إذا كنت تقرأ هذا، فمن المحتمل أنك إما مصمم منتج يستورد خلايا ليثيوم أيون بوليمر (LiPo) موثوقة، أو أحد الهواة الذي يبني إلكترونيات مخصصة، أو شخصًا يبحث على Google عن "جهد التخزين لبطارية LiPo بقوة 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة" لأنك لا تريد تدمير الخلايا التي استثمرت فيها. باعتبارنا الفريق الذي يقف وراء أحد الموردين الرائدين لبطاريات LiPo، فإننا نتلقى هذا السؤال كل يوم - ولسبب وجيه. يعد تخزين هذه البطاريات بشكل غير صحيح أحد الأخطاء الأكثر شيوعًا (والأكثر تكلفة) التي نرى العملاء يرتكبونها؛ لقد جاء إلينا عملاء بخلايا 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة ميتة لم يتم استخدامها مطلقًا، كل ذلك بسبب قيامهم بتخزينها بكامل شحنها أو استنزافها بالكامل خلال عطلة نهاية أسبوع طويلة.
أولاً، دعونا ننتقل إلى المصطلحات لنضع هذا في سياق العالم الحقيقي. تصنيف 3.7 فولت هنا هو الجهد الاسمي، وليس جهد التشغيل الثابت للخلية. تحتوي بطاريات LiPo على نافذة شحن تتراوح بين 3.0 فولت تقريبًا ("الجهد النهائي المفرغ") و4.2 فولت (الشحن الكامل). وهذه الفجوة بالغة الأهمية؛ إذ إن تخزين الخلية في أي من الحالتين لفترات طويلة يؤدي إلى تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تآكل قدرتها بمرور الوقت. بالنسبة لوحدة بقدرة 3.7 فولت وسعة 500 مللي أمبير في الساعة - صغيرة بما يكفي للأجهزة القابلة للارتداء أو أجهزة تتبع البلوتوث أو أجهزة استشعار إنترنت الأشياء الصغيرة - فإن فقدان السعة ليس مجرد إزعاج بسيط؛ يمكن أن يجعل أداء جهازك ضعيفًا حتى قبل أن يصل إلى السوق، أو يتركك غير قادر على تشغيل نموذج أولي في منتصف المشروع.
على مدى 8 سنوات من العمل مع خلايا LiPo، رأيت الكثير من الأشخاص يتخلفون عن فكرة "تخزين البطارية حيث تقوم بشحنها"، ولكن هذا ليس هو الحال. تعتبر كيمياء خلية LiPo أكثر حساسية للجهد العالي أو المنخفض لفترات طويلة من بطاريات NiMH القديمة أو بطاريات الرصاص الحمضية. عندما تقوم بشحن خلية 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة إلى 4.2 فولت وتتركها هناك لعدة أشهر، فإن الجهد العالي يكسر طبقة الطور البيني بالكهرباء الصلبة (SEI) الموجودة على الأنود. تشبه طبقة SEI تلك الغشاء الواقي، فإذا انهارت، ستحتجز أيونات الليثيوم في رواسب عديمة الفائدة، وتفقد بطاريتك سعتها بشكل دائم. على الجانب الآخر، يؤدي استنزاف الخلية إلى 3.0 فولت (أو أقل) للتخزين إلى إجبار الكاثود على إطلاق عدد كبير جدًا من أيونات الليثيوم، مما يؤدي إلى تلف هيكلي يؤدي إلى تقصير عمر الدورة بشكل كبير.
إذن ما هو المكان المناسب لجهد التخزين؟ بعد اختبار آلاف الخلايا والعمل مع كيميائيي البطاريات للتحقق من صحة أفضل الممارسات من اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) ومصنعي خلايا الليثيوم، فإن جهد التخزين الموصى به لأي بطارية LiPo اسمية 3.7 فولت هو 3.8 فولت إلى 3.9 فولت لكل خلية. هذا هو بالضبط ما يحدده فريقنا الهندسي لجميع خطوط LiPo القياسية لدينا، بما في ذلك عرضنا الأساسي: بطارية ليثيوم أيون بوليمر 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة. نحن نبني كل وحدة للاحتفاظ بهذا الجهد الكهربي في المخزن لمدة تصل إلى عام مع فقدان أقل من 5% من السعة - وهو أمر لا نحققه إلا من خلال معايرة خطوط التصنيع لدينا للحفاظ على نطاق الجهد الدقيق هذا أثناء الاختبار النهائي والتعبئة والتغليف.
