ما هو التفريغ العميق؟ الأخطاء الشائعة التي تقصر من عمر البطارية

يعد التفريغ العميق أحد أكثر المشكلات شيوعًا التي تواجه أنظمة تخزين الطاقة، ويؤثر بشكل مباشر على عمر البطارية. تخضع البطاريات بانتظام لدورات شحن وتفريغ، لا سيما في أنظمة الطاقة الشمسية، وتطبيقات الكرفانات والبحرية، وحلول الطاقة UPS والاتصالات. ومع ذلك، فإن تفريغ البطارية إلى مستويات أقل بكثير من سعتها يمكن أن يتسبب في تشوه لا رجعة فيه في تركيبتها الكيميائية الداخلية. وهذا لا يؤدي فقط إلى تقصير عمر البطارية، بل يقلل أيضًا من كفاءة الطاقة، ويضر باستقرار النظام، ويؤدي إلى تكاليف إضافية غير متوقعة. إن فهم ماهية التفريغ العميق وأسباب حدوثه وكيفية منعه يشكل أساس استراتيجية إدارة البطاريات السليمة.

ما هو التفريغ العميق للبطارية؟

يحدث التفريغ العميق عندما يتم استخدام أكثر من 80٪ من سعة البطارية أو عندما ينخفض الجهد الاسمي للبطارية إلى ما دون قيم التشغيل الآمنة. على سبيل المثال، الحد الآمن لبطارية 12 فولت هو حوالي 11.8 فولت. يؤدي الانخفاض إلى ما دون هذا الجهد إلى حدوث تدهور كيميائي في بنية الخلية. يمكن أن يتسبب التفريغ العميق في أضرار لا يمكن إصلاحها، خاصة في بطاريات الجل و AGM. في بطاريات الليثيوم، يمكن أن يتسبب التفريغ العميق في إيقاف الخلايا تمامًا.

عادةً ما يحدث التفريغ العميق في أنظمة البطاريات بسبب ارتفاع الطلب على الطاقة أو اختيار سعة غير كافية أو فترات طويلة دون شحن. وكلما زادت وتيرة حدوثه، قلت العمر الإجمالي للبطارية.

تأثير التفريغ العميق على كيمياء البطارية

تخزن البطاريات الطاقة الكيميائية بفضل الإلكتروليت وبنية الألواح. عند حدوث تفريغ عميق، تبدأ بنية الألواح في التدهور وتتركز بلورات الكبريتات، خاصة في مجموعة الرصاص الحمضي. يؤدي ذلك إلى تغيير التوازن الحمضي للإلكتروليت وتقليل سعة البطارية.

عندما يصبح التكبيل دائمًا، لا تستطيع البطارية توفير التيار والجهد المطلوبين حتى عندما تكون مشحونة بالكامل. بمعنى آخر، تبدو البطارية مشحونة بالكامل، ولكن قدرتها الوظيفية تنخفض بشكل كبير. هذا التغيير الكيميائي لا رجعة فيه ويقصر من عمر البطارية.

لماذا تفقد البطارية التي تم تفريغها بشكل كبير قدرتها؟

أثناء التفريغ العميق، تتلف هياكل المواد الفعالة داخل البطارية، مما يجعل التفاعلات الكيميائية داخل البطارية غير فعالة. وهذا يؤدي إلى انخفاض السعة. وكلما تعرضت البطارية للتفريغ العميق، زادت سرعة انخفاض سعتها التشغيلية.

يظهر فقدان القدرة على النحو التالي:

• تستنزف البطارية بسرعة أكبر.
• يخزن طاقة أقل بعد الشحن.
• يزداد وقت الشحن.
• تتعرض البطارية لانخفاض أسرع في الجهد تحت الحمل.

