ما مدى معرفتك ببطارية ليبو مربعة 6s 22.2 فولت؟

تصنيف حسب الشكل مربع بطارية ليبو 6s 22.2v لها ثلاثة أنواع: مربع، أسطواني ورقيق. هناك العديد من أنواع بطاريات ليبو 6s 22.2v المربعة، والتي تُستخدم بشكل رئيسي في الهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية ومجالات أخرى؛ تشمل بطاريات ليبو 6s 22.2v المربعة الأسطوانية حاليًا ثلاثة نماذج: 18650 (18مم×65مم)، 26650 (26مم×65مم)، 21700 (21مم×70مم) تُستخدم بشكل رئيسي في مجال الحواسيب المحمولة وأدوات الطاقة؛ يمكن لبطارية ليبو 6s 22.2v المربعة ذات الشكل اللوحي تلبية متطلبات ترقيق الحواسيب والكاميرات. اليوم CNHL ستقدم المعرفة ذات الصلة ببطارية ليبو 6s 22.2v المربعة بالتفصيل.

1. مكونات بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة

المربع المكون الرئيسي لبطارية ليبو 6s 22.2v المربعة النموذجية يشمل غطاء علوي، غلاف، لوحة موجبة، لوحة سالبة، طبقة أو لفائف مكونة من غشاء، أجزاء عازلة ومكونات أمان. من بينها، يتضمن هيكلان أمان: جهاز أمان المسمار (NSD) وجهاز أمان الشحن الزائد (OSD). يضيف NSD طبقة معدنية، مثل رقائق النحاس، إلى النواة الخارجية للفة. عند حدوث ثقب، التيار العالي المحلي الناتج عند موضع الثقب يقلل بسرعة التيار لكل وحدة مساحة عبر رقائق النحاس الواسعة، مما يمنع السخونة المحلية عند موضع الثقب ويبطئ حدوث الهروب الحراري.

تصميم أمان OSD يمكن رؤيته في العديد من بطاريات ليبو 6s 22.2v المربعة. عادةً ما يُستخدم لوح معدني مع فتيل (Fuse). يمكن تصميم الفتيل على جامع التيار الموجب. عند الشحن الزائد، يؤدي الضغط الداخلي في بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة إلى تفعيل OSD لحدوث دائرة قصيرة داخلية، مما يولد تيارًا عاليًا لحظيًا ويفصل الفتيل، وبالتالي يقطع دائرة التيار الداخلية للبطارية. الغلاف عادةً ما يكون من الصلب أو الألمنيوم. مع دفع السوق نحو كثافة طاقة أعلى وتقدم عملية الإنتاج، أصبح الغلاف الألمنيومي تدريجيًا هو السائد.

2. ميزات بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة

مزايا بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة: تتمتع بموثوقية تغليف عالية؛ كفاءة طاقة نظام عالية؛ وزن نسبي خفيف وكثافة طاقة عالية؛ خيار مهم لكثافة الطاقة؛ إذا كانت سعة الوحدة كبيرة، يكون تكوين النظام بسيطًا نسبيًا، مما يجعل من الممكن مراقبة الوحدات واحدة تلو الأخرى؛ فائدة أخرى للنظام البسيط هي الاستقرار الجيد نسبيًا.
عيوب بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة: نظرًا لأن البطارية يمكن تخصيصها حسب حجم المنتج، هناك آلاف النماذج في السوق، وبسبب كثرة النماذج، يصعب توحيد العملية؛ مستوى أتمتة الإنتاج ليس عاليًا، والوحدات مختلفة جدًا. في التطبيقات واسعة النطاق، هناك مشكلة أن عمر النظام أقل بكثير من عمر الوحدة. المعيار الوطني الموصى به GB/T 34013-2017 "مواصفات وأبعاد منتجات بطاريات ليبو 6s 22.2v المربعة لتخزين الطاقة للمركبات الكهربائية" يقدم 8 سلاسل من الأبعاد لبطارية ليبو 6s 22.2v المربعة.

