أولاً، علينا أن نفهم أن هناك حاليًا ثلاثة أنواع رئيسية من بطاريات الرافعات الشوكية في السوق: الأول هو بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية -الرصاصية؛ والثاني هوبطاريات رافعة شوكية فوسفات الحديد الليثيوم; والثالث هو بطاريات الليثيوم الشوكية الثلاثية.
إذًا، ما هي هذه الأنواع الثلاثة من البطاريات المصنوعة؟ لنبدأ بنظرة عامة مختصرة:
بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية -الرصاصية:وهي تتكون بشكل أساسي من صفائح الرصاص وإلكتروليت حمض الكبريتيك، وتقوم بتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية من خلال تفاعل كيميائي بين الرصاص وثاني أكسيد الرصاص.
*بطاريات الرافعة الشوكية LiFePO4:هذا هو الاتجاه الأساسي حاليًا لـترقيات بطارية رافعة شوكيةوتمثل نوعًا من بطاريات الليثيوم-أيون التي توفر عمر خدمة أطول ومزيدًا من الأمان. وتتكون من خلايا بطارية ليثيوم فوسفات الحديد، ونظام إدارة البطارية، وحاوية البطارية، ونظام التوصيل الكهربائي، ومكونات الحماية، ونظام الإدارة الحرارية، وواجهات الاتصال.
بطاريات الرافعة الشوكية الليثيوم الثلاثية:يعد هذا أيضًا أحد أنواع بطاريات الليثيوم-أيون، ولكنه أصغر حجمًا ومناسب لمعدات مناولة المواد-ذات المساحة المحدودة لحجرة البطارية التي تتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة. تشتمل مكوناته الرئيسية على خلايا بطارية الليثيوم الثلاثية، ونظام إدارة البطارية، وحاوية البطارية، ونظام التوصيل الكهربائي، ومكونات الحماية، ونظام الإدارة الحرارية، ونظام الاتصالات-المشابه لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم.
سنذهب إلى مزيد من التفاصيل حول التفاصيل أدناه.
ما هي بطاريات الرافعة الشوكية فوسفات الحديد الليثيوم المصنوعة من؟
وباعتبارها أحدث الاتجاهات-في صناعة بطاريات الرافعات الشوكية، فإن مكوناتها تتشابه مع مكونات بطاريات الرصاص-الحمضية، إلا أنها تتميز أيضًا باختلافات واضحة. يكمن الاختلاف الرئيسي في نظام إدارة البطارية -وهو مكون ذكي غير موجود في بطاريات الرصاص-الحمضية، وهو جوهر تحول بطارية الرافعة الشوكية نحو التكنولوجيا الذكية.
تتكون بطاريات الرافعة الشوكية بشكل أساسي من نظام إدارة المباني والوحدات (الخلايا) ومكونات التحكم الكهربائية وموصلات الشحن/التفريغ والإسكان. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل من هذه المكونات.
1. وحدة خلية البطارية
تتكون هذه الوحدة من مكونات مثل خلايا البطارية والموصلات والألواح الطرفية والأغطية العازلة وشرائط الفولاذ. وسنقوم الآن بوصف كل من هذه المكونات على حدة.
خلية البطارية
مادة الكاثود في أبطارية رافعة شوكية فوسفات الحديد الليثيومهو فوسفات حديد الليثيوم، وهو متين وآمن. يتكون الأنود من الجرافيت. أثناء الشحن، يتم إطلاق أيونات الليثيوم من الكاثود ويتم دمجها في أنود الجرافيت؛ أثناء التفريغ، تعود أيونات الليثيوم إلى الكاثود. ومن خلال هذه العملية العكسية تقوم بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية.
خلية البطارية المنحل بالكهرباء
تحتوي بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أيضًا على إلكتروليت، ولكنه سائل غير قابل للتآكل. يتكون الإلكتروليت الموجود في بطاريات أيون الليثيوم- من مذيب عضوي وأملاح الليثيوم، والتي تستخدم لنقل أيونات الليثيوم، مما يسمح لها بالتحرك بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة.
وعلى عكس إلكتروليت حمض الكبريتيك الموجود في بطاريات الرصاص-الحمضية، فإنه لا يحتاج إلى تجديده بانتظام؛ ولذلك، فإن بطاريات الليثيوم-أيون الرافعة الشوكية لا تتطلب عمليات تعبئة يومية للمياه-، وتركز الصيانة على جوانب أخرى.
