كيفية إصلاح الأعطال البسيطة في حزم البطاريات؟

تحديد الأعطال البسيطة الشائعة في حزم البطاريات

فهم الأعراض النموذجية لتدهور حزمة البطارية

تُظهر معظم بطاريات الليثيوم أيون علامات التقادم بطرق متوقعة إلى حدٍ كبير. وعندما تبدأ هذه البطاريات بفقدان قدرتها على الاحتفاظ بالطاقة، يلاحظ الأشخاص عادةً تقلص مدة التشغيل أولاً. وبعد حوالي 500 دورة شحن، تنخفض سعة العديد من الوحدات بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20 بالمئة. وعلامة تحذير أخرى تظهر عندما تبدأ الخلايا الفردية داخل الحزمة بعرض فروقات في الجهد أكبر من 0.2 فولت عن بعضها البعض. كما أن بعض البطاريات تتوقف فجأة دون سابق إنذار عند استخدامها في ظل ظروف تشغيل طبيعية. ويمكن لمعرفة الحالة الفيزيائية أن تكشف الكثير أيضًا. فظهور خلايا منتفخة أمر شائع، وكذلك تراكم التآكل على وصلات الأقطاب نتيجة التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخليًا. ولأي شخص يعمل مع هذه الأنظمة، فإن مراقبة دوائر PCM أمر بالغ الأهمية. ويجب الانتباه عندما ينخفض الجهد إلى أقل من 2.5 فولت لكل خلية، لأن ذلك يعني عمومًا أن التدهور الشديد قد استقر بالفعل في هيكل البطارية.

استخدام قياسات الجهد والمقاومة الداخلية لاكتشاف الخلايا الضعيفة

يعتمد النهج المنظم لكشف الأعطال على اختبارين رئيسيين:

كما هو موضح في إرشادات اختبار بطاريات الليثيوم لعام 2024، يستخدم المحترفون عدادات المقاومة الفعالة (ESR) تحت أحمال 1C لكشف 92٪ من الخلايا التالفة قبل حدوث فشل كارثي.

زيادة التفريغ الذاتي وكيفية اكتشافها في الخلايا الفردية

تُفرّغ الخلايا المعيبة شحنتها بشكل ذاتي بسرعة تزيد من 3 إلى 5 مرات مقارنة بالخلايا السليمة. ولتحديد هذه الخلايا:

1. اشحن الحزمة بالكامل حتى 4.2 فولت/خلية
2. افصل جميع الأحمال
3. قس جهود الخلايا الفردية على فترات 24 ساعة

يجب استبدال الخلايا التي تنخفض جهودها بأكثر من 0.3 فولت خلال 72 ساعة. اجمع بين هذا الاختبار وأجهزة الشحن الذكية المزودة بتتبع الحالة الصحية (SOH) للتأكد من أن الاحتفاظ بالسعة قد انخفض إلى أقل من 70٪، وهي العتبة الصناعية التي تشير إلى نهاية عمر أنظمة الليثيوم أيون.

استبدال الخلايا المعيبة ومطابقتها لإصلاحات موثوقة

تحديد موقع الخلايا التالفة أو ذات الأداء المنخفض وفصلها

غالبًا ما تُظهر الخلايا الضعيفة انحرافات في الجهد تزيد عن 0.2 فولت مقارنةً بالخلايا المجاورة. يمكن للتصوير الحراري أن يكشف الوحدات غير الفعّالة، حيث تعمل تلك التي تخسر أكثر من 15٪ من سعتها بدرجة حرارة أعلى بـ 8–12°م عند التحميل. يجب إعطاء الأولوية لاستبدال الخلايا التي تُظهر انتفاخًا أو تآكلًا أو تسربًا للمحلول الكهربائي.

تقنيات الاستخلاص الصحيح للحام وإزالة الخلايا عند الاستبدال

استخدم مكواة لحام خاضعة للتحكم في درجة الحرارة (300–350°م) لإزالة شرائط النيكل بأمان دون إتلاف فواصل الخلايا. بعد فك اللحام، ارفع الخلايا عموديًا لتجنب تمزق ألواح التوصيل—فإن الأضرار أثناء الإزالة تمثل 23٪ من حالات فشل الإصلاحات الذاتية (Electrochemical Society 2022).

ضمان قطبية التوصيلات وسلامة الاتصال أثناء إعادة التجميع

تؤدي التوصيلات العكسية للقطبية إلى إيقاف تشغيل وحدة التحكم في المحرك (PCM) فورًا في 89% من الحالات. نفذ إجراءات المراجعة المزدوجة:

• قم بتشفير أطراف الخلايا البديلة بالألوان
• اختبر استمرارية التوصيل قبل التجميع النهائي
• استخدم أدوات تثبيت محاذاة للتوصيلات متعددة الخلايا

لماذا يُعد مطابقة الخلايا حسب التركيب الكيميائي أمرًا بالغ الأهمية في حزم البطاريات

يؤدي خلط التركيبات الكيميائية NMC وLFP إلى تقليل عمر الدورة بنسبة 62٪ (مجلة مصادر الطاقة 2022). حتى الخلايا التي تبدو متطابقة قد تختلف من حيث مواد الرابطة، وسمك الطلاء، ومسامية الفاصل — وهي عوامل تؤثر على الانتفاخ، ومعالجة التيار، وتبدد الحرارة. يجب دائمًا التحقق من توافق التركيب الكيميائي قبل الدمج.

