الوجبات الجاهزة الرئيسية:
- يعتبر الجهد الكهربائي عنصرًا محوريًا في تصميم حزمة البطاريات المخصصة، مما يؤثر على خرج الطاقة وتوافق الجهاز. فهم الفولتية الاسمية والمشحونة والمفرغة، والنظر في كيمياء البطارية ومتطلبات التطبيق ولوائح الشحن.
تصميم أ حزمة بطارية مخصصة يشبه تجميع لغز معقد. أنت بحاجة إلى التفكير في مواصفات الطاقة والتيار والسعة ومتطلبات الحجم وتكوين الخلية وعدد الخلايا. ولكن هناك قطعة واحدة مهمة غالبًا ما يتم تجاهلها: الجهد الكهربي. لذلك دعونا نتعمق في عالم جهد البطارية المثير ونفهم أهميته.
ما هو الجهد ولماذا يهم؟
الجهد الكهربائي يشبه ضغط الماء في خرطوم حديقتك. فهو يدفع الكهرباء من خلال أجهزتك. كلما زاد الجهد الكهربي، زادت الطاقة التي يمكن أن تستخدمها أجهزتك.
منتجات الجهد المنخفض مقابل منتجات الجهد العالي
الأجهزة لها احتياجات طاقة مختلفة. لا يحتاج المنتج ذو الجهد المنخفض إلى الكثير من الطاقة لتشغيله، لذا تحتاج حزمة البطارية فقط إلى دفع كمية صغيرة من التيار. وعلى العكس من ذلك، تحتاج المنتجات عالية الطاقة إلى قدر كبير من الطاقة لتشغيلها، لذا فهي تحتاج إلى حزمة بطارية يمكنها دفع الكثير من التيار.
فك تشفير جهد البطارية
لفهم جهد حزمة البطارية، نحتاج إلى النظر إلى ثلاثة أشياء:
1. الجهد الاسمي
2. الجهد عند شحنه بالكامل
3. الجهد عند تفريغها بالكامل
دعونا فك رموز هذه المصطلحات.
الجهد الاسمي
هذا هو الجهد الناتج الذي تنتجه الخلية عند شحنها. إنها مثل متوسط سرعة السيارة في رحلة طويلة.
الجهد المشحون بالكامل
هذا هو أعلى جهد يمكن أن تصل إليه البطارية عند شحنها بالكامل. إنها مثل السرعة القصوى التي يمكن لسيارتك الوصول إليها على طريق مستقيم.
الجهد تفريغها بالكامل
هذا هو أدنى مستوى جهد يمكن أن تصل إليه البطارية قبل وضعها في الاعتبار “فارغ”. إنها مثل أبطأ سرعة يمكن أن تصل إليها سيارتك قبل أن تتوقف عن الحركة.
الجهد بواسطة كيمياء البطارية
كما أن السيارات المختلفة لها سرعات مختلفة، فإن البطاريات المختلفة لها فولتات مختلفة. فيما يلي الفولتية الاسمية لبعض كيمياء البطاريات الشائعة:
1. النيكاد: 1.2 فولت
2. نيمه: 1.4 فولت
3. ليثيوم أيون: 3.6 فولت
4. حمض الرصاص: 2 فولت
تذكر أن هذه مجرد “سرعات متوسطة” – قد يختلف الإخراج الفعلي.
تتمتع بطاريات NiMH بجهد اسمي يبلغ 1.2 فولت، ولكنها يمكن أن توفر ما يصل إلى 1.4 فولت عند شحنها بالكامل. تتميز بطاريات NiCad وNiMH بجهد مشحون بالكامل يبلغ 1.4 فولت. تتمتع بطاريات الرصاص الحمضية بجهد مشحون بالكامل يبلغ 2.1 فولت، بينما تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بجهد مشحون بالكامل يبلغ 4.2 فولت.
يمكن لبطاريات NiCad وNiMH التفريغ الكامل حتى 1.0 فولت، بينما يمكن تفريغ بطاريات الرصاص الحمضية إلى 1.75 فولت. لا ينبغي أن تكون بطاريات الليثيوم أيون فارغة بالكامل، لأن ذلك قد يؤدي إلى تلفها. تضمن ميزة القطع الآمن عدم انخفاض بطاريات الليثيوم أيون أبدًا عن 2.8 فولت إلى 3.0 فولت.
