شاحن بطاريات الليثيوم

لقد أخذت بطاريات الليثيوم في الحلول محل معظم البطاريات والبطاريات القابلة للشحن في معظم الأجهزة الإلكترونية حتى أن هناك مركبات "سيارات" أصبحت تدفع بمحركات كهربية تعمل على بطاريات الليثيوم.




تمتاز بطاريات الليثيوم بسعتها العالية أي أن تيارها وجهادها مرتفعين كما أنها خفيفة الوزن صغيرة الحجم بالمقارنة مع البطاريات الأخرى كالبطاريات السائلة والهلامية الرصاصية وبطاريات النيكل كادميوم والنيكل هايدريد.



ولا ننسى أنها أيضا تفوق الأخريات بضآلة التفريغ الذاتي عندها أي تخزن شحنتها ولا تستهلكها بنفسها كالبطاريات الأخرى.



والأهم من كل ما ذكر أنها لا تعاني من ظاهرة تضائل الشحن Memory Effect الذي نجده في بطاريات النيكل كادميوم خاصة والنيكل ميتال هايدريد والبطاريات الهلامية والسائلة. ماذا تعني هذه الظاهرة؟؟؟

أن البطارية لا تشحن وتمتليء كليا إذا كانت فارغة كليا وقمنا بتطبيق معايير الشحن عليها بل تتذكر المرة الفائتة أنها كانت مليئة ب 90 بالمائة وتم شحنها ب 10 بالمائة وعندما فرغت كليا شحنت 10 بالمائة فقط فسرعان ما تفرغ عند الاستخدام وعند إعادة شحنها لا تشحن إلا قليل ولن تعد لها فائدة بعد ذلك!!!!

إلا أن بطارية الليثيوم تعاني أيضا من بعض المساؤيء وهي عدم رضاها بأي طريقة للشحن وأي نوع للشاحن!
فشاحنات البطاريات الأخرى تؤدي إلى تلفها وانفجارها!




أي أنها حساسة لارتفاع درجات الحرارة وجهد وتيار الشحن وأي اعتباط في التعامل معها يجعلها ترد بانفجار أو على الأقل بتلف المادة الكيميائية بداخلها وتصبح معطبة.

وقد أساءت بعض شركات اللابتوب بتطبيق تيار وجهد مرتفع لسرعة شحن بطاريات اللابتوب كشركة ديل وغيرها مما أدى إلى انفجار البطاريات واشتعال اللابتوب واضطرت الشركات لاستعادة اللابتوبس من الزبائن وتغيير معايير الشحن.



لن أدخل في تفاصيل وتطور بطاريات الليثيوم وأنواعها المختلفة والتحسينات التي أجريت وتجرى عليها لاختصار النظرية والدخل في التطبيق.

تستخدم بطاريات الليثيوم في الكاميرات والحواسيب المنقولة "اللابتوبس" أو النوت بكس" والمثاقب وآلات العمال والحدادين التي تعمل على البطاريات والهواتف المحمولة وطائرات وسيارات وقوارب الألعاب...
أما الاستخدامات الأخرى فهي كثيرة, فأنا شخصيا قمت بتحويل الكثير من المصابيح اليدوية والمثاقب وآلات حلاقة الشعر لتعمل على بطاريات الليثيوم. لأني أجدها بعد أشهر ما زالت مستعدة للعمل بكل نشاط إذا ما قورنت مع البطاريات الأخرى التي تعاني من التفريغ الذاتي وتصيبني بالاحباط كلما أردت شد برغي بالمثقب أو قص الشعر أو إنارة المجهر!



معايير شحن البطاريات: الكثير من الناس يفهم أن شحن البطارية مثل ملء دلو بالماء! فتح الحنفية على مصراعها يسارع في ملء الدلو وإذا كانت الحنفية ذات فوهة ضيقة فإن عملية الملء سوف تطول.

هكذا هي النظرية المجردة المبسطة ولكن الواقع يختلف!!
لأن البطارية ليست عبارة عن وعاء فارغ تصب فيه الإلكترونات كصب الماء أو العسل أو الدبس!!!
البطارية القابلة للشحنة تحتوي على مركب كيميائي مزاجي!!!
نعم يجب تكييف الجهد والتيار ليتم التعامل مع هذا المركب الكيميائي حتى يتحول من حالته الخاملة إلى حالته المشحونة بالطاقة.
تختلف البطاريات القابلة للشحن بطريقة الشحن ومعايير ومنحنيات الشحن.

