عند النظر في بطاريات الليثيوم أيون للانفرترات، هناك ثلاث مواصفات رئيسية يجب مراعاتها: السعة المقاسة بوحدة الأمبير ساعة (Ah)، والطاقة المخزنة بوحدة الواط ساعة (Wh)، ومعيار الجهد (V). خذ على سبيل المثال بطارية قياسية سعتها 100Ah تعمل بجهد 12 فولت. اضرب هذين الرقمين معًا وتحصل على حوالي 1200 واط ساعة من الطاقة المخزنة. يلعب مستوى الجهد الكهربائي دورًا كبيرًا عند مطابقة البطاريات مع الانفرترات. معظم المنازل تتمسك بتركيبات 12V أو 24V أو أحيانًا 48V وفقًا لاحتياجاتها. لكن ما يخبرنا حقًا كم من الوقت سيستمر النظام في التشغيل هو إجمالي سعة الطاقة بوحدة الواط ساعة. هذا الرقم يُلخص في جوهره كلتا القيمتين، الجهد والتيار، في رقم واحد يُظهر بدقة كم الطاقة المتاحة لدينا لتشغيل أجهزتنا.
لحساب مدة التشغيل:
على سبيل المثال، بطارية 1,200 واط.ساعة تُشغل حملًا بقوة 500 واط مع كفاءة محول 90% توفر حوالي 2.16 ساعة (1,200 × 0.9 × 500). يجب دائمًا إضافة هامش أمان بنسبة 20% لتعويض التغيرات الناتجة عن التقادم وتأثيرات درجة الحرارة والزيادات غير المتوقعة في الحمل.
غالبًا ما تكون مدة التشغيل الفعلية أقل من التقديرات النظرية بنسبة 10–15% بسبب:
توفر بطاريات فوسفات الحديد الليثيومي (LiFePO4) كفاءة دورانية ممتازة (95–98%) مقارنةً ببطاريات الحمض المعدني (80–85%)، مما يجعلها مثالية للاستخدام المتكرر للمحولات حيث تهم حفظ الطاقة.
تُخبرنا نسبة التفريغ العميقة (DoD) في الأساس عن النسبة المئوية من الطاقة المخزنة في البطارية التي تم استخدامها فعليًا مقارنة بما يمكنها الاحتفاظ به بشكل عام. عندما نتحدث عن بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في أنظمة المحوّل هذه، فإن نسبة التفريغ العميقة تُحدث فرقًا حقيقيًا بطريقتين رئيسيتين: الأولى، كمية الطاقة الفعلية المتاحة عند الحاجة إليها، والثانية، مدة بقاء البطارية قبل الحاجة إلى استبدالها. تتحمل نسخ الليثيوم أيون التفريغ الأعمق بشكل أفضل مقارنةً بالبطاريات الأقدم من نوع حمض الرصاص عمومًا. ولكن إليك المشكلة: إذا استمر شخص في تفريغ بطاريات الليثيوم هذه حتى تصبح فارغة تمامًا مرارًا وتكرارًا، فإن ذلك يضع ضغطًا إضافيًا على المكونات الداخلية. تبدأ الإلكترودات الموجودة داخل البطارية في التدهور بشكل أسرع تحت هذا النوع من الضغط، مما يعني أن البطارية لن تحتفظ بنفس كمية الشحن بعد العديد من الدورات كما كانت في البداية.
يزداد عمر البطارية بشكل ملحوظ مع التفريغ الأقل عمقًا. وتنص العلاقة على اتجاه لوغاريتمي:
| مستوى DoD | عدد الدورات المقدرة |
|---|---|
| doD 100% | ~500 دورة |
| 80% DOD | ~1,000 دورة |
| doD 50% | ~2,500 دورة |
| doD 20% | ~5,000+ دورة |
يقلل الدوران السطحي من تشويه الشبكة في الكاثود، مما يقلل من التآكل في كل دورة. تقييد الاستخدام اليومي ليكون 30% DoD بدلاً من 80% يمكن أن يزيد عمر الخدمة أربع مرات قبل أن تصل البطارية إلى 80% من سعتها الأصلية. تلعب درجة الحرارة أيضًا دورًا - تعمل البطارية عند 25°C تقلل معدلات التدهور إلى النصف مقارنة بـ 40°C.
لتحقيق توازن مثالي بين الأداء والمتانة:
أصبحت كيمياء الليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) الكيمياء المفضلة لتطبيقات الإنفرتر بسبب سلامتها وطول عمرها واستقرارها الحراري. إن القطب الموجب القائم على الفوسفات يتمتع بمقاومة عالية لظاهرة الانطلاق الحراري، مما يجعلها أكثر أمانًا بشكل طبيعي مقارنةً بالبدائل الأخرى مثل NMC أو NCA، خاصةً في المساحات المغلقة أو ذات التهوية السيئة.
