الشحن السريع العام لشحن التيار المستمر عالي الطاقة، يمكن ملء البطارية بنسبة 80% من طاقتها في نصف ساعة، ويكون جهد الشحن السريع للتيار المستمر عادةً أعلى من جهد البطارية. فما هي مخاطر الشحن السريع لبطاريات الليثيوم فيما يتعلق بالمشاكل التقنية؟
ما هي المخاطر المرتبطة بالشحن السريع لبطاريات الليثيوم؟
هناك ثلاث طرق أساسية لتحقيق الشحن السريع: الحفاظ على ثبات الجهد وزيادة التيار؛ الحفاظ على ثبات التيار وزيادة الجهد؛ وزيادة التيار والجهد في آن واحد. لتحقيق الشحن السريع الحقيقي، لا يقتصر الأمر على تحسين التيار والجهد فحسب، بل تتضمن تقنية الشحن السريع مجموعة متكاملة من الأنظمة، بما في ذلك محول الشحن السريع ونظام إدارة الطاقة الذكي.
يؤثر الشحن السريع طويل الأمد على عمر بطاريات الليثيوم، ويكون الشحن السريع لبطاريات الليثيوم على حساب عمر دورة البطارية، لأن البطارية هي جهاز يولد الكهرباء من خلال التفاعلات الكهروكيميائية، والشحن هو حدوث تفاعل كيميائي عكسي، وسيكون الشحن السريع في الإدخال اللحظي للتيار العالي إلى البطارية، والاستخدام المتكرر لوضع الشحن السريع سيقلل من سعة البطارية المخفضة، ويقلل من عدد دورات شحن وتفريغ البطارية.
يوفر الشحن السريع لبطارية الليثيوم ثلاثة تأثيرات: التأثير الحراري، وترسيب الليثيوم والتأثير الميكانيكي
1. الشحن السريع المتكرر يعمل على تسريع استقطاب خلية البطارية
عندما يكون تيار الشحن المستمر كبيرًا، يرتفع تركيز الأيونات عند القطب، ويزداد الاستقطاب، ولا يتوافق جهد طرف البطارية بشكل مباشر وخطي مع كمية الكهرباء المشحونة. في الوقت نفسه، يؤدي الشحن بتيار عالٍ وزيادة المقاومة الداخلية إلى زيادة تأثير تسخين جول، مما ينتج عنه آثار جانبية، مثل تحلل تفاعل الإلكتروليت، وإنتاج الغاز، وسلسلة من المشاكل. يزداد عامل الخطر فجأة، مما يؤثر على سلامة البطارية، ومن المؤكد أن عمر البطاريات غير المشحونة سينخفض بشكل كبير.
2. قد يؤدي الشحن السريع المتكرر إلى تبلور نواة البطارية
الشحن السريع لبطاريات الليثيوم يعني تفريغ أيونات الليثيوم بسرعة ووصولها إلى القطب الموجب، مما يتطلب أن تتمتع مادة القطب الموجب بسعة تضمين ليثيوم سريعة. نظرًا لتساوي جهد الليثيوم المضمن وجهد ترسيب الليثيوم تقريبًا، قد تترسب أيونات الليثيوم على سطح الليثيوم الشجيري في ظروف الشحن السريع أو درجات الحرارة المنخفضة. يخترق الليثيوم الشجيري الغشاء الحاجز مسببًا فقدانًا ثانويًا، مما يقلل من سعة البطارية. عندما تصل بلورة الليثيوم إلى حد معين، فإنها تمتد من القطب السالب إلى الغشاء، مما قد يؤدي إلى حدوث قصر في دائرة البطارية.
3. الشحن السريع المتكرر سيؤدي إلى تقصير عمر البطارية
يؤدي الشحن المتكرر أيضًا إلى تسريع استنزاف عمر البطارية، بل ويؤدي إلى مشاكل مثل انخفاض نشاطها وقصر عمرها. خاصة بعد إضافة تقنية الشحن السريع، فرغم أن سرعة الشحن في المراحل الأولى كانت عالية جدًا، إلا أن الشحن لم يصل إلى 100% عند فصلها، مما أدى إلى تكرار الشحن وزيادة عدد دورات البطارية. سيؤدي الاستخدام طويل الأمد لهذه الطريقة إلى تقليل نشاط البطارية، وبالتالي تسريع شيخوخة البطارية.
ارتفاع درجة الحرارة هو العامل الرئيسي في شيخوخة بطاريات الليثيوم، فالشحن السريع للطاقة العالية يُسخن البطارية بسرعة. أما الشحن غير السريع، فرغم انخفاض الطاقة، فإن الحرارة المنخفضة لكل وحدة زمنية تتطلب وقت تشغيل أطول. وبهذه الطريقة، تتراكم حرارة البطارية مع مرور الوقت، ولن يكون الفرق في الحرارة المتولدة أثناء الشحن كافيًا لإحداث فرق في معدل شيخوخة البطارية.
بتلخيص ما سبق، نستنتج أن الشحن السريع يتطلب جودة عالية للبطارية، ويؤدي إلى استنزاف كبير في عمرها، كما يُقلل من عامل الأمان بشكل ملحوظ، لذا حاول استخدامه بأقل قدر ممكن عند عدم الحاجة. يُسبب الشحن السريع المتكرر ضررًا للبطارية، ولكن نظرًا لاختلاف كثافة خلايا البطارية، والمواد، ودرجة الحرارة المحيطة، ونظام إدارة البطارية، فإن البطارية تتعرض لدرجات متفاوتة من الضرر أثناء الشحن السريع.
وقت النشر: ٢٦ أكتوبر ٢٠٢٣