ما هي خلية البطارية ووحدة البطارية وحزمة البطارية؟

من المهم أن تفهم الفرق بين خلية البطارية ووحدة البطارية وحزمة البطارية إذا كنت تعمل في صناعات مثل السيارات الكهربائية والطاقة المتجددة. لهذه الأجزاء أدوار مختلفة داخل نظام البطارية ويمكن أن تؤثر تكويناتها الخاصة بشكل كبير على الأداء والكفاءة والسلامة. لذلك سوف تتعمق هذه المقالة في تفاصيل كل مكون من خلال شرح ما يجعلها فريدة من نوعها عن بعضها البعض وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض لتشكيل نظام بطارية كامل.

ما هي خلية البطارية؟

خلية البطارية هي أصغر وحدة في نظام البطارية والتي تعمل كوحدة بناء أساسية. تتكون كل خلية من الكاثود (القطب الموجب)، والأنود (القطب السالب)، والكهارل الذي يساعد الأيونات على التحرك بين الأقطاب الكهربائية، وفاصل. إن حركة الأيونات بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة تخلق تدفقًا للأيونات التي نستخدمها كطاقة كهربائية لتشغيل الأجهزة المختلفة. كل خلية لها قدرتها الخاصة، والجهد، ودورة الحياة، وما إلى ذلك، والتي تحدد أدائها لمختلف التطبيقات.

أنواع خلايا البطارية

تأتي خلايا البطارية في أشكال مختلفة، بما في ذلك الخلايا الأسطوانية، والخلايا المنشورية، وخلايا الحقيبة.

ما هي وحدة البطارية؟

وحدة البطارية عبارة عن مجموعة تجمع بين عدة خلايا من البطاريات. يمكن توصيل هذه الخلايا إما بتكوينات متسلسلة أو متوازية. الخلية الوحيدة من هذا النوع لديها قيود على قدرتها على الطاقة، وبالتالي لا يمكنها توفير الطاقة الكافية لمعظم التطبيقات وحدها. داخل الوحدات، يتم ربط الخلايا باستخدام التوصيلات الكهربائية ويتم وضعها في غلاف واقي. يعمل هذا التصميم على تحسين الأداء/الكفاءة الإجمالية وقدرة الطاقة للنظام. ونتيجة لذلك، يمنح هذا النهج المعياري مرونة أكبر عند تصميم أنظمة البطاريات التي يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات بدءًا من الأجهزة الإلكترونية المصغرة وحتى أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق.

مزايا استخدام وحدات البطارية

في حين أنه من الصحيح أن هناك بعض التطبيقات صغيرة الحجم حيث يمكن تجميع خلايا البطارية مباشرة في حزمة بطارية؛ يعمل هذا الأسلوب بشكل أفضل مع الأجهزة الصغيرة الحجم ذات متطلبات الطاقة المعتدلة مثل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة؛ ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب أداءً أعلى ومستويات أمان متزايدة إلى جانب آفاق أفضل لقابلية التوسع - فإن استخدام وحدات البطارية في وضع أفضل لتلبية تلك الاحتياجات. وتشمل هذه التطبيقات السيارات الكهربائية، وأنظمة تخزين الطاقة المتجددة، والآلات الصناعية.

سهولة الصيانة

تعمل وحدات البطارية على تبسيط عملية الصيانة مقارنة بالخلايا الفردية. في حالة وجود عيب في أي من الوحدات، يمكن استبدالها دون تفكيك مجموعة البطارية بأكملها، مما يقلل وقت التوقف عن العمل وتكلفة الصيانة. تسهل الوحدات القياسية عملية الإصلاح والاستبدال. وهذا يضمن الاستمرارية التشغيلية خاصة في تطبيقات مثل السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق واسع.

تقليل خطر الهروب الحراري

تعمل وحدات البطارية على زيادة السلامة عن طريق تقليل فرصة الانفلات الحراري. عندما تؤدي الحرارة الزائدة إلى فشل ضار، يشار إلى ذلك باسم الهروب الحراري. تسمح الوحدات بحلول الإدارة الحرارية المتقدمة مثل التبريد السائل والمشتتات الحرارية. تقوم هذه الأنظمة بإدارة وتبديد الحرارة بشكل فعال مما يجعلها تحافظ على درجات حرارة موحدة في جميع الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحتوي الوحدات على دوائر وصمامات واقية تعمل على عزل الخلايا التالفة بحيث يتم منع انتشار الأعطال.

قوة هيكلية إجمالية أعلى

توفر وحدات البطارية حماية قوية للخلايا الفردية. يقلل التصميم القوي من خطر التلف الناتج عن التأثيرات والاهتزازات والضغوط الأخرى. وهذا يضمن الموثوقية والمتانة. تعد السلامة الهيكلية المحسنة مفيدة بشكل خاص في تطبيقات مثل السيارات الكهربائية، حيث تواجه البطاريات حركة مستمرة واصطدامات محتملة.