مواصفات خلايا بطارية الرافعة الشوكية فوسفات الحديد الليثيوم
| المعلمة | المواصفات النموذجية |
|---|---|
| كيمياء البطارية | فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO₄ / LFP) |
| نوع الخلية | خلية حالة من الألومنيوم المنشورية |
| الجهد الاسمي | 3.2V |
| نطاق السعة | 100 أمبير - 314 أمبير (مشترك لتطبيقات الرافعة الشوكية) |
| نطاق جهد التشغيل | 2.5V – 3.65V |
| كثافة الطاقة | 140-170 واط/كجم |
| دورة الحياة | أكبر من أو يساوي 3000-6000 دورة (80% DOD) |
| تيار التفريغ المستمر | 1C (حسب طراز الخلية) |
| ذروة التفريغ الحالي | 2C – 3C (مدة قصيرة) |
| طريقة الشحن | CC/CV (التيار المستمر / الجهد المستمر) |
| درجة حرارة الشحن القياسية | 0 درجة إلى 55 درجة |
| درجة حرارة التفريغ | -20 درجة إلى 60 درجة |
| درجة حرارة التخزين | -20 درجة إلى 45 درجة |
| المقاومة الداخلية | أقل من أو يساوي 0.3–0.5 متر مكعب (حسب السعة) |
| ميزات السلامة | الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والتفريغ الزائد، والحماية من درجة الحرارة الزائدة |
| شهادة | UN38.3، IEC 62619، UL 1973 (حسب المورد) |
خلايا LFP الشائعة المستخدمة في بطاريات الرافعات الشوكية
| سعة الخلية | الجهد الاسمي | طلب |
|---|---|---|
| 100 أمبير/105 أمبير | 3.2V | الرافعات الشوكية الكهربائية الصغيرة، شاحنات البليت، المعبئ |
| 200 أمبير | 3.2V | بطاريات رافعة شوكية 24 فولت/36 فولت/48 فولت |
| 230 أمبير | 3.2V | الرافعات الشوكية ومعدات المستودعات-المتوسطة |
| 280 أمبير | 3.2V | بطاريات الرافعة الشوكية السائدة 48 فولت/72 فولت/80 فولت |
| 314 آه | 3.2V | الرافعات الشوكية-الثقيلة وعمليات التحول- المتعددة |
فاصل
تستخدم بطاريات الرصاص-الحمضية الفواصل، بينما تستخدم بطاريات الليثيوم-أيون الفواصل. يقع هذا الغشاء البلاستيكي الصغير المسام، المصنوع من البولي إيثيلين (PE) أو البولي بروبيلين (PP)، بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. كما أنه يمنع الدوائر القصيرة الناجمة عن الاتصال بين الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية.
لوحة التوصيل (قطعة التوصيل)
يتم استخدام الموصلات الموجودة في بطاريات الليثيوم-أيون الليثيوم لتوصيل خلايا متعددة، مما يشكل مجموعة كاملة من بطاريات الليثيوم-أيون. نظرًا لأن الجهد المقنن لخلية فوسفات حديد الليثيوم الواحدة هو 3.2 فولت فقط، بينما تتطلب الرافعات الشوكية جهدًا أعلى مثل 24 فولت، أو 36 فولت، أو 48 فولت، أو 72 فولت، أو 80 فولت، فيجب توصيل خلايا متعددة على التوالي أو بالتوازي باستخدام هذه الموصلات.
عادةً ما تكون شرائط التوصيل مصنوعة من النحاس النقي أو-النحاس المطلي بالنيكل أو الألومنيوم أو الألومنيوم-المواد المركبة من النحاس. ومن بين هذه المواد، يعد النحاس المادة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع بسبب موصليته الكهربائية الممتازة، مما يساعد على تقليل فقدان الطاقة أثناء نقل التيار.
على سبيل المثال، تتكون بطارية أيون الليثيوم - للرافعة الشوكية 48 فولت من خلايا فوسفات حديد الليثيوم 16 3.2V متصلة على التوالي. يجب توصيل الأطراف الموجبة والسالبة للخلايا بشكل تسلسلي عبر قضبان الناقل لتحقيق جهد إجمالي قدره 51.2 فولت.
أثناء التصنيع، يمكن استخدام طرق مثل اللحام بالليزر، أو اللحام بالموجات فوق الصوتية، أو التثبيت بمسامير لتوصيل قضبان الناقل بأطراف الخلية. بعد اللحام، لا تقوم الموصلات بنقل التيار فحسب، بل يجب أيضًا أن تتحمل ارتفاعات التيار العالية أثناء تشغيل الرافعة الشوكية.
عندما تعمل الرافعة الشوكية، أو تسرع، أو ترفع البضائع، توفر البطارية على الفور تيارًا كبيرًا، لذلك يجب أن تمتلك الموصلات موصلية كهربائية كافية.
بالإضافة إلى ذلك، تقوم الموصلات بتأمين كل خلية، مما يمنع ضعف الاتصال الناتج عن ارتخاء الخلية بسبب الاهتزاز.
اللوحة الطرفية (لوحة النهاية)
تُستخدم الألواح الطرفية الموجودة في بطاريات الليثيوم-أيون الليثيوم في الرافعة الشوكية بشكل أساسي لتأمين خلايا البطارية المرتبة داخليًا وحمايتها، بالإضافة إلى تحمل الضغط الناتج عند تمدد الخلايا.
كما هو موضح في الشكل، توجد الألواح الطرفية على جانبي حزمة الخلايا، وتشكل، جنبًا إلى جنب مع الألواح الجانبية والأشرطة الفولاذية، هيكل الاحتفاظ بالخلية.
ببساطة، توجد اللوحات الطرفية على الطبقة الخارجية لحزمة الخلايا وتعمل على تقييد ودعم مجموعة الخلايا بأكملها. ربما لم تكن على دراية بهذا المفهوم حتى الآن، لذا دعنا نشرحه باستخدام مثال حقيقي-.
أثناء تشغيل بطارية أيون الليثيوم- للرافعة الشوكية، تخضع الخلايا لتغيرات طفيفة في الحجم أثناء دورات الشحن-والتفريغ. على وجه الخصوص، تولد خلايا LFP المربعة قدرًا معينًا من قوة التوسع بعد دورات متعددة.
وبدون لوحات نهاية لتثبيتها، يمكن أن تصبح الخلايا فضفاضة. تعمل الألواح الطرفية على حماية الخلايا وتوفير العزل الكهربائي، مما يقلل من التأثير والاهتزاز الذي تتعرض له الرافعة الشوكية أثناء التشغيل.
