يلعب نظام إدارة البطارية (BMS) دورًا حيويًا في ضمان التشغيل الآمن والفعال لبطاريات أيونات الليثيوم، بما في ذلك بطاريات الليثيوم الثلاثية (LFP) وبطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA). ويتمثل هدفه الرئيسي في مراقبة وتنظيم مختلف معلمات البطارية، مثل الجهد ودرجة الحرارة والتيار، لضمان عملها ضمن الحدود الآمنة. كما يحمي نظام إدارة البطارية البطارية من الشحن الزائد أو التفريغ الزائد أو التشغيل خارج نطاق درجة حرارتها الأمثل. في مجموعات البطاريات التي تحتوي على سلاسل متعددة من الخلايا (سلاسل البطاريات)، يتولى نظام إدارة البطارية (BMS) إدارة توازن الخلايا الفردية. وفي حال تعطل نظام إدارة البطارية، تُصبح البطارية عرضة للخطر، وقد تكون العواقب وخيمة.
1. الشحن الزائد أو التفريغ الزائد
من أهم وظائف نظام إدارة البطارية (BMS) منع شحن البطارية أو تفريغها الزائد. يُعد الشحن الزائد خطيرًا بشكل خاص على البطاريات عالية الكثافة الطاقية، مثل بطاريات الليثيوم الثلاثي (NCM/NCA)، نظرًا لحساسيتها للانفلات الحراري. يحدث هذا عندما يتجاوز جهد البطارية الحدود الآمنة، مما يُولّد حرارة زائدة، مما قد يؤدي إلى انفجار أو حريق. من ناحية أخرى، قد يُسبب التفريغ الزائد تلفًا دائمًا للخلايا، وخاصةً في بطاريات LFP، التي قد تفقد سعتها وتُظهر أداءً ضعيفًا بعد التفريغ العميق. في كلا النوعين، قد يؤدي فشل نظام إدارة البطارية في تنظيم الجهد أثناء الشحن والتفريغ إلى تلف لا رجعة فيه لحزمة البطارية.
2. ارتفاع درجة الحرارة والهروب الحراري
تتميز بطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA) بحساسيتها العالية لدرجات الحرارة المرتفعة، أكثر من بطاريات LFP المعروفة باستقرارها الحراري الأفضل. ومع ذلك، يتطلب كلا النوعين إدارة دقيقة لدرجة الحرارة. يراقب نظام إدارة البطارية (BMS) الفعال درجة حرارة البطارية، لضمان بقائها ضمن النطاق الآمن. في حال تعطل نظام إدارة البطارية، قد يحدث ارتفاع في درجة الحرارة، مما يُطلق تفاعلًا متسلسلًا خطيرًا يُسمى "الانفلات الحراري". في حزمة بطارية مكونة من عدة سلاسل من الخلايا (سلاسل البطاريات)، يمكن أن ينتشر الانفلات الحراري بسرعة من خلية إلى أخرى، مما يؤدي إلى عطل كارثي. في تطبيقات الجهد العالي، مثل المركبات الكهربائية، يتضاعف هذا الخطر نظرًا لارتفاع كثافة الطاقة وعدد الخلايا بشكل كبير، مما يزيد من احتمالية حدوث عواقب وخيمة.
3. عدم التوازن بين خلايا البطارية
في مجموعات البطاريات متعددة الخلايا، وخاصةً تلك ذات الجهد العالي كالمركبات الكهربائية، يُعدّ موازنة الجهد بين الخلايا أمرًا بالغ الأهمية. يتولى نظام إدارة البطارية (BMS) مسؤولية ضمان موازنة جميع خلايا المجموعة. في حال تعطل نظام إدارة البطارية، قد تُشحن بعض الخلايا بشكل زائد بينما تبقى أخرى ناقصة الشحن. في الأنظمة ذات سلاسل البطاريات المتعددة، لا يُقلل هذا الاختلال من الكفاءة الكلية فحسب، بل يُشكل أيضًا خطرًا على السلامة. الخلايا المشحونة بشكل زائد، على وجه الخصوص، معرضة لخطر ارتفاع درجة حرارتها، مما قد يُسبب عطلًا كارثيًا.
4. فقدان المراقبة وتسجيل البيانات
في أنظمة البطاريات المعقدة، مثل تلك المستخدمة في تخزين الطاقة أو المركبات الكهربائية، يراقب نظام إدارة البطارية (BMS) أداء البطارية باستمرار، ويسجل بيانات دورات الشحن، والجهد، ودرجة الحرارة، وحالة الخلايا الفردية. تُعد هذه المعلومات حيوية لفهم حالة مجموعات البطاريات. عند تعطل نظام إدارة البطارية، تتوقف هذه المراقبة المهمة، مما يجعل من المستحيل تتبع أداء خلايا المجموعة. في أنظمة البطاريات عالية الجهد التي تحتوي على العديد من سلاسل الخلايا، قد يؤدي عدم القدرة على مراقبة حالة الخلايا إلى أعطال غير متوقعة، مثل انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ أو ارتفاع درجة الحرارة.
5. انقطاع التيار الكهربائي أو انخفاض الكفاءة
قد يؤدي فشل نظام إدارة البطاريات (BMS) إلى انخفاض الكفاءة أو حتى انقطاع التيار الكهربائي تمامًا. بدون إدارة سليمةالجهد االكهربىودرجة الحرارة وموازنة الخلايا، قد يتوقف النظام عن العمل لمنع المزيد من الضرر. في التطبيقات التيسلاسل بطاريات عالية الجهدإذا كانت هناك مشاكل، مثل المركبات الكهربائية أو تخزين الطاقة الصناعية، فقد يؤدي ذلك إلى انقطاع مفاجئ للطاقة، مما يُشكل مخاطر أمنية كبيرة. على سبيل المثال،الليثيوم الثلاثيقد تتوقف حزمة البطارية بشكل غير متوقع أثناء تحرك السيارة الكهربائية، مما يؤدي إلى ظروف قيادة خطيرة.
وقت النشر: ١١ سبتمبر ٢٠٢٤