اختبار الخلايا المستردة لإعادة الاستخدام (السعة، المقاومة الداخلية، التفريغ الذاتي)

قم بفحص الخلايا المستردة من خلال عملية ثلاث مراحل:

1. اختبار السعة : اقبل فقط الخلايا التي تكون ضمن 5٪ من المتوسط العام للحزمة
2. المقاومة الداخلية : رفض الخلايا التي تتجاوز القيمة الأساسية بأكثر من 20٪ (أو أكثر من 50 مللي أوم)
3. التفريغ الذاتي : التخلص من أي خلية تخسر أكثر من 5٪ من الشحن شهريًا عند درجة حرارة 25°م

الخلايا المسترجعة المُقيَّمة بشكل جيد تؤدي أداءً مماثلاً للخلايا الجديدة لما يصل إلى 83٪ من عمرها الأصلي.

إنشاء وحدات متوازنة باستخدام مجموعات ذات سعة وعمر متطابقين

تجميع خلايا الاستبدال مع:

• ±3٪ تسامح في السعة
• فرق أقل من 50 دورة
• نفس سنة التصنيع

المجموعات المطابقة تتفوق بشكل كبير على التجميعات العشوائية:

تقلل هذه الاستراتيجية عدم توازن الجهد بنسبة 78٪ أثناء التفريغ العميق.

إعادة بناء وفحص وتوازن حزم البطاريات المعاد تأهيلها

أفضل الممارسات في اللحام بالقصدير واللحام النقطي للسلامة الهيكلية

استخدم مكواة لحام خاضعة للتحكم في درجة الحرارة (أقل من 350°م) أو أنظمة لحام نقطي نبضية. تجنب التعرض الطويل للحرارة، لأنه يضعف ختم الخلايا. بالنسبة لأشرطة النيكل، قم بتطبيق 2 إلى 4 نقاط لحام لكل اتصال للحفاظ على مواصفات التوصيل الكهربائي الأصلية.

التحقق من التوصيلات والعزل قبل الشحن الأولي

افحص المحطات تحت المجهر بحثًا عن وصلات باردة أو شقوق دقيقة. تحقق من استمرارية المجموعات المتوازية، مع التأكد من أن التباين أقل من 0.05 أوم. طبق شريط عازل مقوى بالألياف الزجاجية على الموصلات، مع ترك مساحة لفتحات تخفيف الضغط.

الاختبار الوظيفي الأولي بعد الإصلاح تحت ظروف التحميل

استخدم جهاز اختبار حمل تيار مستمر قابل للبرمجة لمحاكاة الاستخدام في العالم الحقيقي. قم بالتفريغ عند 0.5C مع مراقبة فولتية الخلايا الفردية. إن انخفاض الفولتية بأكثر من 0.2 فولت في أي خلية يشير إلى توصيلات رديئة أو عدم تطابق في السعة.

أهمية الشحن البطيء لموازنة الخلايا بعد الإصلاح

وجدت دراسة لمجلس البحوث الوطني الكندي أن الشحن البطيء (0.1C) يستعيد 99.4٪ من السعة المفقودة في الحزم غير المتوازنة. ويتيح ذلك لنظام إدارة البطارية (BMS) موازنة الفولتية من خلال مقاومات الموازنة السلبية دون تفعيل حماية الفولتية الزائدة.

استخدام شواحن ذكية ذات قدرات موازنة

تعيد الشواحن الذكية التي تمتلك قدرات موازنة نشطة توزيع الطاقة بين الخلايا أثناء الشحن. تحافظ هذه الأنظمة على فرق فولتية أقل من 1٪ بين الخلايا، مما يمدّد عمر الحزمة بنسبة 18–22٪ مقارنةً بالشحن غير المُدار، وفقًا لأبحاث تخزين الطاقة.

مراقبة ارتفاع درجة الحرارة والفولتية أثناء دورة الشحن الأولى

تتبع درجات الحرارة باستخدام مقياس حرارة الأشعة تحت الحمراء، وتأكد من ألا تتجاوز أي خلية 45°م. يجب أن يرتفع الجهد بشكل موحد عبر مجموعات التسلسل؛ فوجود انحرافات تزيد عن 0.15 فولت يشير إلى عدم اكتمال عملية التوازن أو وجود مشكلات متبقية في التوصيلات.

