المتطلبات الخفية لشهادة حزمة بطارية ليثيوم أيون مخصصة: دليل الخبراء

مجموعات بطاريات ليثيوم أيون مخصصة تسببت هذه الأعطال في حوالي 25,000 حالة موثقة من حوادث الحريق أو ارتفاع درجة الحرارة خلال السنوات الخمس الماضية. بين عامي 2021 و2022، سجلت مدينة نيويورك وحدها 10 وفيات و226 ​​إصابة تُعزى مباشرةً إلى أعطال البطاريات هذه. توضح هذه الإحصائيات أن الحصول على شهادة السلامة يُعدّ متطلبًا أساسيًا للسلامة وليس إجراءً إداريًا.

تشمل عملية اعتماد تصميم بطاريات الليثيوم أطرًا تنظيمية متعددة. يحدد المعيار UN38.3 متطلبات سلامة النقل، وينظم المعيار IEC 62133 تطبيقات المستهلكين، وتتحكم معايير UL في الوصول إلى السوق الأمريكية، وعلامة CE تُمكّن التوزيع الأوروبي. يُلزم كل معيار اعتماد ببروتوكولات اختبار محددة، بما في ذلك محاكاة الارتفاع، ومقاومة الاهتزاز، واختبار الصدمات، والتحقق من الحماية من الشحن الزائد.

إن فشل شهادات حزم البطاريات يحول دون دخول السوق، وقد يؤدي إلى إعادة تصميم المنتج بالكامل. وتواجه الشركات التي لا تستوفي المعايير الأساسية تأخيرات كبيرة، وزيادة في تكاليف التطوير، ومشاكل محتملة في المسؤولية. ويتطلب مجال الشهادات فهمًا شاملًا للمتطلبات الفنية، ومنهجيات الاختبار، والجداول الزمنية للامتثال للوائح التنظيمية.

يتناول هذا الدليل الفني متطلبات الاعتماد الأساسية لتطوير حزم بطاريات ليثيوم أيون مخصصة. تتناول الأقسام التالية كيفية تأثير قرارات التصميم على جاهزية الاعتماد، ومقارنة حلول البطاريات المخصصة بالحلول القياسية، وتفصيل متطلبات الاختبار المحددة لمعايير الاعتماد الرئيسية. يتيح فهم هذه المتطلبات خلال مرحلة التصميم الأولية للمهندسين بناء حزم بطاريات متوافقة مع متطلباتهم مع تجنب التعديلات المكلفة بعد التطوير.

قرارات تصميم البطارية وتأثير الشهادة

تم اختبار المنتجات الحاصلة على شهادة UL لضمان استيفائها لمعايير السلامة المعترف بها وطنيًا. وقد تم اختبارها كمنتجات نهائية كاملة، وتبين خلوها من مخاطر الحريق والصدمات الكهربائية وغيرها من المخاطر المتوقعة. فريق تحرير مدونة Flux Power, خبراء سلامة البطاريات في الصناعة، شركة Flux Power (شركة مصنعة لبطاريات الليثيوم أيون المعتمدة من UL)

_{مصدر الصورة: MDPI}

تُرسي قرارات تصميم البطاريات أسس نجاح أو فشل الاعتماد. تُحدد الخيارات الهندسية المبكرة ما إذا كان المنتج المُخصص بطارية ليثيوم أيون ستلبي معايير السلامة الإلزامية أو تتطلب إعادة تصميم مكلفة أثناء عملية الاعتماد.

منع الانفلات الحراري من خلال التصميم

يبدأ الانفلات الحراري عندما تتجاوز درجة حرارة خلايا البطارية 160 درجة مئوية، مما يُؤدي إلى تفاعلات طاردة للحرارة لا يمكن السيطرة عليها. يمكن لخلية 18650 واحدة أن تُطلق 80 كيلوجول من الطاقة الحرارية خلال هذه العملية. تُنتج آلية الفشل المتتالي:

• تنفيس الخلايا مع إخراج المواد المنصهرة واللهب
• ارتفاعات في درجات الحرارة تتجاوز 300 درجة مئويةخلال ثوان
• انبعاث مخاليط الغازات السامة والقابلة للاشتعال
• خطر تمزق الخلايا الانفجاري

تُمثل الأضرار الميكانيكية الناتجة عن السحق أو الثقب، والاستخدام المفرط للكهرباء عبر الشحن الزائد أو قصر الدوائر، والتعرض للحرارة الخارجية، العوامل الرئيسية المحفزة للانفلات الحراري. ترتبط حالة شحن البطارية ارتباطًا مباشرًا بشدة الخطر، حيث تزيد حالات الشحن الأعلى من إنتاج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، مع تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل أكثر أمانًا.

