متوسط العمر المتوقع لبطارية الليثيوم في التطبيقات الثابتة

26 Aug 2021

أحد عوامل الجذب الرئيسية للانتقال إلى بطاريات الليثيوم هل عمر البطارية هو مضاعفات لما هو ممكن مع بطاريات الرصاص الحمضية ومع ذلك، مع وجود بيانات تشغيلية محدودة في تطبيقات UPS مع توفر بطاريات الليثيوم اليوم، من الطبيعي أن يتساءل المستخدمون المحتملون عن المدة التي ستستمر فيها البطاريات الليثيومية فعليًا.

للإجابة على هذا السؤال، من الضروري أولاً فهم كيفية تدهور بطاريات الليثيوم في الظروف العادية. فلها نمطان مستقلان إلى حد كبير للتدهور: عمر التقويم وعمر الدورة.

يصف عمر البطارية التقويمي كيفية انخفاض سعتها وزيادة مقاومتها بمرور الوقت. بالنسبة لعمر البطارية التقويمي، تُعدّ درجة حرارة تشغيلها العامل الأهم في تحديد مدة عملها. فالحرارة تُسرّع التلف، بينما تُقلّل درجات الحرارة المنخفضة من التلف.

أما بالنسبة لعمر دورة البطارية، فالمصطلح نفسه سهل الفهم، لكن تقدير عمر دورة بطارية الليثيوم ليس بالبساطة التي تبدو عليها. ويرجع ذلك إلى أن خصائص دورة البطارية المختلفة تحدد مدى ضررها على البطارية.

الاختبار الأساسي في صناعة الليثيوم هو تفريغ البطارية بالكامل خلال ساعة واحدة، ثم إعادة شحنها بالكامل خلال ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت). بالنسبة لتصاميم الخلايا عالية الجودة، يُعد هذا اختبارًا سهلًا، إذ يتطلب آلاف الدورات قبل أن تصل الخلية إلى 80% من سعتها الأولية. مع ذلك، عادةً ما يكون عمر دورة الشحن حساسًا جدًا لمعدلات الشحن والتفريغ وعوامل أخرى.

يوضح الشكل 1 ملخصًا للعوامل الرئيسية التي تؤثر على دورة الحياة.

معلمة الدورة	التأثير على دورة الحياة	وصف
معدل الشحن / التفريغ	بارِز	إن شحن أو تفريغ البطارية بمعدلات أعلى من المعدلات المصممة لها سيؤدي إلى تقصير عمر دورة حياتها بشكل كبير
عمق التفريغ	معتدل	إن تفريغ البطارية جزئيًا قبل إعادة شحنها أقل ضررًا من تفريغها بالكامل
درجة حرارة	معتدل	في حين أن البطارية الأكثر دفئًا تتمتع بمقاومة أقل ومعدلات تسخين ذاتي أقل، فإن درجات حرارة التشغيل المنخفضة عادةً ما تكون أفضل لعمر البطارية. كما أن العديد من بطاريات الليثيوم أيون حساسة للشحن في درجات حرارة منخفضة (عادةً ما تكون أقل من درجة التجمد)، ولكن هذا لا يُشكل مصدر قلق في تطبيقات مراكز البيانات.
نافذة حالة الشحن (SOC)	صغير	عند استخدام بطارية بعمق تفريغ جزئي، فإن تدويرها بالقرب من الامتلاء الكامل (100% SOC) أو فارغة تمامًا (0% SOC) يكون أكثر ضررًا من تحديد نافذة تشغيل في حالات شحن جزئية

الشكل 1: ملخص للعوامل الرئيسية التي تؤثر على عمر دورة بطارية الليثيوم.

في تطبيقات مراكز البيانات، عادةً ما يكون عمر البطارية التقويمي هو العامل الرئيسي نظرًا لندرة دوراتها. يُستثنى من ذلك استخدام بطاريات UPS لدعم إدارة الطاقة في الموقع أو توفير خدمات الشبكة لشبكة توزيع الكهرباء المحلية. هذه التطبيقات خارج نطاق هذه الورقة. في حالات الاستخدام التقليدية، تبقى البطاريات خاملة طوال معظم عمرها التشغيلي.

لتقييم العمر الافتراضي للبطاريات، عادةً ما يخزن مصنعو الخلايا البطاريات في درجات حرارة مختلفة لفترات طويلة، ويتحققون من سعتها المتبقية بشكل دوري. يُتيح رسم هذه البيانات بيانيًا علاقة بين الوقت ودرجة الحرارة والسعة المتبقية. بعد جمع بيانات كافية، يُمكن مواءمة البيانات مع معادلة مقبولة عمومًا للعمر الافتراضي، والتي أثبتت جدواها على مدى عقود من الخبرة الميدانية في مجال بطاريات الليثيوم أيون. يوضح الشكل 2 مثالًا على رسم بياني للعمر الافتراضي لبطاريات الليثيوم (NCM).

يوضح الشكل 2 أن 80% من السعة الأولية لبطارية NCM تبقى صالحة لمدة عشر سنوات تقريبًا عند درجة حرارة 23 درجة مئوية (73 درجة فهرنهايت) لبطارية الليثيوم المُختبرة. تختلف معدلات التحلل باختلاف بطاريات الليثيوم، مثل فوسفات حديد الليثيوم.

لتزويدك ببطارية ذات عمر دورة طويل، وأداء تفريغ متواصل، وقدرة على الشحن السريع، وكثافة طاقة عالية، ولمنحك تشغيلًا خاليًا من القلق، تقدم لك EverExceed فوسفات الحديد الليثيوم بطاريات بتقنية (LFP) توفر دورات حياة تتراوح من 3000 إلى 5000+ بناءً على متطلبات تطبيقك.

العلامات :