كيف تختبر سعة بطارية ليثيوم أيون؟ دليل للقياس الدقيق

اختبار سعة بطارية ليثيوم أيون هو عملية دقيقة تتضمن دورة شحن وتفريغ خاضعة للرقابة. لقياسها بدقة، يجب أولاً شحن البطارية بالكامل إلى أقصى جهد لها، ثم تفريغها بالكامل بتيار ثابت ومعروف حتى تصل إلى الحد الأدنى الآمن للجهد. إن إجمالي الطاقة المستنفدة خلال مرحلة التفريغ هذه هي سعتها المقاسة.

المبدأ الأساسي ليس مجرد الشحن والتفريغ؛ بل يتعلق بالتوحيد القياسي. ستتغير السعة المقاسة للبطارية بناءً على مدى سرعة تفريغها، لذا يتطلب الاختبار الموثوق استخدام معدل تفريغ ثابت ومسيطر عليه، يُعرف باسم معدل C (C-rate).

المبدأ: "دورة عمل" خاضعة للرقابة

ما هي سعة البطارية؟

سعة البطارية هي مقياس للشحنة التي يمكن للبطارية تخزينها وتوفيرها. يتم قياسها عادةً بوحدة أمبير ساعة (Ah) أو مللي أمبير ساعة (mAh).

فكر في الأمر على أنه حجم "خزان الوقود" الخاص بالبطارية. يقيس اختبار السعة بالضبط مقدار "الوقود" الذي يمكنك الحصول عليه منها في ظل ظروف محددة.

دورة الشحن والتفريغ

الطريقة الأساسية للاختبار هي إجراء دورة كاملة واحدة مقاسة بعناية.

أولاً، تحدد حالة "ممتلئة" معروفة. ثم، تستنزف البطارية تحت حمل مسيطر عليه، وتقيس بدقة الطاقة المستخرجة حتى تصل إلى حالة "فارغة" معروفة.

إجراء الاختبار الموحد

يتبع اختبار السعة الاحترافي عملية صارمة متعددة الخطوات لضمان الدقة والقابلية للتكرار.

الخطوة 1: الشحن بالتيار الثابت والجهد الثابت (CC-CV)

يتم شحن بطارية ليثيوم أيون بشكل صحيح باستخدام طريقة تسمى التيار الثابت، الجهد الثابت (CC-CV).

يطبق الشاحن تيارًا ثابتًا (مرحلة CC) حتى يرتفع جهد البطارية إلى ذروته، وعادة ما يكون 4.2 فولت. ثم يحافظ على هذا الجهد ثابتًا (مرحلة CV) بينما ينخفض التيار بشكل طبيعي.

الخطوة 2: تحديد "مشحونة بالكامل"

لا تكون البطارية ممتلئة حقًا بمجرد وصولها إلى 4.2 فولت. يجب عليك الانتظار حتى ينخفض التيار في مرحلة الجهد الثابت (CV) إلى مستوى منخفض، يُعرف باسم تيار الإنهاء (termination current).

يتم تحديد هذا عادةً بين 2% و 5% من السعة الاسمية (0.02C إلى 0.05C). إن إنهاء الشحن هنا يضمن تشبع البطارية بشكل متسق وكامل.

الخطوة 3: التفريغ بالتيار الثابت

هذه هي مرحلة القياس. يتم توصيل البطارية بمحلل متخصص يستنزفها بتيار محدد وثابت.

يقوم المحلل بتسجيل التيار باستمرار بمرور الوقت حتى تعتبر البطارية "فارغة".

الخطوة 4: تحديد "مفرغة بالكامل"

تعتبر البطارية "فارغة" عندما ينخفض جهدها إلى جهد القطع (cut-off voltage) المحدد من قبل الشركة المصنعة، وغالبًا ما يكون بين 2.5 فولت و 3.0 فولت.

إن تفريغ خلية ليثيوم أيون دون هذا الجهد يمكن أن يسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه ويشكل خطرًا كبيرًا على السلامة. يوقف المحلل الاختبار تلقائيًا عند هذا الجهد.

فهم العامل الحاسم: معدل C

ما هو معدل C؟

يصف معدل C معدل التفريغ بالنسبة إلى أقصى سعة للبطارية. معدل 1C هو التيار المطلوب لتفريغ البطارية بالكامل في ساعة واحدة.

بالنسبة لبطارية بسعة 2000 مللي أمبير في الساعة، يكون معدل تفريغ 1C هو 2000 مللي أمبير (أو 2 أمبير). معدل 0.5C هو 1000 مللي أمبير (1 أمبير)، ومعدل 2C هو 4000 مللي أمبير (4 أمبير).

كيف يؤثر معدل C على السعة المقاسة

هذا هو المفهوم الأكثر أهمية للفهم. معدل C الأعلى (تفريغ أسرع) سيؤدي إلى سعة مقاسة أقل.

