يلعب نظام إدارة البطارية (BMS) دورًا حيويًا في ضمان التشغيل الآمن والفعال لبطاريات الليثيوم أيون، بما في ذلك بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) وبطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA). يتمثل غرضه الأساسي في مراقبة وتنظيم مختلف معايير البطارية، مثل الجهد ودرجة الحرارة والتيار، لضمان تشغيلها ضمن الحدود الآمنة. كما يحمي نظام إدارة البطارية البطارية من الشحن الزائد أو التفريغ الزائد أو التشغيل خارج نطاق درجة حرارتها الأمثل. في حزم البطاريات التي تحتوي على سلاسل متعددة من الخلايا، يتولى نظام إدارة البطارية إدارة توازن الخلايا الفردية. عند تعطل نظام إدارة البطارية، تصبح البطارية عرضة للتلف، وقد تكون العواقب وخيمة.
1. الشحن الزائد أو التفريغ الزائد
من أهم وظائف نظام إدارة البطارية (BMS) منع شحن البطارية أو تفريغها بشكل زائد. يُعدّ الشحن الزائد خطيرًا للغاية، خاصةً بالنسبة للبطاريات عالية الكثافة الطاقية مثل بطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA)، نظرًا لحساسيتها للهروب الحراري. يحدث هذا عندما يتجاوز جهد البطارية الحدود الآمنة، مما يُولّد حرارة زائدة قد تؤدي إلى انفجار أو حريق. من ناحية أخرى، يُمكن أن يُسبب التفريغ الزائد تلفًا دائمًا للخلايا، لا سيما في بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (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 يُمكن إصلاحه في حزمة البطارية.
2. ارتفاع درجة الحرارة والهروب الحراري
تُعدّ بطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA) حساسة للغاية لدرجات الحرارة المرتفعة، أكثر من بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) المعروفة بثباتها الحراري الأفضل. مع ذلك، يتطلب كلا النوعين إدارة دقيقة لدرجة الحرارة. يراقب نظام إدارة البطارية (BMS) درجة حرارة البطارية، ويضمن بقاءها ضمن النطاق الآمن. في حال تعطل نظام إدارة البطارية، قد يحدث ارتفاع مفرط في درجة الحرارة، مما يؤدي إلى سلسلة تفاعلات خطيرة تُعرف بالهروب الحراري. في حزمة بطاريات تتكون من عدة سلاسل من الخلايا (سلاسل البطاريات)، يمكن أن ينتشر الهروب الحراري بسرعة من خلية إلى أخرى، مما يؤدي إلى عطل كارثي. بالنسبة للتطبيقات عالية الجهد 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 حزم البطاريات متعددة الخلايا، وخاصةً تلك ذات الجهد العالي مثل تلك المستخدمة في المركبات الكهربائية، يُعدّ توازن الجهد بين الخلايا أمرًا بالغ الأهمية. يتولى نظام إدارة البطارية (BMS) مسؤولية ضمان توازن جميع الخلايا في الحزمة. في حال تعطل نظام إدارة البطارية، قد تُشحن بعض الخلايا بشكل زائد بينما تبقى خلايا أخرى غير مشحونة بشكل كافٍ. في الأنظمة التي تحتوي على سلاسل بطاريات متعددة، لا يُقلل هذا الخلل من الكفاءة الإجمالية فحسب، بل يُشكّل أيضًا خطرًا على السلامة. فالخلايا المشحونة بشكل زائد مُعرّضة بشكل خاص لخطر ارتفاع درجة حرارتها، مما قد يؤدي إلى تلفها بشكل كارثي.
4. فقدان المراقبة وتسجيل البيانات
في أنظمة البطاريات المعقدة، كتلك المستخدمة في تخزين الطاقة أو المركبات الكهربائية، يراقب نظام إدارة البطارية (BMS) أداء البطارية باستمرار، مسجلاً بيانات دورات الشحن والجهد ودرجة الحرارة وحالة كل خلية على حدة. تُعد هذه المعلومات بالغة الأهمية لفهم حالة حزم البطاريات. عند تعطل نظام إدارة البطارية، تتوقف هذه المراقبة الحيوية، مما يجعل من المستحيل تتبع مدى كفاءة عمل خلايا الحزمة. بالنسبة لأنظمة البطاريات عالية الجهد التي تحتوي على العديد من سلاسل الخلايا، قد يؤدي عدم القدرة على مراقبة حالة الخلايا إلى أعطال غير متوقعة، مثل انقطاع مفاجئ للتيار الكهربائي أو ارتفاع درجة الحرارة.
5. انقطاع التيار الكهربائي أو انخفاض الكفاءة
قد يؤدي تعطل نظام إدارة المباني (BMS) إلى انخفاض الكفاءة أو حتى انقطاع التيار الكهربائي بالكامل. وبدون إدارة سليمة لـالجهد االكهربىفي حالات تغير درجة الحرارة وتوازن الخلايا، قد يتم إيقاف تشغيل النظام لمنع حدوث المزيد من التلف. في التطبيقات التيسلاسل بطاريات عالية الجهدفي حال استخدام تقنيات مثل المركبات الكهربائية أو أنظمة تخزين الطاقة الصناعية، فقد يؤدي ذلك إلى انقطاع مفاجئ للتيار الكهربائي، مما يشكل مخاطر جسيمة على السلامة. على سبيل المثال،الليثيوم الثلاثيقد تتوقف حزمة البطارية عن العمل بشكل غير متوقع أثناء تحرك السيارة الكهربائية، مما يخلق ظروف قيادة خطيرة.
تاريخ النشر: 11 سبتمبر 2024
