولت في البطاريات المقدرة بـ 24 فولت و48 فولت.

المخطط 1. بطارية 24 فولت من بطاريتين 12 فولت	مخطط2. بطارية 48 فولت من أربع بطاريات 12 فولت

توصيل مستوى (موازن) ببطارية مكونة من عدة دوائر متوازية.

يُسمح بتشغيل موازن معادلة شحن واحد SBB على 2-3 سلاسل متوازية من البطاريات - إذا كان الخلل صغيرًا ولم يتم تجاوز الحد الأقصى لتيار المعادلة. يعطي التوازن المنفصل لكل سلسلة نتائج أفضل بسبب انتقائية الإجراء التصحيحي.

عند استخدام مستوى واحد لعدة سلاسل، من الضروري استخدام مخطط لتوصيل البطاريات بحافلات التيار المستمر وتوصيل النقاط الوسطى (المخطط 3).

عند استخدام مستوى منفصل في كل سلسلة، يمكنك استخدام مخطط توصيل البطارية المعتاد (مخطط 4).

كمثال، نعتبر البطارية الكلاسيكية للقلق الألماني Hawker Gmbh - Perfect Plus. لا يوجد شيء صعب في العناية بالبطارية. ما عليك سوى اتباع التعليمات بدقة وفي إطار زمني معين لتنفيذ عدد من العمليات التي ستسمح للبطارية التي اشتريتها بالعمل لأطول فترة ممكنة، مما يعني أنها ستوفر لك المال.

الخصائص الخاصة لبطاريات الرصاص:

القدرة هي 5 ساعات، أي. يمكن الحصول على القدرة المقدرة عن طريق التفريغ العاصمةلمدة 5 ساعات حتى يتم ضبط جهد التفريغ النهائي على 1.7 فولت/خلية عند درجة الحرارة الأولية البالغة 30 درجة مئوية.

الجهد الكهربائي الجهد المقنن لبطارية واحدة هو 2 فولت. معايير الجهد المقنن لبطاريات الجر هي: 24 فولت، 48 فولت، 72 فولت، 80 فولت.

يعتمد جهد التشغيل لبطارية جر واحدة على حجم تيار التفريغ ودرجة التفريغ ودرجة الحرارة. جهد التفريغ النهائي المحدد للتفريغ لمدة 5 ساعات هو 1.7 فولت/خلية.

تبلغ كثافة الإلكتروليت في حالة الشحن الكامل عند درجة حرارة 30 درجة مئوية 1.29 كجم/لتر.

متانة البطارية وعمر الخدمة. تشير المتانة إلى نتيجة اختبار طويل الأمد في ظروف معملية، حيث تخضع البطارية لدورات الشحن والتفريغ في نفس الوقت تمامًا. برنامج محدد. يجب الحصول على الحد الأدنى لعدد الدورات التي لن تقلل من السعة إلى أقل من 80% من قيمتها المقدرة. تم وصف الإجراء المقابل في DIN 43539، الجزء 3.

قد يكون عمر الخدمة الفعلي أكبر أو أقل من المتانة، حيث تؤدي عوامل التشغيل المتعددة إلى أحمال مختلفة عن تلك الموجودة في ظروف المختبر.

عوامل التأثير التي تؤدي إلى زيادة عمر البطارية:

رعاية وخدمة لا تشوبها شائبة

درجات حرارة التشغيل العادية (من 20 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية)

شواحن مثالية

تجنب التصريفات العميقة

استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الوقت المناسب

التأثيرات التي تؤدي إلى تقليل عمر الخدمة:

التصريفات العميقة المتكررة، أي. إزالة أكثر من 80% من السعة الاسمية

ارتفاع درجات حرارة التشغيل (> 40 درجة مئوية) لفترة طويلة

الشحن بتيار مرتفع بشكل غير مقبول بعد الوصول إلى جهد الغاز (2.4 فولت / خلية)

البطارية في حالة تفريغها

وجود شوائب دخلت إلى المنحل بالكهرباء (على سبيل المثال، ماء للتعبئة لا يفي بالمتطلبات)

الزائد أو ماس كهربائى

صيانة ورعاية بطاريات الجر قواعد التشغيل العامة:

لا تترك البطارية أبدًا في حالة تفريغها، بل أعد شحنها على الفور.

