ارتفاع درجة حرارة البطارية يؤثر على أداء الجهاز عمر، والسلامة. نظرًا لأن البطاريات تعمل على تشغيل الأجهزة بدءًا من الهواتف الذكية وحتى السيارات الكهربائية، فإن فهم أسباب ارتفاع درجة الحرارة والوقاية منه أمر ضروري. تتناول هذه المقالة الآليات والعواقب واستراتيجيات الوقاية لارتفاع درجة حرارة البطارية لمساعدة المستخدمين على إدارة البطاريات بشكل فعال.
ما هو ارتفاع درجة حرارة البطارية؟
يحدث ارتفاع درجة حرارة البطارية عندما تتجاوز درجة حرارتها الحد الأقصى نطاق التشغيل الآمن. تتمتع كل بطارية بدرجة حرارة مثالية لإجراء تفاعلات كيميائية فعالة وآمنة. وفوق هذا الحد، تصبح التفاعلات غير مستقرة، مما يؤدي إلى خطر فقدان الأداء ومخاطر السلامة.
يعد ارتفاع درجة الحرارة أمرًا خطيرًا لأن ارتفاع درجات الحرارة يؤدي إلى تسريع التفاعلات الكيميائية، مما يؤدي إلى توليد المزيد من الحرارة وزيادة درجة الحرارة. يمكن أن تتصاعد حلقة ردود الفعل الإيجابية هذه بسرعة إذا لم تتم إدارتها، مما يؤدي إلى ظروف خطيرة.
عواقب ارتفاع درجة حرارة البطارية
يؤثر ارتفاع درجة حرارة البطارية على الأداء والسلامة بعدة طرق:
- تدهور الأداء: تعمل درجات الحرارة المرتفعة على تسريع شيخوخة البطارية وتقليل السعة وتقصير وقت التشغيل. درجات الحرارة الأعلى من 25 درجة مئوية يمكن أن تقلل من عمر بطارية الليثيوم أيون.
- الهروب الحراري (TR): يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى حدوث TR، حيث يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى تراكم المزيد من الحرارة، مما قد يؤدي إلى حرائق أو انفجارات.
- الأضرار المادية: يمكن للحرارة الطويلة أن تلحق الضرر بالهياكل الداخلية بشكل لا رجعة فيه، مما يسبب التورم، تسربأو تشوهها والإضرار بسلامة البطارية.
- انخفاض الكفاءة: تتمتع البطاريات المحمومة بمقاومة داخلية أعلى، مما يؤدي إلى إبطاء الشحن واستخدام أقصر.
أسباب ارتفاع درجة حرارة البطارية
إن فهم ما يسبب ارتفاع درجة الحرارة هو مفتاح الوقاية. تشمل الأسباب الرئيسية ما يلي:
- الشحن السريع أو الشحن الزائد: يؤدي الشحن بما يتجاوز مواصفات البطارية إلى توليد حرارة زائدة.
- درجات الحرارة المحيطة المرتفعة: الحرارة الخارجية، مثل ضوء الشمس أو المركبات الساخنة، تحد من تبديد الحرارة.
- سوء حالة البطارية أو تصميمها: البطاريات القديمة أو التالفة أو ذات الجودة المنخفضة أو عيوب التصنيع تزيد من المقاومة الداخلية والحرارة.
- متطلبات الطاقة المفرطة: تؤدي التيارات العالية الناتجة عن المهام الصعبة (الألعاب والبث المباشر والأدوات الكهربائية) إلى إجهاد البطارية.
- التهوية غير الكافية: يمنع تدفق الهواء المحدود التبريد المناسب.
- نظام إدارة البطارية فشل (BMS): لا يمكن لنظام BMS المعيب تنظيم درجة الحرارة أو التيار، مما يسمح بظروف غير آمنة.
أعراض ارتفاع درجة حرارة البطارية
انخفاض كفاءة الشحن أو التفريغ
يتيح التعرف على علامات ارتفاع درجة الحرارة التدخل في الوقت المناسب قبل حدوث الضرر.
التشوه أو التورم
يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى زيادة الضغط الداخلي، مما يؤدي إلى انتفاخ غلاف البطارية أو تشويهه. يشير هذا إلى مشاكل داخلية خطيرة ويتطلب اهتمامًا فوريًا.
الرائحة أو الدخان
تشير رائحة الاحتراق أو الدخان إلى انهيار داخلي أو احتراق. تصرف فورًا، لأن هذه غالبًا ما تسبق الظروف الخطيرة.
ارتفاع درجة الحرارة بشكل غير طبيعي
تشير الحرارة الزائدة التي تجعل البطاريات غير مريحة عند اللمس بوضوح إلى ارتفاع درجة الحرارة ويجب عدم تجاهلها.
انخفاض كفاءة الشحن أو التفريغ
يشير انخفاض وقت التشغيل أو الشحن البطيء إلى أن ارتفاع درجة الحرارة قد أدى إلى إتلاف كيمياء البطارية، مما أدى إلى انخفاض الأداء.
مقارنة أعراض ارتفاع درجة الحرارة عبر أنواع البطاريات
| أعراض | بطاريات ليثيوم أيون | بطاريات الرصاص الحمضية |
| ارتفاع درجة الحرارة | عادة أعلى من 60 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت) | فوق 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت) |
| التغيرات الجسدية | تورم أو انتفاخ الغلاف | التآكل أو تورم القضية |
| قضايا الأداء | انخفاض القدرة، والتفريغ أسرع | ضعف الأداء، وانخفاض وقت التشغيل |
| المؤشرات البصرية | حار للمس، وتغير اللون | تسرب المنحل بالكهرباء، وانتفاخ |
كيفية منع ارتفاع درجة حرارة البطارية
خطوات استباقية تقلل من مخاطر ارتفاع درجة الحرارة:
- استخدم أجهزة الشحن الموصى بها من قبل الشركة المصنعة لمنع عدم تطابق الجهد الكهربي والحرارة الزائدة.