هذا يعني أن محول لا ينفع لشحن أي بطارية وقد يستبب الأمر في إتلاف المركب الكيميائي وتحجره أو أن يسخن بشدة وتنفجر البطارية!!!
ولا ننسى أن إخضاع البطارية للجلوس على الكرسي "الشاحن" لمدة أيام يضعفها ويقصر عمرها بل يقتلها.

ولهذا فإن الدوائر التالية مصممة لكي تحدد زمن ومدة عملية الشحن بطريقة ذاتية حتى لا تنحني ظهورنا وتتقوس ونحن نعود البطارية مرارا ونجري الفحوصات والقياسات عليها لنرى أين وصلت عملية الشحن.


والآن لنبدأ بالدائرة العملية:

هذه الدائرة مصممة لشحن ثلاث بطاريات أو خلايا من النوع 18650 (3,7 فولت x 3 )
إذا أردت شحن بطارية واحدة أو اثنتين على التوالي أو أربعة ... يجب عليك أن تقوم بإجراء تعديلات على الدائرة لتناسب حاجتك.



يجب أن يكون جهد وتيار الشحن ثابتين ويستحسن استخدام وحدة تغذية Switching كتلك الخاصة بتشغيل اللابتوب وليس المحولات السوداء التقليدية ففيها هبوط للجهد وتضائل للتيار كما أن ما مكتوب عليها من جهد يكون في العادة أكثر بكثير.



يتبع

شكراً عالتقرير

كلام رائع ومعلومات قيمة

مشكور اخ بسام على اختيار مواضيع مهمة وتلزمنا في المعاملات اليومية........ ارجو منك التوضيح اكثر بالمقصود بهذا الكلام من شرحك ...........
أن البطارية لا تشحن وتمتليء كليا إذا كانت فارغة كليا وقمنا بتطبيق معايير الشحن عليها بل تتذكر المرة الفائتة أنها كانت مليئة ب 90 بالمائة وتم شحنها ب 10 بالمائة وعندما فرغت كليا شحنت 10 بالمائة فقط فسرعان ما تفرغ عند الاستخدام وعند إعادة شحنها لا تشحن إلا قليل ولن تعد لها فائدة بعد ذلك!!!!

mr.ahmed شكراً عالتقرير

جابرعبدالواحد كلام رائع ومعلومات قيمة

Eyaad مشكور اخ بسام على اختيار مواضيع مهمة وتلزمنا في المعاملات اليومية........ ارجو منك التوضيح اكثر بالمقصود بهذا الكلام من شرحك ...........
أن البطارية لا تشحن وتمتليء كليا إذا كانت فارغة كليا وقمنا بتطبيق معايير الشحن عليها بل تتذكر المرة الفائتة أنها كانت مليئة ب 90 بالمائة وتم شحنها ب 10 بالمائة وعندما فرغت كليا شحنت 10 بالمائة فقط فسرعان ما تفرغ عند الاستخدام وعند إعادة شحنها لا تشحن إلا قليل ولن تعد لها فائدة بعد ذلك!!!!



أشكر الأخوة أحمد وجابر وإياد على المرور والتعليق, وبارك الله فيكم.

بالنسبة لسؤال الأخ إياد:

بطاريات النيكل كادميوم خاصة لها سيئة تسمى بظاهرة النسيان, أو تترجم حرفيا "تأثير الذاكر "
وهذه الظاهرة تعني أن البطارية لا تستجيب لعملية الشحن كما يجب بل تشحن جزء من شحنتها الكاملة.

مثال: لنفرض أن لديك بطارية منها واستخدمتها قليلا أي أستهلكت نسبة 10 بالمائة من طاقتها وبعد الاستخدام أردت شحنها. أي تعبئتها كاملة وإضافة 10 بالمائة إلى 90 بالمائة. لتصبح مائة بالمائة.
وضعتها في الشاحن وتمت عملية الشحن وأضيفت ال 10بالمائة وأصبحت مليئة.

بعد فترة قمت باستخدام هذه البطارية ولكن هذه المرة طال الاستهلاك وزاد وأصبحت شبه فارغة 5 بالمائة مثلا!
وتريد الآن أن تشحنها ب95 بالمائة.

ماذا يحدث؟؟؟

علق في "ذهن البطارية" عملية الشحن السابقة ب 10 بالمائة من طاقتها!
فسوف يتحول المركب الكيميائي بداخلها ويتجاوب لفترة قصيرة وتشحن عشرة بالمائة فقط.