توجيه حجم خلية البطارية قد لا يكون له تأثير واضح على المدى القصير. يعتقد البعض أن التوجيه سيقيد تطوير الصناعة، وتغيير حجم المنتج ليس فقط مسألة أدوات وقوالب لإنتاج خلايا البطارية، بل له تأثير كبير جدًا. ومع ذلك، كمعيار موصى به، طالما يمكنه إعطاء المصنعين توجهًا للاستعداد لقدرات إنتاج جديدة وضبط خطوط الإنتاج، على المدى الطويل، سيعزز حتمًا التطور التدريجي للمواصفات والأحجام في اتجاه التسلسل.

تناسق الخلايا والوحدات هو شرط لتحقيق الاستخدام المتسلسل الحقيقي. بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة أسهل في زيادة السعة مقارنة بالبطارية الأسطوانية، وهناك قيود أقل في عملية زيادة السعة. عدد الخلايا في النظام قليل، وهذا يجب أن يكون من أهم تنافسية بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة. ومع ذلك، مع زيادة حجم الوحدة، تظهر بعض المشاكل مثل الانتفاخ الجانبي الشديد، صعوبة في تبديد الحرارة، وزيادة عدم التجانس، مما يعيق تطورها. فيما يلي مقدمة للمشاكل النموذجية وحلولها لبطارية ليبو 6s 22.2v المربعة.

3. المشاكل النموذجية وحلولها لبطارية ليبو 6s 22.2v المربعة

(1) مشكلة الانتفاخ الجانبي تحتوي بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة على ضغط معين داخلها أثناء عملية الشحن والتفريغ (بيانات الخبرة 0.3-0.6 ميجا باسكال)، تحت نفس الضغط، كلما زادت مساحة الإجهاد، زاد تشوه جدار الغلاف للبطارية. خلال أول عملية شحن وتفريغ لبطارية ليبو 6s 22.2v السائلة، يتفاعل مادة القطب مع الإلكتروليت عند واجهة الصلب-السائل لتشكيل طبقة سلبية تغطي سطح مادة القطب. يمكن للفيلم السالب المتكون أن يمنع مرور جزيئات المذيب بفعالية، لكن أيونات الليثيوم يمكن أن تدخل وتخرج بحرية عبر الطبقة السالبة، والتي لها خصائص الإلكتروليت الصلب، لذا تسمى هذه الطبقة غشاء واجهة الإلكتروليت الصلب (Solid Electrolyte Interface, SEI).

الأسباب المهمة لتوسع بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة هي:
① أثناء التكوين، يتولد غاز أثناء تكوين غشاء SEI، ويزداد ضغط الهواء داخل البطارية. بسبب ضعف مقاومة الضغط للهيكل المسطح للبطارية، يتشوه الغلاف؛
② تتغير معلمات الشبكة لمادة القطب أثناء الشحن، مما يسبب تمدد القطب، ويؤثر قوة تمدد القطب على الغلاف، مما يؤدي إلى تشوه غلاف البطارية؛
③ عند التخزين في درجة حرارة عالية، يحدث تحلل كهرومائي بسيط وزيادة ضغط الغاز بسبب تأثير الحرارة مما يسبب تشوه غلاف البطارية. من بين الأسباب الثلاثة أعلاه، التوسع الناتج عن تمدد القطب هو الأهم.

مشكلة الانتفاخ في بطارية ليبو 6s 22.2v المربعة مشكلة شائعة، خاصة في البطاريات ذات السعة الكبيرة حيث تكون أكثر حدة. انتفاخ البطارية يزيد المقاومة الداخلية ويؤدي إلى استنفاد الإلكتروليت المحلي أو حتى تمزق الغلاف، مما يؤثر بشدة على أداء السلامة وعمر الدورة للبطارية.
الحل:
① اعتماد هيكل صغير لتعزيز قوة الغلاف؛
② تحسين الترتيب. من خلال الطريقتين السابقتين، يمكن حل مشكلة الانتفاخ بفعالية. تعزيز قوة الغلاف يعني تصميم الغلاف المسطح الأصلي إلى هيكل معزز، واختبار تأثير تصميم الهيكل المعزز بالضغط على داخل الغلاف. وفقًا لطرق التثبيت المختلفة (تثبيت الاتجاه الطولي وتثبيت الاتجاه العرضي) يتم الاختبار، ويمكن ملاحظة تأثير الهيكل المعزز بوضوح. كمثال على التثبيت العرضي، تحت ضغط 0.3 ميجا باسكال، كان تشوه الغلاف ذو الهيكل المعزز 3.2 مم، بينما وصل تشوه الغلاف بدون الهيكل المعزز إلى 4.1 مم، وتم تقليل مقدار التشوه بأكثر من 20%. ترتيب الخلايا في الوحدة يختلف، والتشوه في اتجاه السمك يختلف أيضًا. الحل لتحسين الترتيب هو مقارنة واختيار الترتيب الذي يحقق أقل تشوه ممكن.