- احتفظ بالأجهزة في درجة حرارة تتراوح بين 20 درجة مئوية و25 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت إلى 77 درجة فهرنهايت)؛ تجنب أشعة الشمس المباشرة والمركبات الساخنة.
- التأكد من التهوية المناسبة من خلال الحفاظ على تدفق الهواء حول الأجهزة، خاصة أثناء الشحن، وتنظيف فتحات التهوية بانتظام.
- افصل الأجهزة عند شحنها بالكامل وتجنب الاستخدام المكثف أثناء الشحن لتقليل تراكم الحرارة.
- استخدم أنظمة إدارة البطارية التي تراقب درجة الحرارة؛ فكر في استخدام أجهزة استشعار إضافية للتطبيقات المهمة.
- افحص البطاريات بانتظام بحثًا عن أي تلف، وقم بتنظيف أطراف التوصيل، وحافظ على تحديث البرامج الثابتة لتحقيق الإدارة الحرارية المثلى.
كيفية التعامل مع ارتفاع درجة حرارة البطارية
في حالة حدوث ارتفاع في درجة الحرارة، اتبع الخطوات التالية:
1. افصل الطاقة فورًا لإيقاف توليد الحرارة.
2. انقل البطارية إلى منطقة غير قابلة للاشتعال وجيدة التهوية بعيدًا عن المواد القابلة للاحتراق.
3. دع البطارية تبرد بشكل طبيعي في درجة حرارة الغرفة؛ تجنب التبريد السريع مثل التبريد.
4. لا تقم بإعادة الشحن حتى يتم تبريده بالكامل وفحصه.
5. التحقق من عدم وجود تورم أو تسرب أو تلف. لا تعيد استخدامها في حالة تلفها.
6. في حالة ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير أو حدوث تلف واضح، استشر أحد المتخصصين.
7. تخلص من البطاريات التالفة وفقًا للوائح المحلية؛ لا ترميها أبدًا في سلة المهملات العادية بسبب مخاطر السلامة.
ما هي البطاريات الأكثر عرضة لارتفاع درجة الحرارة؟
ليست كل البطاريات لديها نفس مخاطر ارتفاع درجة الحرارة.
18650 أسطواني NCM و LCO بطاريات الليثيوم أيون حساسة بشكل خاص لارتفاع درجة الحرارة بسبب تصميمها كثيف الطاقة، خاصة في ظل الطاقة العالية أو الحرارة.
بطاريات LFP (ليثيوم فوسفات الحديد). تكون أكثر استقرارًا من الناحية الحرارية وأقل عرضة لارتفاع درجة الحرارة ولكنها لا تزال عرضة لارتفاع درجة الحرارة في الظروف القاسية.
البطاريات المنشورية كبيرة الحجم، مثل تلك الموجودة في السيارات الكهربائية، قد ترتفع درجة حرارتها أيضًا دون تبريد مناسب بسبب حجمها وكثافة الطاقة.
لماذا ترتفع حرارة البطاريات غير المستخدمة؟
يمكن أن تولد البطاريات حرارة حتى في حالة عدم استخدامها للأسباب التالية:
- التفاعلات الكيميائية الداخلية: يؤدي التفريغ الذاتي البطيء إلى إنتاج الحرارة بمرور الوقت.
- الدوائر القصيرة الدقيقة: تتسبب الأعطال الداخلية أو التدهور في حدوث دوائر قصيرة وحرارة.
- التخزين في درجة حرارة عالية: تعمل الحرارة على تسريع التفريغ الذاتي والتراكم.
- التدهور المرتبط بالعمر: تتمتع البطاريات القديمة بمقاومة أعلى، وتولد المزيد من الحرارة حتى مع القليل من النشاط.
هل تؤثر البطاريات ذات الأحجام المختلفة على تبديد الحرارة؟
يؤثر حجم البطارية بشكل كبير على تبديد الحرارة.
تعمل البطاريات الأكبر حجمًا على تبديد الحرارة بكفاءة أقل لأن حرارة القلب لديها مسافة أبعد، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة الداخلية.
بحث يوضح أن البطاريات ذات نسب القطر إلى الارتفاع (D/H) الأكبر تتمتع بدرجات حرارة أقل وتدرجات حرارية أصغر بسبب زيادة مساحة السطح لتحسين تبديد الحرارة. وهذا يفسر سبب احتياج البطاريات الكبيرة، مثل تلك الموجودة في السيارات الكهربائية، إلى أنظمة تبريد نشطة، بينما تستخدم بطاريات الهواتف الذكية الأصغر حجمًا التبريد السلبي.
يجب أن يأخذ تصميم البطارية في الاعتبار توليد الحرارة وتبديدها للحفاظ على درجات حرارة آمنة.
خاتمة
يعد ارتفاع درجة حرارة البطارية مصدر قلق خطير. إن التعرف على أسبابه وأعراضه يساعد المستخدمين على الوقاية منه والتعامل مع البطاريات بأمان.
ومن خلال إدارة البطاريات بعناية واحترام حدود درجات الحرارة، يمكننا الاستمتاع بالطاقة المحمولة مع تقليل المخاطر.
