يلعب نظام إدارة البطارية (BMS) دورًا حيويًا في ضمان التشغيل الآمن والفعال لبطاريات الليثيوم أيون، بما في ذلك بطاريات LFP وبطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA). الغرض الأساسي منه هو مراقبة وتنظيم معلمات البطارية المختلفة، مثل الجهد ودرجة الحرارة والتيار، لضمان عمل البطارية ضمن الحدود الآمنة. يحمي نظام إدارة المباني (BMS) أيضًا البطارية من الشحن الزائد أو التفريغ الزائد أو العمل خارج نطاق درجة الحرارة الأمثل. في حزم البطاريات التي تحتوي على سلاسل متعددة من الخلايا (سلاسل البطارية)، يدير نظام إدارة المباني موازنة الخلايا الفردية. عندما يفشل نظام إدارة المباني، تصبح البطارية عرضة للخطر، ويمكن أن تكون العواقب وخيمة.
1. الشحن الزائد أو التفريغ الزائد
إحدى الوظائف الأكثر أهمية لنظام إدارة المباني هي منع الشحن الزائد للبطارية أو تفريغها الزائد. يعد الشحن الزائد خطيرًا بشكل خاص بالنسبة للبطاريات ذات كثافة الطاقة العالية مثل الليثيوم الثلاثي (NCM/NCA) نظرًا لقابليتها للانفلات الحراري. ويحدث هذا عندما يتجاوز جهد البطارية الحدود الآمنة، مما يؤدي إلى توليد حرارة زائدة، مما قد يؤدي إلى انفجار أو حريق. الإفراط في التفريغ، من ناحية أخرى، يمكن أن يسبب ضررا دائما للخلايا، وخاصة في بطاريات LFP، التي يمكن أن تفقد قدرتها ويظهر الأداء الضعيف بعد التفريغ العميق. في كلا النوعين، يمكن أن يؤدي فشل BMS في تنظيم الجهد أثناء الشحن والتفريغ إلى تلف لا يمكن إصلاحه لحزمة البطارية.
2. ارتفاع درجة الحرارة والهروب الحراري
تعتبر بطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA) حساسة بشكل خاص لدرجات الحرارة المرتفعة، أكثر من بطاريات LFP، المعروفة بثباتها الحراري الأفضل. ومع ذلك، يتطلب كلا النوعين إدارة دقيقة لدرجة الحرارة. يقوم نظام BMS الوظيفي بمراقبة درجة حرارة البطارية، مما يضمن بقائها ضمن نطاق آمن. إذا فشل نظام إدارة المباني، يمكن أن يحدث ارتفاع في درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل خطير يسمى الهروب الحراري. في حزمة البطارية المكونة من عدة سلاسل من الخلايا (سلاسل البطارية)، يمكن أن ينتشر الهروب الحراري بسرعة من خلية إلى أخرى، مما يؤدي إلى فشل كارثي. وبالنسبة للتطبيقات ذات الجهد العالي مثل السيارات الكهربائية، يتضخم هذا الخطر لأن كثافة الطاقة وعدد الخلايا أعلى بكثير، مما يزيد من احتمال حدوث عواقب وخيمة.
3. عدم التوازن بين خلايا البطارية
في حزم البطاريات متعددة الخلايا، وخاصة تلك ذات تكوينات الجهد العالي مثل السيارات الكهربائية، يعد موازنة الجهد بين الخلايا أمرًا بالغ الأهمية. يعد BMS مسؤولاً عن ضمان توازن جميع الخلايا الموجودة في العبوة. إذا فشل نظام إدارة المباني، قد تصبح بعض الخلايا مشحونة بشكل زائد بينما تظل خلايا أخرى مشحونة أقل من اللازم. في الأنظمة التي تحتوي على سلاسل بطارية متعددة، لا يؤدي عدم التوازن هذا إلى تقليل الكفاءة الإجمالية فحسب، بل يشكل أيضًا خطرًا على السلامة. الخلايا المفرطة الشحن على وجه الخصوص معرضة لخطر ارتفاع درجة الحرارة، مما قد يؤدي إلى فشلها بشكل كارثي.
4. فقدان المراقبة وتسجيل البيانات
في أنظمة البطاريات المعقدة، مثل تلك المستخدمة في تخزين الطاقة أو السيارات الكهربائية، يقوم نظام إدارة المباني بمراقبة أداء البطارية بشكل مستمر، وتسجيل البيانات حول دورات الشحن، والجهد، ودرجة الحرارة، وصحة الخلايا الفردية. تعتبر هذه المعلومات حيوية لفهم حالة مجموعات البطاريات. عندما يفشل نظام إدارة المباني، تتوقف هذه المراقبة المهمة، مما يجعل من المستحيل تتبع مدى جودة عمل الخلايا الموجودة في الحزمة. بالنسبة لأنظمة البطاريات عالية الجهد التي تحتوي على العديد من سلاسل الخلايا، فإن عدم القدرة على مراقبة صحة الخلية قد يؤدي إلى أعطال غير متوقعة، مثل فقدان الطاقة المفاجئ أو الأحداث الحرارية.
5. انقطاع التيار الكهربائي أو انخفاض الكفاءة
يمكن أن يؤدي فشل نظام إدارة المباني إلى انخفاض الكفاءة أو حتى انقطاع التيار الكهربائي بالكامل. بدون الإدارة السليمةالجهد االكهربىودرجة الحرارة وتوازن الخلايا، فقد يتم إيقاف تشغيل النظام لمنع المزيد من الضرر. في التطبيقات حيثسلاسل بطارية الجهد العاليمثل السيارات الكهربائية أو تخزين الطاقة الصناعية، فقد يؤدي ذلك إلى انقطاع مفاجئ للطاقة، مما يشكل مخاطر كبيرة على السلامة. على سبيل المثال، أالليثيوم الثلاثيقد يتم إيقاف تشغيل مجموعة البطارية بشكل غير متوقع أثناء تحرك السيارة الكهربائية، مما يخلق ظروف قيادة خطيرة.
وقت النشر: 11 سبتمبر 2024