يؤثر اختيار التركيبة الكيميائية بشكل كبير على خصائص السلامة. تُولّد كيمياء NCA وLCO سرعات انتشار لهب أعلى وأقصى ضغوط زائدة مقارنةً بكيمياء LFP أثناء عمليات التنفيس. تُظهر خلايا LFP أمانًا فائقًا من خلال حدود اشتعال أعلى وأقل، مما يُقلل من احتمالية الاشتعال.

هندسة التباعد بين الخلايا والاحتواء

يوفر الفصل الفيزيائي للخلايا احتواءً حراريًا أساسيًا. تتطلب الخلايا الأسطوانية مسافة لا تقل عن 2 مم لمنع انتشار الحرارة بين الخلايا. تتطلب الخلايا ذات التهوية الجانبية مساحة إضافية بين الوحدات المتجاورة لاستيعاب أنماط انبعاث الغاز.

تُمثل سعة تنفيس الغاز معيارًا تصميميًا بالغ الأهمية، إذ تُطلق البطاريات عادةً ما بين لتر ولترين من الغاز لكل أمبير ساعة من السعة. وتختلف أحجام التنفيس اختلافًا كبيرًا باختلاف التركيب الكيميائي:

• كيمياء NMC/LMO: 780 لترًا/كجم أثناء الأحداث الحرارية
• كيمياء LFP: 42 لترًا/كجم

يجب أن يتضمن تصميم الغلاف آليات تخفيف ضغط مُتحكّم بها. ثبت أن معادلة الضغط البيئي غير كافية للسلامة، لذا فإن أقراص التمزق المُعايرة لمستويات ضغط محددة ضرورية لمنع تراكم الضغط بشكل كارثي.

تحد الحواجز الحرارية بين الخلايا من انتشار الأحداث. تعزل المواد المنتفخة والدروع الحرارية الإشعاعية الحوادث الحرارية بفعالية. تتطلب أغلفة البطاريات دمج ما يلي:

• ختم بيئي معتمد من IP/NEMA
• أنظمة التأمين الميكانيكية
• توصيلات التأريض الكهربائية
• ميزات الامتثال لمعايير الشهادة

التكامل المبكر لـ متطلبات إصدار الشهادات

يؤدي التأخر في دراسة معايير الاعتماد إلى اختناقات في التطوير وتجاوزات في التكاليف. يُحدد كل معيار قيودًا تصميمية محددة يجب معالجتها خلال مراحل الهندسة الأولية.

تُلزم شهادة UN38.3 بالتحقق من سلامة النقل من خلال ثمانية بروتوكولات اختبار: محاكاة الارتفاع، والدوران الحراري، ومقاومة الاهتزاز، وتحمل الصدمات، والحماية من قصر الدائرة الخارجية، ومقاومة الصدمات، والحماية من الشحن الزائد، وسلامة التفريغ القسري. يتناول المعيار IEC 62133-2 السلامة التشغيلية، بما في ذلك الحماية من الشحن الزائد، وقطع التفريغ، والحماية من قصر الدائرة، واحتواء الانفلات الحراري.

يؤثر تصميم نظام إدارة البطاريات بشكل مباشر على جاهزية الاعتماد. توفر تطبيقات أنظمة إدارة البطاريات المتكاملة إمكانيات مراقبة وتحكم تتجاوز وحدات دوائر الحماية الأساسية، مما يُمكّن من الامتثال لمتطلبات السلامة المتقدمة.