العلاقة بين عمر دورة البطارية وعمق التفريغ

كل بطارية لها دورة حياة. تشير دورة الحياة إلى عدد المرات التي يمكن للبطارية أن تتحمل فيها شحنة كاملة إلى تفريغ كامل. كلما زاد التفريغ العميق، انخفض عدد الدورات. على سبيل المثال، توفر بطاريات الجل ذات الدورات العميقة 1200 دورة عند مستوى تفريغ 50٪، بينما عند مستوى تفريغ 80٪، يمكن أن تنخفض هذه القيمة إلى 600 دورة.

لذلك، فإن استخدام البطارية دائمًا في نطاق سعة 50-70 في المائة يطيل عمرها بشكل كبير.

بطاريات AGM و Gel و Lithium: الاختلافات في التفريغ العميق

بطاريات AGM: وهي أكثر حساسية للتفريغ العميق وتقل سعتها بسرعة في ظروف التفريغ العميق المتكرر.

بطاريات الجل: توفر أداءً أعلى في الدورات العميقة وتتحمل تفريغًا يصل إلى 70٪ بشكل أفضل. ولهذا السبب، فهي تستخدم على نطاق واسع في الأنظمة الشمسية والمتنقلة.

بطاريات الليثيوم: بفضل نظام إدارة البطارية (BMS)، فإنها تحمي الخلايا وتغلق تلقائيًا عند تفريغها بشكل كامل. ومع ذلك، قد تتعرض خلايا الليثيوم التي تظل مغلقة لفترة طويلة لتلف لا يمكن إصلاحه.

الأسباب الشائعة للتفريغ العميق في الأنظمة الشمسية

• اختيار غير كافٍ لسعة الألواح الشمسية
• سعة البطارية منخفضة
• حساب غير صحيح لاستهلاك الحمل
• إعدادات منظم الشاحن غير صحيحة
• قصر ساعات النهار خلال أشهر الشتاء

تركيب أنظمة الطاقة الشمسية دون حساب سعة البطارية هو السبب الأكثر شيوعًا للتفريغ العميق.

تقصير عمر البطارية بسبب عادات الشحن والتفريغ غير الصحيحة

• لا تقم بشحن البطارية إلى سعتها الكاملة
• تفريغ البطارية بالكامل بشكل منتظم
• استخدام جهد شحن خاطئ
• تفريغ التيار العالي

وهذا يقلل بشكل كبير من عمر البطارية وكفاءتها.

مشاكل الحمل الزائد والأسلاك الرفيعة والفقد

تلعب كابلات النظام دورًا حاسمًا في كفاءة البطارية. ترتفع درجة حرارة الكابلات الرفيعة عند حملها للتيار الكهربائي، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. وهذا يؤدي إلى استهلاك البطارية لمزيد من الطاقة دون داعٍ وتفريغها بسرعة أكبر.

يجب دائمًا اختيار المقطع العرضي للكابل بشكل صحيح وفقًا لتيار الحمل.

تأثير اختيار جهاز التحكم في شحن البطارية على التفريغ العميق

جهاز التحكم في الشحن هو مكون مهم يمنع البطارية من التفريغ الزائد. تعمل منظمات MPPT على شحن البطارية بشكل أكثر كفاءة واستقرارًا، مما يوفر كفاءة أعلى مقارنة بمنظمات PWM. بالإضافة إلى ذلك، تتميز معظم أجهزة MPPT بإعداد حماية من التفريغ العميق.

قد يؤدي عدم إجراء هذا التعديل بشكل صحيح إلى تدهور البطارية بسرعة.

حلول عملية يمكن تطبيقها لمنع التفريغ العميق

• احسب سعة البطارية بدقة وفقًا للاحتياجات الفعلية.
• قم بتكوين إعدادات منظم الشاحن وفقًا لنوع البطارية.
• اختر دائمًا طرازات بطاريات الليثيوم المزودة بنظام إدارة البطارية (BMS).
• إذا لزم الأمر، أضف لوحة شمسية إضافية أو بطارية ثانية إلى النظام.
• قم بتوصيل الأجهزة عالية التيار بدائرة منفصلة.

هذه الإجراءات البسيطة تعمل على تحسين أداء البطارية وتقليل التكاليف على المدى الطويل.