فهم ومنع فشل بطارية الرصاص الحمضية

تعد بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالصمام (VRLA) بمثابة العمود الفقري لأنظمة الطاقة غير المنقطعة (UPS)، حيث توفر طاقة احتياطية مهمة في حالات الطوارئ. ومع ذلك، فإن فهم العوامل التي تؤدي إلى فشل بطارية الرصاص الحمضية المبكرة أمر ضروري للحفاظ على سلامة أنظمة الطاقة الاحتياطية هذه. تتعمق هذه المقالة في العناصر المختلفة التي تؤثر على طول عمر بطاريات VRLA، وتسلط الضوء على أهمية العناية بالبطارية واستخدامها وصيانتها بشكل مناسب لإطالة عمر الخدمة.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على عمر البطارية

• خدمة الحياة

• درجة حرارة

• الشحن الزائد

• الشحن الزائد

• الهروب الحراري

• جفاف

• تلوث

• المحفزات

خدمة الحياة:

كما هو محدد في IEEE 1881، يشير عمر خدمة البطارية إلى مدة التشغيل الفعال في ظل ظروف محددة، ويتم قياسه عادةً بالوقت أو عدد الدورات حتى تنخفض سعة البطارية إلى نسبة معينة من سعتها المقدرة الأولية.

في أنظمة UPS (إمدادات الطاقة غير المنقطعة)، يتم الاحتفاظ بالبطاريات عمومًا في حالة شحن عائمة طوال معظم عمرها الافتراضي. في هذا السياق، تشير 'الدورة' إلى العملية التي يتم فيها استخدام البطارية (تفريغها) ثم إعادتها إلى الشحن الكامل. عدد دورات التفريغ وإعادة الشحن التي يمكن أن تخضع لها بطارية الرصاص الحمضية محدود. تقلل كل دورة قليلاً من العمر الإجمالي للبطارية. ولذلك، فإن فهم متطلبات ركوب الدراجات المحتملة بناءً على موثوقية شبكة الطاقة المحلية أمر بالغ الأهمية أثناء عملية اختيار البطارية، لأنه يؤثر بشكل كبير على خطر فشل البطارية.

درجة حرارة:

تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على مدى جودة عمل البطارية ومدة عملها. عند استكشاف كيفية تأثير درجة الحرارة على فشل بطاريات حمض الرصاص، فإن فهم الفرق بين درجة الحرارة المحيطة (درجة حرارة الهواء المحيط) ودرجة الحرارة الداخلية (درجة حرارة المنحل بالكهرباء) أمر ضروري. في حين أن الهواء المحيط أو درجة حرارة الغرفة يمكن أن تؤثر على درجة الحرارة الداخلية، فإن التغيير لا يحدث بسرعة. على سبيل المثال، قد تتغير درجة حرارة الغرفة كثيرًا خلال النهار، لكن درجة الحرارة الداخلية قد تشهد تغيرات طفيفة فقط.

غالبًا ما يوصي مصنعو البطاريات بدرجة حرارة التشغيل المثالية، والتي تبلغ عادةً حوالي 25 درجة مئوية. ومن الجدير بالذكر أن الأرقام تشير بشكل عام إلى درجة الحرارة الداخلية. غالبًا ما يتم قياس العلاقة بين درجة الحرارة وعمر البطارية على أنها 'نصف عمر': فكل زيادة بمقدار 10 درجات مئوية فوق الحد الأمثل وهو 25 درجة مئوية، ينخفض ​​العمر المتوقع للبطارية إلى النصف. الخطر الأكثر أهمية مع ارتفاع درجات الحرارة هو الجفاف، حيث يتبخر المنحل بالكهرباء في البطارية. على الجانب الآخر، قد تؤدي درجات الحرارة الباردة إلى إطالة عمر البطارية ولكنها تقلل من توفر الطاقة الفوري.

الشحن الزائد:

يشير الشحن الزائد إلى عملية تطبيق الكثير من الشحن على البطارية، مما يؤدي إلى تلف محتمل. قد ترجع هذه المشكلة إلى أخطاء بشرية، مثل إعدادات الشاحن غير الصحيحة، أو من خلل في الشاحن. في أنظمة UPS، يتغير جهد الشحن بناءً على مرحلة الشحن. عادةً، سيتم شحن البطارية في البداية بجهد أعلى (يُعرف باسم 'الشحن بالجملة') ثم يتم الحفاظ عليها بجهد أقل (يُعرف باسم 'الشحن العائم'). يمكن أن يؤدي الشحن المفرط إلى تقليل عمر البطارية بشكل كبير، وفي الحالات الشديدة، قد يتسبب في الهروب الحراري. من الضروري لأنظمة المراقبة تحديد المستخدمين وتنبيههم إلى أي حالات للشحن الزائد.

الشحن الزائد:

يحدث الشحن الزائد عندما تتلقى البطارية جهدًا أقل من المطلوب على مدى فترة طويلة، مما يؤدي إلى فشلها في الحفاظ على مستوى الشحن اللازم. يؤدي الشحن الزائد للبطارية بشكل مستمر إلى انخفاض السعة وقصر عمر البطارية. يعد كل من الشحن الزائد والشحن المنخفض من العوامل الحاسمة في فشل البطارية. يجب إدارتها بعناية لضمان إمداد الجهد الصحيح للحفاظ على صحة البطارية وطول عمرها.