(2) تدهور أداء تبديد الحرارة لبطارية ليبو 6s 22.2v الكبيرة مع زيادة حجم الوحدة، تزداد المسافة بين الجزء الساخن داخل البطارية والغلاف، ويزداد صعوبة تبديد الحرارة عبر الوسط الناقل والواجهة، وتصبح مشكلة توزيع الحرارة غير المتساوي على الوحدة أكثر وضوحًا. أجرى وو ويشيونغ وآخرون من قسم الفيزياء بجامعة تسينغهوا دراسة. استخدم التجربة بطارية ليبو 6s 22.2v مربعة بجهد 3.2 فولت/12 أمبير ساعة، ومعدات شحن وتفريغ البطارية كانت Xinwei CT-3001W-50V120-ANTF. خلال العملية، كانت درجة حرارة البيئة 31 درجة مئوية، وطريقة تبديد الحرارة كانت التبريد بالهواء، وتم تسجيل تغير درجة حرارة البطارية بأداة فحص درجة الحرارة.

خطوات التجربة كالتالي:
1) شحن تيار ثابت، شحن البطارية بتيار 12 أمبير حتى جهد قطع الشحن 3.65 فولت.
2) التثبيت، الانتظار ساعة بعد الشحن لجعل البطارية مستقرة.
3) تفريغ تيار ثابت، التفريغ بمعدلات مختلفة حتى جهد قطع التفريغ 2 فولت. تم تعيين معدلات التفريغ على التوالي 1C، 2C، 3C، 4C، 5C و6C.

تحت معدلات تفريغ مختلفة، تتغير درجة حرارة سطح البطارية. مع زيادة المعدل، ترتفع درجة الحرارة أيضًا. درجات الحرارة القصوى لسطح البطارية لكل معدل تفريغ كانت 38.1°C، 48.3°C، 56.7°C، 64.4°C، 72.2°C، و76.9°C على التوالي. عند معدل تفريغ 3C، تجاوزت درجة الحرارة القصوى 50℃، وعند 6C وصلت إلى 76.9℃ وكان الوقت الذي تجاوزت فيه 50℃ هو 470 ثانية، أي ثلثي عملية التفريغ بأكملها، وهو أمر غير ملائم لعمل البطارية بأمان واستمرار.

المادة متغيرة الطور لديها القدرة على تغيير حالتها الفيزيائية ضمن نطاق درجة حرارة معين. لذلك، تُستخدم المادة متغيرة الطور كوسط نقل حرارة وتُلصق على سطح الخلية المفردة، مما يحسن تأثير تبديد الحرارة بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، هناك خطط لدمج المادة الموصلة للحرارة مع التبريد بالماء، بحيث يمكن لنظام التبريد بالماء نقل الحرارة الممتصة من المادة الموصلة للحرارة إلى خارج النظام.
لمنع الهروب الحراري في نظام بطارية ليبو 6s 22.2v، من المثالي أن يكون بالإمكان الكشف المباشر عن معلمات كل خلية (درجة الحرارة الأساسية، الجهد والتيار، إلخ). ظهور حساسات جديدة ذات وظائف جيدة سيمكن من التحذير والتعامل مع الهروب الحراري.

يمكنك أيضًا الاطلاع على:ما مدى معرفتك ببطارية ليبو 6s 22.2v المربعة؟