يتم تصنيع الألواح النهائية من مواد -عالية القوة وخفيفة الوزن مثل سبائك الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو مواد مركبة عالية القوة-.
لوحة الغلاف المعزولة (غطاء الكمبيوتر الشخصي)
يقع الغطاء العازل أعلى خلية البطارية ويعمل كمكون وقائي عازل يغطي أطراف الخلية، وعلامات تبويب التوصيل، ومناطق التوصيل ذات الجهد العالي. إنه يعزل الأجزاء الحية لمنع حدوث صدمة كهربائية للأفراد أو دوائر قصيرة ناجمة عن ملامسة الأجسام المعدنية الغريبة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يوفر حماية معززة لخلايا البطارية التي تم توصيلها على التوالي وموازي.
علاوة على ذلك، في بيئات التخزين البارد، لوحة الغطاء العازلة تمنع بشكل فعال تسرب الرطوبة. عادة ما تكون ألواح الغطاء العازلة مصنوعة من مواد ذات خصائص عزل جيدة، مثل PC (البولي كربونات)، PP (البولي بروبيلين)، PVC، أو ألواح الإيبوكسي.
قطاع الصلب
الأشرطة الفولاذية عبارة عن مثبتات ميكانيكية تستخدم لتأمين وحدات خلايا البطارية. يتم تثبيتها حول محيط حزمة الخلايا وربط خلايا متعددة ببعضها البعض بقوة عن طريق الشد.
كما هو موضح في الشكل، توجد الأشرطة الفولاذية على الجانب الخارجي لوحدة خلية البطارية، وتحيط بحزمة الخلايا بأكملها، وتشكل، جنبًا إلى جنب مع الألواح الطرفية والألواح الجانبية، الهيكل الذي يؤمن الخلايا.
تتوفر أنواع مختلفة من الأشرطة الفولاذية، بما في ذلك-الأشرطة الفولاذية المدلفنة على البارد، والأشرطة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، والأشرطة الفولاذية الكربونية المقاومة للتآكل-. تتم معالجة هذه الأشرطة عادة لمنع الصدأ، لذلك لا داعي للقلق بشأن الصدأ.
2. مكونات مختلفة
بالإضافة إلى وحدة البطارية نفسها، يمكن اعتبار بطارية الرافعة الشوكية نظامًا يتكون من عدة مكونات صغيرة أخرى. لا تقلل من شأن هذه المكونات الصغيرة-فإنها ضرورية للتشغيل الآمن للبطارية.
الموصلات (موصل البطارية)
يرجى ملاحظة أن هذه ليست وحدة تحكم بالبطارية، ولكنها موصل. يعمل الموصل كواجهة لنقل الطاقة واتصال الإشارة بين بطارية الليثيوم-أيون الليثيوم للرافعة الشوكية ونظامها الكهربائي-أي موصل البطارية-الذي يعمل كواجهة يتم من خلالها إخراج البطارية للطاقة الكهربائية.
من خلال هذا الموصل، يمكن نقل الطاقة الكهربائية المخزنة داخل البطارية بأمان وبسرعة إلى محرك تشغيل الرافعة الشوكية وجهاز التحكم والأجهزة الكهربائية الأخرى، بينما يتم أيضًا توصيل الشاحن بالبطارية.
كما هو موضح في الصورة، يتكون هذا الموصل من طرف موجب، وطرف سالب، وغطاء معزول، وآلية قفل ميكانيكية.
داخل بطارية أيون الليثيوم- الخاصة بالرافعة الشوكية، يتم تجميع الطاقة الكهربائية المولدة من خلايا البطارية عبر قضبان التوصيل وأحزمة الأسلاك وتوجيهها إلى الموصل، الذي يتصل بعد ذلك بدائرة الطاقة الرئيسية للرافعة الشوكية.
نظرًا لأن الرافعات الشوكية تتطلب-نقل طاقة بتيار عالي، فيجب أن يتمتع الموصل بقدرة حمل كافية للتيار-لتحمل مخرجات تتراوح من عشرات إلى مئات الأمبيرات، وبالتالي منع الإرهاق الفوري.
بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم الموصل بميزة مضمونة تمنع عكس الأطراف الموجبة والسالبة، وبالتالي تجنب تلف البطارية أو نظام التحكم في السيارة الناتج عن الاتصال غير الصحيح.
علاوة على ذلك، فإن بعض موصلات بطاريات أيون الليثيوم- للرافعات الشوكية الصناعية تكون مزودة بمزالج ميكانيكية لمنع تفكك القابس بسبب الاهتزازات أثناء تشغيل السيارة.
في بعض أنظمة بطاريات أيون الليثيوم-الذكية للرافعات الشوكية، قد يتم أيضًا دمج واجهات الإشارة-مثل اتصالات CAN، أو اتصالات RS485، أو خطوط استشعار درجة الحرارة-في الموصل.
ومن خلال خطوط الاتصال هذه، يتم توصيل البطاريةنظام إدارة المبانييمكن تبادل البيانات مع وحدة التحكم في الرافعة الشوكية، وتوفير التغذية الراجعة حول جهد البطارية، والتيار، وحالة الشحن (SOC)، وظروف الخطأ، وبالتالي تمكين الرافعة الشوكية من إدارة البطارية بذكاء بناءً على حالتها.
إن مقابس Anderson ومقابس REMA وموصلات Molex الصناعية التي نشير إليها عادةً هي هذه المكونات الصغيرة بالضبط.
