بحث حول معدات اختبار البطاريات للكشف المتزامن عن المقاومة الداخلية للبطارية والجهد

المستخلص:

مع التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة، ومحطات تخزين الطاقة، وصناعات بطاريات الليثيوم الاستهلاكية، أصبحت سلامة خلايا البطاريات وحزمها، وكفاءتها، وتقييم عمرها الافتراضي من أهم أولويات هذه الصناعة. وتُعد المقاومة الداخلية وجهد التيار المستمر من أهم المعايير التي تُحدد حالة البطارية. معدات اختبار البطارية يمكن تحقيق جمع متزامن لبيانات مقاومة البطارية وجهدها، مما يتيح إنجاز مهام الاختبار في فرز الإنتاج، والبحث والتطوير المختبري، والكشف عن عمليات التشغيل والصيانة، وغيرها من السيناريوهات. مع التركيز على LISUN LS5562 تتناول هذه الورقة البحثية جهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطاريات عالي الجهد وعالي الدقة، وتحلل المبادئ التقنية والمعايير الرئيسية والامتثال للمعايير وسيناريوهات التطبيق الهندسي لمعدات اختبار البطاريات، وتقارن المؤشرات الفنية لنفس سلسلة المنتجات، وتناقش القيمة العملية لمعدات اختبار البطاريات عالية الجهد في اختبار بطاريات الطاقة وبطاريات تخزين الطاقة وخلايا الوقود، مما يوفر أساسًا مرجعيًا لفحص جودة إنتاج البطاريات واختيار معدات الاختبار في البحث والتطوير.

مقدمة:

في ظل التوسع السريع لصناعة الطاقة الجديدة، يتزايد إنتاج أجهزة تخزين الطاقة، مثل بطاريات الليثيوم أيون، وخلايا وقود الهيدروجين، وبطاريات الرصاص الحمضية، والمكثفات الفائقة. وتفرض منتجات البطاريات، بدءًا من الخلايا المفردة وصولًا إلى حزم البطاريات المجمعة، متطلبات أعلى على مرحلة الاختبار. إذ تعكس المقاومة الداخلية للبطارية مشاكل مثل تقادم الأقطاب الداخلية، وتدهور الإلكتروليت، وعيوب اللحام؛ بينما يعكس جهد الدائرة المفتوحة حالة شحن البطارية بشكل مباشر. ويُعدّ الجمع بين هذين العاملين أساسًا هامًا لتقييم جودة البطارية. إلا أن طرق الكشف التقليدية ثنائية الأسلاك عُرضة لإدخال مقاومة الرصاص ومقاومة التلامس. وبالنسبة للبطاريات ذات المقاومة الداخلية المنخفضة في نطاق الميلي أوم، يكون خطأ القياس كبيرًا، مما يجعل من المستحيل تلبية متطلبات اختبار بطاريات الطاقة عالية الجهد وخطوط الإنتاج عالية السرعة.

تُستخدم معدات اختبار البطاريات، باعتبارها الأداة الأساسية لمراقبة جودة البطاريات، على نطاق واسع في فرز الخلايا المعيبة في المصانع، واختبارات دورة حياة البطارية، والكشف عن أعطال حزم البطاريات، وتحليل الأعطال، وغيرها من المهام. وتُعد تقنية قياس التيار المتردد رباعي الأطراف (كلفن) الطريقة الرئيسية لاختبار المقاومة الداخلية للبطاريات بدقة عالية. فهي تجعل حلقة إثارة التيار وحلقة أخذ عينات الجهد مستقلتين عن بعضهما البعض، مما يلغي انحراف القياس الناتج عن أسلاك الاختبار، ويحقق قياسًا للمقاومة الداخلية بمستوى الميكرو أوم، مع جمع بيانات جهد التيار المستمر بشكل متزامن لتلبية متطلبات الاختبار للمعايير المحلية والدولية مثل GB/T 31484-2015 و IEC 62133-1:2017. LISUN LS5562 جهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطاريات عالي الجهد والدقة هو جهاز اختبار بطاريات مصمم خصيصًا لصناعة البطاريات. يُمكنه إجراء اختبارات المقاومة والجهد في آنٍ واحد، ويدعم ربط خطوط الإنتاج الآلية، ويلبي احتياجات اختبار حزم البطاريات عالية الجهد الموصولة على التوالي، وبطاريات الأزرار، والمكثفات الفائقة، وخلايا الوقود، وغيرها من العينات. لمزيد من التفاصيل، يُرجى زيارة رابط المنتج: [https://www.lisungroup.cn/products/8724.html](https://www.lisungroup.cn/products/8724.html).

