دليل شامل لاختبار بطاريات الليثيوم بأمان

At Qualitestنُقرّ بوجود منهجين متميزين لفحص سلامة بطارية الليثيوم أيون. الأول هو الفحص التشخيصي المباشر لجهاز واحد لا يعمل كما هو متوقع. أما الثاني فهو عملية التحقق الشاملة اللازمة للتأكد من أن المنتج آمن بما يكفي لطرحه في السوق.

تم تصميم هذا الدليل لكلا السيناريوهين:

• التشخيص على سطح المكتب: للفنيين والمهندسين الذين يحتاجون إلى تحديد حالة بطارية فردية باستخدام أدوات المختبر القياسية.
• التحقق الصناعي والامتثال: لمديري ضمان الجودة وفرق البحث والتطوير الذين يجب عليهم إثبات أن منتجاتهم تلبي معايير السلامة والأداء الصارمة قبل البيع.

سواء كنت تقوم باستكشاف أخطاء مكون واحد أو تجهيز منشأة اختبار كاملة، فإن فهم هذه البروتوكولات أمر أساسي لتحقيق نتائج آمنة وموثوقة.

الجزء الأول: التشخيص على سطح المكتب (لتحليل الخلايا الفردية)

ملاحظة موجزة: يركز هذا القسم على الفحوصات اليدوية للبطاريات الفردية. إذا كان عملك يتضمن إعداد منتج للإنتاج بكميات كبيرة، فننصحك بالانتقال إلى الجزء الثاني: التحقق الصناعي والامتثال.

خطوة أولى لا تقبل المساومة: السلامة

يجب أن نكون واضحين بشأن هذه النقطة لأن بطاريات الليثيوم أيون تخزن كمية كبيرة من الطاقة. قبل البدء، ارتدِ نظارات السلامة واعمل على سطح غير موصل للكهرباء. إذا ظهرت على البطارية أي علامات انتفاخ أو تسريب أو تلف في الغلاف، فلا تُجرِ الاختبار.

مقالة ذات صلة: دليل مستويات EUCAR وسلامة اختبار البطارية

مجموعة أدواتك الأساسية

• جهاز قياس رقمي متعدد عالي الجودة لقراءات دقيقة.
• شاحن متوافق مصمم خصيصاً لتركيبة البطارية المحددة.
• معدات الحماية الشخصية، وخاصة نظارات السلامة.

التفتيش البصري

قبل توصيل أي جهاز، يجب إجراء فحص بدني دقيق. 

بحسب خبرتنا، غالباً ما تكون العلامات التحذيرية الخارجية هي المؤشرات الأكثر موثوقية على وجود عطل خطير. ابدأ بفحص أي تشوه أو انتفاخ في الغلاف، مما يشير إلى تراكم الغاز داخلياً وحالة عالية الخطورة. 

افحص أطراف التوصيل بدقة بحثًا عن أي تآكل أبيض أو أخضر قد يعيق التوصيل، وتأكد من فحص الغلاف بحثًا عن أي ثقوب، حتى لو كانت مجهرية، قد تُسبب خطر نشوب حريق. في حال اكتشاف أي من هذه العيوب، يتوقف الاختبار فورًا. لا يُمكن إعادة تدوير الجهاز، ويجب نقله إلى مركز إعادة تدوير مُعتمد.

تأكيد الجهد والسعة

بعد ضبط جهاز القياس المتعدد على جهد التيار المستمر (عادةً ما يكون نطاق 20 فولت مناسبًا)، ضع المجسات على أطراف البطارية. 

يجب أن تكون قراءة الجهد الأساسية حوالي 4.2 فولت للبطارية المشحونة بالكامل، مع العلم أن 3.7 فولت هي القيمة القياسية للتخزين. لكن إذا انخفض هذا الرقم إلى أقل من 2.5 فولت، فمن المحتمل أن تكون البطارية قد تعرضت لتلف ناتج عن تفريغ عميق، ولا يمكن إصلاحها بأمان.

لإجراء تحليل أكثر تفصيلاً، تتضمن بروتوكولات الأداء القياسية دورات الشحن والتفريغ بمعدلات C مضبوطة. وهذا يسمح لك بقياس السعة القابلة للاستخدام والكفاءة على مدار دورات متكررة (Pepó et al., 2025; Dubarry & Baure, 2020). 

يمكنك أيضًا إجراء اختبارات قدرة المعدل عن طريق التفريغ بتيارات مختلفة (على سبيل المثال، 0.2C مقابل 1C) لمراقبة كيفية تأثير انخفاض الجهد على السعة (نام وآخرون، 2024). 

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكشف تحليل منحنى استرخاء الجهد أثناء فترات الراحة عن بيانات قيمة تتعلق بآليات تقادم البطارية (كيان وآخرون، 2019).

