أداء البطارية حسب درجة الحرارة: الحفاظ على عمرها وسعتها

قد توفر البطارية التي تحقق سعتها الاسمية في المختبر طاقة أقل في مأوى اتصالات بارد، أو يتسارع تقادمها داخل خزانة UPS ساخنة. غالبًا ما يتعامل المشترون مع درجة الحرارة على أنها مجرد حالة محيطة، لكن درجة حرارة الخلايا تغيّر حدود الشحن والطاقة المتاحة والعمر التشغيلي. يجب أن تراعي المواصفة المناسبة بيئة التشغيل كاملة، لا السعة الاسمية وحدها.

## ما الذي تغيّره درجة الحرارة

تؤثر درجة الحرارة في التفاعلات الكهروكيميائية داخل الخلية. يبطئها البرد، ما يزيد المقاومة الداخلية ويقلل الطاقة والقدرة المتاحتين عند الأطراف. وقد تحسّن الحرارة مؤقتًا الأداء في الطقس البارد، لكن استمرار درجات الحرارة المرتفعة يسرّع التدهور وقد يزيد مخاطر السلامة. ويتوقف التأثير على الكيمياء وتصميم الخلية والتيار والإدارة الحرارية.

بالنسبة إلى بطاريات LiFePO4، يتراوح نطاق التخطيط الشائع تقريبًا بين 0 و45 درجة مئوية للشحن، وبين -20 و60 درجة مئوية للتفريغ، لكن هذه الحدود ليست عامة. المرجع هو مواصفات الشركة المصنعة للبطارية ووسائل الحماية في BMS. وقد يؤدي شحن خلية ليثيوم أيون دون درجة الحرارة المسموح بها إلى ترسّب الليثيوم، ما قد يخفض السعة بصورة دائمة أو يسبب تلفًا داخليًا.

## الشحن والتفريغ والتخزين

تحد الظروف الباردة من الشحن أساسًا. قد تحتاج مجموعة البطاريات إلى خفض تيار الشحن أو إيقافه مؤقتًا إلى أن تدفأ الخلايا. وقد لا يرصد مستشعر درجة حرارة في موضع غير مناسب خلية باردة؛ لذا تحقّق من موضع المستشعر ودقة القياس وما إذا كان BMS يمنع الشحن استنادًا إلى درجة حرارة الخلايا لا إلى درجة حرارة هواء الخزانة.

قد تقصر درجات الحرارة المرتفعة عمر الدورة حتى عندما تظل البطارية ضمن نطاق التشغيل المحدد لها. وقد يكون الإجهاد المشترك الناجم عن الحرارة وارتفاع SOC والشحن المتكرر بتيار عالٍ أشد ضررًا من أي عامل بمفرده. للتخزين الطويل، اتبع توصيات المورد بشأن SOC ودرجة الحرارة، وتجنب ترك مجموعة البطاريات مشحونة بالكامل في بيئة حارة.

يعتمد أداء التفريغ أيضًا على درجة الحرارة. عند درجات الحرارة المنخفضة، قد تنخفض السعة المتاحة والتيار الأقصى، وقد يؤدي هبوط الجهد إلى تفعيل فصل الجهد المنخفض مبكرًا. في تطبيقات UPS التي تتطلب بدء التشغيل على البارد أو التطبيقات البحرية، صمّم النظام لتوفير القدرة المطلوبة عند أدنى درجة حرارة متوقعة للخلايا، لا للأمبير-ساعة عند درجة حرارة الغرفة فقط.

## ضوابط عملية للمشترين

- اطلب حدودًا منفصلة لدرجات حرارة الشحن والتفريغ والتخزين، خاصة بنوع الخلايا وتكوين مجموعة البطاريات المطلوبين.

- تحقّق من حدود معدل C للشحن والتفريغ عبر نطاق درجات الحرارة المتوقع، بما في ذلك منحنيات خفض الأداء إن وجدت.

- تأكد من أن BMS يقيس درجة حرارة الخلايا، ويمنع الشحن أو يحد من التيار، ويرسل الإنذارات إلى متحكم النظام.