1- المبدأ التقني للكشف المتزامن عن المقاومة الداخلية للبطارية والجهد

تعتمد أجهزة اختبار البطاريات على قياس المقاومة الداخلية باستخدام طريقة كلفن رباعية الأسلاك (قياس التيار المتردد بأربعة أطراف). يتم توليد إشارة الاختبار بتردد 1 كيلوهرتز، حيث يُخرج زوج من الأطراف تيار الإثارة، بينما يستقبل الزوج الآخر إشارة الجهد من طرفي البطارية. تتميز دائرة أخذ عينات الجهد بمقاومة دخل عالية للغاية، ويكاد لا يمر بها تيار، لذا لا تُحتسب المقاومة الناتجة عن أسلاك الاختبار وملامسة المجس ضمن المقاومة الداخلية المقاسة للبطارية، مما يُتيح قياسًا دقيقًا يصل إلى مستوى الميلي أوم أو حتى الميكرو أوم. يقوم الجهاز بجمع جهد التيار المستمر للبطارية بشكل متزامن، مما يُتيح إخراجًا متزامنًا للمعلمتين: المقاومة (R) والجهد (V).

يُمكن لمؤشر المقاومة الداخلية أن يعكس بدقة حالة البطارية الداخلية: فعندما تتقادم البطارية، أو يتدهور الإلكتروليت، أو يكون لحام الأطراف معيبًا، ترتفع قيمة المقاومة الداخلية بشكل ملحوظ. ويُستخدم الجهد الكهربائي لتقييم تجانس الخلايا. فإذا كان تباين الجهد بين الخلايا الفردية في حزمة بطاريات متعددة الخلايا كبيرًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى تقصير عمر الحزمة بأكملها، ويُشكل خطرًا لحدوث هروب حراري. ولا يُمكن لجهاز اختبار البطاريات إجراء تقييم شامل (عالي/منخفض/متوسط) وتمييز العينات المؤهلة، والعالية قليلاً، وغير المؤهلة إلا عند جمعه بيانات المقاومة الداخلية والجهد معًا. أما جهاز القياس المتعدد العادي، فيقتصر على قياس الجهد فقط، ودقة قياس المقاومة الداخلية لديه غير كافية، لذا لا يُمكنه أن يحل محل جهاز اختبار البطاريات المتخصص في تقييم الجودة.

استخدم LS5562 يجمع جهاز اختبار البطاريات بين قياس المقاومة الداخلية للتيار المتردد وقياس الجهد المستمر. وهو مزود بمقارن داخلي ويدعم فرزًا بعشرة مستويات. يستطيع الجهاز تحديد عتبة مستقلة للمقاومة والجهد، كما يمكنه إجراء تقييم منطقي شامل يجمع بين المعيارين، ويُخرج نتائج النجاح/الفشل، ويتكيف مع فرز خطوط الإنتاج الآلية. يحتوي الجهاز أيضًا على وظيفة فحص تلامس أسلاك الاختبار. فعند ضعف تلامس المجسات، يمكن تحديد الخلل لتجنب بيانات الاختبار الخاطئة على خط الإنتاج وتحسين موثوقية فحص الدفعات.