قياس المقاومة الداخلية

مع تدهور حالة البطارية، ترتفع مقاومتها الداخلية. وهذا بدوره يحد من قدرتها على توصيل الطاقة بكفاءة. 

في حين أن جهاز القياس المتعدد القياسي لا يتعرف على هذا المقياس، فإن مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS) وتسلسلات نبض التيار المستمر يمكن أن تقدر حالة الصحة (SoH) والمقاومة الداخلية بدقة عالية (Galeotti et al., 2015; Gasper et al., 2025; Liu et al., 2023). 

يؤكد انخفاض قيمة المقاومة أن الخلية جديدة وسريعة الاستجابة، بينما تشير القراءة العالية إلى أن البطارية تقترب من نهاية عمرها الافتراضي وستولد حرارة زائدة تحت الحمل.

الجزء الثاني: التحقق الصناعي والامتثال (للحصول على شهادة المنتج)

صورة

بالنسبة لأي شركة تُصنّع منتجات للاستخدام العام، لا يكفي مجرد فحص الجهد. تقع على عاتقكم مسؤولية إثبات قدرة بطاريتكم على تحمّل ظروف الاستخدام الواقعية. نعمل يوميًا مع عملائنا على هذا الانتقال من التشخيصات الأساسية إلى الامتثال الكامل للمعايير.

الأعطال الخفية التي لا يكتشفها جهاز القياس المتعدد

من الأخطاء الشائعة التي نلاحظها الاعتماد على الفحوصات الكهربائية الأساسية في مراحل متأخرة جدًا من عملية تطوير المنتج. 

قد تُظهر البطارية جهدًا سليمًا تمامًا بينما تخفي عيوبًا داخلية خطيرة لا تظهر إلا تحت ضغط فيزيائي أو بيئي. ويمكن لأساليب متطورة غير مدمرة، مثل الفحص بالموجات فوق الصوتية أو التصوير المقطعي بالأشعة السينية، الكشف عن هذه المشكلات الداخلية، مثل الشقوق أو انفصال الطبقات أو فقدان الإلكتروليت (Gao et al., 2024).

جميعنا على دراية بعمليات سحب الهواتف الذكية واسعة النطاق التي شهدناها خلال العقد الماضي. لم تكن تلك الحوادث ناجمة في الغالب عن بطاريات تالفة، بل كانت غالباً بسبب تعطل الفواصل الداخلية تحت الضغط، وهو أمر لا يمكن اكتشافه بفحص بسيط للجهد الكهربائي على خط الإنتاج.

• تكوين الشجيرات الشجرية: هذه هياكل معدنية مجهرية يمكنها أن تنمو داخلياً وتسبب ماساً كهربائياً دون سابق إنذار. وهي غير مرئية لجهاز القياس المتعدد.
• تدهور الفاصل: قد يتعطل الغشاء الفاصل بين المكونات الداخلية عند درجات الحرارة العالية. وبدون إجراء اختبارات مضبوطة، فإنك تعمل دون معرفة حدود المنتج الحرارية الحقيقية.
• تسوية الختم: قد تبدو البطارية محكمة الإغلاق، لكن تغيرات الضغط أثناء الشحن الجوي قد تتسبب في تسربها. لذا، نعتبر محاكاة غرفة التفريغ اختبارًا أساسيًا لأي منتج يُشحن جوًا.
   

المعايير الرسمية للوصول إلى الأسواق

لاكتشاف هذه العيوب الخفية وبيع المنتجات عالميًا، يجب أن تتوافق اختباراتك مع المعايير الدولية الرئيسية (Chen et al., 2020). إليك نبذة مختصرة:

Qualitest تم تصميم المعدات لمساعدتك على تلبية متطلبات جميع هذه المعايير.

1. فحص الإجهاد البيئي

تختلف كفاءة البطاريات باختلاف المناخ. ونؤكد لعملائنا دائمًا أن ورقة المواصفات هي مجرد نقطة انطلاق. يجب التحقق من الأداء عن طريق اختبار البطارية في ظروف بيئية محاكاة (Chen et al., 2020; Pepó et al., 2025; Lin et al., 2023).

• درجة الحرارة: تعريض البطارية لتغيرات سريعة بين درجات الحرارة القصوى من الحرارة والبرودة. هذا هو المكان الذي سلسلة QualiEx-PBC المناخية يصبح هذا الجهاز لا غنى عنه. فهو يسمح لك بتشغيل دورات حرارية عالية (من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) مع الحفاظ على تصنيف أمان مقاوم للانفجار. وهذا يضمن سلامة مختبرك حتى في حالة تسرب البطارية.
• محاكاة التبريد النشط: بالنسبة لعملاء قطاع السيارات الذين يتعاملون مع البطاريات المبردة بالسوائل، فإن مجرد وضع البطارية في صندوق لا يكفي. غالبًا ما نوصي باستخدام مبردات اختبار المركبات الكهربائية EV لمحاكاة الإدارة الحرارية النشطة لسيارة متحركة مع اختبار إجهاد الخلايا في نفس الوقت.
• محاكاة الارتفاع: محاكاة بيئة الضغط المنخفض في عنبر شحن الطائرة.
   

