ما لا تعرفه عن انواع البطاريات الحديثة

نتناول في مقالنا هذا معلومات عن احدث انواع البطاريات الحديثة المستخدمة في انظمة الطاقة الشمسية والمنشات الحديثة . #

1 - Flooded Lead-Acid - بطارية الرصاص المغمور بالاسيد #

أقدم وأهم نوع هو بطارية الرصاص الحمضية المغمورة حيث يكون المنحل بالكهرباء (الحمض) في صورة سائلة. حتى ما قبل 10-12 عامًا ، كانت البطاريات المغمورة هي أكثر بطاريات الدورة العميقة المتاحة شيوعًا ولا تزال تستخدم لبعض الأنظمة الكبيرة خارج الشبكة. أثناء الشحن والتفريغ للبطارية المغمورة ، يتم إنتاج غازات متطايرة ويتم إخراجها من البطارية لمنع تراكم الضغط. عيب ذلك هو أن مستوى الإلكتروليت ينخفض ويحتاج إلى زيادة منتظمة ، ولكن هذا أيضًا يمكن من الحفاظ على البطارية وبالتالي يمكن أن تدوم البطاريات المغمورة لفترة طويلة (تصل إلى 20 عامًا أو أكثر) إذا تم إجراء الصيانة الدورية .
#

2- Valve Regulated Lead-Acid - VRLA - حمض الرصاص المنظم بصمام - VRLA #

تعمل بطاريات الرصاص الحمضية المختومة أو بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة (AGM و Gel) بنفس الطريقة التي تعمل بها البطاريات المغمورة ولكنها مغلقة في غلاف مانع للتسرب مع الإلكتروليت في صورة غير سائلة.

تستخدم بطاريات VRLA نظام إعادة تجميع الغاز الذي يجمع الغازات التي تم إنشاؤها أثناء عملية الشحن / التفريغ مرة أخرى في البطارية. هذا يمنع تقريبًا جميع الخسائر (ما يقرب من 99 ٪) من المنحل بالكهرباء من خلال الغاز. وبالتالي ، فإن هذه البطاريات غير قابلة للصيانة أو لا تحتاج إلى صيانة لأنها محكمة الإغلاق ولا توجد فرصة لانسكاب الحمض. هذا يعني أنها أيضًا أكثر أمانًا وأسهل في التعامل معها ونقلها من البطاريات المغمورة.

2 - 1 - Sealed lead-acid AGM - مختوم حمض الرصاص #

تستخدم بطاريات AGM نظام VRLA ولكنها تخزن المنحل بالكهرباء في حصيرة زجاجية ماصة بين ألواح كالسيوم الرصاص. هذا هو النوع الأكثر فعالية من حيث التكلفة من بطاريات VRLA وقد أصبح شائعًا للغاية في السنوات الأخيرة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون عمر الدورة (العمر الافتراضي) لهذا النوع من البطاريات منخفضًا جدًا مقارنة ببطاريات الهلام والبطاريات المغمورة ، وعادة ما تكون من 6 إلى 10 سنوات.

2 - 2 - Gel Sealed lead-acid - جل مختوم حمض الرصاص #

تستخدم بطاريات الجل نظام VRLA ولكنها تحتوي على إلكتروليت هلامي يتم إنشاؤه باستخدام عامل التبلور الخاص لإنشاء إلكتروليت سميك ثابت. من المعروف أن بطاريات الهلام تعمل بشكل جيد جدًا في ظل معدلات تفريغ عالية وتستمر عمومًا لفترة أطول من بطاريات AGM ، ولكنها عادةً ما تكون أكثر تكلفة.

3 . Lead-Carbon Batteries - بطاريات الرصاص والكربون #

بطاريات الرصاص الكربونية هي بطارية حمض الرصاص VRLA المتقدمة التي تستخدم لوحة مشتركة موجبة للرصاص (أنود) ولوحة سالبة كربونية مركبة (كاثود). يعمل الكربون كنوع من 'المكثف الفائق' الذي يسمح بشحن وتفريغ أسرع ، بالإضافة إلى عمر أطول في حالة الشحن الجزئي.

مثل الكثير من البطاريات المختومة من الجل ، فإن بطاريات الرصاص الكربونية تكون مختومة أيضًا وتستخدم عادةً مادة إلكتروليت جل لتحسين السلامة وصيانة منخفضة.

