مراقبة درجة الحرارة في اختبار البطارية: لماذا يهم بقدر أهمية الجهد

المقالة

22 يوليو 2023

تؤثر درجة الحرارة على كل عملية داخل البطارية - بدءًا من معدل التفاعل الكهروكيميائي وحتى لزوجة الإلكتروليت وحتى ثبات طبقة SEI. يعد فهم تأثيرات درجة الحرارة شرطًا أساسيًا لاختبار البطارية وصيانتها بشكل فعال. يشرح هذا المقال لماذا تستحق درجة الحرارة نفس الاهتمام الذي تحظى به الجهد.

كيف تؤثر درجة الحرارة على البطاريات: من الكيمياء إلى السعة القابلة للاستخدام

درجة الحرارة لها تأثير شامل على أداء البطارية. يتم التحكم في درجة الحرارة تقريبًا لكل عملية داخلية - معدل التفاعل الكهروكيميائي، ولزوجة الإلكتروليت، واستقرار فيلم SEI. إن فهم هذه التأثيرات هو الشرط الأساسي لاختبار البطارية وصيانتها بشكل مناسب.

في درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 0 درجة مئوية)، تنخفض القدرة القابلة للاستخدام بشكل ملحوظ. بالنسبة لبطاريات الرصاص الحمضية، تبلغ السعة القابلة للاستخدام عند درجة حرارة 0 درجة مئوية حوالي 75% من القدرة المقدرة؛ عند -10 درجة مئوية، حوالي 50%؛ عند -20 درجة مئوية، ربما 30% فقط. This is not permanent damage — low temperature reduces electrolyte ionic conductivity, slows reaction kinetics, and increases polarization, temporarily reducing available capacity. تستعيد القدرة عندما ترتفع درجة الحرارة. However, high-current discharge at low temperature can cause voltage to sag rapidly and trigger equipment shutdown, even though residual capacity remains.

At high temperatures (above 30°C), usable capacity temporarily increases (roughly 10% per 10°C rise for lead-acid), but the cost is accelerated life degradation. عمر تعويم الرصاص الحمضي عند 25 درجة مئوية حوالي 5-8 سنوات؛ كل ارتفاع بمقدار 10 درجات مئوية يؤدي إلى انخفاض العمر المتبقي إلى النصف تقريبًا - عند 35 درجة مئوية، ربما يتبقى 2-4 سنوات فقط. وذلك لأن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى تسريع تآكل الشبكة واستهلاك المياه بالكهرباء. Lithium-ion batteries are equally sensitive — high temperature accelerates SEI film decomposition and electrolyte oxidation, causing accelerated capacity fade and rapid internal resistance rise.

ولذلك، فإن قيمة مراقبة درجة الحرارة في اختبار البطارية هي كما يلي: نتائج الاختبار التي تم إجراؤها في درجات حرارة مختلفة غير قابلة للمقارنة. Without recording ambient temperature during testing, subsequent analysis cannot determine whether resistance changes reflect aging or merely temperature variation. على سبيل المثال، قد تكون المقاومة التي يتم قياسها في الشتاء أعلى منها في الصيف، ليس بسبب عمر البطارية، ولكن بسبب البرودة.

تعويض درجة الحرارة: جعل البيانات قابلة للمقارنة عبر الفصول

يعد تعويض درجة الحرارة تقنية أساسية في اختبار البطارية. والغرض منه هو القضاء على تأثيرات درجة الحرارة بحيث يمكن مقارنة البيانات المقاسة في أوقات مختلفة. المبدأ: استخدام 25 درجة مئوية كدرجة حرارة مرجعية، وتصحيح النتائج بناءً على الانحراف عن المرجع.

For internal resistance testing, the typical compensation approach is: every 10°C deviation from reference adjusts the reading by roughly 30% for lead-acid batteries or 15% for lithium-ion. على سبيل المثال، يتم قياس المقاومة الداخلية عند 10 درجة مئوية حيث يتم تصحيح 50 mΩ إلى حوالي 35 mΩ عند مرجع 25 درجة مئوية. وهذا يسمح بإجراء مقارنة مباشرة بين قراءات الشتاء والصيف.

بالنسبة لاختبار الجهد، فإن تعويض درجة الحرارة له نفس القدر من الأهمية. يختلف جهد الدائرة المفتوحة للبطارية أيضًا مع درجة الحرارة - حوالي 3 مللي فولت لكل 1 درجة مئوية لحمض الرصاص. بدون تعويض، 12.6 فولت مقاس عند 5 درجات مئوية و12.6 فولت مقاس عند 35 درجة مئوية قد يتوافق مع قيم SOC تختلف بأكثر من 10%.

The PK59B includes built-in temperature compensation with a standard temperature sensor for simultaneous battery surface and ambient temperature measurement. يقوم جهاز الاختبار تلقائيًا بتصحيح القراءات باستخدام منحنى تعويض محدد مسبقًا - دون الحاجة إلى حساب يدوي. ومن الناحية العملية، يؤدي هذا إلى تقليل التشخيص الخاطئ الناجم عن اختلاف درجات الحرارة بشكل كبير.

شذوذ درجات الحرارة: إشارة تحذير مبكرة من المقاومة

في عملية فشل البطارية، غالبًا ما تظهر حالات شاذة في درجة الحرارة قبل أن ترتفع المقاومة الداخلية أو تنخفض السعة بشكل واضح. إن اكتشاف شذوذات درجات الحرارة مبكرًا يمكن أن يمنع العديد من الخسائر.