فتأتي وتريد استخدامها أنت ظنا منك أنها مليئة ولكن تتفاجأ أنه سرعان ما تشغلها في الجهاز تجده لا يعمل أو يعمل لبرهة قصيرة!!!
فتعيد شحنها ولكنها لا تشحن إلى قليل وهكذا تصبح المادة الكيميائة تالفة!!

طبعا هناك شركات طورت أنواعا منها محسنة حيث تم تقليص ظاهرة "البطارية تنسى حالها" وحتى ظاهرة التفريغ الذاتي أي أنها تفرغ تدريجيا بعد أشهر.
من أفضل البطاريات الشاحنة هي بطاريات شركة سانيو وهي معترف بها في هذا المجال وقد قامت باناسونيك بشرائها.

هذه الدائرة الأولى والبسيطة على عجل وسآتي بالمزيد من الدوائر الأكثر تطورا لاحقا بإذن الله.



كيف تعمل الدائرة؟؟

عندما يصل التيار B1 الى الدائرة الكلية فإن التالي سوف يحصل:

1. يمر تيارا عبر وصلات الريليه (النقاط الحمراء والزرقاء المتصلتان معا) إلى البطارية المراد شحنها B1 وعبر المقاومة التي تحدد تيار الشحن R1 والثنائي الشوتكي D1 الذي يسمح بشحن البطارية ولكن يمنع عودة ورجوع تيارا أو تفريغ كبير من شحنتها بعد ذلك في الدائرة.
2. سوف ينير الثنائي الأحمر كدلالة على أن البطارية تشحن أي في حالة الشحن المتواصل.
3. المقاومات R6 و R7 عبارة عن مجزيء جهد معني بإيصال التيار المناسب والجهد اللازم لتشغيل الترانزستور عندما تصل البطارية الشحنة التي نريد 4,2 فولت مثلا وهذ الجهد يعني أنها ممتلئة تماما ويفضل أن تملأ ب4 فولت أو 4,1 فولت تفاديا للخطر.
4. المقاومة R5 للدقة وحساسية الترانزستور ولحصر نقطة التشغيل الخاصة بالترانزستور حتى يعمل ويقوم بدفع الريليه للعمل وقطع تيار الشحن عن البطارية.
5. عندما يصل الجهد في البطارية الحد الأقصى المطلوب فإن الترانزستور سوف يعمل ويدفع الريليه للعمل وجذب نقاط الوصل (الزرقاء والخضراء معا) وبالتالي يفصل تيار الشحن عن البطارية ويصل التيار إلى المقاومة R3 التي تحدد تيار الثنائي الضوئي الأخضر وبالتالي ينير الثنائي الأخضر معلنا أنتهاء عملية الشحن.

5. ولكن إذا أخذت شحنة البطارية بالتضاؤل فإن الترانزستور سوف يقطع ويمنع تشغيل الريليه أي يعود إلى حالة الشحن

وبالتالي سوف يفلت الريليه قبضته وسيطرته على الشرائح الزرقاء والخضراء ويعيد وصل الحمراء بالزرقاء ويعود الشحن مرة أخرى وهكذا كلما نقص حد الشحن أعشار من الفولت نصل إلى حالة التناوب وهذا سوف يؤدي إلى تذبذب شرائح الريليه هنا وهناك وربما بسرعة.

ولذلك فإن المقاومة R4 المتصلة بقاعدة الترانزستور والتي تغذيها عبر المجزيء تكفي الترانزستور ليبقى عاملا ودافعا للريليه ليبقى مشتغلا ومحكما إمساكه بالريليه حتى نأتي ونفك الخصومة ونخرج البطارية من الشاحن... .


نعم!! أين القيم الخاصة بالمقاومات والجهود....!!

سوف أعمل جدولا بها يناسب عدد البطاريات المراد شحنها وجهد الشحن المتوفر لديك وتيار الشحن المثالي.....

يتبع بإذن الله!

اللة ينور عليك يابشمهندس ولكن ناقص القيم على الدائرة
وسوال اخر هل يمكن استخدام هذه الدائرة لشحن بطارية نيكل كاميوم
وشكرا مرة اخرى

أشكرك أخي على هذه الدارة والشرح الجميل
ولكن هل من الممكن أن تعطينا دارة لشحن بطارية السيارة 12 فولت والفصل اوتوماتيك

مع كل الشكر ثانية