تستخدم بطاريات الرصاص الكربونية من سلسلة REXC من Narada كاثود مادة الكربون النانوي الذي تدعي الشركة أنه يوفر أيضًا دورة حياة أطول بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية. هناك العديد من الشركات التي تصنع بطاريات الرصاص الكربونية باستخدام النانو كربون أو مواد سبائك الكاثود المتقدمة بما في ذلك الشركات المصنعة اليابانية GS Yuasa و YHI Power.

3. Tubular Gel OPzV Lead-Acid Batteries - أنبوبي جل بطاريات الرصاص الحمضية OPzV #

هناك العديد من الشركات المصنعة للبطاريات عالية الجودة التي صممت بطاريات عالية الأداء وذات دورة حياة عالية ، وهي مصممة خصيصًا لتركيبات الطاقة الشمسية. هذه البطاريات الأنبوبية ذات الخلية الواحدة VRLA (2 فولت) متصلة ببعضها البعض في سلسلة لتشكيل بنوك بطارية ذات دورة عميقة 24 فولت أو 48 فولت. غالبًا ما يُشار إلى هذه البطاريات باسم بطاريات OPzV (Ortsfest PanZerplatte Verschlossen) ، وهي بطارية ألمانية 'الأنبوبية الثابتة المغلقة'. تستخدم الشركات المصنعة المدرجة أدناه أقطابًا كهربائية ذات صفيحة أنبوبية متطورة مع قفاز بوليستر منسوج وشبكات صلبة في سبيكة كالسيوم رصاص مقاومة للتآكل.

يمكن لبطاريات Tubular Gel أن توفر دورة حياة عالية جدًا ، تصل إلى 5000 دورة (15 عامًا) عند 20٪ DOD و 3000 دورة عند 40٪ DOD ، إذا تم استيفاء معلمات الشحن المحددة ، ويتم الحفاظ على البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة الصحيح (عادةً 15-30 درجة مئوية).

البطاريات ذات الدورة العميقة من الجل الأنبوبي المتقدمة هي تقنية مجربة مع عمر تصميمي يزيد عن 15 عامًا. هناك العديد من الشركات الموثوقة التي تصنع بطاريات الرصاص الحمضية الأنبوبية عالية الجودة لتطبيقات الطاقة الشمسية.

سعة البطارية وعمق التفريغ (DOD) #

تُعرف الطاقة المتوفرة المخزنة في البطارية بسعة البطارية التي تُقاس بالساعات أمبير (Ah) عند تصنيف C محدد. يشير التصنيف C إلى وقت التفريغ مع تصنيف C10 (تفريغ 10 ساعات) باعتباره التصنيف الأكثر شيوعًا المستخدم. لاحظ أنه يجب عليك دائمًا الرجوع إلى مواصفات الشركات المصنعة عند مقارنة سعة البطارية أو تصنيفات C. ستوفر جميع الشركات المصنعة للبطاريات ذات الدورة العميقة السعة الإجمالية للبطارية في آه عند تصنيف C واحد أو أكثر. كلما زاد وقت التفريغ ، زاد تصنيف القدرة آه.عندما يتم تفريغ البطارية ، تُعرف كمية طاقة البطارية المستخدمة بعمق التفريغ (DOD) وتعرف كمية الطاقة التي لا تزال متوفرة باسم حالة الشحن (SOC). يتناسب مستوى DOD و SOC بشكل مباشر مع البطارية أو جهد الخلية تحت أي حمل. سيكون للبطارية النموذجية المشحونة بالكامل 12 فولت قراءة للجهد من 12.8 إلى 13.0 فولت ، حيث ستقرأ بطارية 12 فولت كاملة الشحن حوالي 11.8 إلى 12.0 فولت حسب درجة الحرارة وعمر البطارية. راجع الرسم البياني الموضح أدناه لمعرفة بطارية حمض الرصاص النموذجية بجهد 12 فولت:

