طرق شحن بطاريات الرصاص الحمضية

بطاريات الرصاص-الحمض: تحويل الطاقة وطرق الشحن

تعمل بطارية الرصاص-الحمض كوسيلة تخزين للطاقة الكيميائية، والتي يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية عند الحاجة. يُشار إلى عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية باسم الشحن، بينما يُعرف العكس، حيث يتم تحويل الطاقة الكهربائية مرة أخرى إلى طاقة كيميائية، بالتفريغ. خلال مرحلة الشحن، يتدفق تيار كهربائي عبر البطارية، مدفوعًا بالتفاعلات الكيميائية التي تحدث داخلها. تستخدم بطارية الرصاص-الحمض بشكل أساسي طريقتين رئيسيتين للشحن: الشحن بجهد ثابت والشحن بتيار ثابت.

الشحن بجهد ثابت

يعتبر الشحن بجهد ثابت الأكثر شيوعًا لشحن بطاريات الرصاص-الحمض. توفر هذه الطريقة العديد من المزايا، مثل تقليل وقت الشحن الإجمالي وزيادة سعة البطارية بنسبة تصل إلى 20٪. ومع ذلك، يأتي ذلك بتكلفة: انخفاض في كفاءة الشحن بمقدار حوالي 10٪.

في طريقة الشحن بجهد ثابت، يظل الجهد الشاحن ثابتًا طوال دورة الشحن. في بداية العملية، عندما تكون البطارية في حالة تفريغ، يكون التيار الشاحن نسبيًا عاليًا. مع تراكم الشحنة في البطارية، يزداد جهد الطرد الذاتي (emf) لها. وبالتالي، يتراجع التيار الشاحن تدريجيًا مع اقتراب البطارية من حالة الشحن الكامل. هذا العلاقة الديناميكية بين الجهد الشاحن والتيار وخصائص البطارية الداخلية تضمن شحن البطارية بكفاءة مع تقليل خطر الشحن الزائد أو الأضرار.

مزايا الشحن بجهد ثابت

من أهم مزايا الشحن بجهد ثابت هو مرونته في استيعاب الخلايا ذات السعات المختلفة وأوضاع التفريغ المتباينة. تسمح هذه الطريقة بشحن عدة خلايا في نفس الوقت دون الحاجة لمطابقة دقيقة لخصائصها. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن التيار الشاحن عالٍ في بداية العملية، فإن هذه المرحلة عالية التيار قصيرة نسبيًا. وبالتالي، لا تسبب أي ضرر كبير للخلايا، مما يضمن عمرها الطويل والأمان.

مع اقتراب نهاية عملية الشحن، يتراجع التيار الشاحن تدريجيًا ويقترب من الصفر. يحدث هذا لأن جهد البطارية يصبح في النهاية تقريبًا مساويًا لجهد دائرة التغذية، مما يلغي الفرق الكهربائي الذي يدفع تدفق التيار.

الشحن بتيار ثابت

في طريقة الشحن بتيار ثابت، يتم توصيل البطاريات متسلسلة لتشكيل مجموعات. ثم يتم توصيل كل مجموعة بخط تغذية كهربائي مستمر (DC) عبر مقاومات تحميل. يتحدد عدد البطاريات في كل مجموعة بناءً على جهد دائرة الشحن، مع الشرط بأن جهد دائرة الشحن يجب ألا يكون أقل من 2.7 فولت لكل خلية.

على مدار فترة الشحن، يتم الحفاظ على التيار الشاحن عند مستوى ثابت. مع زيادة جهد البطارية خلال عملية الشحن، يتم تقليل المقاومة في الدائرة لضمان استقرار التيار. لتجنب مشاكل مثل الغازات الزائدة أو الحرارة الزائدة، غالبًا ما يتم تنفيذ عملية الشحن في خطوتين متميزتين. المرحلة الأولى تتضمن شحن البطاريات بتيار نسبيًا عالي، تليها مرحلة إكمالية بتيار أقل، مما يضمن دورة شحن أكثر تحكمًا وكفاءة.

تفاصيل طريقة الشحن بتيار ثابت

في طريقة الشحن بتيار ثابت، يتم عادةً ضبط التيار الشاحن عند حوالي ثمانية أمبير من تصنيف البطارية. يساعد هذا القيمة المحددة لتيار الشحن على ضمان عملية شحن متوازنة وآمنة. مع شحن البطارية، يتم تبديد الفرق في الجهد من دائرة التغذية عبر المقاومة المتسلسلة المتصلة بدائرة الشحن.

عند توصيل مجموعات البطاريات للشحن، يجب أن يُعطى اهتمام كبير لتوزيعها. الهدف هو ترتيب التوصيلات بطريقة تقلل من استهلاك الطاقة بواسطة المقاومة المتسلسلة. هذا ليس فقط يعزز كفاءة نظام الشحن العام ولكن أيضًا يقلل من خسائر الطاقة غير الضرورية.

بالنسبة للمقاومة المتسلسلة نفسها، فإن قدرتها على حمل التيار هي أمر حاسم. يجب أن تكون مساوية أو أكبر من التيار الشاحن المطلوب. عدم الالتزام بهذه المتطلبات يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المقاومة، مما قد يؤدي في النهاية إلى حرقها وإفساد عملية الشحن.

بالإضافة إلى ذلك، عند اختيار البطاريات لمجموعة الشحن، من الضروري أن تكون جميعها بنفس السعة. في الحالات التي تحتاج فيها البطاريات ذات السعات المختلفة للشحن معًا، يجب تجميعها وإدارتها بناءً على البطارية الأقل سعة بينها. هذه الممارسة تمنع مشاكل مثل الشحن الزائد أو الناقص للبطاريات الفردية داخل المجموعة، مما يحمي أداء وعمر كل بطارية.