2. سوء الاستخدام الميكانيكي والمتانة

من البديهي أن منتجك سيتعرض للسقوط والاهتزاز والصدمات خلال دورة حياته. تتطلب شهادة الأمم المتحدة 38.3 إثبات قدرته على تحمل هذا النوع من الصدمات الميكانيكية (Chen et al., 2020; Pepó et al., 2025).

• اختبار السقوط: يجب أن تتحمل البطارية الصدمات دون أن تنفجر أو تتسرب أو تصبح خطراً.
• اختبار الاهتزاز: يحاكي هذا النموذج الإجهادات الطويلة والمُرهقة الناتجة عن النقل البري أو الجوي (لين وآخرون، 2023). تخيّل منصة نقالة محملة ببطاريات على شاحنة توصيل. إذا سارت هذه الشاحنة على طريق سريع وعر لمدة ست ساعات، فإن الاهتزاز المستمر منخفض التردد قد يُؤدي إلى ارتخاء اللحامات الداخلية قبل وصول المنتج إلى العميل بوقت طويل.
• اختبار الصدم/السحق: يضمن قدرة البطارية على تحمل حدث قوة غير حادة كبيرة.
   

3. السلامة الكهربائية وتحمل الأعطال

تعتمد العديد من هذه الاختبارات على دفع البطارية عمداً إلى حالة التلف باستخدام بروتوكولات إساءة استخدام الطاقة الكهربائية (Chen et al., 2020; Stein et al., 2022). ونحن نرى أنه من الأفضل بكثير تحديد نقطة العطل هنا في المختبر بدلاً من اكتشافها من قبل العميل.

• ماس كهربائي خارجي: نقوم بإنشاء دائرة قصر مباشرة للتحقق من تفعيل آليات السلامة الداخلية بشكل صحيح.
• الشحن الزائد/التفريغ القسري: نقوم بضخ الطاقة في بطارية ممتلئة للتأكد من أن دوائر الحماية الخاصة بها تعمل كما هو مقصود (Pepó et al., 2025).
   

4. إدارة أحداث الهروب الحراري

إن أهم المخاوف المتعلقة بالسلامة في هذه التقنية هي الهروب الحراري. وهو عطل متسلسل ترتفع فيه درجة حرارة البطارية بشكل لا يمكن السيطرة عليه (Chen et al., 2020; Deng et al., 2018).

ننصح بشدة جميع المختبرات بإجراء هذه الاختبارات التدميرية عالية الخطورة داخل وحدات متخصصة مثل غرفة انفجار بطارية الليثيوم ذات الحجم الثابتعلى عكس الفرن العادي، تم تصميم هذه الحجرة لقياس الضغط و إطلاق الحرارة نتيجة لفشل في احتواء الانفجار. 

لضمان الامتثال الأوسع نطاقًا لمعايير السلامة، فإن سياستنا العامة غرفة اختبار سلامة البطارية يوفر الخط الحماية المعززة اللازمة لاختبارات سوء المعاملة اليومية (باراي وآخرون، 2019؛ شتاين وآخرون، 2022).

مقالة ذات صلة: شرح الفرق بين غرف القياس البيئية وأجهزة قياس السعرات الحرارية التي تعمل بالبطارية

ما وراء الأساسيات: اختبار البطاريات الاحترافي مع Qualitest

بالنسبة لفني يقوم بإصلاح سريع، يُعدّ جهاز القياس المتعدد الأداة المناسبة. أما بالنسبة لمهندس ضمان الجودة الذي يُصدّق على منتج جديد، فإن الاعتماد على أدوات بسيطة كهذه يُعرّضه لمخاطر غير مقبولة. الاختبار الآمن للمستخدمين العاديين يعني التحكم في الشحن والتفريغ، لكن اختبار السلامة الكامل يجب أن يتبع بروتوكولات دولية صارمة في مختبر معتمد.