حالة شحن بطارية الرصاص الحمضية #

تؤثر درجة حرارة البطارية بشكل كبير على SOC - سيؤدي انخفاض درجات حرارة البطارية إلى تقليل SOC وكمية الطاقة المتاحة. ومع ذلك ، فإن انخفاض درجة حرارة البطارية لن يقلل من عمر البطارية ما لم يتجمد المنحل بالكهرباء ، وفي هذه الحالة يمكن أن يؤدي إلى تدمير البطارية. من ناحية أخرى ، يمكن أن تؤدي درجة حرارة البطارية المرتفعة إلى تقليل عمر البطارية بشكل كبير. تتراوح درجة حرارة التشغيل المثالية من 15 إلى 25 درجة مئوية. بشكل عام ، بمجرد أن تكون درجة حرارة البطارية (وليس درجة حرارة الهواء) 35 درجة مئوية أو أعلى ، يتم تقليل عمر البطارية. الضرر الحاصل يتناسب مع درجة الحرارة. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة فوق 40 درجة مئوية لفترة طويلة من الوقت إلى تدمير بطارية ذات عمر تصميم 10 سنوات في أقل من 1-2 سنوات.

عدادات شحن البطارية - حالة الشحن #

يوجد الآن العديد من أجهزة قياس شحن البطارية التي يمكن الاعتماد عليها والتي يمكن أن تحدد SOC البطارية باستخدام تحويل داخلي أو خارجي لقياس التدفق الحالي داخل وخارج نظام البطارية. يمكن ضبط العديد من هذه العدادات باستخدام إعدادات مختلفة لتمكين قراءات SOC الدقيقة للغاية في جميع الظروف. تعد عدادات شحن البطارية مهمة لضمان عدم تفريغ البطارية بعمق شديد بشكل منتظم لأنها تقلل من عمر البطارية بشكل كبير. مقياس شحن البطارية الشائع جدًا هو Victron BMV والذي يتم التحكم فيه أيضًا عن طريق البلوتوث عبر تطبيق هاتف ذكي.من المهم ملاحظة أنه بمرور الوقت مع تقدم عمر البطارية ، سينخفض جهد الخلية ببطء. هذا أمر طبيعي ويجب أن يؤخذ في الاعتبار عند قراءة بطارية SOC. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم تفريغ البطاريات ببطء بمرور الوقت إذا لم يتم تطبيق جهد شحن. يُعرف هذا باسم التفريغ الذاتي وعادة ما يكون حوالي 3-6٪ شهريًا حسب نوع البطارية. وبالتالي يمكن ترك بطارية الدورة العميقة في حالة مشحونة بالكامل لعدة أشهر ولكن لا ينبغي تركها في حالة تفريغ كامل للشحنة أبدًا لأن هذا يمكن أن يتسبب في حدوث كبريتات سريعة وتلف البطارية بشكل دائم.

شحن بطارية دورة عميقة #

يتطلب شحن نظام بطارية الرصاص الحمضي العميق شاحن بطارية مخصص متعدد المراحل. تحتوي معظم محولات البطاريات الهجينة أو متعددة الأوضاع الحديثة على وظائف شحن متعددة المراحل بينما تقوم الأنظمة المقترنة بالتيار المستمر خارج الشبكة ، يقوم منظم الطاقة الشمسية أو جهاز التحكم بالطاقة الشمسية بشحن البطارية. تتكون دورة الشحن النموذجية من 3 مراحل رئيسية مع مرحلة موازنة رابعة اختيارية للبطاريات المغمورة. يوجد أيضًا ما يصل إلى 7 شواحن مراحل تتضمن العديد من وظائف استعادة البطارية الأخرى.يجب أن يتطابق الشاحن مع جهد بنك البطارية - على سبيل المثال لا يمكن استخدام شاحن 24 فولت إلا في أنظمة بطارية 24 فولت. تحتوي معظم أجهزة العاكس / أجهزة الشحن الحديثة أو العواكس متعددة الأوضاع على شواحن متعددة المراحل مدمجة مع مستشعرات درجة الحرارة وأجهزة استشعار دقيقة لمحطات الجهد.مراحل شحن بطارية الرصاص الحمضيةمرحلة الشحن بالجملة - عادةً من 15 إلى 40 دقيقة *مرحلة الشحن بالامتصاص - عادة من 1-3 ساعات *مرحلة الطفو - لأجل غير مسمىمرحلة التوازن (للبطاريات المغمورة فقط)* يعتمد وقت الشحن الفعلي على DOD للبطارية ودرجة حرارة البطارية ومعدل الشحن والحمل وعمر البطارية. راجع دائمًا مواصفات مصنعي البطاريات (ورقة البيانات).تضمن مراحل الشحن المختلفة لشاحن متعدد المراحل إعادة شحن البطارية بالكامل إلى 100٪ دون زيادة التسخين أو الشحن الزائد للبطارية. تقوم أجهزة الشحن متعددة المراحل بذلك عن طريق شحن البطارية أولاً بجهد أعلى لمدة 1-3 ساعات تقريبًا (مرحلة الحجم والامتصاص) ثم تقليل تيار الشحن لخفض الجهد إلى ما يُعرف بجهد الطفو ، والذي يمكن الحفاظ عليه إلى أجل غير مسمى . ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن العديد من أجهزة الشحن الأرخص هي في الأساس أجهزة شحن عائمة ولا تشحن البطارية بجهد الشحن الصحيح. إنها مناسبة بشكل عام للحفاظ على البطارية طالما أن الجهد العائم قريب من الجهد العائم المحدد بواسطة تصنيع البطارية. تشتمل جميع المحولات الهجينة والتفاعلية الجديدة (خارج الشبكة) على نظام شحن متعدد المراحل ، لذلك لا يمثل هذا مصدر قلق.

