حساب تيار الدائرة الكهربائية القصيرة في بطاريات الليثيوم أيون NCM

1. المفاهيم الأساسية وهيكل الآلية الوطنية بطاريات الليثيوم أيون

بطاريات الليثيوم أيون NCM هي بطاريات عالية الأداء توفر كثافة طاقة عالية وعمر دورة طويل وأداء سلامة جيد، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة وغيرها من المجالات. وتتألف هذه البطاريات من كاثود وأنود وإلكتروليت، وعادةً ما تكون مادة الكاثود مصنوعة من النيكل والكوبالت والمنغنيز (NCM) أو النيكل والكوبالت والألومنيوم (NCA)، من بين مواد أخرى. ويعزز الجمع بين هذه المواد كثافة طاقة البطارية، مما يجعلها مفيدة في التطبيقات عالية الأداء.

بالمقارنة مع بطاريات فوسفات حديد الليثيوم التقليدية (LFP)، فإن بطاريات NCM بطاريات الليثيوم أيون توفر جهدًا أعلى وكثافة طاقة أعلى، مما يؤدي إلى وقت استخدام أطول وإنتاج طاقة أعلى. ومع ذلك، مع تحسن أدائها، يمكن أن يكون تيار الدائرة القصيرة أثناء حدوث عطل أعلى أيضًا، مما يتطلب حسابًا دقيقًا وإدارة تيارات الدائرة القصيرة لضمان سلامة البطارية.

2. تعريف تيار الدائرة القصيرة

يشير تيار الدائرة القصيرة إلى الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن تخرجه البطارية عندما تتعرض لدائرة كهربائية قصيرة (أي عندما تتصل أطراف البطارية الموجبة والسالبة للبطارية مباشرة، مما يشكل حلقة تيار). تعتبر هذه المعلمة حاسمة في تقييم أداء سلامة البطارية لأن تيارات الدائرة القصيرة العالية بشكل مفرط يمكن أن تسبب تسخيناً سريعاً، مما يؤدي إلى تلف البطارية أو حتى أحداث خطيرة. يعتبر تيار الدائرة القصيرة مؤشراً مهماً عند تقييم أداء البطارية، خاصة أثناء تصميم النظام واستخدامه.

3. طريقة لحساب تيار الدائرة القصيرة للدائرة الكهربائية الوطنية بطاريات الليثيوم أيون

تيار الدائرة القصيرة للتيار الكهربي للتيار المغناطيسي بطاريات الليثيوم أيون يتأثر بالمقاومة الداخلية للبطارية وجهد التشغيل ومعدل الشحن/التفريغ الأقصى. والطريقة المحددة لحسابها هي كما يلي:

1. قياس المقاومة الداخلية للبطارية
   المقاومة الداخلية للبطارية عامل رئيسي في تحديد تيار الدائرة القصيرة. إذا كانت المقاومة الداخلية عالية جداً، فستولد البطارية فقداناً كبيراً للطاقة أثناء التفريغ، مما يقلل من الكفاءة. يمكن قياسها باستخدام مقياس رقمي متعدد أو جهاز اختبار مقاومة داخلية مخصص. وحدة المقاومة الداخلية هي الأوم (Ω)، وعلى الرغم من أن القيمة عادة ما تكون صغيرة، إلا أنها تؤثر بشكل كبير على تيار الدائرة القصيرة.
2. تحديد الحد الأقصى لمعدل الشحن/التفريغ الأقصى
   يشير الحد الأقصى لمعدل الشحن/التفريغ إلى أعلى تيار يمكن للبطارية شحنه أو تفريغه بأمان. يتم التعبير عن معدل التفريغ عادةً بوحدة C (المعدل). على سبيل المثال، إذا كانت السعة الاسمية للبطارية 2000 مللي أمبير في الساعة، فإن معدل التفريغ 1C يعادل 2000 مللي أمبير، ومعدل التفريغ 2C سيكون 4000 مللي أمبير.
3. حساب تيار الدائرة القصيرة
   بمجرد قياس المقاومة الداخلية والجهد الداخلي، يمكن حساب تيار الدائرة القصيرة باستخدام المعادلة التالية:تيار الدائرة القصيرة= جهد البطارية/جهد البطارية/المقاومة الداخلية \\نص{تيار الدائرة القصيرة} = \\فراك{{{نص{جهد البطارية}}{نص{المقاومة الداخلية}}}تيار الدائرة القصيرة=المقاومة الداخلية/جهد البطارية/جهد البطاريةعلى سبيل المثال، إذا كان جهد بطارية ليثيوم أيون NCM هو 3.7 فولت والمقاومة الداخلية 0.05Ω، فإن تيار الدائرة القصيرة هو:تيار الدائرة القصيرة=3.7 فولت0.05Ω=74 أمبير/النص{تيار الدائرة القصيرة==0.05Ω=74 أمبير/النص{تيار الدائرة القصيرة=0.05Ω3.7 فولت=74أمبير تشير هذه النتيجة إلى أن البطارية يمكن أن تخرج تيارًا قدره 74 أمبير أثناء حدوث دائرة قصيرة. يمكن أن يتسبب هذا التيار العالي في تسخين سريع للبطارية أو تلفها أو حتى نشوب حريق.

4. اعتبارات السلامة في النظام

في حين أن NCM بطاريات الليثيوم أيون تتمتع بكثافة طاقة عالية وقدرة إنتاجية كبيرة، إلا أن تيار الدائرة القصيرة الأكبر يجلب أيضًا مخاطر أعلى على السلامة. عند تصميم نظام البطارية، من المهم ليس فقط حساب تيار الدائرة القصيرة ولكن أيضًا مراعاة التيار المقنن لحزمة البطارية بأكملها ومقاومتها الداخلية والعوامل الخارجية مثل درجة الحرارة والاهتزازات البيئية. إذا تجاوز تيار الدائرة القصيرة السعة التصميمية للنظام، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة وحالات خطرة محتملة مثل الحرائق أو الانفجارات.

لتعزيز سلامة النظام، يقوم المصممون عادةً بتنفيذ التدابير التالية:

1. دمج دوائر الحماية (مثل الحماية من التيار الزائد والحماية من درجة الحرارة) في نظام البطارية.
2. استخدام أنظمة إدارة البطارية (BMS) عالية الجودة لمراقبة حالة البطارية ومنع الشحن الزائد أو الشحن الزائد.
3. اختيار مواد البطارية ذات المقاومة الداخلية المنخفضة لتقليل تراكم الحرارة.

5. الخاتمة

المركز الوطني للإعلام بطاريات الليثيوم أيون كثافة طاقة عالية وكفاءة شحن/تفريغ ممتازة. ومع ذلك، فإن تيار الدائرة القصيرة الأكبر يشكل خطرًا أكبر لتلف البطارية أثناء حدوث عطل. لذلك، من الضروري حساب تيار الدائرة القصيرة بدقة واعتماد تدابير وقائية لضمان سلامة نظام البطارية واستقراره. من خلال التصميم المناسب وإدارة السلامة المناسبة، يمكننا الاستفادة الكاملة من مزايا المولدات الكهربائية ذات الدائرة القصيرة بطاريات الليثيوم أيون مع تقليل المخاطر المرتبطة بها إلى الحد الأدنى.