لتحقيق عمر الخدمة الأمثل، تجنب تفريغ أكثر من 80% من السعة المقدرة؛ في هذه الحالة، يجب ألا تقل كثافة المنحل بالكهرباء عن 1.13 كجم/لتر (300 درجة مئوية).

لتجنب التفريغ العميق، من الضروري مراقبة تفريغ بطاريات السيارة.

يجب أن تكون درجة حرارة التشغيل 20 درجة مئوية - 40 درجة مئوية.

لتجنب تلف البطارية، يجب عدم تجاوز الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الإلكتروليت وهو 55 درجة مئوية.

قبل الشحن وأثناء الشحن المتوسط، من الضروري إزالة أو فتح غطاء الحاوية أو جهاز إغلاق البطارية. أغلق في موعد لا يتجاوز نصف ساعة بعد انتهاء الشحن.

يجب أن تتوافق أجهزة الشحن مع سعة البطارية ووقت الشحن المطلوب.

للتعبئة، استخدم فقط الماء المقطر وفقًا لـ DIN 43530 الجزء 4، ولا ينبغي استخدام أي حمض أو إضافات.

شحن البطارية (التشغيل اليومي):

من الضروري فصل البطارية عن طريق فصل القابس من المقبس. قم بإزالة غطاء البطارية. وفي الوقت نفسه، تبقى المقابس مغلقة.

تحقق من مستوى المنحل بالكهرباء عند علامة "الحد الأدنى".

بعد ذلك، من الضروري قياس درجة حرارة المنحل بالكهرباء. إذا تجاوزت 45 درجة مئوية، بارد.

قم بتوصيل القابس. إذا لزم الأمر، قم بتوصيل نظام خلط الإلكتروليت (للقوابس التي لا تحتوي على نظام مخرج هواء متكامل).

قم بتشغيل الشاحن أو تحقق من تشغيل الجهاز.

ابدأ عملية شحن البطارية.

بعد الشحن، افصل الشاحن أو تحقق من إيقاف تشغيل الجهاز، ثم افصل البطارية عن الشاحن. إذا لزم الأمر، تحقق من النتائج النهائية.

إذا كانت الشحنة غير كافية أو بعد شحن عميق، فقم بإجراء شحنة معادلة.

التنظيف (العمل اليومي):

يجب إزالة الأوساخ والغبار التي تتراكم على سطح العناصر أثناء التشغيل حسب احتياجات البطارية وتشغيلها (الخرق والبخار الرطب من 100 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية باستخدام خرطوم مع فوهة).

تعبئة المياه (العمل الأسبوعي):

من الضروري أيضًا مراقبة مستوى المنحل بالكهرباء. على الأقل مرة واحدة في الأسبوع. إذا لم تكن هناك عملية تعبئة تلقائية، قم بتعبئة المياه النقية وفقًا لـ DIN 43530 الجزء 4 في نهاية الشحن.

بعد الشحن، من الضروري التحقق من مستوى المنحل بالكهرباء في جميع الخلايا وملئه بالماء المقطر.

من الضروري أيضًا إجراء رسوم معادلة مرة واحدة في الأسبوع.

الجهد والكثافة ودرجة الحرارة (العمل الشهري):

مرة واحدة في الشهر، من الضروري القيام بالعمل للتحقق من جميع العناصر لانبعاث الغاز الموحد.

بعد الانتهاء من الشحن أو معادلة الشحن، يجب قياس كثافة الحمض ودرجة الحرارة ويجب إدخال الانحرافات عن القيم القياسية بشكل انتقائي في مخطط تدفق البطارية.

إذا تم تحديد اختلافات كبيرة بين العناصر، فيجب فحص هذه العناصر بشكل منفصل.

من الضروري أيضًا قياس الجهد والكثافة ودرجة حرارة العناصر.

الأعمال المنجزة كل ستة أشهر وكل سنة: .

تحقق من الأداء الصحيح للشاحن، أولاً وقبل كل شيء، تيار الشحن في بداية تطور الغاز (2.4 فولت/خلية) وفي نهاية الشحن.

تحقق من جهاز التوصيل والتوصيل.