طبّق الاتحاد الأوروبي متطلبات المعيار IEC 62133-2 في مارس 2021، مما أرسى الامتثال الإلزامي لبطاريات أيونات الليثيوم المحمولة في أسواق الاتحاد الأوروبي. يتطلب التحضير للحصول على الشهادة ما يلي:

• اختيار المكونات المعتمدة مسبقًا لتقليل نطاق الاختبار
• هوامش أمان الإدارة الحرارية في حسابات التصميم
• التوثيق متوافق مع متطلبات معيار الشهادة
• تخطيط المشروع مع الأخذ في الاعتبار الجداول الزمنية وتكاليف الاعتماد

تطوير حزم البطاريات المخصصة مقابل الحلول القياسية: متطلبات الاعتماد

_{مصدر الصورة: Large Battery}

يُمثل اختيار حزمة البطارية نقطة قرار حاسمة تؤثر بشكل مباشر على مسارات الاعتماد وجداول التطوير. الاختيار بين حزم بطارية ليثيوم أيون مخصصة وتحدد الحلول القياسية متطلبات الاختبار واستراتيجيات الامتثال التنظيمي وجداول دخول السوق.

مزايا تصميم حزمة البطارية المخصصة للحصول على الشهادة

مجموعات بطاريات ليثيوم أيون مخصصة معالجة متطلبات الاعتماد المحددة خلال مرحلة التصميم الأولية، بدلاً من تعديل الحلول الحالية لتلبية المعايير. يتيح هذا النهج للمهندسين دمج ميزات السلامة مباشرةً في بنية البطارية، مما يُغني عن تعديلات التحديث التي غالبًا ما تُعقّد إجراءات الاعتماد.

يمكن لمُصنّعي البطاريات المُخصّصة دمج متطلبات السلامة الخاصة بكل قطاع منذ بداية التطوير. على سبيل المثال، تتطلب تطبيقات الأجهزة الطبية بروتوكولات سلامة مختلفة عن تلك المُستخدمة في الإلكترونيات الاستهلاكية أو أنظمة الطيران. تُراعي التصميمات المُخصّصة هذه المعايير المُختلفة دون أي تنازلات، مما يضمن نجاح الحصول على الاعتماد في التطبيقات المُتخصصة.

يُسهّل تصميم الوثائق الفنية عملية التطوير. يمكن تطوير التكوينات الميكانيكية والمخططات الكهربائية وبروتوكولات السلامة خصيصًا لتلبية متطلبات الاعتماد. يُقلّل هذا النهج المُركّز في التوثيق من دورات المراجعة ويُسرّع عمليات الموافقة.

الاستخدام الاستراتيجي ل المكونات المعتمدة مسبقًا

الاختيار الاستراتيجي المكونات المعتمدة مسبقًا يمكن أن يُقلل بشكل كبير من أطر الاختبار ومتطلبات العينات. تُمكّن أنظمة إدارة البطاريات، ودوائر الحماية، والخلايا الفردية التي اجتازت اختبارات الاعتماد المُصنّعين من تركيز جهود الاختبار على التكامل على مستوى النظام بدلاً من التحقق من صحة المكونات.

تختلف الجداول الزمنية لاختبارات الشهادات بشكل كبير حسب المعيار ومنظمة الاختبار:

• شهادة الأمم المتحدة 38.3: 17 مجموعة عينات، مدة الاختبار من 6 إلى 8 أسابيع
• شهادة UL 2054: 55 عينة، فترة اختبار من 12 إلى 14 أسبوعًا
• شهادة IEC 62133: 33 مجموعة عينات، دورة اختبار من 8 إلى 10 أسابيع

إن تكامل المكونات المعتمدة مسبقًا قد يقلل من متطلبات الاختبار وكميات العينات المرتبطة بها، وبالتالي تقصير جداول زمنية للتطوير دون المساس بالتحقق من السلامة.

اعتبارات التكلفة والشراكة في التصنيع

يتضمن تطوير البطاريات المخصصة تكاليف اعتماد كبيرة، مع اختبار UN 38.3 وحده يتراوح من 460 دولارًا إلى 700,000 دولارتتطلب تعديلات التصميم بعد الاختبار الأولي إعادة الاعتماد بالكامل، مما قد يؤدي إلى مضاعفة تكاليف التطوير وتمديد الجداول الزمنية.

تؤثر شراكات التصنيع بشكل مباشر على صلاحية الشهادات. يتطلب تغيير مُصنِّعي البطاريات إعادة الاعتماد حتى مع تطابق التصاميم، لأن تقارير الاعتماد تتضمن تفاصيل خاصة بالمُصنِّع. هذا الشرط يجعل اختيار شريك التصنيع قرارًا حاسمًا على المدى الطويل، إذ ينبغي تقييم قدرات الاعتماد ومرافق الإنتاج وأنظمة إدارة الجودة.

