مع تزايد الاعتماد على المركبات الكهربائية (EVs) كمصدر أساسي للنقل المستدام، تتزايد الحاجة إلى تقنيات شحن متقدمة وسريعة تحافظ على كفاءة البطارية وتعزز من عمرها الافتراضي. إحدى هذه التقنيات التي ظهرت هي تقنية الشحن النبضي (Pulse Charging)، وهي طريقة تعتمد على إرسال نبضات شحن قصيرة متقطعة بدلاً من التيار المستمر الثابت. تسعى هذه التقنية إلى تحقيق توازن بين الشحن السريع والحفاظ على صحة البطارية على المدى الطويل.
مفهوم وآلية عمل تقنية الشحن النبضي
تعتمد تقنية الشحن النبضي على إرسال نبضات كهربائية قوية إلىالبطارية لفترات قصيرة، يتبعها فترات راحة، بدلاً من تدفق تيار مستمر كما هو الحال في طرق الشحن التقليدية. تتراوح مدة النبضات وفترات الراحة بين ميلي ثوانٍ وعدة ثوانٍ، وتستهدف هذه الفترات السماح للبطارية بامتصاص الشحنة وتوزيعها بشكل أفضل داخل خلايا البطارية، مما يؤديإلى تقليل الضغط الحراري عليها ومنع تراكم أيونات الليثيوم في حالة البطاريات الليثيومية.
تعتمد آلية الشحن النبضي على إرسال تيار شحن عالي لفترة قصيرة تليها فترة راحة. خلال فترة الراحة، تتاح الفرصة للبطارية لتوزيع الشحنة بشكل متساوٍ وتقليل التأثيرات الحرارية الضارة. هذه الآلية تحقق عدة فوائد رئيسية:
1.تقليل التوليد الحراري: تساعد فترات الراحة على تقليل كميةالحرارة المتولدة أثناء الشحن، مما يقلل من احتمالية حدوث ارتفاع في درجةحرارة البطارية، الذي يعد أحد العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى تقليل عمرالبطارية.
2.تحسين كفاءة الشحن: بفضل النبضات العالية، يمكن شحنالبطارية بسرعة أكبر في المراحل الأولى من الشحن، مما يقلل من الوقتاللازم لملء البطارية.
3.إطالة عمر البطارية: من خلال تقليل الحرارة ومنع تراكمالأيونات، يمكن للتقنية أن تساهم في الحفاظ على الأداء المثالي للبطاريةلفترة أطول، وتقليل تدهور مكوناتها بمرور الوقت.
العوامل المؤثرة في مدة النبض وفترات الراحة
تعتمد مدة النبض وفترات الراحة على عدة عوامل، منها:
•نوع البطارية: تختلف البطاريات من حيث تركيبها الكيميائي،مما يؤثر على الطريقة المثلى لشحنها. على سبيل المثال، البطاريات القائمة على الليثيوم أيون تتطلب نهجًا مختلفًا عن بطاريات الرصاص الحمضي.
•درجة حرارة البطارية: تؤثر درجة حرارة البطارية بشكل كبيرعلى كفاءة الشحن. في درجات الحرارة المرتفعة، يجب زيادة فترات الراحةلتجنب تراكم الحرارة.
•حالة شحن البطارية: عندما تكون البطارية مشحونة بشكلجزئي، قد تتطلب فترات الراحة أن تكون أطول لتفادي الشحن الزائد.
المواصفات والمعايير
لا توجد معايير دولية ثابتة تحدد مدة النبض وفترات الراحة لتقنية الشحنالنبضي، حيث تعتمد هذه المعايير على تصميم الشركة المصنعة للبطارية ونظام الشحن. ومع ذلك، تعمل بعض الشركات وفقًا لإرشادات مثل IEC 61851، التي تحدد متطلبات السلامة لأنظمة شحن المركبات الكهربائية،لضمان سلامة وفعالية الشحن.
الفوائد الرئيسية لتقنية الشحن النبضي
1.شحن أسرع: بفضل التيار العالي المستخدم في النبضات، يمكنتحقيق شحن أسرع دون التسبب في ارتفاع كبير في درجة الحرارة.
2. تحسين توزيع الشحنة: تساعد النبضات القصيرة وفترات الراحة في تحسين توزيع الشحنة داخل خلايا البطارية، مما يقلل من التفاوت فيالشحن بين الخلايا.
3. حماية البطارية: تقليل الحرارة وتحسين توزيع الشحنة يقلل منالتآكل الداخلي للخلايا، مما يحسن من عمر البطارية على المدى الطويل، هنا الية بروتوكولات بطارية الليثيوم-أيون للشحن السريع شكل 1.
شكل 1 : بروتوكولات الشحن السريع لبطاريات الليثيوم أيون.
ختاماً …
تعتبر تقنية الشحن النبضي حلاً مبتكراً لمواجهة التحديات المرتبطة بشحن المركبات الكهربائية. من خلال تحسين كفاءة الشحن وتقليل التوليد الحراري،تسهم هذه التقنية في تحقيق شحن أسرع وأكثر أمانًا مع الحفاظ على صحة البطارية لفترة أطول. ومع تطور التقنيات وإجراء المزيد من الأبحاث، من المحتمل أن تصبح تقنية الشحن النبضي معيارًا أساسيًا في صناعة شحن المركبات الكهربائية.
المراجع
1.Jones, P. et al., “Pulse Charging of Lithium-Ion Batteries for Electric Vehicles: A Comprehensive Review”, Journal of Power Sources, vol. 480, pp. 228-236, 2021.
2.Wang, Y. and Chen, Z., “Impact of Pulse Charging on Battery Performance in Electric Vehicles”, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 36, no. 4, pp. 2879-2887, 2020.
3.International Electrotechnical Commission (IEC), “IEC 61851-1: Electric Vehicle Conductive Charging System – Part 1: General Requirements”, 2017.A Review of Various Fast Charging Power and Thermal Protocols for Electric Vehicles Represented by Lithium-Ion Battery Systems, https://www.mdpi.com/1528868
4. MDPI, “A Review of Various Fast Charging Power and Thermal Protocols for Electric Vehicles Represented by Lithium-Ion Battery Systems”,Peter Makeen,
,Hani A. Ghali and Saim Memon,March 2022.