تتضمن أنماط شذوذ درجة الحرارة النموذجية ما يلي: خلية واحدة في سلسلة تعمل بشكل أكثر سخونة من غيرها أثناء الشحن (مما يشير إلى كبريت داخلي قصير أو شديد)؛ السلسلة بأكملها تعمل بشكل دافئ باستمرار أثناء الشحن العائم (مما يشير إلى أن الجهد العائم مرتفع جدًا)؛ استعادة بطيئة لدرجة الحرارة بعد التفريغ (مما يشير إلى مقاومة داخلية مفرطة). إذا كان من الممكن اكتشاف هذه الحالات الشاذة في درجات الحرارة مبكرًا، فيمكن اتخاذ الإجراءات التصحيحية قبل حدوث فشل كارثي - الانفلات الحراري أو فقدان القدرة إلى الصفر.

تعتمد طريقة الكشف على تكوين المعدات. أبسط طريقة هي استخدام جهاز اختبار للبطارية مزود بإمكانية قياس درجة الحرارة (مثل PK59B)، وتسجيل درجة الحرارة بجانب كل اختبار للمقاومة الداخلية. الأكثر تقدمًا هو نظام مراقبة درجة الحرارة عبر الإنترنت مع أجهزة استشعار في كل خلية، ويتم تحميل البيانات بشكل مستمر إلى مضيف المراقبة. بالنسبة لمعظم مواقع الاتصالات وUPS، يكون اختبار درجة الحرارة الدوري مع اختبار المقاومة الداخلية كافيًا لاكتشاف معظم الحالات الشاذة في درجات الحرارة.

نقاط الممارسة الميدانية لاختبار درجة الحرارة

يبدو اختبار درجة الحرارة بسيطًا ولكن يحتوي على تفاصيل تشغيلية جديرة بالملاحظة. أولاً: مكان القياس. توزيع درجة الحرارة داخل البطارية ليس منتظمًا - فالأطراف والوصلات تكون أكثر سخونة من الجسم بسبب تسخين جول الناتج عن مقاومة التلامس. لذلك، قم بالقياس على جسم البطارية (منتصف الغلاف) كمرجع أساسي، مع درجة حرارة المحطة كمرجع ثانوي. إذا تجاوزت درجة الحرارة الطرفية درجة حرارة الجسم بأكثر من 10 درجات مئوية، فمن المحتمل أن تكون الوصلات مفكوكة وتحتاج إلى إحكام ربطها.

ثانياً: متى يتم القياس. ترتفع درجة حرارة البطارية أثناء الشحن، وأيضًا أثناء التفريغ، وتعود تدريجيًا إلى البيئة المحيطة عندما تكون في حالة راحة. من أجل المقارنة بين الاختبارات، قم بتسجيل درجة الحرارة عند نقطة ثابتة في دورة الاختبار - على سبيل المثال، دائمًا أثناء الشحن العائم المستقر، أو دائمًا عند نهاية التفريغ. إذا اختلفت نقاط القياس، يصبح من الصعب تحليل بيانات درجة الحرارة.

ثالثاً: كيفية التفسير. تعكس قراءة درجة الحرارة الواحدة لحظة القياس فقط ويجب مقارنتها مع درجة الحرارة المحيطة. إذا تجاوزت درجة حرارة جسم البطارية البيئة المحيطة بأكثر من 5 درجات مئوية، يحدث تسخين داخلي غير طبيعي حتى لو كانت درجة الحرارة المطلقة لا تزال منخفضة. إذا كانت درجات حرارة الخلية داخل السلسلة تختلف بأكثر من 3 درجات مئوية، فهذا يعني وجود عدم تناسق في الخلية.

نصيحة عملية: دمج درجة الحرارة في تقييم صحة البطارية

بالنسبة لفرق الصيانة، قم بدمج اختبار درجة الحرارة في إجراءات صيانة البطارية الحالية. يمكن للفرق التي تستخدم جهاز PK59A إضافة مقياس حرارة يعمل بالأشعة تحت الحمراء كمكمل لدرجة الحرارة؛ تستخدم الفرق التي لديها PK59B المستشعر القياسي مباشرة. بغض النظر عن الأداة، فإن المفتاح هو تسجيل درجة الحرارة بجانب كل اختبار.

بالنسبة للمشترين في المناطق ذات التباين الكبير في درجات الحرارة المحيطة (المناطق الاستوائية، والمناطق المعتدلة ذات الفصول الأربعة المتميزة)، قم بإعطاء الأولوية للنماذج ذات إمكانية اختبار درجة الحرارة (PK59B). يؤدي فقدان بيانات درجة الحرارة إلى تقليل إمكانية تحليل نتائج الاختبار بشكل كبير — يمكنك استثمار نفس الوقت والجهد في الاختبار ولكن لا يمكنك تحديد ما إذا كانت النتائج طبيعية بدون سياق درجة الحرارة.

وبالنظر إلى المستقبل، تتطور صيانة البطارية نحو تقييم شامل متعدد المعلمات - المقاومة الداخلية، والجهد، ودرجة الحرارة، وتاريخ الشحن والتفريغ، والظروف البيئية مجتمعة من خلال تحليل البيانات لإنتاج درجة مركبة لحالة البطارية. درجة الحرارة هي معلمة لا غنى عنها في هذا النظام. View the Battery Test Instruments Collection