محددات أداء البطارية وطول عمرها

مقدمة

تلعب البطاريات دورًا حيويًا في حياتنا اليومية، بدءًا من تشغيل هواتفنا الذكية وأجهزتنا اللوحية وحتى تشغيل السيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة الاحتياطية. ومع ذلك، فإن عمر البطارية وأدائها ليسا ثابتين، بل يتأثران بعدة عوامل. فهم هذه العوامل يساعدنا على اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن استخدام البطاريات وصيانتها، وبالتالي إطالة عمرها الافتراضي وتحسين أدائها.

تقدير العمر الزمني للبطارية

يُقاس عمر البطارية عادةً بعدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن أن تتحملها قبل أن تبدأ في فقدان أدائها بشكل ملحوظ. تُعرف الدورة الكاملة بأنها عملية شحن البطارية بالكامل ثم تفريغها بالكامل. على سبيل المثال، قد تدوم بطارية الرصاص الحمضية من 300 إلى 700 دورة في الاستخدام العادي، بينما قد تدوم بطارية الليثيوم أيون من 500 إلى 5000 دورة.

على سبيل المثال، قد يتم شحن البطاريات خلال النهار وتفريغها جزئيًا خلال الليل، ويتم احتساب ذلك على أنه دورة واحدة أي ما يعادل يوم واحد.

تأثير الحرارة المحيطة

تعتبر درجة الحرارة المحيطة من أهم العوامل التي تؤثر على عمر البطارية. تم تصميم معظم البطاريات للعمل بكفاءة في درجة حرارة مثالية تبلغ حوالي 25 درجة مئوية. التعرض لدرجات حرارة أعلى من ذلك يمكن أن يؤدي إلى تدهور سريع في الأداء وتقليل العمر الافتراضي للبطارية. لذلك، من الضروري تجنب تعريض البطاريات لدرجات حرارة عالية قدر الإمكان.

وقد يتسبب ذلك في تقليل عمرها وإحداث تغيرات في أدائها.

التحلل الكيميائي

تخضع البطاريات القابلة لإعادة الشحن لعملية تحلل كيميائي طبيعية مع مرور الوقت، مما يؤدي إلى انخفاض في كفاءتها وقدرتها على تخزين الطاقة. أحد العوامل الرئيسية في هذا التحلل هو تآكل الشبكة الموجبة داخل البطارية. مع تقدم العمر الكيميائي للبطارية، تبدأ الأسلاك الداخلية للشبكة الموجبة في الانهيار التدريجي، مما يضعف قدرتها على تخزين الطاقة وتوصيلها. هذا التدهور التدريجي يؤدي في النهاية إلى الحاجة إلى استبدال البطارية.

فعندما ينتهي عمر البطارية الكيميائي، يحدث انهيار تدريجي للأسلاك الداخلية للشبكة الموجبة داخل البطارية، ممّا يتسبّب في إضعاف قدرتها على تخزين الطاقة وتوصيلها، وتقل شيئاً فشيئاً مع مرور الزمن، إلى أن تستدعي الحاجة إلى استبدالها بعد فترة زمنية.

أهمية الجهد المناسب لإعادة الشحن

أثناء عملية الشحن، تنتج بطاريات الرصاص الحمضية غازي الأكسجين والهيدروجين. يتم إطلاق الهيدروجين من اللوحة السالبة والأكسجين من اللوحة الموجبة. تحتوي هذه البطاريات على صمامات حساسة تحافظ على الضغط داخل الخلايا. بدون هذه الصمامات، قد يتسرب الهيدروجين والأكسجين إلى الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تجفيف الإلكتروليت والفواصل داخل البطارية.

تُنتج جميع بطاريات الرصاص الحمضية الأكسجين والهيدروجين أثناء عملية الشحن، إذ تُطلِق الهيدروجين من اللوحة السالبة، والأكسجين من اللوحة الموجبة، وتحتوي البطاريات تلك على صمامات حساسة تحتفظ بالضغط داخل الخلايا، وبدون حدوث ذلك فإنّ الهيدروجين والأكسجين سيتمّ فقدانه في الغلاف الجوي، مسبباً تجفيف الإلكتروليت والفواصل.

ما المقصود بدورة حياة البطارية؟

ترتبط دورة حياة البطارية ارتباطًا وثيقًا بكفاءتها. كلما تقدمت البطارية في العمر، قلت كفاءتها. قد لا يعتمد عمر البطارية على عدد السنوات التي مرت عليها فحسب، بل أيضًا على عوامل أخرى مثل درجات الحرارة غير المناسبة والشحن الزائد. من أفضل الطرق لشحن البطارية تجنب شحنها إلى الحد الأقصى. على سبيل المثال، تحتاج بطاريات الليثيوم أيون إلى درجات حرارة معتدلة أثناء الشحن، أي درجة حرارة الغرفة. يدوم هذا النوع من البطاريات ما بين 2000 إلى 3000 دورة إعادة شحن، وهو ما يفوق عمر بطارية حمض الرصاص بكثير، حيث يتراوح ما بين 1000 إلى 1500 دورة فقط كحد أقصى. تظهر علامات انتهاء عمر البطارية عندما تتعرض إلى نقصان في السعة لا يمكن إصلاحه، حيث تبدأ المواد الكهرلية السائلة بالجفاف البطيء، والتّحول إلى مادة صلبة، وظهور طبقة من أيونات الليثيوم على الأقطاب الكهربائية.

ويُمكن تحديد عمر البطارية عن طريق عِدّة وسائل مختلفة، مثل:

• حساب وقت التشغيل عند الشحن الكامل، تِبعاً لتقديرات الشركة المُصنعة بالمللي أمبير.
• عدد دورات الشحن، مع التنويه إلى أنّ متوسط عمر البطارية الافتراضي بالسنوات هو ما بين 3 إلى 5 أعوام، والذي قد يختلف جذرياً بناءً على الظروف البيئية المحيطة، وعدد دورات التفريغ، بالإضافة إلى إجراءات الصيانة المناسبة.

أسباب تقلل من عمر البطاريات

تتعرض البطاريات للعديد من الأعطال التي تسبب قصرًا في عمرها لأسباب مختلفة، من أبرزها:

• جهد الشحن العائم غير الدقيق.
• وجود وصلات فضفاضة أو تالفة بين خلايا البطارية.
• فقدان المنحل أو المواد الكهرلية في البطارية.
• تقدّم عمر البطارية.
• درجات الحرارة العالية وغير المتساوية.
• قلّة الصيانة.

أهمية اختبار البطارية

يُعد اختبار البطارية جزءًا لا يتجزأ من إجراءات الصيانة المنتظمة، التي ينبغي إجراؤها بشكلٍ دوري دون انتظار حدوث خلل أو مشكلة. يساعد اختبار البطارية على إعطاء تحذير قبل حدوث العطل. يساعد استبدال البطارية قبل أن تَفرُغ كأحد التدابير الوقائية التي تساعد على توفير المال والجهد، والتقليل من التكاليف، والمشاكل التي قد تحدث نتيجةً لانتهاء عمر البطارية. يتم إجراء اختبار البطارية بعد شحنها بالكامل، لأنّ أيّ تفريغ فيها حتى لو كان بسيطاً سيؤدي إلى قراءة خاطئة، وظهور مشكلة فيها.

تتعدّد طرق اختبار البطارية وتتنوع، ومن أبرزها:

• اختبار البطارية الرقمي.
• أجهزة الاختبار الثابتة والقابلة للتعديل.
• أجهزة اختبار التفريغ.
• مقاييس الجهد.
• مقاييس كثافة السوائل.

يجب أن يحصل الشخص الذي يُجري هذه الاختبارات على تدريبٍ واسع وشامل؛ لتجنُب حدوث الأضرار مثل الإصابة الشخصية، أو إتلاف البطارية.

العناية الدورية بالبطاريات

ينبغي إجراء الفحوصات بانتظام على البطارية وصيانتها بشكلٍ دوري، إذ يؤدي ذلك إلى إطالة عمر البطارية ومنع حدوث التآكل وإزالته، بالإضافة إلى تحديد مشاكل البطارية وإصلاحها قبل تعطلها بالكامل. بعض البطاريات المغلقة بشكلٍ جيد يكتب عليها بأنّها لا تحتاج إلى صيانة، والمقصود به هو أنّها لا تحتاج إلى استبدال سوائل فقط، ولكنها ستكون دائماً بحاجة إلى الفحص.

المراجع

1. Levent Bas (2011),”Battery Life and Performance Factors”,CED GREENTECK, Retrieved 16/6/2021. Edited.
2. Janine,”The Factors That Impact UPS Battery Life”,SURE POWER, Retrieved 16/6/2021. Edited.
3. “Factors That Affect Battery Life”,DALE POWER SOLUTIONS, Retrieved 16/6/2021. Edited.
4. Peter Geantil (14/9/2020),”Top 5 Factors That Affect Industrial Battery Efficiency”,FLUX POWER, Retrieved 16/6/2021. Edited.
5. “Battery Care & Maintenance”,Century Batteries, Retrieved 16/6/2021. Edited.
6. Professor Wattson (27/2/2019),”Four Factors Affecting the Lifespan of Your UPS Batteries”,EATON, Retrieved 16/6/2021. Edited.