قد تُسرّع حلول البطاريات القياسية التطوير الأولي للمنتج، لكنها غالبًا ما تفتقر إلى الشهادات اللازمة للتطبيقات المتخصصة. يتطلب الاختيار بين حزم البطاريات المخصصة والقياسية تحليلًا دقيقًا لمتطلبات الشهادات، وتكاليف التطوير، وقيود الجدول الزمني، وأهداف السوق طويلة الأجل.

كيمياء البطارية واختيار عامل الشكل للحصول على الشهادة

_{مصدر الصورة: Epec Engineered Technologies}

تُرسي قرارات كيمياء البطاريات وعامل الشكل أسس مسارات الاعتماد. تُحدد هذه القرارات معايير الأداء ومتطلبات الاختبار طوال عملية التحقق.

اختيار الكيمياء: الموازنة بين الأداء والسلامة

توفر كيمياء أيونات الليثيوم مع تكوينات NMC (النيكل والمنجنيز والكوبالت) كثافات طاقة تتراوح بين 150-220 واط/كجم، بينما تحقق متغيرات NCA (النيكل والكوبالت والألومنيوم) 200-260 واط/كجم لـ NCAتختلف متطلبات الاعتماد لهذه المواد الكيميائية بشكل كبير بناءً على خصائصها الحرارية.

تتميز خلايا NMC بثبات حراري فائق، مما يُبسط عملية الاعتماد للتطبيقات الحساسة للسلامة. يُقلل هذا الثبات من تعقيد متطلبات دوائر الحماية والتحقق من الإدارة الحرارية. تتطلب خلايا NCA دوائر أمان إضافية وبروتوكولات اختبار أكثر شمولاً، خاصةً لتطبيقات المركبات الكهربائية.

تتميز بطاريات LiPo (بوليمر الليثيوم) ببنية خفيفة الوزن وقدرات تفريغ عالية، إلا أنها تتطلب بروتوكولات إدارة طاقة أكثر صرامة أثناء عملية الاعتماد. تشير بيانات الاختبار إلى أن كيمياء NCA وLCO تُولّد سرعات لهب أعلى أثناء التفاعلات الحرارية مقارنةً بكيمياء LFP، مما يؤثر بشكل مباشر على نطاق متطلبات اختبارات السلامة.

تأثير عامل الشكل على متطلبات الاختبار الميكانيكي

خلايا أسطوانية تستخدم أغلفة معدنية ذات بنية أنبوبية، مما يوفر مقاومة استثنائية للإجهاد الفيزيائي واختبارات الاهتزاز. يمنع توزيع الضغط الداخلي المنتظم التشوه تحت الأحمال الميكانيكية، مما يُقلل من تعقيدات الاعتماد. تُطلق فتحات تخفيف الضغط الفردية الغاز من الخلايا الفردية بدلاً من مجموعات البطاريات بأكملها.

تُحسّن الخلايا المنشورية كفاءة المساحة من خلال التغليف المستطيل، لكنها تُظهر قابلية متزايدة لتأثيرات التمدد على مدار العمر التشغيلي. قد تتطلب الأسطح المستوية وهندسة الزوايا حمايةً مُعززةً للهيكل أثناء اختبارات التصادم والسحق.

تُمثل خلايا الأكياس أصعب متطلبات الاعتماد نظرًا لتغليفها البوليمري المرن. فبدون أغلفة صلبة أو آليات تهوية متكاملة، عادةً ما تفشل هذه الخلايا فشلاً ذريعًا تحت الضغط. لذا، يجب أن يتضمن اختبار الاعتماد تدابير وقائية شاملة وتحليلًا لأنماط الفشل.

متطلبات تكامل نظام إدارة المباني حسب عامل الشكل

يحدد عامل الشكل المحدد نظام إدارة البطارية التعقيد وبروتوكولات الاختبار المرتبطة به. تتطلب الخلايا الأسطوانية شبكات مراقبة متطورة نظرًا لارتفاع عدد الخلايا في التكوينات متعددة الخلايا، إلا أن استقرارها الحراري يُبسط التحقق من إدارة درجة الحرارة.

تُخفّض الخلايا المنشورية بسعات تتراوح بين 50 و100 أمبير/ساعة متطلبات التوصيل، مع زيادة قدرة دوائر الحماية على معالجة التيار. يؤثر هذا التكوين على تعقيد تصميم نظام إدارة البطارية (BMS) ومدى اختبار الحماية من التيار الزائد.