2- تحليل المعايير الفنية لـ LISUN LS5562 معدات اختبار البطارية

استخدم LISUN LS5562 ينتمي هذا الجهاز إلى معدات اختبار البطاريات عالية الجهد وعالية الدقة، وتشمل نفس السلسلة ما يلي: LS5560 و LS5562A عارضات ازياء. ال LS5562A يدعم مدخلات جهد عالٍ تصل إلى 300 فولت تيار مستمر، وهو مناسب لاختبار وحدات البطاريات ذات الجهد العالي، بينما يبلغ جهد الإدخال المقنن لـ LS5560 و LS5562 يعمل الجهاز بجهد 60 فولت تيار مستمر. وهو مزود بشاشة LCD ملونة مقاس 4.3 بوصة، تعرض المقاومة R والجهد V في وقت واحد؛ ويمكن أن تصل دقة المقاومة الداخلية الدنيا إلى 0.1 ميكرو أوم، ودقة الجهد إلى 10 ميكرو فولت، وسرعة الاختبار القصوى هي 100 مرة/ثانية، مما يلبي متطلبات أخذ العينات والفرز في خطوط الإنتاج الضخمة عالية السرعة.

الجدول 1: مقارنة بين معايير المواصفات الرئيسية لـ LISUN LS5560, LS5562 و LS5562A

من خلال مقارنة المعايير، يمكن ملاحظة أنه بالمقارنة مع LS5560أطلقت حملة LS5562 يوسع نطاق المقاومة بترسين إضافيين هما 300 أوم و3000 أوم، بحيث يمكنه اختبار كل من المقاومة الداخلية المنخفضة لبطاريات الطاقة (بمستوى الميلي أوم) وجزء من بطاريات تخزين الطاقة ذات المقاومة الداخلية العالية ومجموعات البطاريات؛ LS5562A وهو موجه نحو الوحدات المتصلة على التوالي ذات الجهد العالي، مع قدرة إدخال جهد تيار مستمر 300 فولت، ويتكيف مع احتياجات الكشف لحزم بطاريات الليثيوم متعددة السلاسل للمركبات الكهربائية.

تم تجهيز الجهاز بأربع سرعات أخذ عينات: فائقة السرعة (4 مللي ثانية)، سريعة (12 مللي ثانية)، متوسطة (42 مللي ثانية)، وبطيئة (157 مللي ثانية). تُستخدم السرعة العالية للفحص السريع للكميات الكبيرة على خطوط الإنتاج، بينما تُحسّن السرعة المنخفضة استقرار القياس وتُناسب اختبارات البحث والتطوير المخبرية. أما بالنسبة لدقة القياس، فتبلغ دقة نطاق المقاومة المنخفضة من 3 إلى 30 مللي أوم ±0.5% من القراءة ±10 خانات، ودقة نطاق المقاومة من 30 إلى 3000 أوم ±0.5% من القراءة ±5 خانات، بينما تصل دقة قياس جهد التيار المستمر إلى ±0.01% من القراءة ±3 خانات، ما يُلبي متطلبات الكشف عالي الدقة.

على مستوى الاتصال، يدعم الجهاز بروتوكولي SCPI وModbus-RTU. تتصل واجهة فرز HANDLER مباشرةً بمعدات الفرز الآلي دون الحاجة إلى برامج إضافية، ويمكن تحميل نتائج الاختبار مباشرةً إلى الحاسوب عبر منفذ USB. يدعم الجهاز حفظ 50 إعدادًا في الجهاز نفسه و500 إعداد في ذاكرة USB، مما يتيح استدعاء مخططات الاختبار بسرعة لأنواع مختلفة من البطاريات وتقليل وقت تشغيل خط الإنتاج. تُمكّن وظيفة فحص تلامس أسلاك الاختبار من تحديد التوصيلات الوهمية أو ارتخاء المجسات، مما يقلل من البيانات غير الصالحة في اختبارات الدفعات على مستوى الأجهزة، وهو ما يُعدّ ذا قيمة عملية عالية لخطوط الإنتاج الآلية.