دعنا نحلل لماذا يعتبر 3.8V-3.9V غير قابل للتفاوض بالنسبة لخلايا LiPo الصغيرة مثل طراز 500mAh. بالنسبة لوحدات LiPo ذات السعة العالية، مثل بطارية ليثيوم بوليمر 3.7 فولت 6000 مللي أمبير المستخدمة في أدوات الطاقة أو بنوك الطاقة الشمسية المحمولة، فإن جهد التخزين يعمل تقريبًا على نفس النطاق لكل خلية، لأن الكيمياء تتكيف بغض النظر عن السعة. حتى وحدة أصغر بكثير، مثل بطارية ليثيوم أيون بوليمر 3.7 فولت 100 مللي أمبير في الساعة لأجهزة السمع أو أجهزة تتبع اللياقة البدنية، تتبع نفس القاعدة - لأنها لا تزال نفس كيمياء أكسيد كوبالت الليثيوم في جوهرها. والفرق الوحيد هو مدة الصلاحية. تفرغ الخلايا الأصغر حجمًا ذاتيًا بشكل أسرع من الخلايا الأكبر حجمًا، لذا فهي تحتاج إلى زيادة سريعة في جهد التخزين إذا بقيت لأكثر من ستة أشهر.
أعلم أن بعضكم يفكر: "ليس لدي شاحن بطارية فاخر يمكنه استيعاب 3.8 فولت، فماذا أفعل؟" هذا سؤال عادل، ولهذا السبب قمنا ببناء خلايا 3.7 فولت وسعة 500 مللي أمبير في الساعة للحصول على جهد تخزين "افتراضي" مباشرة من مستودعاتنا. نقوم بشحن كل وحدة مسبقًا بجهد 3.85 فولت قبل الشحن، لذلك إذا كنت تقوم بإخراج دفعة جديدة من علبتها، فلن تضطر إلى لمسها على الفور - يمكنك تخزينها على الرف لمدة تصل إلى 10 أشهر دون شحنها، وهو ما يعد فوزًا كبيرًا لفرق المنتجات التي تحتفظ بالمخزون في متناول اليد. إذا كنت بحاجة إلى زيادة شحن الخلية أو تفريغها للوصول إلى جهد التخزين، فإن معظم شواحن LiPo الحديثة (حتى تلك المخصصة للهواة ذات الأسعار المعقولة) تحتوي على إعداد "وضع التخزين" الذي يقوم بذلك تلقائيًا. فقط تأكد من اتباع تعليمات الشركة المصنعة الخاصة بالشاحن الخاص بك - لا تترك أبدًا بطارية الشحن أو التفريغ دون مراقبة، بغض النظر عن الجهد الكهربي.
هناك أسطورة شائعة أخرى: درجة حرارة التخزين مهمة بقدر أهمية جهد التخزين. حتى إذا حصلت على الجهد الكهربي الصحيح، فإن تخزين جهاز LiPo بقدرة 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة في مرآب ساخن (أعلى من 25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت) أو في قبو بارد (أقل من 10 درجات مئوية/50 درجة فهرنهايت) سوف يسرع من فقدان السعة. نوصي دائمًا بتخزين هذه الخلايا في مكان بارد وجاف عند حوالي 15 درجة مئوية - 20 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت - 68 درجة فهرنهايت)، مقترنة بنطاق الجهد 3.8 فولت - 3.9 فولت، لأطول فترة صلاحية ممكنة. إذا كان لديك دفعة أكبر، مثل بطارية Li Ion القابلة لإعادة الشحن 3.7V 2000mah التي نقدمها للأجهزة متوسطة الحجم، فيمكنك تخزينها في خزانة يمكن التحكم في درجة حرارتها إذا كنت تحتفظ بمخزون لإطلاق المنتج، ولكن تنطبق نفس قاعدة الجهد الكهربي.
دعونا نتحدث عن مثال حقيقي لوضع هذا في منظوره الصحيح. في العام الماضي، طلب أحد العملاء الذي يصنع أجهزة تتبع الكلاب المحمولة 5000 خلية من بطارية ليثيوم أيون بوليمر 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة لخط جديد. لقد قاموا بتخزين نصفها بشحن كامل (4.2 فولت) في مستودعاتهم خلال فصل الشتاء، والنصف الآخر بجهد 3.85 فولت الموصى به. عندما اختبروا الخلايا بعد ستة أشهر، كانت الخلايا المخزنة عند 4.2 فولت تعاني من فقدان في السعة بنسبة 18% في المتوسط، مما يعني أن أجهزة التتبع الخاصة بهم ستستمر لمدة 24 ساعة فقط مقابل الشحن بدلاً من 30 ساعة المقدرة. كان للخلايا المخزنة عند 3.85 فولت معدل فقد قدره 4.7% في السعة، وهو ما كان ضمن نطاقها المقبول للمنتج. هذا هو نوع الاختلاف الذي يحدثه اتباع إرشادات جهد التخزين للشركات الحقيقية.