انواع اخرى من البطاريات :

بطاريات نيكل كادميوم
تتكون المكونات النشطة لبطارية NiCd القابلة لإعادة الشحن في الحالة المشحونة من هيدروكسيد النيكل (NiOOH) في القطب الموجب والكادميوم (Cd) في القطب السالب. بالنسبة للكهارل ، يستخدم هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) بشكل طبيعي. نظرًا لمقاومتها الداخلية المنخفضة وخصائص التوصيل الحالية الجيدة جدًا ، يمكن لبطاريات NiCd توفير تيارات عالية للغاية ويمكن إعادة شحنها بسرعة. هذه الخلايا قادرة على الحفاظ على درجات حرارة تصل إلى -20 درجة مئوية. يؤثر اختيار الفاصل (النايلون أو البولي بروبلين) والإلكتروليت (KOH ، LiOH ، NaOH) على ظروف الجهد في حالة التفريغ عالي التيار وعمر الخدمة والقدرة على الشحن الزائد. في حالة سوء الاستخدام ، قد ينشأ ضغط مرتفع للغاية بسرعة. لهذا السبب ، تتطلب الخلايا صمام أمان. توفر خلايا NiCd عمومًا عمر خدمة طويل وبالتالي ضمان درجة عالية من الاقتصاد.

بطاريات النيكل المعدنية
تتكون المكونات النشطة لبطارية NiMH القابلة لإعادة الشحن في الحالة المشحونة من هيدروكسيد النيكل (NiOOH) في القطب الموجب وسبائك معدني لتخزين الهيدروجين (MH) في القطب السالب بالإضافة إلى إلكتروليت هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH). مقارنة ببطاريات NiCd القابلة لإعادة الشحن ، تتمتع بطاريات NiMH بكثافة طاقة أعلى لكل حجم ووزن.

بطاريات الليثيوم أيون
يشير مصطلح بطارية أيون الليثيوم إلى بطارية قابلة لإعادة الشحن حيث تعمل مواد القطب السالب (الأنود) والإلكترود الموجب (الكاثود) كمضيف لأيون الليثيوم (Li +). تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب أثناء التفريغ ويتم إقحامها (يتم إدخالها في فراغات في التركيب البلوري لـ) الكاثود. الأيونات عكس الاتجاه أثناء الشحن. نظرًا لأنه يتم إقحام أيونات الليثيوم في مواد مضيفة أثناء الشحن أو التفريغ ، فلا يوجد معدن ليثيوم حر داخل خلية أيونات الليثيوم. في خلية أيون الليثيوم ، يتم فصل الطبقات المتناوبة من الأنود والكاثود بواسطة فيلم مسامي (فاصل). يوفر المنحل بالكهرباء المكون من مذيب عضوي وملح الليثيوم المذاب الوسائط لنقل أيونات الليثيوم. بالنسبة لمعظم خلايا أيونات الليثيوم التجارية ، يكون نطاق الجهد حوالي 3.0 فولت (مفرغة ، أو 0٪ حالة الشحن ، SOC) إلى 4.2 فولت (مشحونة بالكامل ، أو 100٪ SOC).