قائمة التحقق من الامتثال لمديري المختبرات

قبل وضع اللمسات الأخيرة على خطة الاختبار الخاصة بك، نقترح التأكد من أن قدراتك تغطي هذه المجالات الأربعة:

• المناخ: هل يمكنك محاكاة درجات الحرارة القصوى وتغيرات الارتفاع؟
• الميكانيكية: هل أنتم مجهزون لإجراء اختبارات السقوط والاهتزاز اللازمة للحصول على شهادة النقل؟
• الكهربائية: هل معداتك قادرة على إدارة اختبارات قصر الدائرة الكهربائية والشحن الزائد بشكل آمن؟
• احتواء السلامة: هل لديكم غرفة اختبار مصنفة بشكل صحيح لحماية فريقكم أثناء الاختبارات التدميرية؟

لتقليل احتمالية سحب المنتجات من السوق وتلبية معايير السلامة الدولية، يحتاج مختبرك إلى معدات تقدم نتائج دقيقة وقابلة للتكرار وآمنة.

هل أنت مستعد لتعزيز قدراتك في اختبار البطاريات؟ اكتشف المجموعة الكاملة من Qualitest معدات اختبار البطارية or اتصل بفريقنا لمناقشة إعداد يلبي احتياجاتك الخاصة بالامتثال. 

مراجع حسابات

• باراي، أ.، الدين، ك.، دوباري، م.، سومرفيل، ل.، ماكجوردون، أ.، جينينجز، ب.، وبلوم، إ. (2019). مقارنة بين منهجيات توصيف خلايا الليثيوم أيون التجارية بطريقة غير جراحيةالتقدم في علوم الطاقة والاحتراق.
• Chen, Y., Kang, Y., Zhao, Y., Wang, L., Liu, J., Li, Y., Liang, Z., He, X., Li, X., Tavajohi, N., & Li, B. (2020). مراجعة لمخاوف السلامة المتعلقة ببطاريات الليثيوم أيون: القضايا والاستراتيجيات ومعايير الاختبارمجلة كيمياء الطاقة.
• دينغ، جيه، باي، سي، مارسيكي، جيه، ماسياس، أ، وميلر، تي (2018). نمذجة السلامة واختبار بطاريات الليثيوم أيون في المركبات الكهربائية. Nature Energy, 3, 261-266.
• دوباري، م.، وبوري، ج. (2020). نظرة عامة على اختبار بطاريات الليثيوم أيون التجارية، وأفضل الممارسات لبروتوكولات بسيطة وفعالةالإلكترونيات، 9، 152.
• غاليوتي، إم.، سينا، إل.، جيامانكو، سي.، كوردينر، إس.، وكارلو، أ. (2015). تحليل أداء بطاريات الليثيوم بوليمر وتقييم حالتها الصحية (SOH) من خلال مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية. الطاقة، 89، 678-686.
• غاو، جيه، وانغ، إس، وهاو، إف. (2024). مراجعة للاختبارات غير المدمرة لبطاريات الليثيومالطاقات.
• جاسبر، ب.، براكاش، ن.، كنوتسون، ب.، بيثيل، ت.، راميريز-مايرز، ك.، كوندون، أ.، عطية، ب.، وكايزر، م. (2025). (بدعوة) تقييم استخدام نبضات التيار المستمر السريعة وتقنية مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية لتشخيص سعة البطارية وحالة الشحن والسلامةملخصات اجتماعات الجمعية الكهروكيميائية.
• Lin, C., Burggräf, P., Liu, L., Adlon, T., Mueller, K., Beyer, M., Xu, T., Kammerer, V., Hu, J., Liu, S., & Wang, F. (2023). "تحليل معمق لأحدث معايير ولوائح اختبار سلامة بطاريات الليثيوم أيون في ألمانيا والصين"مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة.
• ليو، ي.، وانغ، إل.، لي، د.، ووانغ، ك. (2023). تقييم حالة بطاريات الليثيوم أيون باستخدام مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية: مراجعة. حماية ومراقبة أنظمة الطاقة الحديثة، 8، 1-17.
• نام، م.، سونغ، هـ.، كو، ج.، تشوي، ج.، كيم، ي.، كيم، هـ.، شين، س.، كيم، ي.، ناه، ج.، كيم، ي.، ويو، ب. (2024). تقييم دورة حياة البطاريات المعيارية باستخدام ظروف اختبار إلكتروليتية شديدة التقشف. مواد الاتصالات، 5.
• Pepó, M., Fullér, S., Cseke, T., & Weltsch, Z. (2025). تطورات في اختبارات البطاريات المعيارية لتعزيز السلامة والابتكار في المركبات الكهربائية: مراجعة شاملةالبطاريات.
• تشيان، ك.، هوانغ، ب.، ران، أ.، هي، ي.، لي، ب.، وكانغ، ف. (2019). تقييم حالة صحة بطارية الليثيوم أيون عن طريق محاكاة منحنيات استرخاء الجهد. Electrochimica Acta.
• Stein, A., Kehl, D., Jackmann, C., Essmann, S., Lienesch, F., & Kurrat, M. (2022). الاختبارات الحرارية الكهربائية لتوحيد معايير سلامة البطارياتالطاقات.