ضمان السلامة والمتانة من خلال دوائر الحماية والصيانة

دور وحدة دائرة الحماية (PCM) في السلامة بعد الإصلاح

تُعد وحدة إدارة البطارية (PCM) بمثابة الدماغ للحزمة البطارية المُصَلَّحة، حيث تقوم باستمرار بالتحقق من حالة فولتية الخلايا الفردية وقراءات درجة الحرارة في جميع أنحاء الحزمة. وعندما تخرج الأمور عن السيطرة - مثل حدوث شحن زائد، أو انخفاض مستوى الشحن في الخلايا بشكل كبير، أو ارتفاع درجات الحرارة إلى مستويات خطرة - فإن وحدة إدارة البطارية تقوم بقطع التيار الكهربائي عن هذه الدوائر لمنع التلف. وفقًا لدراسات عديدة تناولت معايير سلامة بطاريات الليثيوم، فإن الحزم المزودة بوحدات PCM تعمل بكفاءة تقل فيها المشاكل بنسبة تتراوح بين 70-75% مقارنةً بتلك التي لا تحتوي على أي نظام حماية على الإطلاق. وبمجرد الانتهاء من الإصلاحات، يصبح من الضروري جدًا التأكد من أن وحدة إدارة البطارية قادرة فعليًا على التواصل مع كل خلية في الحزمة. ويستخدم معظم الفنيين معدات تشخيصية متخصصة لهذه الخطوة مباشرة قبل إعادة تجميع الحزمة بالكامل.

التحقق من حماية ضد زيادة الجهد، وانخفاض الجهد، والتيار الزائد

التحقق من ثلاث حمايات أساسية بعد الإصلاح:

1. الجهد الزائد : يجب تفعيل إنهاء الشحن عند 4.25 فولت/خلية (المعيار المتبع لبطاريات الليثيوم-أيون)
2. انخفاض الجهد : يجب أن يتم تفعيل قطع التفريغ عند 2.5 فولت/خلية
3. التيار الزائد : يجب أن يستجيب النظام للدوائر القصيرة في أقل من 0.5 ثانية

قم بمحاكاة الأعطال باستخدام جهاز اختبار حمل قابل للبرمجة وراقب استجابة وحدة إدارة البطارية (PCM). في تحليلات عام 2024، حال الاختبار الصارم دون حدوث 89% من الأعطال بعد الإصلاح خلال السنة الأولى.

استبدال أو إعادة معايرة وحدة إدارة البطارية (PCM) إذا تم إتلافها أثناء الإصلاح

لا تتجاوز أبداً وحدة إدارة البطارية (PCM) التالفة. قم باستبدالها فوراً إذا تضررت من الحرارة أو الإجهاد الميكانيكي، مع الالتزام بمواصفات الوحدة الأصلية:

• دقة كشف الجهد: ±25 مللي فولت
• تسامح مستشعر التيار: ±3%

أعد المعايرة باستخدام برنامج معتمد من الشركة المصنعة بعد استبدال الخلايا. قم بإجراء ثلاث دورات شحن وتفريغ كاملة لاستقرار القراءات قبل إعادة الحزمة إلى الخدمة.

مراقبة الجهد بعد الإصلاح لاكتشاف الشذوذ في وقت مبكر

قم بإجراء فحوصات يومية لتغيرات الجهد خلال الأيام السبعة الأولى باستخدام أجهزة مراقبة مزودة بتقنية بلوتوث. تتراوح التباينات المقبولة ما يلي:

تساعد التنبيهات الآلية بناءً على أنماط انحراف الجهد في اكتشاف 83٪ من الأعطال الناشئة مبكرًا. قم بدمج ذلك مع التحقق الفصلي من السعة باستخدام أحمال قياسية لضمان الموثوقية الطويلة الأمد.

أسئلة شائعة

ما هي العلامات الشائعة لتدهور حزمة البطارية؟

تشمل العلامات تقليل زمن التشغيل، ووجود فروقات في الجهد بين الخلايا، وإيقاف التشغيل غير المتوقع، وتورم الخلايا، وتآكل الموصلات.

كيف يمكنني اكتشاف الخلايا الضعيفة في حزمة البطارية؟

استخدم اختبارات جهد الدائرة المفتوحة والممانعة الداخلية. غالبًا ما تُظهر الخلايا الضعيفة جهد دائرة مفتوحة أقل من 3.0 فولت/خلية، وممانعة داخلية تزيد عن 100 ملي أوم.

ما الإجراءات الوقائية التي يجب اتخاذها عند التعامل مع خلايا الليثيوم أيون؟

تأكد من إدارة حرارية مناسبة، وتجنب تكديس الخلايا السائبة، واستخدم غاز النيتروجين الجاف للبيئات عالية الرطوبة لمنع الحرائق.

لماذا يُهمّ مطابقة الخلايا حسب التركيب الكيميائي في حزم البطاريات؟

يمكن أن يؤدي استخدام كيميائيات غير متطابقة إلى تقليل عمر الدورة بنسبة تصل إلى 62٪، حيث تختلف الكيميائيات في خصائص التعامل والتخلص من الحرارة.

كيف تعزز الشواحن الذكية عمر حزمة البطارية؟

تحافظ الشواحن الذكية ذات الموازنة النشطة على فرق جهد أقل من 1٪ عبر الخلايا، مما يحسن عمر الحزمة بنسبة 18–22٪.