في مجتمعنا اليوم، تنتشر بطاريات الليثيوم في كل مكان، بدءًا من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وصولًا إلى المركبات الكهربائية ومحطات تخزين الطاقة وغيرها من المعدات الكبيرة. وبفضل كثافتها العالية من الطاقة، وعمرها الافتراضي الطويل، وانخفاض معدل تفريغها الذاتي، أصبحت بطاريات الليثيوم جوهر مجال تخزين الطاقة الحديث. ولضمان أداء بطاريات الليثيوم وسلامتها وجودتها، يُعد جهاز اختبار بطاريات الليثيوم جهازًا أساسيًا.
1- أهميةجهاز اختبار بطارية الليثيوم
على الرغم من أن بطاريات الليثيوم قد وفّرت راحةً كبيرةً لحياتنا، إلا أنها تحمل بعض المخاطر. فمشاكل مثل الشحن الزائد والتفريغ الزائد والسخونة الزائدة وقصر الدائرة الداخلية لا تقتصر على تقصير عمر البطارية وتقليل أدائها فحسب، بل قد تُسبب أيضًا حرائق وانفجارات وحوادث سلامة أخرى خطيرة. وبصفته حارسًا لجودة بطاريات الليثيوم، يُمكن لجهاز اختبار بطاريات الليثيوم اكتشاف المشاكل المحتملة في الوقت المناسب من خلال قياس مختلف معايير البطارية بدقة، مما يُوفر دعمًا قويًا للبحث والتطوير والإنتاج والاستخدام والصيانة لبطاريات الليثيوم.
خلال مرحلة البحث والتطوير، يُساعد جهاز اختبار بطاريات الليثيوم الباحثين على فهم أداء وخصائص البطارية، مما يُحسّن تصميمها ويطور بطاريات جديدة ذات أداء أفضل. في عملية الإنتاج، يُجري الجهاز اختبارات دقيقة على كل قطعة من بطاريات الليثيوم لضمان جودة بطاريات المصنع. أثناء الاستخدام، يُساعد الجهاز المستخدمين على فهم حالة البطارية في الوقت المناسب لتجنب تلف الجهاز أو حوادث السلامة الناجمة عن عطل البطارية.
2، نوع من اختبار بطارية الليثيوم
(1) جهاز اختبار لوحة الحماية
تُعد لوحة حماية بطارية الليثيوم جزءًا أساسيًا في منع الشحن الزائد والتفريغ الزائد والتيار الزائد للبطارية، وجهاز اختبار لوحة الحماية هو جهاز مُصمم خصيصًا لاختبار أداء لوحة الحماية. يستخدم هذا النوع من أجهزة الاختبار عادةً حملًا تناظريًا سعويًا لاختبار وظائف لوحة الحماية من خلال محاكاة عملية شحن وتفريغ البطارية.
إذا أخذنا جهاز اختبار لوحة الحماية الشائع في السوق كمثال، فإن متطلبات طاقة الإدخال الخاصة به هي 220 فولت تيار متردد±10%، 50 هرتز±تردد 2 هرتز، وقوة مُصنّفة 15 فولت أمبير. من حيث معلمات الاختبار، يتراوح نطاق اختبار جهد الشحن الزائد بين 0 و5.0 فولت، ونطاق اختبار جهد التفريغ الزائد بين 1.5 و5.0 فولت، ويبلغ زمن استجابة حماية الدائرة القصيرة عادةً 200 مللي ثانية. تستخدم بعض أجهزة اختبار لوحات الحماية المتقدمة، مثل الجيل الثاني من جهاز HT3672، تقنية التحكم بالحواسيب الصغيرة، مما يُحسّن سرعة الاختبار، حيث يستغرق 3 ثوانٍ فقط لإكمال الاختبار الشامل للوحة الحماية. بالإضافة إلى ذلك، يتميز الجهاز بوظائف التحكم المستقل في عناصر الاختبار، واختبار المقاومة الداخلية، وإنذار تجاوز التسامح، مما يُحسّن دقة وكفاءة الاختبار بشكل كبير.