تتطلب خلايا الأكياس تطبيقات أنظمة إدارة البطاريات الأكثر تطورًا نظرًا لافتقارها إلى آليات السلامة الأساسية. يجب أن يُثبت اختبار الاعتماد مقاومة الثقب، واستيعاب التمدد، واحتواء الأعطال في مختلف ظروف سوء الاستخدام.

أنظمة إدارة البطاريات وبروتوكولات السلامة

_{مصدر الصورة: MDPI}

تعمل أنظمة إدارة البطاريات كمركز تحكم إلكتروني لمجموعات بطاريات أيون الليثيوم المُخصصة، حيث تراقب معايير التشغيل الحرجة وتُطبّق بروتوكولات السلامة اللازمة للامتثال لمتطلبات الاعتماد. ويؤثر تطور نظام إدارة البطاريات بشكل مباشر على نجاح الحصول على الاعتماد عبر معايير اختبار متعددة.

وحدة دائرة الحماية (PCM) مقابل نظام إدارة البطارية الكامل (BMS)

وحدات دائرة الحماية توفر وظائف السلامة الأساسية من خلال دوائر تناظرية تمنع الشحن الزائد والتفريغ العميق والدوائر القصيرة. تعمل وحدات التحكم بالنبضات (PCMs) بحدود جهد وتيار محددة مسبقًا دون الحاجة إلى إمكانيات مراقبة ذكية أو اتخاذ قرارات برمجية.

تتضمن أنظمة إدارة البطاريات الكاملة مراقبةً قائمةً على متحكم دقيق مع خوارزميات متقدمة لحساب حالة الشحن (SoC) وحالة السلامة (SoH). توفر أنظمة إدارة البطاريات (BMS) تسجيلًا شاملًا للبيانات، واكتشاف الأعطال، وقدرات اتصال أساسية لتلبية متطلبات توثيق الشهادات. يتيح التعقيد الإلكتروني لنظام إدارة البطاريات الكامل تحكمًا دقيقًا في معاملات الشحن، ومراقبة درجة الحرارة، ووظائف موازنة الخلايا.

موازنة الخلية وتقدير SoC للسلامة

تحافظ موازنة الخلايا على اتساق الجهد الكهربائي في جميع الخلايا المتصلة على التوالي، مما يمنع تدهور كل خلية على حدة، والذي قد يؤدي إلى أعطال في السلامة أثناء اختبارات الاعتماد. تُبدد أنظمة الموازنة السلبية الطاقة الزائدة على شكل حرارة عبر دوائر مقاومة، وهي مناسبة للتطبيقات ذات متطلبات تيار موازنة أقل. أما الموازنة النشطة، فتعيد توزيع الشحنة بين الخلايا عبر دوائر التبديل، مما يحقق كفاءة أعلى ومعدلات موازنة أسرع.

تؤثر دقة تقدير حالة الشحن بشكل مباشر على سلامة حزمة البطاريات وامتثالها لشروط الاعتماد. تدمج طرق حساب كولومب تدفق التيار مع مرور الوقت لحساب السعة المتبقية، بينما يستخدم التقدير القائم على الجهد قياسات جهد الدائرة المفتوحة. تستخدم تطبيقات أنظمة إدارة البطاريات المتقدمة خوارزميات مرشح كالمان لمعالجة مدخلات المستشعرات المتعددة وتعويض شكوك القياس وتغيرات درجة الحرارة.

بروتوكولات الاتصال للمراقبة في الوقت الفعلي

تتيح واجهات الاتصال تبادل البيانات في الوقت الفعلي بين مكونات BMS والأنظمة الخارجية، مما يلبي متطلبات الاعتماد للمراقبة والإبلاغ عن الأخطاء. CAN الحافلة توفر البروتوكولات اتصالاً متعدد الأقطاب مع كشف الأخطاء وإعادة الإرسال التلقائي، وهو مناسب لمعايير شهادات السيارات والصناعة. توفر واجهات UART اتصالاً مباشراً للتطبيقات البسيطة، بينما يدعم RS485 الاتصالات بعيدة المدى حتى 1.2 كيلومتر لأنظمة البطاريات الموزعة.