إصلاح الأضرار الطفيفة التي لحقت بعزل الحاوية (الطبقة المطبقة) مباشرة بعد إزالة أو تحييد آثار الحمض (اتبع توصيات الشركة المصنعة).

يجب قياس مقاومة عزل البطاريات بالنسبة للأرض وفقًا للمعيار DIN 43539 الجزء 1 مع فتح الدائرة الكهربائية الخارجية.

قياس مقاومة العزل: 50 أوم لكل فولت من الجهد المقنن.

قم بتنظيف البطارية إذا كانت مقاومة العزل ضعيفة.

تخزين

إذا لم يكن من المقرر استخدام البطاريات لفترة طويلة، فيجب تخزينها في حالة مشحونة بالكامل في غرفة جافة عند درجة حرارة أعلى من 0 درجة مئوية.

للحفاظ على الاستعداد التشغيلي للبطارية، يجب استخدام أوضاع الشحن التالية:

رسوم المعادلة الشهرية

شحن الصيانة عند جهد الشحن 2.23 فولت × عدد الخلايا (30 درجة مئوية)

كيف تتجنب الأضرار والحوادث؟

لتجنب حدوث تلف أو قصر الدائرة أو الشرر، لا تضع أشياء أو أدوات معدنية على البطاريات.

لا يجوز نقل البطاريات إلا باستخدام أجهزة الرفع المناسبة (وفقًا للمواصفة VDE 3616).

عند العمل بالبطاريات، يجب مراعاة لوائح السلامة ذات الصلة وكذلك DIN VDE 0510 وVDE 0105 الجزء 1.

مدة الصلاحية

وينبغي النظر في تأثير وقت التخزين على عمر البطارية. يجب أن نتذكر أن أجهزة الرفع المختارة بشكل صحيح تمنع تشوه علبة البطارية وبالتالي تحمي طلاء الحاوية. يجب أن تتوافق أجهزة الرفع مع هندسة البطارية.

نحن نتحدث عن البطاريات المستخدمة في المناطق ذات خطر الانفجار المتزايد. يجب أن تكون أغطية علبة البطارية مفتوحة أثناء الشحن وإزالة الغازات لاحقًا حتى يفقد خليط الغاز المتفجر الناتج، مع التهوية الكافية، قدرته على الاشتعال.

• قم بإجراء فحص خارجي للبطارية. يجب أن يكون السطح العلوي للبطارية والتوصيلات الطرفية نظيفًا وجافًا وخاليًا من الأوساخ والتآكل.
• إذا كان هناك سائل على السطح العلوي/البطاريات المغمورة بالمياه، فقد يشير ذلك إلى وجود الكثير من السوائل في البطارية. إذا كان هناك سائل على سطح بطارية GEL أو AGM، فسيتم شحن البطارية بشكل زائد وسيقل أداءها وعمرها.
• تحقق من كابلات البطارية ووصلاتها. يستبدل الكابلات التالفة. تشديد الاتصالات فضفاضة.

تنظيف

• تأكد من تثبيت جميع الأغطية الواقية بشكل آمن على البطارية.
• قم بتنظيف السطح العلوي للبطارية وأطرافها ووصلاتها باستخدام قطعة قماش أو فرشاة ومحلول من صودا الخبز والماء. لا تسمح لمحلول التنظيف بالدخول إلى داخل البطارية.
• شطف بالماء وجفف بقطعة قماش نظيفة.
• ضع طبقة رقيقة من الفازلين أو واقي الأطراف، المتوفر لدى مورد البطاريات المحلي لديك.
• حافظ على المنطقة المحيطة بالبطاريات نظيفة وجافة.

إضافة الماء (فقط البطاريات ذات الإلكتروليت السائل)

يحظر إضافة الماء إلى بطاريات هلامية أو AGM، لأنها لا تفقدها أثناء التشغيل. يجب إضافة الماء بشكل دوري إلى البطاريات المغمورة بالمياه. يعتمد تكرار التعبئة على طبيعة استخدام البطارية ودرجة حرارة التشغيل. يجب فحص البطاريات الجديدة كل بضعة أسابيعلتحديد وتيرة تعبئة المياه لتطبيق معين. تتطلب البطاريات عادةً طبقات أكثر تكرارًا مع تقدم العمر.