تحديد الجهد للتطبيق
إن تحديد الجهد الكهربي لتطبيق ما يشبه موازنة الأرجوحة. إن مقاومة التطبيق تشبه الوزن الموجود على أحد طرفي الأرجوحة، والتيار يشبه الوزن الموجود على الطرف الآخر. المعادلة بسيطة:
الجهد (V) = التيار (I) × المقاومة (R)
يمكن أن يساعد استخدام مقياس التيار ومصدر الطاقة القابل للتعديل في تحديد السحب الحالي للنظام. يمكن استخدام هذا الترتيب للتأكد من الحد الأقصى والحد الأدنى من الجهد المطلوب لنظامك. من المهم تسجيل القراءات الحالية. يجب أن يكون هدفك هو العثور على قيمة تقع بين هذين القياسين، والتي ستمثل نقطة الحد الأدنى لاستخدام الطاقة.
يعد فهم طيف الجهد بهذه الطريقة أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للمنتجات والتطبيقات التي قد تعتمد على تقلبات إمدادات الطاقة. وعلى العكس من ذلك، فإن بعض المنتجات والتطبيقات ستظهر استهلاكًا ثابتًا للطاقة.
نطاقات الجهد
يحتوي كل منتج على نطاق جهد محدد يمكنه التعامل معه قبل أن يبدأ في التعطل. إنه مثل نطاق السرعة المقبول للسيارة. إذا تحركت ببطء شديد، فقد يتوقف المحرك. إذا ذهبت بسرعة كبيرة، فقد ترتفع درجة حرارته.
سعة الخلية والجهد
عامل مهم آخر هو سعة الخلية. يحدد هذا المدة التي يمكن أن يعمل فيها منتجك قبل إعادة شحن البطارية. اعتبره بحجم خزان وقود سيارتك. تعني سعة الخلية الأكبر أنه يمكن تشغيل منتجك لفترة أطول من الوقت بشحنة واحدة. تعني سعة الخلية الأصغر أنك ستحتاج إلى إعادة شحن منتجك كثيرًا.
قيود الشحن على أساس الجهد
يتطلب شحن الأجهزة ذات الجهد العالي، خاصة تلك التي تحتوي على بطاريات الليثيوم، عناية خاصة بسبب عدم استقرارها المحتمل. إنه مثل نقل المواد الكيميائية المتطايرة – تحتاج إلى اتباع لوائح السلامة الصارمة مثل و 38.3.
حسب التوجيهات التي وضعتها اتحاد النقل الجوي الدولييمكن نقل بطاريات الليثيوم إما بشكل مستقل أو داخل المعدات. إذا تم نقلها بشكل مستقل، يجب ألا تتجاوز حالة الشحن (SoC) 30%.
علاوة على ذلك، يتم تحديد كمية الخلايا أو البطاريات التي يمكن نقلها في وقت واحد من خلال كمية معدن الليثيوم الموجود داخل البطارية، وما إذا كان يتم نقلها داخل جهاز، بشكل مستقل، أو مع المعدات. قد تتطلب بعض العبوات علامات محددة للدلالة على وجود بطارية ليثيوم داخل الحاوية.
جهد حزمة البطارية لتصميمات المنتجات
لتخصيص حزمة بطارية لمنتجك، ستحتاج إلى مراعاة مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك الجهد الكهربي والكيمياء وترتيب الخلايا وحجم البطارية. الهدف هو إنشاء بطارية توفر المقدار المناسب من الطاقة بينما تتلاءم أيضًا مع قيود تصميم المنتج.
على سبيل المثال، يمكن لمجموعة مكونة من 10 خلايا بطارية NiMH أن توفر 14 فولتًا من الطاقة مع الحفاظ على انخفاض التكاليف. ومع ذلك، مع إضافة المزيد من الخلايا، ستصبح العبوة أكبر حجمًا وأثقل. قد يكون الحل الخفيف الوزن هو استخدام بطاريات الليثيوم مع عدد أقل من الخلايا. بالمناسبة، يجب أن تخضع هذه البطاريات لعمليات وقيود إضافية لإصدار شهادات النقل، مما قد يؤدي إلى زيادة التكاليف.
خاتمة
بالشراكة مع أ الشركة المصنعة لحزمة البطاريات المخصصة المؤهلة في وقت مبكر من عملية التصميم يمكن أن يكون عونا كبيرا عند معرفة الجهد المطلوب. في Holo Battery، يمكننا مساعدتك في تحديد تصميم حاوية حزمة البطارية لضمان وجود مساحة كافية للحزمة. باستخدام هذه التصميمات، يمكنك اختبار وظائف منتجك وإجراء أي تعديلات ضرورية.
مقالات ذات صلة:
