كمهندس أو مسؤول مشتريات، تقول ورقة المواصفات أنك تحتاج إلى بطارية 200 أمبير/ساعةلكن الضغط مستمر. إذا كانت المواصفات أقل من المطلوب فإنك تخاطر بحدوث أعطال مكلفة؛ وإذا تجاوزت المواصفات فإنك ستفقد الميزانية. إنه موقف صعب.
يبدو السؤال "كم من الوقت ستدوم بطارية 200 أمبير/ساعة؟" بسيطًا، ولكنه من أكثر الأسئلة التي نتلقاها أهمية. فالخطأ في التقدير هو مشكلة كبيرة - فقد يوقف خط إنتاج أو يفقد بيانات مهمة.
مع أكثر من 15 عامًا في تصميم أنظمة الطاقة الصناعية هذه، لن أعطيك رقمًا واحدًا فقط. بل سأعطيك إطار عمل للإجابة على هذا من أجل الخاص بك تطبيق محدد. سنغطي المعادلة التي تحتاج إليها حقًا، والعوامل الحاسمة التي يمكن أن تؤرجح وقت التشغيل بمقدار 501 تيرابايت أو أكثر، وننتهي بنصائح احترافية لزيادة استثمارك إلى أقصى حد.
بطارية 12 فولت 200 أمبير 200 أمبير 4
بطارية أيونات الصوديوم بقوة 12 فولت 200 أمبير
ما يمكن توقعه من بطارية 200 أمبير/ساعة
حسناً، لندخل في صلب الموضوع. للحصول على بعض التخطيط السريع، إليك ما تحتاج إلى معرفته:
صحية بطارية Lifepo4 بجهد 12 فولت 200 أمبير/ساعة يمنحك حوالي 2400 وات/ساعة من الطاقة القابلة للاستخدام. هذا هو الرقم الأساسي. ويعني أنه يمكنك تشغيل حمل بقدرة 100 واط - مثل نظام مراقبة صناعي مع بعض المستشعرات ومودم - لمدة 24 ساعة تقريباً.
والآن، قارن ذلك ببطارية حمض الرصاص التقليدية بقوة 12 فولت 200 أمبير في الساعة. ستحصل على نصف ذلك تقريباً، ربما 12 ساعة إذا كنت محظوظاً. لماذا هذا الفرق الكبير؟ لأنه مع حمض الرصاص، يمكنك فقط استخدام حوالي 501 تيرابايت 3 تيرابايت من سعتها المعلنة بأمان دون إلحاق ضرر جسيم ودائم بها. إنها فقط طبيعة تلك الكيمياء.
لكن - وهذا أمر كبير لكن - هذه حسابات العالم المثالي. سيعتمد وقت التشغيل الحقيقي الذي ستراه فعلياً في الميدان على مجموعة من العوامل الأخرى التي نحتاج إلى استعراضها.
كيفية حساب وقت التشغيل بنفسك في 4 خطوات بسيطة
لا تحتاج إلى شهادة في الهندسة الكهربائية لهذا الغرض. سأشرح لك الرياضيات. الأمر بسيط جداً.
الخطوة 1: ابحث عن الطاقة القابلة للاستخدام في بطاريتك (بالواط/ساعة)
أولاً، نحتاج أولاً إلى الانتقال من الأمبير/ساعة إلى الواط/ساعة. الأمبير-ساعة جيدة، لكن الواط-ساعة يخبرك بإجمالي الطاقة المخزنة، وهو مقياس عملي أكثر بكثير لما نقوم به.
الصيغة هي: وات-ساعة = الجهد (V) × أمبير-ساعة (Ah) × عمق التفريغ (DoD)
- الجهد (V): الجهد الاسمي لبطاريتك. عادةً 12 فولت، 24 فولت، أياً كان.
- أمبير/ساعة (آه): السعة المقدرة من الملصق. إذن، 200 أمبير/ساعة بالنسبة لنا.
- عمق التفريغ (DoD): هذا هو الجزء الذي يربك الناس. إنه مقدار السعة الإجمالية للبطارية التي يمكنك استخدامها فعلياً دون الإضرار بها. بالنسبة ل LiFeFePO4، عادةً ما تكون 90% أو حتى 100%. أما بالنسبة لحمض الرصاص، فهو 50% إذا كنت تريد أن تتمتع البطارية بعمر خدمة لائق.
الخطوة 2: احسب الحمل الإجمالي (بالواط)
بعد ذلك، ما عليك سوى جمع استهلاك الطاقة لكل شيء يجب على البطارية تشغيله. تحقق من لوحة البيانات أو الدليل لكل مكون. عادةً ما تكون القوة الكهربائية مطبوعة عليها مباشرةً.
لنفترض أن لوحة تحكم صغيرة بها:
- وحدة تحكم PLC (15 وات)
- شاشة HMI (25 وات)
- أضواء مؤشر LED (10 وات)
- إجمالي الحمل = 50 وات
الخطوة 3: حساب عدم كفاءة العاكس (الاستنزاف الخفي)
هذه خطوة ينساها الناس طوال الوقت. إذا كانت بطارية التيار المستمر تزود معدات التيار المتردد بالطاقة من خلال عاكس، فعليك أن تأخذ في الحسبان الطاقة التي يحرقها العاكس نفسه كحرارة. لا يوجد عاكس ذو كفاءة 100%. قد تكون وحدة جيدة من الدرجة الصناعية ذات كفاءة 85-90%، وهذا أفضل ما يمكن أن تصل إليه.
لذا لمعرفة ما الذي تتعامل معه البطارية بالفعل، ما عليك سوى قسمة الحمولة على تصنيف الكفاءة هذا.
مثال على ذلك: حمل تيار متردد 50 وات/كفاءة 0.85 = 59 وات تقريبًا المسحوبة من البطارية. هذه ال 9 واط الإضافية هي مجرد "تكلفة التحويل". إنها ضريبة عليك دفعها للحصول على طاقة تيار متردد.
الخطوة 4: الحساب النهائي
والآن، ضعها كلها مع بعضها البعض.
وقت التشغيل (بالساعات) = إجمالي الوات-ساعة القابلة للاستخدام/الحمل النهائي (بالواط)
دعنا نجري مقارنة جنباً إلى جنب مع الحمل 59 واط:
- بطارية LiFePO4 بجهد 12 فولت 200 أمبير/ساعة:
- الطاقة القابلة للاستخدام: 12 فولت × 200 أمبير × 0.95 (معدل استهلاك الطاقة) = 2280 واط/ساعة
- مدة التشغيل: 2280 واط/ساعة / 59 واط = ~حوالي 38.6 ساعة
- بطارية 12 فولت 200 أمبير/ساعة من حمض الرصاص الحمضي AGM:
- الطاقة القابلة للاستخدام: 12 فولت × 200 أمبير × 0.50 (معدل استهلاك الطاقة) = 1200 واط/ساعة
- وقت التشغيل: 1200 وات/ساعة / 59 واط = ~حوالي 20.3 ساعة
الفرق صارخ، أليس كذلك؟ فبالنسبة للسعة نفسها على الملصق، تمنحك بطارية الليثيوم ضعف وقت التشغيل تقريباً. إنه عامل كبير في أي تصميم نظام.
العوامل الخمسة الرئيسية التي تؤثر بشكل كبير على وقت تشغيل بطاريتك
تمنحك المعادلة نقطة بداية رائعة. لكن العالم الحقيقي لديه دائماً خطط أخرى. ما نراه في الميدان هو أن هذه العوامل الخمسة هي التي تصطدم فيها المواصفات النظرية بالواقع.
1. كيمياء البطاريات: LiFeFePO4 مقابل حمض الرصاص (وإلقاء نظرة على أيونات الصوديوم)
لقد رأينا للتو كيف أن السعة القابلة للاستخدام هي أكبر ما يميزها. لكن القصة لا تنتهي عند هذا الحد. هناك أمران آخران يتبادران إلى الذهن: ترهل الجهد وعمر الدورة.
إذا وضعت حملاً ثقيلاً على بطارية الرصاص الحمضية، فإن جهدها سوف "يتدهور" قليلاً. يمكن أن يتسبب ذلك في إيقاف تشغيل الأجهزة الإلكترونية الحساسة في وقت مبكر، حتى عندما لا يزال هناك طاقة متبقية في الخزان. بطارية LiFePO4؟ لديها منحنى تفريغ مسطح جداً، لذا فهي تحافظ على جهد ثابت حتى تفرغ تقريباً. ثم هناك دورة الحياة. يمكنك أن تتوقع أن تدوم بطارية LiFeFePO4 من 3000 إلى 6000 دورة، وأحياناً أكثر. قد تمنحك بطارية AGM 300-700 دورة فقط عند 50% DoD. بالنسبة لأي تطبيق يدور يومياً، فإن التكلفة الإجمالية لامتلاك بطارية LiFePO4 أقل بكثير، حتى أنها ليست معركة عادلة.
ومؤخراً، أصبحنا نتلقى المزيد من الأسئلة حول بطاريات أيونات الصوديوم. LiFePO4 هي التكنولوجيا الناضجة والمثبتة في الوقت الحالي. فهي تتمتع بكثافة طاقة أعلى، وسلسلة توريد صلبة... إنها التقنية المفضلة. ومع ذلك، فإن حزمة بطاريات أيونات الصوديوم هي تقنية ناشئة مقنعة حقًا. وتتمثل مزاياها الرئيسية في احتمالية انخفاض تكلفتها في المستقبل وأداءها الرائع في درجات الحرارة القصوى، خاصةً في درجات الحرارة المرتفعة. والمفاضلة هي أن كثافة طاقتها أقل في الوقت الحالي. لذا ستكون حزمة أيونات الصوديوم سعة 200 أمبير في الساعة أكبر وأثقل. من المؤكد أن هذا النوع من الطاقة يجب مراقبته، خاصة بالنسبة لتخزين الطاقة الثابتة حيث لا تكون المساحة كبيرة.
2. حجم الحمولة ومعدل C (قانون بيكرت لحامض الرصاص)
معدل C هو مجرد طريقة لقياس مدى سرعة استنزاف البطارية بالنسبة لحجمها. معدل 1C على بطارية 200 أمبير في الساعة يعني أنك تسحب 200 أمبير. ببساطة.
الشيء الذي يجب تذكره هو أنه بالنسبة لبطاريات الرصاص الحمضية، هناك قاعدة صغيرة سيئة تسمى قانون بيوكيرت في اللعب. فكلما قمت بتفريغها بشكل أسرع، كلما قلت السعة الإجمالية التي تحصل عليها بالفعل. أنا جاد. قد تمنحك بطارية حمض الرصاص سعة 200 أمبير في الساعة المصنفة أكثر من 20 ساعة سعة 130 أمبير في الساعة فقط من السعة القابلة للاستخدام إذا قمت بتفريغها في ساعة واحدة. بطاريات LiFePO4 محصنة إلى حد كبير ضد هذا التأثير. فهي توفر سعتها الكاملة تقريبًا حتى عند معدل تفريغ 1C العالي. وهذا أمر ضخم للتطبيقات ذات التيارات المتدفقة الكبيرة، مثل بدء تشغيل المحركات.
البطاريات هي أجهزة كيميائية. وفي نهاية المطاف، يرتبط أداؤها بدرجة الحرارة. إنها مجرد فيزياء.
- بارد. في منشأة تخزين باردة أو في الهواء الطلق في الشتاء، يمكن أن تنخفض سعة البطارية بشكل كبير. ينخفض أداء بطاريات LiFePO4 في البرد، لكن كيمياء حمض الرصاص يمكن أن تتوقف بشكل أساسي. الخبر السار هو أن العديد من بطاريات LiFeFePO4 الحديثة تحتوي الآن على عناصر تسخين مدمجة تسمح بشحن موثوق به في الطقس دون الصفر.
- الحرارة. على الجانب الآخر، فإن درجات الحرارة المحيطة المرتفعة، مثل تلك التي تجدها داخل صندوق غير مهوى في الشمس، ستسرّع من تدهور البطارية وتقصير عمرها الافتراضي بشكل دائم. تبلغ درجة الحرارة المثالية لمعظم الكيميائيات حوالي 20-25 درجة مئوية (68-77 درجة فهرنهايت).
4. عمر البطارية وصحتها (الحالة الصحية - SOH)
البطارية جزء قابل للاستهلاك، وليست دائمة. حالة صلاحيتها (SOH) هي قدرتها الحالية مقارنة بما كانت عليه عندما كانت جديدة تماماً. لذا، فإن بطارية عمرها خمس سنوات بسعة 90% SOH هي بطارية سعتها 180 أمبير في الساعة لجميع الأغراض العملية. عليك أن تأخذ في الحسبان SOH في تخطيطك للصيانة والاستبدال إذا كنت تريد ضمان موثوقية المهمة الحرجة. إنها مجرد حقيقة استخدام البطاريات.
5. أوجه القصور في النظام (الأسلاك والتوصيلات)
هذا هو استنزاف صغير ولكنه تراكمي. فالكابلات ذات الحجم الصغير أو الأسلاك الطويلة أو حتى التوصيلات المفكوكة قليلاً في أحد أطراف التوصيل كلها تخلق مقاومة كهربائية. هذه المقاومة تحوّل طاقتك الثمينة المخزنة إلى حرارة عديمة الفائدة، مما يقلل بالطبع من وقت التشغيل. في النظام المصمم بشكل جيد يجب أن يكون هذا في حده الأدنى، ولكن في النظام الفوضوي، يمكن أن يكون مصدرًا مدهشًا لفقدان الطاقة. لا يمكنني أن أخبرك عدد المرات التي تتبّعنا فيها مشكلة "بطارية فاسدة" إلى تجعيد سيء أو صامولة مفكوكة على أحد الأطراف.
ما الذي يمكن أن تشغله بطارية 200 أمبير في الساعة بالفعل؟
يستخدم المثال التالي إعداد عربة سكن متنقلة مشتركة، ولكن المبادئ لحساب ميزانية الطاقة ذات الأحمال المختلطة هي نفسها لأي تطبيق صناعي. يمكنك استخدام هذه الطريقة بالضبط لتحديد مواصفات الطاقة لمقطورة أمنية، أو رافعة مضخة خارج الشبكة، أو أي شيء لديك.
السيناريو عطلة نهاية أسبوع نموذجية في عربة سكن متنقلة/شاحنة صغيرة الافتراضات: باستخدام بطارية LiFePO4 بجهد 12 فولت 200 أمبير/ساعة (2400 وات/ساعة قابلة للاستخدام).
| الأجهزة | الطاقة (وات) | التقدير. الاستخدام اليومي (بالساعات) | الطاقة اليومية (بالواط) |
|---|
| مصابيح LED (x4) | 20W | 5 | 100 واط |
| ثلاجة/مبرد 12 فولت | 50 واط (ركوب الدراجات) | 8 (24 ساعة تشغيل، 33% واجب) | 400 واط |
| شحن الكمبيوتر المحمول | 65W | 3 | 195 واط |
| شحن الهاتف (x2) | 15W | 2 | 30 واط |
| مضخة المياه | 40W | 0.5 | 20 واط |
| مروحة MaxxAir (منخفضة) | 25W | 10 | 250 واط |
| إجمالي الطلب اليومي | | | 995 Wh |
وبناءً على هذا الاستخدام اليومي الذي يبلغ حوالي 995 وات في الساعة، فإن بطارية ليثيوم 2400 وات في الساعة 200 أمبير في الساعة ستدوم حوالي 2.4 يوم بدون إعادة شحن. لعمل صناعي مثل الطاقة الاحتياطية البحرية قد يكون لديك راديو VHF (25 واط) ونظام تحديد المواقع العالمي (10 واط) ومصابيح ملاحة (15 واط) قيد التشغيل. هذا حمل بقدرة 50 واط يمكن لبطاريتنا بقدرة 2400 واط في الساعة أن تبقيها تعمل لمدة 48 ساعة متواصلة.
كيفية زيادة وقت تشغيل البطارية 200 أمبير في الساعة وعمرها الافتراضي إلى أقصى حد
- حدد LiFePO4 للتطبيقات عالية الدورة. انظر، التكلفة الأعلى مقدمًا تستحق العناء دائمًا تقريبًا عندما تنظر إلى التكلفة الإجمالية للملكية. إنها مجرد عملية حسابية بسيطة، وذلك بفضل السعة الأفضل القابلة للاستخدام وعمر الدورة الأطول بكثير.
- اطلب نظام إدارة المباني عالي الجودة. نظام إدارة البطارية (BMS) هو العقل المدبر للعملية بأكملها. فالنظام الجيد يحمي الخلايا من كل شيء... الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والدوائر القصيرة، وما شابه ذلك. بالنسبة للأنظمة الصناعية، تأكد من قدرة نظام إدارة البطارية على الاتصال (مثل ناقل CAN أو RS485).
- تحسين الأحمال الخاصة بك. كلما استطعت، استخدم معدات تيار مستمر عالية الكفاءة. فأنت تريد تجنب فقدان الطاقة الذي يصاحب استخدام العاكس إن أمكن.
- تنفيذ ملفات تعريف الشحن الصحيحة. استخدم شاحن مصنوع خصيصاً لكيمياء بطاريتك. إذا قمت بشحن بطارية الرصاص الحمضية بأقل من طاقتها بشكل مزمن فسوف تقتلها، ويمكن أن يؤدي استخدام الجهد الخاطئ إلى تلف بطارية الليثيوم.
- دمج مراقب قائم على التحويلة. لا تعتمد فقط على الجهد لتخمين حالة الشحن. يعمل التحويلة الذكية مثل مقياس وقود حقيقي، حيث يتتبع بدقة كل الطاقة الداخلة والخارجة من البطارية. بصراحة، إنه أمر لا بد منه لأي نظام جاد.
هل بطارية 200 أمبير مناسبة لك؟
- لمن هو مثالي: تطبيقات الطاقة المنخفضة إلى المتوسطة. فكّر في محطات المراقبة عن بُعد، والطاقة الاحتياطية لأبراج الاتصالات، والسفن البحرية الصغيرة، وأساطيل عربات AGV الصغيرة أو عربات المرافق.
- عندما قد تحتاج إلى المزيد (على سبيل المثال، 400 أمبير/ساعة فأكثر): عندما تقوم بتشغيل أحمال دافعة أكبر مثل الفئة 3 بطارية رافعة شوكيةأو تشغيل معدات تجارية عالية السحب، أو تصميم نظام تجاري لتخزين الطاقة (ESS) يحتاج إلى توفير استقلالية لأكثر من يوم واحد.
- عندما يمكنك استخدام أقل (على سبيل المثال، 100 أمبير): بالنسبة للأنظمة الاحتياطية الأساسية، أو لتشغيل المستشعرات الفردية، أو في التطبيقات التي يكون فيها الوزن والمساحة من أهم الأولويات المطلقة.
الأسئلة الشائعة
ما نوع المعدات الصناعية التي يمكن لبطارية بسعة 200 أمبير في الساعة تشغيلها بشكل موثوق؟
تُعد بطارية LiFePO4 بجهد 12 فولت 200 أمبير في الساعة، والتي تمنحك حوالي 2400 واط في الساعة، مناسبة تمامًا للأنظمة ذات السحب المستمر في مكان ما في نطاق 100-300 واط. وهذا يغطي أشياء مثل محطات المراقبة البيئية متعددة أجهزة الاستشعار، وأنظمة كاميرات المراقبة مع مسجل فيديو رقمي، والطاقة الاحتياطية للوحات التحكم الحرجة، أو الإضاءة وأجهزة التحكم في مبنى خارج الشبكة.
كم من الوقت يستغرق شحن بطارية 200 أمبير بالكامل؟
يعتمد ذلك تماماً على قدرة الشاحن لديك. المعادلة ببساطة هي الساعات = أمبير/ساعة / أمبير الشاحن. لذا، ستستغرق بطارية مستنفدة بقوة 200 أمبير في الساعة حوالي 5 ساعات لشحنها بشاحن صناعي بقوة 40 أمبير. مع شاحن 100 أمبير، ستستغرق ساعتين فقط. فقط تأكد دائمًا من أن معدل الشحن ضمن الحدود المحددة للبطارية.
هل يمكنني توصيل بطاريتين سعة 100 أمبير في الساعة بالتوازي للحصول على 200 أمبير في الساعة؟
نعم، يمكنك ذلك بالتأكيد. توصيل بطاريتين بجهد 12 فولت 100 أمبير في الساعة بالتوازي ينتج عنه بطارية واحدة بجهد 12 فولت 200 أمبير في الساعة. الحيلة هي أنه عليك استخدام بطاريتين متطابقتين - نفس الكيمياء والعلامة التجارية والسعة والعمر. إذا قمت بعدم تطابقهما، فستحصل على شحن وتفريغ غير متوازن، مما يقلل من أداء وعمر البطارية بأكملها.
ماذا لو كان تطبيقي يتطلب جهداً أعلى، مثل 24 فولت أو 48 فولت؟
لا مشكلة على الإطلاق. ما عليك سوى توصيل البطاريات على التوالي لزيادة الجهد. على سبيل المثال، بطاريتان بجهد 12 فولت 200 أمبير في الساعة على التوالي لتكوين بنك بجهد 24 فولت 200 أمبير في الساعة. أربع بطاريات منها على التوالي ينتج بنك 48 فولت 200 أمبير في الساعة. تظل الطاقة الإجمالية كما هي (48 فولت × 200 أمبير = 9600 واط ساعة، نفس طاقة أربع بطاريات بجهد 12 فولت 200 أمبير)، لكن الجهد الأعلى أكثر كفاءة للمحركات الأكبر ويتيح لك استخدام أسلاك ذات مقياس أصغر.
الخاتمة
إذن، ما هي المدة التي ستستغرقها بطارية 200 أمبير/ساعة الأخير؟ في نهاية المطاف، لا يوجد رقم واحد. الإجابة الحقيقية هي عملية حسابية ديناميكية تعتمد على كيمياء بطاريتك، والحمل الدقيق الذي تقوم بتشغيله، والصحة العامة لنظامك.
إن الفرق بين بطارية حمض الرصاص التي تدوم 20 ساعة وبطارية LiFePO4 التي تدوم حوالي 40 ساعة تحت نفس الحمل ليس بالأمر الهيّن، بل يمكن أن يكون الفرق بين مشروع ناجح ومشروع فاشل. من خلال استخدام إطار العمل وفهم العوامل الرئيسية التي تحدثنا عنها، فأنت الآن في وضع أفضل بكثير للنظر إلى ما وراء تصنيف لوحة الاسم وتحديد مصدر الطاقة المناسب لتطبيقاتك المهمة.
هل تحتاج إلى حساب الأرقام لمشروعك القادم؟ لدينا قوة كامادا يوجد فريق من مهندسي التطبيقات هنا لمساعدتك في تصميم متطلبات الطاقة الخاصة بك وتحديد حل البطارية الأكثر فعالية من حيث التكلفة والموثوقية. اتصل بنا اليوم للحصول على استشارة فنية.