ماذا لو كان لديك بالفعل جهاز LiPo بقدرة 3.7 فولت وسعة 500 مللي أمبير في الساعة وتم تخزينه بشكل غير صحيح؟ لا داعي للذعر، إذا مرت بضعة أشهر فقط، فيمكنك عادةً استعادتها. أولاً، اشحنه ببطء بتيار منخفض (0.1 درجة مئوية، أو 50 مللي أمبير لخلية 500 مللي أمبير) إلى أقصى 4.2 فولت، ثم قم بتصريفه إلى 3.8 فولت، وكرر الدورة عدة مرات. يمكن أن يساعد ذلك في إعادة معايرة طبقة SEI واستعادة بعض السعة. إذا ظلت الخلية لمدة عام أو أكثر بجهد كهربي سيئ، فقد لا تحتوي على شحنة على الإطلاق، ولكن هذا هو سبب أهمية تخزينها مسبقًا.
بالنسبة لأي شخص يطلب خلايا LiPo مخصصة، تجدر الإشارة إلى أن بعض الشركات المصنعة تقلل من جهد التخزين النهائي لتسريع الإنتاج. وقد يقومون بشحن الخلايا بكامل شحنها لتجنب الاضطرار إلى شحنها أثناء التجميع، مما يدمر مدة صلاحيتها. ولهذا السبب يعد اختيار المورد الذي يعطي الأولوية لمعايرة جهد التخزين أمرًا أساسيًا. تخضع بطاريات الليثيوم بوليمر 601944 بقدرة 500 مللي أمبير في الساعة (عامل الشكل الشائع للساعات الذكية والأجهزة الصغيرة القابلة للارتداء) لثلاثة فحوصات منفصلة للجهد قبل التعبئة، للتأكد من أن كل وحدة تصل إلى نطاق 3.8 فولت - 3.9 فولت. كما نقوم باختبار عينة عشوائية من كل دفعة بعد 12 شهرًا من التخزين للتأكد من الاحتفاظ بالسعة، لذلك لا داعي للقلق بشأن الحصول على خلايا عديمة الفائدة.
أريد أيضًا أن أتناول سؤالًا أتلقاه من الهواة والطلاب الذين يقومون ببناء مشاريع باستخدام خلايا LiPo الصغيرة. إذا كنت تستخدم خلية 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة لطائرة بدون طيار أو مكبر صوت محمول يعمل بتقنية البلوتوث، فمن المحتمل أنك ستقوم بشحنها وتفريغها بانتظام، ولكن إذا كنت تختبر نموذجًا أوليًا وتحتاج إلى تخزينه لبضعة أسابيع بين الجلسات، فتأكد من زيادة جهده إلى 3.8 فولت قبل وضعه بعيدًا. لا تترك بطارية الطائرة بدون طيار مشحونة بالكامل طوال الليل، على سبيل المثال، فقد رأينا الكثير من الهواة يفجرون حزم البطارية من خلال القيام بذلك، ويمكن تجنب ذلك تمامًا باستخدام شاحن LiPo بقيمة 20 دولارًا والذي يحتوي على وضع تخزين.
في نهاية المطاف، يعد هدف الحصول على جهد التخزين الصحيح أمرًا بسيطًا: الحفاظ على سعة بطارية LiPo الخاصة بك عندما تحتاج إليها. بالنسبة لخلية 3.7 فولت 500 مللي أمبير في الساعة، فإن نطاق 3.8 فولت - 3.9 فولت ليس مجرد رقم عشوائي - إنه المكان المثالي الذي تحافظ فيه على صحة طبقة SEI، وتجنب محاصرة أيونات الليثيوم، والتأكد من أن بطاريتك تعمل على النحو المنشود لسنوات. سواء كنت تطلب خلية نموذجية واحدة أو مجموعة كبيرة لمنتج تجاري، فإن اتباع هذا المبدأ التوجيهي سيوفر لك المال، ويقلل من النفايات، ويمنع الصداع في المستقبل.
إذا كنت مستعدًا لتقديم طلب للحصول على بطارية Lithium Ion Polymer 3.7V 500mAh أو لديك أسئلة حول التخزين أو عوامل الشكل أو حلول خلايا LiPo المخصصة، فنحن هنا لمساعدتك. يتمتع فريقنا الهندسي بسنوات من الخبرة في العمل مع المصممين والمهندسين للعثور على البطارية المناسبة لكل مشروع، لذا لا تتردد في التواصل معنا.
مراجع:
- اللجنة الكهروتقنية الدولية. (2020). IEC 60086-4: البطاريات الأولية والثانوية - الجزء 4: بطاريات الليثيوم.
- لي، J.، وآخرون. (2019). "تخزين بطارية ليثيوم أيون بوليمر: تأثيرات الجهد ودرجة الحرارة على الاحتفاظ بالسعة." مجلة مصادر الطاقة، المجلد. 421، ص 124-132.
- سامسونج إس دي آي. (2021). إرشادات تطبيق بطارية LiPo وتخزينها للإلكترونيات الاستهلاكية.
- جامعة البطارية. (2022). "فهم جهد تخزين بطارية الليثيوم." متاح على Batteryuniversity.com (تم الوصول إليه في مارس 2024).