تتراوح كثافة الطاقة في بطاريات LiFePO4 بين 120 إلى 160 واط ساعة لكل كجم، وهي نسبة تكاد تكون مماثلة لبطاريات NMC، لكنها تأتي بمزايا كبيرة من حيث الاستقرار تحت الحرارة والمواد الكيميائية. من بين المزايا المهمة أنها لا تحتوي على الكوبالت السام، مما يجعل عملية إعادة التدوير أسهل بكثير ويقلل الضرر البيئي. ما يميز هذا النوع من البطاريات أكثر هو تركيبته الفوسفاتية التي لا تطلق الأكسجين حتى في درجات الحرارة المرتفعة، مما يقلل بشكل كبير من احتمالات اندلاع الحرائق. بالنسبة للأشخاص الذين يفكرون في تركيب أنظمة طاقة شمسية منزلية أو إنشاء حلول طاقة في المناطق النائية، فإن هذه الخصائص تعني أن بطاريات LiFePO4 تُعتبر الخيار الأفضل من حيث الأمان مقارنة بالبدائل، خاصةً مع قدرتها على الاستمرار لفترة أطول دون حدوث أعطال مفاجئة.
توفر بطاريات LiFePO4 بشكل منتظم 2000–5000+ دورة شحن عند عمق تفريغ 80%، وغالبًا ما تدوم ضعف عمر البطاريات من نوع NMC. هذا يجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب دورات يومية مثل تخزين الطاقة الشمسية وتقديم الطاقة الاحتياطية. تتيح مقاومتها الحرارية التشغيل الآمن في بيئات التبريد السلبي، مما يقلل الحاجة إلى أنظمة التهوية النشطة التي تتطلبها الكيميائيات الأقل استقرارًا.
على الرغم من التكاليف الأولية الأعلى، فإن بطاريات LiFePO4 تقدم تكاليف تشغيل أقل على مدى عمرها الافتراضي، الذي يتجاوز غالبًا ثماني سنوات مع تدهور ضئيل جدًا. تُظهر تحليلات الدورة العمرية انخفاض تكاليف التخزين المُطفأة إلى أقل من 0.06 دولار/كيلوواط ساعة بعد ثلاث سنوات من الاستخدام، مما يجعلها أكثر اقتصادية من استبدال بطاريات حمض الرصاص أو بطاريات NMC متوسطة الدورة بشكل متكرر.
تلعب درجة الحرارة دوراً كبيراً في كيفية تقدم بطاريات السيارات مع مرور الوقت. عندما نقارن درجات الحرارة المحيطة بـ 40 درجة مئوية مقابل 25 درجة مئوية أكثر اعتدالًا، نجد أن فقدان السعة يحدث بسرعة تصل إلى ضعف ما يحدث في الظروف الأكثر برودة. يحدث هذا لأن طبقة التفاعل الإلكتروليتي الصلبة (SEI) تنمو بسرعة أكبر، ويحدث ترسيب لليثيوم بشكل أكبر. من ناحية أخرى، عندما تنخفض درجات الحرارة، تتحرك الأيونات داخل البطارية ببطء أكبر، مما يعني أنها لا تستطيع توصيل الطاقة بشكل فعال أثناء دورات التفريغ. تشير الأبحاث إلى أن الحفاظ على البطاريات في درجات حرارة تتراوح بين 20 و30 درجة مئوية، سواء باستخدام طرق تبريد سلبية أو نظامًا نشطًا لإدارة الحرارة، يمكن أن يطيل عمرها الافتراضي بنسبة تصل إلى 38 بالمئة وفقًا للدراسات المختلفة في هذا المجال. ولأي شخص يتعامل مع تركيبات البطاريات، من الحكمة إبقائها بعيدًا عن أشعة الشمس المباشرة والتأكد من وجود تهوية جيدة حول مجموعات البطاريات.
عادةً ما تكون حياة البطاريات أطول إذا حافظنا على أقصى جهد شحن أقل من 4.1 فولت لكل خلية وتأكدنا من أن التفريغ لا ينخفض عن 2.5 فولت لكل خلية. عندما تعمل البطاريات ضمن نطاق 20٪ إلى 80٪ من سعتها بدلاً من التفريغ الكامل والشحن الكامل، فإن ذلك يقلل من تدهور البطارية تقريباً إلى النصف، لأن ذلك يمنع الضغط على الإلكترودات الداخلية. كما أن التفريغ بتيارات عالية تزيد عن 1C يمكن أن يسرع من عمر البطارية بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20٪ مقارنة باستخدام معدلات تفريغ معتدلة حول 0.5C. أنظمة إدارة البطاريات الجيدة مع ميزات شحن ذكية تقوم بتعديل إعدادات الجهد الخاصة بها وفقاً لتغيرات درجة الحرارة، مما يساعد على تقليل التآكل بمرور الوقت. ولكن ليست جميع الأنظمة متساوية، لذا فإن اختيار نظام يتكيف جيداً مع الظروف المختلفة يُحدث فرقاً كبيراً في الأداء على المدى الطويل.