• اشحن البطارية بالكامل قبل إضافة الماء. أضف الماء إلى البطاريات الفارغة أو المشحونة جزئيًا فقط إذا كانت الألواح مرئية. في هذه الحالة، أضف كمية كافية من الماء لتغطية الألواح، ثم اشحن البطارية واستمر في عملية إعادة تعبئة المياه الموضحة أدناه.
• قم بإزالة الأغطية الواقية واقلبها لمنع الأوساخ من الوصول إلى السطح الداخلي. تحقق من مستوى المنحل بالكهرباء.
• إذا كان مستوى المنحل بالكهرباء أعلى بكثير من اللوحات، فليس من الضروري إضافة الماء.
• إذا كان مستوى المنحل بالكهرباء بالكاد يغطي اللوحات، أضف الماء المقطر أو منزوع الأيونات إلى مستوى 3 مم تحت فتحة التهوية.
• بعد إضافة الماء، قم بتركيب الأغطية الواقية مرة أخرى على البطارية.
• يمكن استخدام ماء الصنبور إذا كان مستوى التلوث ضمن الحدود المقبولة.

تهمة وتعادل تهمة

تكلفة

يعد الشحن المناسب أمرًا في غاية الأهمية لتحقيق أقصى استفادة من البطارية. يمكن أن يؤدي كل من الشحن الزائد والشحن الزائد للبطارية إلى تقصير عمر الخدمة بشكل كبير. للحصول على الشحن المناسب، راجع التعليمات المرفقة مع الجهاز. معظم أجهزة الشحن أوتوماتيكية ومبرمجة مسبقًا. تسمح بعض أجهزة الشحن للمستخدم بضبط قيم الجهد والتيار. راجع توصيات الشحن في الجدول.

• تأكد من ضبط الشاحن على البرنامج الصحيح للبطاريات الرطبة أو الهلامية أو AGM، وفقًا لنوع البطارية التي تستخدمها.
• يجب أن تكون البطارية مشحونة بالكامل بعد كل استخدام.
• بطاريات الرصاص الحمضية (الرطبة والهلامية وبطاريات AGM) ليس لها تأثير على الذاكرة، وبالتالي لا تحتاج إلى تفريغ كامل قبل إعادة الشحن.
• يجب أن يتم الشحن فقط في مناطق جيدة التهوية.
• قبل الشحن، تحقق من مستوى الإلكتروليت للتأكد من أن الألواح مغطاة بالماء (البطاريات الرطبة فقط).
• قبل الشحن، تأكد من أن جميع الأغطية الواقية مثبتة بشكل آمن بالبطارية.
• ستطلق البطاريات التي تحتوي على إلكتروليت سائل غازًا (فقاعات) قبل إكمال عملية الشحن لضمان خلط الإلكتروليت بشكل صحيح.
• لا تقم بشحن بطارية مجمدة.
• يجب تجنب الشحن عند درجات حرارة أعلى من 49 درجة مئوية.

المخطط 4

المخطط 4 و 5

معادلة الشحن (فقط للبطاريات الرطبة)

شحنة التعادل هي شحن زائد للبطارية يتم إجراؤه على البطاريات الرطبة بعد شحنها بالكامل. توصي Trojan بإجراء شحن معادلة فقط عندما تكون البطاريات ذات ثقل نوعي منخفض، أقل من 1.250، أو ثقل نوعي يتقلب ضمن نطاق واسع، 0.030، بعد شحن البطارية بالكامل. لا تعادل شحن بطاريات GEL أو AGM.

• يجب عليك التأكد من أن البطارية هي بطارية مبللة.
• قبل البدء في الشحن، تحقق من مستوى الإلكتروليت وتأكد من تغطية اللوحات بالماء.
• تأكد من أن جميع الأغطية الواقية مثبتة بإحكام بالبطارية.
• اضبط الشاحن على وضع الشحن المعادل.
• أثناء عملية موازنة الشحن، سيتم إطلاق الغاز في البطاريات (سوف تطفو الفقاعات على السطح).
• قياس الثقل النوعي كل ساعة. يجب إيقاف شحنة التعادل عندما تتوقف الجاذبية النوعية عن الزيادة.

انتباه!يحظر إجراء شحن معادلة على بطاريات هلامية أو AGM.