فتيل
المصهر هو جهاز حماية من التيار الزائد مثبت في الدائرة الرئيسية للبطارية. وتتمثل وظيفتها الأساسية في قطع الدائرة تلقائيًا عندما يتدفق تيار مرتفع بشكل غير طبيعي عبر البطارية، وبالتالي حماية البطارية ومنع حوادث السلامة.
كما هو موضح في الصورة، يتم عادةً تثبيت هذا النوع من المنصهرات على سلك الإخراج الموجب لبطارية الليثيوم-أيون الليثيوم في الرافعة الشوكية، لتوصيل وحدة الخلية بالموصل الخارجي.
أثناء التشغيل العادي للبطارية، يتدفق التيار عبر المصهر إلى وحدة التحكم والمحرك في الرافعة الشوكية. ومع ذلك، في حالة حدوث حالة غير طبيعية-مثل دائرة قصر داخلية للبطارية-سوف يسخن عنصر المصهر الموجود داخل المصهر ويذوب بسرعة بسبب تجاوز التيار لقيمته المقدرة، وبالتالي كسر الدائرة ومنع التيارات الخطيرة من الاستمرار في التدفق.
عادةً ما تكون الصمامات المستخدمة في بطاريات الرافعة الشوكية ذات جهد -عالي، وصمامات تيار مستمر-عالية. على سبيل المثال، تشير العلامة "400A 150VDC" الموضحة في الصورة إلى أن هذا المصهر لديه تيار تشغيل مقدر يبلغ 400 أمبير وهو مناسب للاستخدام في أنظمة التيار المستمر بجهد أقصى يبلغ 150 فولت.
بالنسبة لبطاريات أيون الليثيوم - للرافعة الشوكية 48 فولت، أو 72 فولت، أو 80 فولت، يجب تحديد تيار المصهر المقدر بناءً على سعة البطارية، وطاقة المحرك، والحد الأقصى لتيار التفريغ.
لا تحمي الصمامات البطارية نفسها فحسب، بل تحمي أيضًا النظام الكهربائي بالكامل للرافعة الشوكية. في حالة حدوث ماس كهربائي شديد، على الرغم من أن نظام إدارة المباني يمكنه إيقاف تشغيل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) أو إرسال إشارة إنذار عن طريق الكشف عن تيارات غير طبيعية، إلا أن الحماية الإلكترونية قد لا تزال تحمل مخاطر تتعلق بوقت الاستجابة أو فشل المكونات. باعتباره آلية حماية تعتمد على الأجهزة-بحتة، يعمل المصهر كخط دفاع نهائي في المواقف القصوى؛ حتى لو فشل نظام إدارة المباني، فلا يزال بإمكانه تخفيف المخاطر عن طريق فصل الدائرة فعليًا.
تحويلة (مقاوم التحويل الحالي)
التحويلة عبارة عن مكون -عالي الدقة لاستشعار التيار يتم تركيبه في الدائرة الرئيسية لبطارية الرافعة الشوكية. وتتمثل وظيفتها الأساسية في قياس التيار أثناء عمليات شحن وتفريغ البطارية ونقل البيانات المكتشفة إلى نظام إدارة البطارية لتمكين الحساب الدقيق لمستوى شحن البطارية وضمان الإدارة الآمنة.
كما هو موضح في الصورة، تتكون التحويلة بشكل أساسي من محطتي توصيل تيار عالي-ومقاوم معدني منخفض المقاومة- يقع في المنتصف؛ يتم تثبيته عادةً في الدائرة السلبية للبطارية. يتدفق كل الإخراج الحالي للبطارية عبر التحويلة. عندما يمر التيار عبر التحويلة، يتم إنشاء فرق جهد صغير يتناسب مع حجم التيار بسبب مقاومته الداخلية الثابتة؛ يشار إلى هذا عادةً باسم "إشارة الميليفولت".
من خلال الكشف عن هذا التغيير في الجهد، يمكن لنظام إدارة البطارية حساب التيار المتدفق حاليًا عبر البطارية. تعتبر مقاومات التحويل ذات أهمية خاصة بالنسبة لبطاريات أيون الليثيوم- للرافعة الشوكية لأن التيار يختلف بشكل كبير أثناء تشغيل الرافعة الشوكية. في كل مرة يتم فيها تشغيل الرافعة الشوكية، أو تسريعها، أو رفعها، يتم سحب كمية كبيرة من التيار.
بالإضافة إلى ذلك، يؤدي توصيل الشاحن إلى توليد تيار شحن كبير. بدون الكشف الدقيق عن التيار، لا يستطيع نظام إدارة المباني (BMS) تحديد حالة الاستخدام الحالية للبطارية بدقة، ولا يمكنه حساب حالة الاستخدام الحالية للبطاريةحالة الشحنأو الحالة الصحية أو عدد الدورات.
تتمثل إحدى الوظائف الأساسية للتحويلة في مساعدة نظام إدارة المباني في إدارة الطاقة بشكل دقيق، حيث أن بطاريات الليثيوم-أيون-بخلاف بطاريات الرصاص-الحمضية-لا يمكن تحديد سعتها المتبقية ببساطة عن طريق الجهد الكهربي.
وينطبق هذا بشكل خاص على التطبيقات- ذات السعة العالية والطاقة- العالية مثل الرافعات الشوكية، حيث لا تعكس تغيرات الجهد الكهربي الشحنة المتبقية للبطارية بشكل كامل. ولذلك، يستخدم نظام إدارة المباني عادة "عد الكولوم"، باستخدام تحويلة لتسجيل التيارات الواردة والصادرة في الوقت الحقيقي وتجميع طاقة الشحن والتفريغ، وبالتالي توفير مؤشر أكثر دقة للسعة المتبقية للبطارية.