للحفاظ على صحة البطارية أثناء فترات الخمول:
يمكن لهذه الممارسات أن تؤخر الشيخوخة الزمنية من 12 إلى 18 شهرًا. توفر أنظمة المراقبة عن بُعد تنبيهات عند اكتشاف ارتفاعات مفاجئة في درجة الحرارة أو أي انحرافات في الجهد، مما يتيح صيانة استباقية. تظل وحدة إدارة البطارية المتكاملة بشكل جيد هي أفضل وسيلة للوقاية من الفشل المبكر.
استخدم هذه الصيغة لتحديد السعة المطلوبة:
واط-ساعة (Wh) = حمل العاكس (W) × مدة التشغيل المطلوبة (بالساعات)
للحصول على حمل 1000 واط يحتاج إلى 5 ساعات من الدعم الاحتياطي، ستحتاج إلى 5000 واط ساعة على الأقل. وبما أن بطاريات الليثيوم أيون تدعم 80-90% من عمق التفريغ (مقابل 50% لبطاريات الحمض والرصاص)، يمكنك الاستفادة من سعتها المقدرة بشكل أكبر. قم بإضافة هامش بنسبة 20% لتعويض خسائر الكفاءة ومتطلبات التشغيل المفاجئة.
| حجم النظام | الجهد الموصى به | مدى السعة (أمبير ساعة) |
|---|---|---|
| منزل صغير (500 واط - 1 كيلوواط) | 24 فولت أو 48 فولت | 50 - 100 أمبير ساعة |
| منزل/مكتب متوسط | 48 فولت | 100 - 200 أمبير ساعة |
| تجاري/استخدام مكثف | 48 فولت أو 60 فولت | 200Ah–400Ah |
من المهم التأكد من أن جهد البطارية يطابق ما يتوقعه المحول على جانب الإدخاع. خذ مثالاً بطارية 48 فولت، فإنها تحتاج إلى العمل مع نظام محول 48 فولت. عندما يحدث عدم تطابق بين هذه المكونات، تبدأ الأمور في أن تصبح غير فعالة على أفضل الأحوال أو تتلف المعدات في أسوأ الأحوال. من الجدير بالفحص أيضًا ما إذا كانت البطارية قادرة على تحمل تلك الزيادات المفاجئة في الطاقة التي تحدث عند بدء تشغيل المحركات أو تشغيل الضواغط. عادةً تتطلب هذه الزيادات 2 إلى 3 أضعاف القدرة الكهربائية التشغيلية العادية. تميل بطاريات فوسفات الحديد الليثيومية (LiFePO4) إلى الأداء الأفضل في هذا المجال لأنها تتميز بمقاومة داخلية أقل مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى. إذا أراد شخص ما إمكانات المراقبة الذكية، فعليه البحث عن الأنظمة التي تدعم بروتوكولات الاتصال مثل حافلة CAN أو RS485. تسمح هذه البروتوكولات بتتبع المعايير الأساسية مثل مستويات الجهد، وقراءات درجة الحرارة، وحالة الشحن (SoC) باستمرار طوال فترة التشغيل.
من خلال توحيـد السعة والنوع الكيميائي وتصميم النظام، ستُوفّر بطارية الليثيوم أيون الخاصة بك استخدامًا آمنًا وكفؤًا وطويل الأمد للطاقة الاحتياطية.
توفر بطاريات الليثيوم أيون كثافة طاقة أعلى وعمر دورة أطول وأداءً متفوقًا في درجات الحرارة القصوى مقارنةً بالبطاريات الرصاصية الحمضية.
يُفضّل LiFePO4 لسلامته واستقراره الحراري وطول عمر الدورة، مما يجعله مثاليًا للدورات المتكررة في أنظمة الإنفرتر.
تسارع درجات الحرارة المرتفعة من عملية التدهور، بينما تُحسّن درجات الحرارة الأقل من 20–30°م من عمر البطارية. من الضروري الحفاظ على درجة الحرارة ضمن هذا النطاق للحفاظ على صحة البطارية.
للحفاظ على العمر الافتراضي، يجب الحد من تفريغ بطاريات LiFePO4 إلى ≤80% وحدود تفريغ كيميائيات NMC/NCA إلى ≤60%. الالتزام بهذه الحدود يقلل من التوتر ويُطيل عمر البطارية.
حافظ على مستويات الشحن المثلى، وتجنّب درجات الحرارة القصوى، واستخدم الدورات الجزئية لتمديد عمر البطارية ومنع التدهور.
EN