تُعد سعة البطارية من المؤشرات المهمة لقياس أداء بطاريات الليثيوم، وجهاز اختبار سعة البطارية هو جهاز يُستخدم لقياس سعة البطارية بدقة. على سبيل المثال، يُمكن لجهاز قياس السعة المتكامل، الذي طورته شركة جينغشي الكهروميكانيكية التابعة لشركة هوازي تكنولوجيا، اختبار بطاريات ليثيوم متعددة بشكل متزامن أثناء الشحن والتفريغ بتيار وجهد ثابتين. ومن خلال مراقبة حالة البطارية بشكل فوري، تُحسب سعة كل بطارية بدقة.
بالإضافة إلى أجهزة اختبار السعة الكبيرة الصناعية، تتوفر في السوق أيضًا أجهزة صغيرة لاختبار سعة البطاريات للمستهلكين العاديين، مثل أجهزة اختبار سعة بطاريات الليثيوم 18650 رباعية القنوات. تتيح هذه الأجهزة للمستخدمين الأفراد اختبار سعة بطارية الليثيوم 18650 ومقاومتها الداخلية. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه يجب تفريغ البطارية تمامًا قبل اختبار السعة، وقد تكون نتائج قياس المقاومة الداخلية للجهاز غير دقيقة.
(3) جهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطارية
يُعدّ جهاز اختبار المقاومة الداخلية لبطارية الليثيوم المعيارَ الرئيسيّ لقياس أدائها، والذي يؤثر مباشرةً على كفاءة التفريغ وارتفاع درجة الحرارة وعمر البطارية. يوجد حاليًا نوعان من طرق اختبار المقاومة الداخلية للبطارية: التيار المستمر (دي سي). جهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطاريةطريقة وطريقة اختبار المقاومة الداخلية للتيار المتردد.
طريقة اختبار المقاومة الداخلية للبطارية دي سي هي قياس انخفاض الجهد في كلا طرفي البطارية عن طريق تمرير تيار مستمر كبير ثابت (عادةً 40A-80A) إلى البطارية لمدة 2-3 ثوانٍ، وذلك لحسابجهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطارية البطارية. مع ذلك، ستؤدي هذه الطريقة إلى استقطاب قطب البطارية، مما يؤثر على دقة نتائج الاختبار.
مبدأ اختبار التيار المترددجهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطاريةهو حقن إشارة تيار متردد جيبية في البطارية، وحساب التيار المتردد جهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطارية للبطارية عن طريق قياس إشارة جهد التيار المتردد الجيبية عند طرفيها. تستخدم هذه الطريقة تيارًا صغيرًا (عادةً حوالي 50 مللي أمبير) ووقت اختبار قصير (مللي ثانية)، مما يُجنّب تأثير استقطاب الأقطاب الكهربائية على نتائج الاختبار بفعالية. باستخدام جهاز اختبار البطارية تشوتيان الإلكترونيات إس بي تي 300 كمثال، يعتمد الجهاز على طريقة اختبار التيار المتردد رباعي الأطراف، بدقة مقاومة تصل إلى 0.1.م أوم، دقة الجهد تصل إلى 10مV. يحتوي الجهاز أيضًا على وظيفة المقارنة، ويمكن تأهيله للحكم، ويمكنه إخراج إشارات تناظرية، مما يسهل على المستخدمين تسجيل البيانات على المدى الطويل والتحليل الإحصائي، ولكن يمكنه أيضًا رسم خريطة التوزيع الطبيعي.
3، مبدأ عمل جهاز اختبار بطارية الليثيوم
(1) محاكاة حالة عمل البطارية
تختبر معظم أجهزة اختبار بطاريات الليثيوم البطارية بمحاكاة عملية الشحن والتفريغ والراحة أثناء الاستخدام الفعلي. على سبيل المثال، يقيس جهاز اختبار لوحة الحماية أداء لوحة الحماية بمحاكاة عملية الشحن والتفريغ للبطارية من خلال السعة، مما يُفعّل وظيفة الحماية في لوحة الحماية.