المرونة والقابلية للتطوير

تساعد الطبيعة المرنة والقابلة للتطوير لوحدات البطارية في تصميم نظام البطارية. تتيح التصميمات المعيارية إمكانية التوصل إلى مجموعات من البطاريات ذات الفولتية والقدرات المختلفة، وهو ما يمكن تحقيقه من خلال استيعاب أعداد متنوعة من هذه الوحدات. وهذا يعني أن الشركات المصنعة يمكنها تصنيع البطاريات وفقًا لاحتياجات التطبيقات المحددة عندما تحتاج إلى أنظمة إلكترونية صغيرة أو أنظمة صناعية كبيرة.

زيادة كفاءة الإنتاج

تؤدي وحدات البطارية إلى زيادة كفاءة الإنتاج من خلال العمليات الموحدة. وهذا يضمن الاتساق من حيث الجودة والأداء. تؤدي عمليات التجميع المبسطة إلى تقليل وقت الإنتاج بالإضافة إلى انخفاض التكاليف. وبالتالي، يمكن تصنيع أنظمة البطاريات عالية الجودة بتكلفة رخيصة وبسرعة كافية من قبل الشركات المصنعة. وفي عمليات التصنيع واسعة النطاق، يصبح هذا مهمًا لأنه يهدف إلى تلبية متطلبات السوق.

ما هي حزمة البطارية؟

حزمة البطارية عبارة عن نظام كامل لتخزين الطاقة يتكون من وحدات بطارية مختلفة، والتي يتم تجميعها معًا في بعض الأحيان مع أنظمة إدارة مدمجة. تم دمج BMS أيضًا فيه وهو حزمة البطارية. تتكون العناصر الأخرى من نظام إدارة البطارية (BMS)، ونظام الإدارة الحرارية، وإطار الغلاف الذي يشكل حزمة البطارية. تعمل جميع هذه المكونات في تناغم لتوفير أداء وأمان أفضل. وبالتالي، يعزز النظام كفاءة تخزين وتوزيع الطاقة لأغراض مختلفة مثل الإلكترونيات المحمولة والمركبات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق واسع.

كيف يتم تجميع حزم البطارية؟

يتم تضمين العديد من الخطوات الحاسمة في تجميع حزمة البطارية. يبدأ الأمر باختيار الأنواع المناسبة من وحدات البطاريات ودمجها مع نظام إدارة المباني. لتحقيق الجهد والسعة المطلوبة، يتم توصيل البطاريات إما في سلسلة أو تكوين متوازي. تتطلب هذه العملية توصيلات كهربائية دقيقة لضمان التوزيع المتساوي للطاقة عبر المجموعة بأكملها. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقليل المقاومة الداخلية إلى الحد الأدنى نظرًا لأن زيادتها قد تؤثر على الأداء العام للعبوة.

تأخذ عملية التجميع في الاعتبار المشكلات الحرارية عند تجميع حزمة البطارية. وتشمل هذه الأنظمة المتقدمة مثل آليات التبريد السائل أو تبديد الحرارة عند الضرورة من أجل الحفاظ على درجات الحرارة المثلى وبالتالي تجنب ارتفاع درجة الحرارة. وهذا أمر بالغ الأهمية خاصة في التطبيقات عالية الطاقة حيث يؤدي تبديد الحرارة الفعال إلى تجنب الهروب الحراري مما يضمن العمر الافتراضي لحزمة البطارية.

من ناحية أخرى، يشير إطار السكن إلى القوة الهيكلية والحماية ضد الظروف الجوية التي توفرها هذه الحاوية المحيطة بجميع أجزاء الجهاز الأخرى. وهي مصممة ليس فقط للصدمات الميكانيكية ولكن أيضًا للاهتزازات وبالتالي ضمان سلامة وموثوقية نظام البطارية بأكمله. وفي الختام، ستكون الحزمة قد خضعت لاختبارات مؤشرات الأداء وخاصة السلامة إلى جانب الالتزام بالمعايير المنظمة للصناعة حسب لوائح الجهات المختصة؛ ومن ثم فهو جيد للاستخدام إذا تجاوزت تلك الاختبارات عتبة الجودة الخاصة بها فقط.

خلية البطارية مقابل وحدة البطارية مقابل حزمة البطارية

خلية البطارية هي لبنة البناء الأساسية، وتوفر الوحدة الأساسية لتخزين الطاقة. يتم دمج خلايا متعددة لتكوين وحدة بطارية، مما يعزز السعة والجهد لتلبية متطلبات الطاقة المحددة. يتم بعد ذلك دمج الوحدات في حزمة بطارية، وهو حل كامل لتخزين الطاقة مع أنظمة إدارة متقدمة وميزات حماية.

تطبيقات خلايا البطارية والوحدات والحزم

تُستخدم خلايا البطارية ووحداتها وحزمها في تطبيقات مختلفة، ويتطلب كل منها تكوينات محددة لتلبية متطلباتها الفريدة. على سبيل المثال، غالبًا ما تُستخدم خلايا البطاريات في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة. في هذه الحالات، يعد الحجم الصغير وكثافة الطاقة العالية أمرًا بالغ الأهمية. ومن ناحية أخرى، تُستخدم وحدات البطاريات في معظم الحالات في السيارات الكهربائية. الشيء الرئيسي الذي يفعلونه هو تمكين الشحن السريع للسيارات الكهربائية التي يمكن شحنها أثناء الكبح أو عند ركنها. في الواقع، تضمن هذه البطاريات توفير الطاقة دائمًا بالكمية المناسبة حسب طلب المستخدم.