يحدث هذا بسبب المقاومة الداخلية وأوجه القصور الأخرى. يؤدي سحب التيار بسرعة إلى انخفاض جهد البطارية بشكل أسرع، مما يؤدي إلى الوصول إلى جهد القطع في وقت أبكر وترك بعض الطاقة محتجزة في الداخل.

اختيار معدل C قياسي للاختبار

للحصول على نتيجة يمكن مقارنتها بتصنيف الشركة المصنعة، يجب عليك استخدام معدل تفريغ بطيء وقياسي.

المعيار الصناعي لتصنيف السعة غالبًا ما يكون 0.2C. هذا يعني تفريغ البطارية على مدى خمس ساعات. يقلل استخدام هذا المعدل من تأثير المقاومة الداخلية ويعطي قياسًا للسعة أكثر سخاءً وقابلية للتكرار.

المزالق الشائعة والعوامل الخارجية

تأثير درجة الحرارة على الاختبار

كيمياء البطارية حساسة للغاية لدرجة الحرارة. سيؤدي الاختبار في غرفة باردة إلى قراءة سعة أقل، في حين أن الغرفة الدافئة جدًا قد تظهر سعة أعلى قليلاً ولكنها تسرع من شيخوخة البطارية.

للحصول على نتائج متسقة، يجب إجراء جميع الاختبارات في درجة حرارة غرفة مستقرة ومتحكم بها (على سبيل المثال، 20-25 درجة مئوية أو 68-77 درجة فهرنهايت).

العمر وعدد الدورات

سعة البطارية ليست رقمًا ثابتًا. إنها تنخفض بشكل دائم مع كل دورة شحن/تفريغ ومع التقدم في العمر. يوفر اختبار السعة لقطة فقط لـ حالة الصحة (SOH) الحالية للبطارية.

استخدام معدات غير دقيقة

إن مجرد توصيل حمل بالبطارية وتوقيته باستخدام مقياس متعدد ليس اختبارًا دقيقًا. هذه الطريقة لا يمكنها الحفاظ على تيار ثابت مع انخفاض جهد البطارية.

يتطلب الاختبار الموثوق محلل بطارية متخصص أو حمل إلكتروني قابل للبرمجة يمكنه الحفاظ على تفريغ تيار ثابت وتسجيل النتائج تلقائيًا.

كيفية الحصول على قياس موثوق

لضمان أن تكون نتائج الاختبار ذات مغزى، يجب عليك أولاً تحديد هدفك.

• إذا كان تركيزك الأساسي هو التحقق من ادعاءات الشركة المصنعة: استخدم معدل تفريغ C المحدد في ورقة البيانات الرسمية للبطارية، وهو في الغالب 0.2C.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو مقارنة بطاريتين مختلفتين: يجب عليك اختبار كلتيهما في ظل نفس الظروف تمامًا - معدل C متطابق، ودرجة حرارة، وجهود قطع متطابقة.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو تقييم صحة بطارية مستخدمة: اختبرها بمعدل قياسي 0.2C وقارن النتيجة بسعتها الاسمية الأصلية لتحديد تدهورها.

من خلال التحكم في هذه المتغيرات، تنتقل من مجرد تقدير إلى تقييم حقيقي قائم على البيانات لأداء بطاريتك.

جدول ملخص:

عامل الاختبار	التأثير على قياس السعة	الاعتبار الرئيسي
معدل تفريغ C	معدل C أعلى = سعة مقاسة أقل	استخدم 0.2C (تفريغ لمدة خمس ساعات) للتصنيف القياسي.
درجة الحرارة	البرودة = سعة أقل؛ الحرارة = سعة أعلى (لكنها تسرع تلف البطارية)	اختبر في درجة حرارة غرفة مستقرة (20-25 درجة مئوية / 68-77 درجة فهرنهايت).
جهد القطع	التفريغ دون الجهد الأدنى يسبب ضررًا دائمًا.	توقف عند الجهد المحدد من الشركة المصنعة (على سبيل المثال، 2.5 فولت - 3.0 فولت).
المعدات	التيار غير المتسق يؤدي إلى نتائج غير دقيقة.	استخدم محلل بطارية متخصص لتفريغ التيار الثابت.

هل تحتاج إلى معدات اختبار بطاريات دقيقة وموثوقة لمختبرك؟

يعد قياس السعة الدقيق أمرًا بالغ الأهمية للبحث والتطوير ومراقبة الجودة وتقييم صحة البطارية. تتخصص KINTEK في معدات المختبرات عالية الأداء، بما في ذلك محللات البطاريات وأنظمة الاختبار المصممة لخلايا ليثيوم أيون.

نحن نوفر الأدوات التي تحتاجها لضمان نتائج متسقة ومستندة إلى البيانات. اتصل بخبرائنا اليوم للعثور على الحل الأمثل لمتطلبات الاختبار المحددة لديك وتعزيز قدرات مختبرك.