على سبيل المثال، غالبًا ما يتم حساب مستويات الشحن 80% و50% و20% المعروضة على لوحة أجهزة الرافعة الشوكية بناءً على البيانات المجمعة بواسطة التحويلة.
وبالإضافة إلى ذلك، تلعب مقاومات التحويل دورًا فيوظائف حماية سلامة البطارية.
يستخدم BMS مقاومات التحويل لمراقبة التيار في الوقت الحقيقي. إذا تجاوز تيار التفريغ عتبة محددة مسبقًا (على سبيل المثال، نتيجة لارتفاع التيار-العالي الناتج عن توقف محرك الرافعة الشوكية، أو دائرة كهربائية قصيرة، أو حمل غير طبيعي)، فسيقوم نظام إدارة المباني (BMS) على الفور بتشغيل حماية التيار الزائد، أو إيقاف تشغيل الموصل أو الحد من الإخراج لمنع تلف الخلايا. أثناء عملية الشحن، إذا أصبح تيار الشحن غير طبيعي، فإن التحويلة توفر أيضًا وظائف المراقبة والحماية.
عادةً ما يتم اختيار التحويلات المستخدمة في بطاريات أيون الليثيوم- للرافعة الشوكية بناءً على الحد الأقصى لتيار التشغيل للبطارية، مع تصنيفات تشمل 100 أمبير، و200 أمبير، و300 أمبير، و400 أمبير، و500 أمبير، وحتى أعلى.
التحويلة الموضحة في الشكل هي تحويلة تيار عالية-تُستخدم بشكل شائع في البطاريات الصناعية. إنها مناسبة لأنظمة بطاريات الرافعة الشوكية ذات الفولتية المختلفة، مثل 48V، 72V، و80V. لا يتمتع بقدرات تخزين الطاقة ولا يشارك في تحويل الطاقة؛ بل يعمل كمستشعر تيار عالي الدقة-.
التتابع (قواطع)
المرحل عبارة عن جهاز تحويل يتم التحكم فيه كهربائيًا ومثبت في الدائرة الرئيسية للبطارية. وظيفتها الأساسية هي التحكم في تدفق التيار العالي بين البطارية وحمولة الرافعة الشوكية تحت سيطرة نظام إدارة البطارية.
ويمكن اعتباره مفتاح طاقة ذكيًا في بطارية أيون الليثيوم- الخاصة بالرافعة الشوكية، وهو مسؤول عن التحكم في وقت إمداد البطارية بالطاقة للرافعة الشوكية ومتى يتم قطع الخرج.
كما هو موضح في الصورة، يتم عادةً تثبيت هذا النوع من الموصلات داخل صندوق البطارية وتوصيله بالدائرة الرئيسية الإيجابية أو السلبية لوحدات خلايا البطارية. يوجد داخل الموصل ملف كهرومغناطيسي واتصالات تيار عالي-. عندما يكتشف نظام إدارة البطارية أن البطارية في حالة طبيعية، فإنه يرسل إشارة تحكم إلى ملف الموصل، مما يؤدي إلى إغلاق نقاط الاتصال الداخلية والسماح للتيار بالتدفق من البطارية إلى وحدة التحكم في الرافعة الشوكية.
ومع ذلك، بمجرد اكتشاف حالة شاذة (مثل التيار الزائد، أو قصر الدائرة، أو ارتفاع درجة الحرارة، أو إشارة الاصطدام، أو عطل في البطارية)، يقوم نظام إدارة المباني بقطع إشارة التحكم، مما يتسبب في فتح جهات اتصال الموصل وبالتالي قطع خرج البطارية لحماية النظام بأكمله.
إذًا، لماذا تتطلب بطاريات الليثيوم-أيون الليثيوم للرافعة الشوكية موصلًا بدلاً من توصيل الإخراج مباشرة بخلايا البطارية؟ وذلك لأنه في بعض الأحيان، حتى بعد إيقاف تشغيل الرافعة الشوكية، قد يظل التيار المتبقي في الدائرة ويجب التخلص منه تمامًا.
بالإضافة إلى ذلك، يعمل الموصل أيضًا على منع تدفق التيار.
تحتوي جميع الأجهزة الإلكترونية مثل وحدات التحكم في الرافعة الشوكية ووحدات التحكم في المحركات على مكثف. عندما يتم توصيل البطارية لأول مرة، يتم إنشاء تيار تدفق كبير؛ إذا تم توصيله مباشرة، فقد يؤدي ذلك إلى تلف المكونات الإلكترونية.
لذلك، تم تصميم العديد من أنظمة بطاريات أيون الليثيوم- للرافعة الشوكية بدائرة شحن مسبقة- تعمل على شحن النظام ببطء عبر مرحل الشحن - المسبق ومقاوم الشحن - المسبق. بمجرد استقرار الجهد، يتم إغلاق الموصل الرئيسي للسماح للتيار العالي بالتدفق بشكل صحيح، وبالتالي حماية وحدة التحكم والبطارية.