(2) الكشف عن معلمات المستشعر
جهاز الاختبار مزود بمجموعة متنوعة من المستشعرات عالية الدقة للكشف الفوري عن معلمات جهد البطارية، والتيار، ودرجة الحرارة، والمقاومة الداخلية. هذه المستشعرات قادرة على تحويل الكميات الفيزيائية إلى إشارات كهربائية وإرسالها إلى نظام التحكم في جهاز الاختبار للمعالجة. على سبيل المثال، تصل دقة قياس مستشعر الجهد إلى 1 ملي فولت، مما يسمح برصد التغيرات الطفيفة في جهد البطارية بدقة.
(3) تحليل البيانات وإنشاء التقارير
بعد جمع كمية كبيرة من بيانات الاختبار، يقوم المُختبِر بتحليلها ومعالجتها. بعض المُختبِرات المتقدمة مزودة أيضًا بوظائف تحليل إحصائي تُمكّنها من حساب مُعاملات إحصائية مثل المتوسط الحسابي، والحد الأقصى، والحد الأدنى، والفرق المعياري للبيانات. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن للمُختبِر أيضًا إنشاء تقرير اختبار مُفصّل، وعرض نتائج الاختبار على شكل رسوم بيانية أو نصوص، مما يُمكّن المستخدمين من فهم أداء البطارية بسهولة.
4. سيناريو تطبيق جهاز اختبار بطارية الليثيوم
(1) تصنيع بطاريات الليثيوم
في خط إنتاج بطاريات الليثيوم، يُعدّ جهاز اختبار بطاريات الليثيوم جهازًا لا غنى عنه. فهو قادر على إجراء فحص شامل لكل بطارية في عملية الإنتاج، والكشف الفوري عن المنتجات غير المؤهلة لتجنب دخولها السوق. على سبيل المثال، يُمكن لجهازي اختبار السعة والمقاومة الداخلية الكشف بسرعة عن البطاريات ذات السعة غير الكافية أو المقاومة الداخلية المفرطة، كما يضمن جهاز اختبار لوحة الحماية التشغيل الطبيعي للوحة الحماية. باستخدام أجهزة اختبار بطاريات الليثيوم، يُمكن للمصنعين تحسين جودة المنتجات، وخفض تكاليف الإنتاج، وتعزيز القدرة التنافسية في السوق.
(2) البحث والتطوير في مجال بطاريات الليثيوم
في عملية تطوير بطاريات الليثيوم، يحتاج الباحثون إلى فهم عميق لأداء البطاريات وخصائصها لتطوير تقنيات بطاريات أكثر تطورًا. تُوفر أجهزة اختبار بطاريات الليثيوم للباحثين بيانات اختبار دقيقة تُساعدهم على تحليل سلوك الشحن والتفريغ، وعمر البطارية، وكفاءة الطاقة، ومؤشرات الأداء الأخرى، لتحسين عملية تصميم وتصنيع البطارية.
5، اتجاه تطوير صناعة اختبار بطارية الليثيوم
(1) يزداد الطلب على الاختبارات عالية الدقة
مع التوسع المستمر في مجال استخدام بطاريات الليثيوم، تتزايد متطلبات أدائها باستمرار. وهذا يتطلب دقة ودقة أعلى لأجهزة اختبار بطاريات الليثيوم لتلبية معايير الاختبار المتزايدة الصرامة. على سبيل المثال، يستخدم جهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطاريات من سلسلة اتش بي تي 4000 من هانتاي دقة 6.5 بت، ودقة مقاومة تصل إلى 0.1 بت.م أوم، دقة الجهد تصل إلى 1مV، تحسين دقة الاختبار بشكل كبير.
(2) دمج التكنولوجيا الذكية
يتزايد استخدام الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء والتقنيات الذكية الأخرى في أجهزة اختبار بطاريات الليثيوم. تُمكّن هذه التقنية من تحليل كميات كبيرة من بيانات الاختبار واستخراجها، والتنبؤ بأداء البطارية وعمرها الافتراضي، واكتشاف الأعطال المحتملة مسبقًا. تُمكّن تقنية إنترنت الأشياء جهاز الاختبار من المراقبة عن بُعد ونقل البيانات، ويمكن للمستخدمين الاطلاع على نتائج الاختبار في أي وقت ومن أي مكان عبر الهواتف المحمولة أو أجهزة الكمبيوتر، مما يُتيح إدارة ذكية.