اختبار البطارية LS5562 AL3

3. معايير الصناعة المتوافقة وسيناريوهات التطبيق

يدعم جهاز اختبار البطاريات هذا ظروف اختبار العديد من معايير البطاريات المحلية والدولية، بما في ذلك GB/T 31484-2015 "متطلبات دورة الحياة وطرق اختبار بطارية الجر للمركبات الكهربائية"، وGB/T 31485-2015 "متطلبات السلامة وطرق اختبار بطارية الجر للمركبات الكهربائية"، وGB/T 18287-2013 "المواصفات العامة لبطاريات الليثيوم أيون وحزم البطاريات للهواتف المحمولة"، وGB/T 22473-2013 "المتطلبات العامة لبطاريات الليثيوم أيون وحزم البطاريات المستخدمة في تخزين الطاقة"، وهو متوافق أيضًا مع المعايير الدولية IEC 61960-1:2017 وIEC 62133-1:2017، ويمكن استخدامه لاختبارات المعايير المختبرية وفحص جودة المصنع.

سيناريوهات التطبيق الرئيسية لـ LS5562 معدات اختبار البطاريات هي:

1. فحص جودة الإنتاج الضخم لبطاريات الليثيوم: فرز عالي السرعة لبطاريات الليثيوم الاستهلاكية وبطاريات الأزرار عند خروجها من المصنع، وجمع المقاومة الداخلية والجهد بشكل متزامن، وفحص الخلايا ذات الاتساق المؤهل، واستبعاد الخلايا التي بها عيوب في اللحام وشذوذات داخلية؛
2. اختبار بطاريات الطاقة وحزم البطاريات عالية الجهد: قياس المقاومة الداخلية والجهد لوحدات بطاريات الليثيوم للمركبات الكهربائية وبطاريات الليثيوم عالية الجهد متعددة الخلايا لتقييم اتساق الخلايا الفردية بعد التجميع؛
3. اختبار بطاريات تخزين الطاقة وبطاريات UPS: تقييم تدهور بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم لتخزين الطاقة، والكشف عن التشغيل والصيانة الدورية، والتنبؤ بتدهور عمر البطارية؛
4. اختبار البطاريات الخاص: اختبار المقاومة والجهد لمجموعات خلايا الوقود وخلايا وقود الهيدروجين؛ اختبار المقاومة الداخلية التسلسلية المكافئة للمكثفات الفائقة؛
5. البحث والتطوير المختبري وتحليل الأعطال: تتبع المقاومة الداخلية وتغيرات الجهد أثناء تقادم دورة البطارية، ودراسة قوانين تدهور البطارية، وتشخيص العينات الفاشلة؛
6. تكامل النظام الآلي: التعاون مع آليات الفرز الآلي لبناء محطات اختبار البطاريات الآلية بالكامل، وتحقيق الكشف غير المراقب عن المنتجات بكميات كبيرة، مع التخزين التلقائي وأرشفة نتائج الاختبار.

في الإنتاج الفعلي، إذا اعتمد الفرز على الجهد فقط، فإن بعض الخلايا المعيبة ذات المقاومة الداخلية غير الطبيعية ولكن بجهد طبيعي ستنتقل إلى المرحلة التالية؛ إذ لا يمكن الاعتماد على المقاومة الداخلية وحدها لتحديد الخلايا المشحونة بشكل زائد أو ذات الجهد المنخفض. يجب أن تُجري أجهزة اختبار البطاريات قياسًا متزامنًا للمقاومة الداخلية والجهد، ومن خلال التقييم المشترك لهذين البُعدين فقط يمكن تحقيق فحص موثوق وتقليل مخاطر أعطال حزم البطاريات في المراحل اللاحقة.