إن الموصلات المستخدمة في بطاريات الليثيوم-أيون الليثيوم هي عبارة عن موصلات تيار مستمر ذات جهد كهربائي عالي-. تحتاج إلى تحديد قواطع بناءً على جهد النظام والحد الأقصى لتيار التشغيل. مشترك 48 فولت، 72 فولت، وبطاريات رافعة شوكية 80 فولتاستخدم موصلات بتيارات مصنفة تبلغ 100 أمبير، أو 200 أمبير، أو 300 أمبير، أو 400 أمبير، أو حتى أعلى، بينما تستخدم بطاريات الليثيوم - الأيونية الأكثر تقدمًا موصلات مع جهات اتصال مساعدة، أو فصل - مزدوج القطب، أو آليات إخماد القوس- لتعزيز السلامة بشكل كبير.
محول تيار مستمر/تيار مستمر
محول DC/DC هو وحدة إمداد طاقة تستخدم لتحويل جهد التيار المستمر. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تحويل خرج التيار المستمر ذو الجهد العالي- من بطارية أيون الليثيوم- إلى الجهد المطلوب بواسطة الأنظمة الكهربائية ذات الجهد المنخفض - الأخرى للرافعة الشوكية، وبالتالي توفير مصدر طاقة ثابت لأنظمة التحكم والأدوات والأضواء وشاشات العرض وأجهزة الاستشعار ووحدات الاتصالات والمعدات الأخرى في السيارة.
على الرغم من أن الرافعات الشوكية تستخدم بطاريات 24 فولت، أو 36 فولت، أو 48 فولت، أو 72 فولت، أو 80 فولت، إلا أن بعض المعدات الكهربائية الموجودة في الرافعات الشوكية غير مصممة للعمل بمثل هذه الفولتية العالية.
لا تزال المعدات مثل دوائر التحكم والأدوات والمصابيح الأمامية وأجهزة الإنذار ووحدات GPS في الرافعة الشوكية تعمل بجهد 12 فولت أو 24 فولت. قد يؤدي توصيل بطارية 48 فولت أو 80 فولت بهذه الأجهزة ذات الجهد المنخفض-مباشرة إلى حدوث تلف؛ لذلك، يلزم وجود محول DC/DC لخفض الجهد العالي للبطارية إلى مستوى مناسب لهذه الأجهزة.
كما هو موضح في الصورة، هذا النوع من محولات DC/DC مجهز عادةً بمشتت حراري كبير. وذلك لأنه أثناء عملية تحويل الجهد، تقوم المكونات الإلكترونية الداخلية (مثل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة، والمحاثات، والمكثفات) بتوليد الحرارة، ويساعد المشتت الحراري على تبديد هذه الحرارة بسرعة.
في أمجموعة بطارية أيون الليثيوم-للرافعة الشوكية، يتم توصيل محول DC/DC بطرف الإخراج الرئيسي للبطارية، ويتم التحكم في توصيل الطاقة عبر موصل. بعد أن يؤكد BMS أن البطارية في حالة طبيعية، يتم إغلاق الموصل. يتم توفير أحد فروع الطاقة الكهربائية للبطارية مباشرة إلى نظام تشغيل الرافعة الشوكية، بينما يتم تحويل فرع آخر بواسطة محول DC/DC إلى طاقة جهد منخفض- لتزويد الدوائر المساعدة للرافعة الشوكية.
بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بطاريات الرافعة الشوكية الذكية -أيون الليثيوم، مثل تلك الموجودة في CoPow، محول DC/DC لتوفير مصدر طاقة مستمر ومستقر لأجهزة مثل نظام إدارة المباني (BMS) ووحدات العرض والاتصالات عن بعد.
تتضمن المواصفات العامة لمحولات التيار المستمر/التيار المستمر في مجموعات بطاريات الليثيوم-الأيونية للرافعة الشوكية 48 فولت إلى 12 فولت، ومن 72 فولت إلى 24 فولت، ومن 80 فولت إلى 12 فولت. اعتمادًا على المتطلبات المحددة للمركبة، تتراوح طاقة الخرج عمومًا من عشرات الواط إلى مئات الواط.
موصلات الجهد المنخفض-
يتم استخدام موصلات الجهد المنخفض- بشكل أساسي لتوصيل دوائر التحكم في الجهد المنخفض- الموجودة داخل البطارية بأجهزة خارجية، مما يتيح نقل الإشارات واتصالات التحكم واتصالات الطاقة الإضافية.
وهي تختلف عن الموصل الرئيسي للبطارية المذكور سابقًا: بينما يتم استخدام الموصل الرئيسي بشكل أساسي لنقل -تيارات طاقة عالية تتراوح من عشرات إلى مئات الأمبيرات، فإن الموصلات ذات الجهد المنخفض- تستخدم بشكل أساسي لنقل إشارات التحكم وبيانات الاتصال ذات التيار المنخفض-.
في نظام بطارية أيون الليثيوم- للرافعة الشوكية، بالإضافة إلى دوائر الطاقة ذات الجهد العالي- التي تنتجها خلايا البطارية، هناك العديد من الدوائر الأخرى التي تتطلب التحكم والمراقبة، مثل نظام إدارة البطارية، واتصالات CAN، واتصالات RS485، وأجهزة استشعار درجة الحرارة، وشاشة SOC، ووحدات المراقبة عن بعد، وإشارات اتصالات الشحن، وإشارات التحكم في الموصل.
ولا يمكن توصيل هذه الدوائر مباشرة عبر موصل الطاقة الرئيسي؛ ولذلك، تكون الموصلات المخصصة ذات الجهد المنخفض- مطلوبة لتكون بمثابة واجهات للإشارة.
كما هو موضح في الصورة، تتميز هذه الموصلات ذات الجهد المنخفض-بمنافذ متعددة، لكل منها وظيفة مميزة.