الهروب الحراري:

يمثل الهروب الحراري شكلاً حادًا من أشكال الفشل في بطاريات الرصاص الحمضية. عندما يكون هناك تيار شحن كبير جدًا بسبب إعدادات شحن داخلية قصيرة أو غير صحيحة، تزيد الحرارة من المقاومة، مما يؤدي بدوره إلى توليد المزيد من الحرارة، مما يؤدي إلى تصاعدها. وإلى أن تتجاوز الحرارة المتولدة داخل البطارية قدرتها على التبريد، يحدث انفلات حراري، مما يتسبب في جفاف البطارية أو اشتعالها أو ذوبانها.

لمكافحة ذلك، توجد عدة استراتيجيات لاكتشاف ومنع الانفلات الحراري عند بدايته. إحدى الطرق المستخدمة على نطاق واسع هي الشحن المعوض عن درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض ​​جهد الشحن تلقائيًا، وفي النهاية يتوقف الشحن إذا لزم الأمر. ويعتمد هذا النهج على أجهزة استشعار درجة الحرارة الموضوعة على خلايا البطارية لمراقبة مستويات الحرارة. في حين أن بعض أنظمة UPS وأجهزة الشحن الخارجية توفر هذه الميزة، إلا أن أجهزة استشعار درجة الحرارة المهمة تكون اختيارية في كثير من الأحيان.

جفاف:

تكون كل من بطاريات التهوية وبطاريات VRLA عرضة لفقد الماء. يمكن أن يؤدي هذا الجفاف إلى انخفاض القدرة وانخفاض عمر البطارية، مما يؤكد الحاجة إلى فحوصات الصيانة الدورية. تفقد البطاريات ذات التهوية الماء بشكل مستمر من خلال التبخر. وهي مصممة بمؤشرات مرئية للتحقق من مستويات الإلكتروليت وإعادة ملء المياه بسهولة عند الحاجة.

تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية الخاضعة للتنظيم (VRLA) على إلكتروليت أقل بكثير مقارنة بالأنواع ذات التهوية، وعادةً ما يكون غلافها غير شفاف، مما يجعل الفحص الداخلي صعبًا. من الناحية المثالية، في بطاريات VRLA، يجب إعادة تجميع الغازات الناتجة عن التبخر (الهيدروجين والأكسجين) مرة أخرى في الماء داخل الوحدة. ومع ذلك، في ظل ظروف الحرارة أو الضغط الزائدين، قد يقوم صمام الأمان الخاص بـ VRLA بطرد الغاز. في حين أن الإطلاق النادر أمر طبيعي وغير ضار بشكل عام، إلا أن طرد الغاز المستمر يمثل مشكلة. يؤدي فقدان الغازات إلى جفاف البطارية بشكل لا رجعة فيه، مما يساهم في أن عمر بطاريات VRLA عمومًا يبلغ حوالي نصف عمر البطاريات المغمورة التقليدية (VLA).

تلوث:

يمكن أن تؤثر الشوائب الموجودة داخل إلكتروليت البطارية بشدة على الأداء. تعد عمليات الفحص والصيانة المنتظمة أمرًا حيويًا، خاصة بالنسبة للبطاريات القديمة أو التي تمت صيانتها بشكل غير صحيح، لتجنب المشكلات المتعلقة بالتلوث. في بطاريات حمض الرصاص الخاضعة للتنظيم (VRLA)، يعد تلوث المنحل بالكهرباء أمرًا نادر الحدوث، وغالبًا ما ينشأ عن عيوب التصنيع. ومع ذلك، فإن مخاوف التلوث أكثر انتشارًا في بطاريات حمض الرصاص المهواة (VLA)، خاصة عند إضافة الماء بشكل دوري إلى المنحل بالكهرباء. إن استخدام الماء غير النقي، مثل ماء الصنبور بدلاً من الماء المقطر، يمكن أن يؤدي إلى التلوث. يمكن أن يساهم هذا التلوث بشكل كبير في فشل بطارية حمض الرصاص ويجب تجنبه بعناية لضمان أداء البطارية.

المحفزات:

في بطاريات VRLA، يمكن للمحفزات أن تعزز بشكل كبير إعادة تركيب الهيدروجين والأكسجين، مما يقلل من آثار الجفاف وبالتالي يطيل عمرها الافتراضي. في بعض الحالات، يمكن تركيب المحفزات بعد الشراء كملحق إضافي وقد تساعد أيضًا في تنشيط بطارية قديمة. ومع ذلك، من المهم المضي بحذر؛ تحمل أي تعديلات ميدانية مخاطر مثل الخطأ البشري المحتمل أو التلوث. يجب أن يتم إجراء مثل هذه التعديلات فقط بواسطة فنيين حاصلين على تدريب محدد في المصنع لتجنب الفشل في الدخول إلى البطارية.

خاتمة

يمكن التخفيف من الفشل المبكر لبطاريات الرصاص الحمضية إلى حد كبير من خلال الفهم السليم والمراقبة والصيانة. من خلال التعرف على علامات المشاكل المحتملة مثل الشحن الزائد، والشحن المنخفض، والانفلات الحراري، يمكن إطالة عمر بطاريات VRLA بشكل كبير. بالنسبة لأولئك الذين يبحثون عن مزيد من المعلومات والإرشادات، توفر Dfun Tech رؤى وحلول شاملة للحفاظ على صحة وكفاءة بطاريات الرصاص الحمضية. يعد فهم التوازن المعقد للعوامل الفيزيائية والكيميائية التي تؤثر على أداء البطارية أمرًا بالغ الأهمية لأي شخص يعتمد على أنظمة النسخ الاحتياطي للطاقة الحيوية هذه.