أربع نقاط أساسية لاختيار واستخدام معدات اختبار البطاريات

عند اختيار معدات اختبار البطاريات، من الضروري مراعاة نطاق الجهد الأقصى، ونطاق المقاومة الداخلية، ومتطلبات سرعة خط الإنتاج للبطارية المختبرة بشكل شامل. بالنسبة للخلايا المفردة أو وحدات الجهد المنخفض التي لا تتجاوز 60 فولت، LS5562 يمكن أن تغطي نطاقًا واسعًا من بطاريات الطاقة ذات المقاومة المنخفضة (ملي أوم) إلى مجموعات البطاريات ذات المقاومة العالية (كيلو أوم)؛ بالنسبة لوحدات البطاريات عالية الجهد، LS5562A يجب اختيار الطراز بحيث يتوافق مع جهد التحمل 300 فولت تيار مستمر.

في الاختبارات العملية، على الرغم من أن جهاز اختبار البطاريات رباعي الأطراف يعمل بالتيار المتردد قادر على إزالة مقاومة الرصاص، إلا أن الأكسدة وعدم كفاية الضغط وتلوث سطح المجسات قد يؤدي إلى عدم استقرار التلامس. لذا، يجب استخدام وظيفة فحص التلامس المدمجة في الجهاز بشكل صحيح لتحديد أي خلل في التلامس في الوقت المناسب. في وضع السرعة العالية (EX.FAST)، ستُضاف أخطاء رقمية إضافية إلى دقة القياس، لذلك يُنصح باستخدام وضع السرعة المتوسطة (MEDIUM) أو البطيئة (SLOW) في اختبارات البحث والتطوير لضمان دقة البيانات. عند استخدام الجهاز على خطوط الإنتاج الآلية، يجب معايرته بانتظام وصيانة مجسات الاختبار دوريًا لضمان قابلية تكرار البيانات في اختبارات الدفعات طويلة الأمد.

في الوقت نفسه، يُجري هذا النوع من أجهزة اختبار البطاريات اختبار المقاومة الداخلية للتيار المتردد، وهو يختلف عن اختبار المقاومة الداخلية لتفريغ التيار المستمر. يختلف المعنى الفيزيائي لكليهما، لذا من الضروري أثناء الاختبار التمييز بين طرق الاختبار المحددة في المعايير ومطابقة شروط الاختبار المناسبة.

5 الخاتمة

في ظل التطور عالي الجودة لصناعة بطاريات الطاقة الجديدة، معدات اختبار البطارية يُعدّ جهاز قياس المقاومة الداخلية أداةً لا غنى عنها لضمان اتساق وسلامة منتجات البطاريات. يجب قياس المقاومة الداخلية والجهد الكهربائي، وهما المؤشران الرئيسيان للبطاريات، بشكل متزامن لتقييم حالة البطارية بشكل كامل. LISUN LS5562 يعتمد جهاز اختبار المقاومة الداخلية للبطاريات عالي الجهد والدقة على تقنية القياس رباعي الأطراف للتيار المتردد، ويتميز بدقة تصل إلى مستوى الميكرو أوم، وتغطية نطاقات متعددة، وسرعة اختبار عالية، وواجهات اتصال متعددة، ويتوافق مع العديد من المعايير الوطنية والدولية، ويراعي كلاً من البحث والتطوير المختبري والاختبار الآلي على خطوط الإنتاج في المصانع. ويمكن استخدامه لاختبار مختلف أجهزة تخزين الطاقة مثل بطاريات الليثيوم، وبطاريات تخزين الطاقة، وخلايا الوقود، والمكثفات الفائقة.

مع استمرار تطور تكنولوجيا البطاريات، أصبحت البطاريات ذات الجهد العالي والسعة الكبيرة أكثر شيوعًا، مما يفرض متطلبات أعلى على قدرة تحمل الجهد، والدقة، ومقاومة التداخل، وأتمتة أجهزة اختبار البطاريات. عند اختيار جهاز الاختبار وتطبيقه، يجب اختيار المواصفات المناسبة وفقًا للجهد، ونطاق المقاومة الداخلية، وسيناريو استخدام الجهاز، مع ضرورة توحيد إجراءات التشغيل، وذلك للاستفادة القصوى من ميزة الكشف المتزامن بين المقاومة الداخلية والجهد، والحد من مخاطر سلامة البطاريات، والمساهمة في تحسين جودة منتجات البطاريات.