يتم استخدام بعض المسامير لتوصيل نظام إدارة البطارية بوحدة التحكم في الرافعة الشوكية لتسهيل تبادل معلومات حالة البطارية؛ ويتم استخدام البعض الآخر للتحكم في مشاركة وفك ارتباط المقاولين؛ وما زال البعض الآخر يستخدم لجمع إشارات الاستشعار مثل درجة الحرارة والجهد، مما يتيح للرافعة الشوكية مراقبة حالة تشغيل البطارية في الوقت الفعلي.
يجب أن تتميز موصلات الجهد الكهربي المنخفض-للرافعة الشوكية-بآليات قفل ميكانيكية قوية وقدرات حماية؛ وإلا، قد تحدث انقطاعات في الإشارة. علاوة على ذلك، تتطلب بطاريات أيون الليثيوم- المستخدمة في مرافق التخزين البارد موصلات ذات تصنيف حماية IP65 أو أعلى.
3. نظام إدارة البطارية
يمثل هذا خطوة كبيرة نحو التطور الذكي لبطاريات الرافعة الشوكية. تعد أنظمة إدارة البطارية المستخدمة في بطاريات أيون الليثيوم- للرافعة الشوكية أكثر تقدمًا بكثير من تلك الموجودة في المجالات الأخرى. فهي لا تقوم فقط بنقل البيانات العملية-مثل جهد البطارية ودرجة الحرارة والشحن المتبقي والحالة الصحية-في الوقت الفعلي، ولكنها تعمل أيضًا على القضاء على المخاطر المحتملة في مهدها. تشتمل وسائل الحماية التي توفرها على: الحماية من الشحن، والحماية من التفريغ الزائد-، والحماية من التيار الزائد، والحماية من درجة الحرارة، وموازنة البطارية النشطة والسلبية.
على وجه الخصوص، تحافظ وظيفة التوازن على الاتساق بين خلايا البطارية من حيث السعة والجهد ومعدل التفريغ، وبالتالي إطالة عمر خدمة البطارية بشكل فعال. بالنسبة لبطاريات الرافعة الشوكية، تسمح وظيفة التسخين المسبق للرافعات الشوكية بالعمل بحريةالتخزين الباردمع منع تلف بطاريات أيون الليثيوم-.
4. حاوية البطارية (الغلاف)
تتكون حاوية البطارية من لوحة علوية، ولوحة أمامية، وألواح جانبية، ولوحة تثبيت كهربائية، من بين مكونات أخرى، وتستخدم لتأمين المكونات الكهربائية المذكورة أعلاه.
يتم استخدام اللوحة العلوية في المقام الأول لإحاطة الجزء العلوي من البطارية، وحماية أطراف الخلايا الداخلية، وقضبان التوصيل، والأسلاك الكهربائية، مع توفير حماية ضد الغبار، والماء، والصدمات-.
يتم استخدام اللوحة الأمامية والألواح الجانبية بشكل أساسي لتشكيل الهيكل العام للحاوية، وتعزيز قوتها، وتركيب المكونات الخارجية مثل شاشات العرض، ومنافذ الشحن، وموصلات الجهد المنخفض-.
تُستخدم لوحة التركيب الكهربائية بشكل أساسي لتأمين المكونات الكهربائية مثل نظام إدارة البطارية، والموصلات، والصمامات، والمحولات، ومحولات التيار المستمر/التيار المباشر، وبالتالي ضمان تخطيط منطقي لدوائر الجهد العالي وخطوط التحكم.
عادة ما تكون حاويات البطارية مصنوعة من ألواح الصلب أو سبائك الألومنيوم. المساكن لبطاريات أيون الليثيوم-الرافعة الشوكية عالية السعةغالبًا ما تكون مصنوعة من ألواح فولاذية ملفوفة على البارد-، أو ألواح فولاذية مجلفنة، أو ألواح فولاذية كربونية-مثل ألواح الفولاذ Q235 شائعة الاستخدام. توفر هذه المواد قوة عالية، ومقاومة ممتازة للصدمات، وتكلفة منخفضة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للرافعات الشوكية المتوسطة الحجم- والكبيرة-.
ومع ذلك، يجد بعض العملاء أن هذه الألواح الفولاذية ثقيلة للغاية، لذلك نحن نقدم أيضًا حاويات مصنوعة من سبائك الألومنيوم، مثل سبائك الألومنيوم 6061 وصفائح الألومنيوم 5052، والتي تكون أخف وزنًا بشكل ملحوظ.
بالطبع، هذا ليس كل شيء. باعتبارها شركة مصنعة محترفة لبطاريات الرافعات الشوكية، فإن CoPow قادرة أيضًا على تطبيق معالجات مقاومة للتآكل- على حاويات البطاريات. نحن بارعون في تقنيات مثل الطلاء بالمسحوق، والطلاء الكهربي، والطلاء بالرش، والجلفنة. يطلب العديد من العملاء إجراء هذه العلاجات متىتخصيص بطاريات الليثيوم-الرافعة الشوكية الأيونية، وخاصة تلك التي تعمل في بيئات ذات درجات حرارة منخفضة-، حيث تكون متطلبات مقاومة التآكل أعلى.
*أخيرًا، بينما نعلم أن هناك العديد من الأجزاء والمكونات الأخرى في الصورة، سنبدأ بتقديم الأجزاء والمكونات الأكثر أهمية هنا. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد حول بطاريات الليثيوم-أيون الرافعة الشوكية، فلا تتردد في القيام بذلكاتصل بنافي أي وقت-نحن نتطلع إلى الشراكة معك. سيقوم فريق الخدمة لدينا بالرد على استفسارك خلال 24 ساعة.