- حدّد متطلبات التدفئة أو التهوية أو التبريد إذا كان من الممكن أن يتجاوز موقع التركيب النطاق المعتمد، وتحقق من الأداء عند أشد ظروف التصميم برودة وحرارة.

- راجع شروط الضمان المتعلقة بدرجة الحرارة المحيطة وSOC أثناء التشغيل وDoD ونمط الدورات.

من المقارنات المفيدة مقارنة مجموعة بطاريات LiFePO4 بسعة 100 أمبير-ساعة، مصنفة عند 25 درجة مئوية، بالمجموعة نفسها عند تشغيلها قرب 0 درجة مئوية. تظل السعة الاسمية 100 أمبير-ساعة، لكن قد يحدد المورد سعة قابلة للاستخدام أقل وتيار شحن مسموحًا به أقل قرب درجة التجمد. ودون حد درجة حرارة الشحن المعتمد، قد يُعطّل الشحن تمامًا. اطلب بيانات السعة والقدرة المقاسة وحدود الشحن عند درجات حرارة التصميم بدلًا من تطبيق نسبة خفض عامة.

## درجة الحرارة في تصميم النظام

في أنظمة التخزين الشمسي، وائم حدود شحن البطارية مع العاكس وملف الشحن، خصوصًا في الصباح البارد عندما قد ترتفع الطاقة الشمسية الداخلة قبل أن تدفأ مجموعة البطاريات. في تركيبات الاتصالات وUPS، قيّم درجة حرارة الخزانة والتهوية ومصادر الحرارة القريبة ومدة التشغيل الاحتياطي عند أقصى الظروف الموسمية في الموقع. وفي أنظمة الدفع والطاقة البحرية، راعِ دورة التشغيل وتدفق الهواء في الحيز والتشغيل المتكرر بتيار عالٍ.

استخدم بيانات SOC وSOH إلى جانب سجل درجات الحرارة عند تقييم الأداء. يشير SOC إلى الشحن الحالي، بينما يقدّر SOH الحالة المتبقية؛ ولا يغني أي منهما عن الحدود التي تراعي درجة الحرارة. ويمكن لنظام مراقبة البطارية الذي يسجل درجات حرارة الخلايا والتيار والجهد والإنذارات أن يساعد على التمييز بين خفض الأداء الحراري وتراجع السعة أو عدم كفاية حجم مجموعة البطاريات.

عند الشراء، اطلب ورقة البيانات وظروف الاختبار التي تستند إليها مدة عمر الدورة المعلنة. يعتمد عمر الدورة على DoD ومعدل C ودرجة الحرارة ومعايير السعة عند نهاية العمر، لذا يصعب مقارنة رقم لا يوضح هذه الظروف. تحقّق من متطلبات النقل والمنتج المعمول بها، بما فيها UN38.3 لنقل بطاريات الليثيوم، وشهادة IEC 62619 أو UL 1973 عند انطباقها على النظام.

تعمل Newbeebattery شريكًا لتصنيع مجموعات البطاريات المخصصة وفق OEM/ODM، بما ينسّق اختيار الخلايا وإعدادات BMS والتجهيزات الحرارية مع ظروف تطبيقات الاتصالات وUPS والطاقة الشمسية والتطبيقات البحرية وغيرها. شارك درجات الحرارة الدنيا والعليا للخلايا ومدة التشغيل المطلوبة وملف الشحن وقيود التركيب أثناء تصميم مجموعة البطاريات.

## الخلاصة

أداء البطارية من حيث درجة الحرارة عامل تصميم، وليس ملاحظة هامشية. حدّد نطاقات واقعية لدرجة حرارة الخلايا، وتحقق من سلوك الشحن والتفريغ المعتمد على درجة الحرارة، وتأكد من أن BMS والتصميم الحراري يفرضان تلك الحدود. يمنح ذلك المشترين أساسًا أوثق لمقارنة السعة وعمر الدورة والتكلفة الإجمالية للتشغيل.