شواحن رائعة، مزيلات الكبريت، المعادلات، وأنت تعلم أن ما ينسبه الكثيرون إليها عن جهل يسمى بكلمة بسيطة، خوارزمية الشحن. لقد كنت أتحدث عن هذا لفترة طويلة، ومع ذلك أسمع المزيد والمزيد من الأجهزة الرائعة والقصص الرائعة حول هذه الأجهزة. من الغريب أن أتحدث، بعد شهر واحد فقط من المراقبة، عن هذه الخوارزميات وأتحدث عنها، واتضح أنها يمكن أن تتزامن مع أنواع أخرى من الأجهزة. وهذا يعني أن خوارزمية المعادل، وعلى سبيل المثال، خوارزمية الشحن، أو خوارزمية شحن العاكس مع تأثير معادلة الشحن، يمكن أن تتزامن مع بعضها البعض.

تنبيه: هنا لا أقصد ولا أقول أنهما متطابقان، لأنه في معظم الحالات يمكن إكماله أو كتابته على جسم البرنامج الصغير MP من قبل الجميع بشكل مستقل من الصفر. قد تختلف أشكال النبضات وتوقيت النبضات وتغيرات الجهد والتيار النبضي ولها نطاق زمني مختلف. ولكن في كثير من الأحيان، في 50٪ من الحالات يمكن أن تكون متشابهة. إن لم يكن بالزمن، فبأشكال الإشارة، وإن لم يكن بشكل الإشارة، لكن بالقرب منه.

بحيث يعتمد كل مصنع على ملاحظاته وبياناته الخاصة.

لذا فإن هذه الطريقة نفسها تعمل مع الذاكرة والمعادل والذاكرة العاكسة. برنامج صغير مفيد للغاية يسمح للبطارية أن تدوم لفترة أطول بنسبة 50% على الأقل، ولكن هناك فرصة بنسبة 10% لزيادة عمرها.

بشكل عام، إذا تعطلت البطارية، فلا يزال الكثير من الناس يقولون ويؤمنون بالحكايات الخيالية. يشترون أجهزة مثل تلك الموصوفة أعلاه وينتظرون حدوث معجزة. لكن للأسف هذا الجهاز لا يقوم بإحياء أي شيء ولا يستعيد أي شيء. وتتمثل مهمتها في تنفيذ منع البطارية في الوقت الحقيقي. وبسبب هذا المنع بالتحديد، تبدأ البطاريات في التصرف بشكل أكثر استقرارًا، ولا تختفي، على سبيل المثال، عند توصيلها في سلسلة، يتم شحن إحداهما بشكل زائد، والأخرى غير مشحونة بالكامل.

كما يقولون، من الأفضل القيام بالوقاية في الوقت المناسب بدلا من محاولة القضاء على العواقب لاحقا.

نعم، لقد سمعت ما يكفي من القصص الخيالية حول هذه الأجهزة المعجزة، لقد قمت بجمع الإحصائيات الخاصة بي لمدة 4 سنوات، وأخيراً تم تجميع كل شيء. بالطبع، تفكيك الجهاز سوف يؤدي بالتأكيد إلى نقاط I ووجود مقاومة الاختناق أو الواط سيشير إلى وجود تراكم. ولكن هذا لا يعني أنه يجب تفريغ بطارية واحدة أثناء شحن الأخرى، فهذا محض هراء :)

لأن مهمة هذه الأجهزة هي مساواة جهد بنوك البطاريات، والتي يوجد منها 6 للبطارية 12 فولت، و10 للبطارية القلوية، وبالتالي ضعف ذلك للبطارية 24 فولت، وهكذا.

بصراحة، في البداية اعتقدت أن هذا الجهاز يقوم بتفريغ بطارية مشحونة، لكن بعد الاطلاع على النتائج في السنة الثانية، تخليت عن ذلك. المبدأ مشابه لمزيل الكبريت، لكن الخوارزميات مختلفة. بشكل عام، سأقوم بحفره في المستقبل وإجراء اختبار كامل له. لم يعطني أحد الجهاز وتم شراؤه بأموال شخصية وهذا رأيي. المزيد من المعلومات، المزيد والمزيد من البيانات الدقيقة. لكن الحقيقة هي أنها لم تعد تتطابق مع رأي الأغلبية - هذا أمر مؤكد.