وفي الوقت نفسه، تستغل أنظمة تخزين الطاقة الكبيرة حزم البطاريات ذات أنظمة الإدارة المتكاملة. تضمن حزم البطاريات هذه توفير الطاقة دون انقطاع.

في أنظمة الطاقة المتجددة، تقوم البطاريات بتخزين الطاقة الزائدة الناتجة عن الألواح الشمسية أو توربينات الرياح. ويمكن استخدام هذه الطاقة المخزنة لاحقًا، مما يضمن إمدادات طاقة مستقرة حتى أثناء فترات انخفاض التوليد. في السيارات الكهربائية، توفر البطاريات الطاقة اللازمة للدفع. كما أنهم يديرون الظروف الحرارية لضمان السلامة وطول العمر. وبالتالي، فإن تعدد استخدامات حزم البطاريات يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات، بدءًا من تخزين الطاقة السكنية وحتى أنظمة الطاقة الصناعية.

اختيار الحل المناسب للبطارية

لاختيار حل البطارية، عليك أن تأخذ في الاعتبار أشياء معينة مثل السلامة والإدارة الحرارية والمتانة والحجم والوزن. تُفضل بطاريات الليثيوم أيون بسبب كثافتها العالية للطاقة ودورة حياتها الطويلة بالإضافة إلى ميزات السلامة القوية التي تتمتع بها. وعلى النقيض من ذلك، توفر بطاريات هيدريد معدن النيكل كثافة طاقة جيدة ولكن لها دورة حياة أقصر. أخيرًا، تعتبر بطاريات الرصاص الحمضية غير مكلفة وموثوقة ولكنها تزن أكثر ولديها طاقة أقل لكل وحدة كتلة وكثافة طاقة أقل مع دورات أقل من أنظمة الليثيوم أو النيكل. فيما يلي دليل شامل سيساعد في فهم مواصفات البطارية الخاصة بك:

1. متطلبات الطاقة

حدد خرج الطاقة اللازم لتطبيقك والذي يتم قياسه بالواط (W). يمكن العثور على حساب هذه القيمة باستخدام:

الطاقة (W) = الجهد (V) × التيار (A) الطاقة (W) = الجهد (V) × التيار (A)

على سبيل المثال، إذا كان جهازك يعمل بجهد 12 فولت ويحتاج إلى 2 أمبير، فإن الطاقة المطلوبة هي:

12𝑉×2𝐴=24𝑊12V× 2A= 24W

2. قدرة البطارية

تشير سعة البطارية إلى المدة التي يمكنك فيها استخدام بطارية ليثيوم أيون قبل تفريغها بالكامل؛ يتم قياسه عادةً إما بالواط/ساعة (Wh) أو أمبير/ساعة (Ah). لحساب السعة المطلوبة، استخدم الصيغة:

السعة (Ah) = الطاقة (W) × وقت الاستخدام (h) الجهد (V) السعة (Ah) = الجهد (V) الطاقة (W) × وقت الاستخدام (h)​

أو مباشرة بالواط/ساعة (Wh):

السعة (وات) = الطاقة (وات) × وقت الاستخدام (ساعة) السعة (وات) = الطاقة (وات) × وقت الاستخدام (ساعة)

مثال على ذلك هو الجهاز الذي يستخدم 24 وات لمدة 10 ساعات:

السعة (وات)=24𝑊×10ℎ=240𝑊ℎالسعة (وات)=24W× 10h= 240Wh

وفي الختام

كل مكون في نظام البطارية له أدوار محددة يلعبها حتى يعمل النظام بأكمله بكفاءة وأمان وبأداء عالٍ. تتيح هذه الاختلافات اتخاذ القرار واختيار تكوين البطارية المناسب لتطبيقك.

كيهينج : NO1 الخاص بك. الشركة المصنعة لبطارية الليثيوم

في Keheng، نحن متخصصون في توفير بطاريات الليثيوم المعيارية المبتكرة التي تتكيف مع جميع متطلبات العملاء. من أنظمة تخزين الطاقة، والبطاريات الصناعية، إلى البطاريات الترفيهية، من المؤكد أن مجموعتنا الواسعة من المنتجات لديها حل لكل الاحتياجات.

تتميز كل وحدة من صنعنا بميزات أمان فائقة ودورة حياة طويلة بالإضافة إلى أداء أفضل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنها تشتمل على أنظمة إدارة حرارية متقدمة للغاية وميزات أمان قوية تضمن أقصى قدر من التشغيل تحت أي ظروف بيئية. باعتبارنا مبتكرًا ملتزمًا بالجودة، سيكون Keheng شريكك الموثوق به الذي يساعدك على تعزيز المستقبل.