ما هي بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية- المصنوعة من الرصاص؟
نحن نستخدم بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية الرصاصية- منذ سنوات عديدة، ولكن لا يزال هناك العديد من المستخدمين الذين لا يعرفون المادة المصنوعة منها. واليوم، نود أن نقدم بعض المعلومات الأساسية ونشرح سبب استمرار بعض المستخدمين في استخدام بطاريات الرصاص-الحمضية، بينما يختار آخرون الترقية إلى رافعات شوكية أيون الليثيوم-. دعونا نلقي نظرة على المادة المصنوعة من بطاريات الرصاص-الحمضية:
1. لوحات الرصاص
تعد ألواح الرصاص مكونًا أساسيًا في بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية-الرصاصية وتتضمن ألواحًا موجبة وسالبة. تستخدم اللوحة الإيجابية ثاني أكسيد الرصاص كمادة نشطة؛ لونه بني غامق وهو مسؤول عن قبول الإلكترونات والمشاركة في التفاعلات الكيميائية أثناء التفريغ.
تستخدم الألواح السلبية الرصاص الإسفنجي كمادة فعالة؛ فهي تطلق إلكترونات أثناء التفريغ، مما يوفر الطاقة اللازمة لإخراج التيار. يقوم المصنعون بترتيب مجموعات متعددة من الألواح الموجبة والسالبة بنمط متناوب لتكوين خلايا حمض الرصاص-، والتي يتم بعد ذلك توصيلها في سلسلة لإنشاء مجموعة كاملة من بطارية الرافعة الشوكية الحمضية -الرصاص.
2. المنحل بالكهرباء
الإلكتروليت عبارة عن سائل يتكون من حمض الكبريتيك (H₂SO₄) والماء، وهو يملأ الجزء الداخلي من بطارية حمض الرصاص-. وتتمثل وظيفة الإلكتروليت في نقل الأيونات بين الصفائح الموجبة والسالبة، مما يتيح استمرار التفاعل الكيميائي وتسهيل تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية. يعد هذا أيضًا أحد الجوانب الأكثر تعقيدًا لصيانة بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية-الرصاصية؛ يجب على المستخدمين إزالة المنحل بالكهرباء بشكل دوري لضمان عمل البطارية بشكل صحيح.
3. الفاصل
يقع الفاصل بين الصفائح الموجبة والسالبة وهو مصنوع من البلاستيك المسامي (مثل البولي إيثيلين، PE) أو المطاط. فهو يمنع الاتصال المباشر بين اللوحتين الموجبة والسالبة، مما قد يتسبب في حدوث ماس كهربائي، بينما يسمح للأيونات الموجودة في المنحل بالكهرباء بالمرور بشكل طبيعي، مما يضمن إمكانية شحن البطارية وتفريغها بشكل صحيح.
4. حالة البطارية
تُصنع علب بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية الرصاصية- من مادة البولي بروبيلين، أو بلاستيك ABS، أو إطار معدني. ومن بين هذه المواد، يعتبر البولي بروبيلين المادة الأكثر استخدامًا في بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية -الرصاصية. إنه يوفر درجة معينة من مقاومة التآكل وخفيف الوزن نسبيًا. ولذلك، فإن صواني البطاريات والأغطية للعديد من بطاريات الرافعات الشوكية الحمضية-الرصاصية مصنوعة من مادة PP.
إذا كان وزن هذه المادة لا يلبي متطلبات الصابورة، فيمكن اختيار إطار معدني. تم تجهيز الإطارات المعدنية بإطارات من الفولاذ الكربوني، وصواني من الفولاذ المجلفن، وأقواس من الفولاذ المقاوم للصدأ، مما قد يزيد من وزن البطارية. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن الأجزاء التي تتلامس بالفعل مع المنحل بالكهرباء لا تزال هي خلايا البطارية البلاستيكية.
أما بالنسبة للأغلفة البلاستيكية ABS، فنادرًا ما يتم استخدامها من قبل الشركات المصنعة لبطاريات الرافعات الشوكية. على الرغم من أن ABS أقوى من PP، إلا أنه عرضة للتآكل بواسطة المنحل بالكهرباء، وبالتالي لا ينصح به.
5. الموصلات والمحطات الطرفية
تشتمل الموصلات والمحطات الطرفية المشار إليها هنا على قضبان ناقل الرصاص والأعمدة والمحطات الموجبة والسالبة وقوابس البطارية.
داخل بطارية الرافعة الشوكية الحمضية-من الرصاص، يتم توصيل عدة خلايا 2 فولت على التوالي عبر قضبان الناقل لتلبية متطلبات جهد النظام للرافعة الشوكية. تصنع قضبان الناقل هذه عادةً من سبيكة الأنتيمون الرصاص- أو سبيكة الكالسيوم الرصاص-.
الأعمدة الموجودة أعلى الخلايا مصنوعة من سبيكة الرصاص وتستخدم لتوصيل الألواح الداخلية بالدائرة الخارجية.
عادةً ما تكون أطراف الخرج الموجبة والسالبة لحزمة البطارية بأكملها مصنوعة من سبائك الرصاص أو النحاس أو النحاس المطلي بالقصدير، مما يقلل من المقاومة ويحسن قدرة حمل التيار-.