يتيح الاتصال اللاسلكي عبر البلوتوث إمكانية التشخيص والمراقبة عن بُعد ضمن نطاق 100 متر، مع مراعاة استهلاك الطاقة في التطبيقات التي تعمل بالبطاريات. يعتمد اختيار بروتوكولات الاتصال على متطلبات الاعتماد، وتعقيد النظام، والظروف البيئية.

معايير الاعتماد لتطوير حزم البطاريات المخصصة

قبل عام ٢٠١٩، كان يُطلب من الشاحنين فقط تأكيد اجتياز البطاريات لاختبار UN 2019. ومع ذلك، منذ ٢١ يناير ٢٠٢٢، أصبح لزامًا على مصنعي وموزعي خلايا وبطاريات الليثيوم توفير ملخصات للاختبارات. فريق تحرير ديمركو, خبراء الخدمات اللوجستية العالمية وشحن البطاريات، ديمركو

_{مصدر الصورة: بطارية تريتيك}

تُعدّ شهادة بطاريات الليثيوم متطلبًا إلزاميًا وليست اختيارية. يتناول كل معيار من معايير الشهادة اعتبارات سلامة مُحددة طوال دورة حياة البطارية، بدءًا من التصنيع وحتى التخلص منها بعد انتهاء عمرها الافتراضي.

UN38.3 اختبار سلامة النقل

شهادة UN38.3 إلزامية للشحن الجوي لأي منتجات بطاريات ليثيوم. يشترط المعيار إكمال ثمانية اختبارات محددة من T1 إلى T8: محاكاة الارتفاع، والدوران الحراري، ومقاومة الاهتزاز، واختبار الصدمات، والقصر الكهربائي الخارجي، ومقاومة الصدمات، واختبار الشحن الزائد، وتقييم التفريغ القسري.

يجب أن تُثبت البطاريات عدم وجود أي تسريب أو تهوية أو تفكك أو تمزق أو اشتعال أثناء الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تحتفظ الخلايا بما لا يقل عن 90% من سعة الجهد قبل الاختبار للحصول على الشهادة.

تتطلب التغييرات التنظيمية الأخيرة التي دخلت حيز التنفيذ في يناير 2022 من الشركات المصنعة توفير ملخصات اختبار بطارية الليثيوم لجميع الخلايا والبطاريات المصنعة منذ عام 2008. وتحتفظ شهادات UN38.3 بصلاحيتها لمدة عام واحد من تاريخ إكمال الاختبار.

معايير السلامة الدولية IEC 62133-2

تحدد المواصفة IEC 62133-2:2017 متطلبات السلامة لـ خلايا الليثيوم الثانوية المحمولة والمختومة والبطاريات التي تحتوي على إلكتروليتات غير حمضية. يُقيّم هذا المعيار المعترف به دوليًا مقاومة الشحن الزائد، والحماية من قصر الدائرة، والمتانة الميكانيكية، وأداء الاستقرار الحراري.

يتضمن المعيار المُعدّل متطلبات اختبار خلايا العملة المعدنية، وبروتوكولات الاهتزاز والصدمات الميكانيكية بناءً على منهجية UN38.3، وشروط اختبار الشحن الزائد المُعدّلة. اعتمد الاتحاد الأوروبي المعيار IEC 62133-2 في مارس 2021، مُلزمًا جميع بطاريات الليثيوم المحمولة الجديدة المُباعة في أسواق الاتحاد الأوروبي بالامتثال.

متطلبات الاعتماد الإقليمية

تُقيّم شهادة UL2054 سلامة البطاريات المنزلية والتجارية في أسواق الولايات المتحدة. يتطلب هذا المعيار اختبارًا شاملًا لجميع مكونات البطارية، مما يجعله من أكثر عمليات الاعتماد صرامة.

تُثبت علامة CE امتثال المُصنِّع لمعايير السلامة والصحة وحماية البيئة في الاتحاد الأوروبي. وتبقى هذه العلامة الإلزامية لدخول السوق الأوروبية صالحةً عادةً لمدة خمس سنوات.

متطلبات إعادة التدوير والتعريف الناشئة

تتطور لوائح تحديد البطاريات وإعادة تدويرها بوتيرة متسارعة. أصدرت وكالة حماية البيئة عام ٢٠٢٣ توجيهات توضح أن معظم بطاريات أيونات الليثيوم تُصنف كنفايات خطرة بموجب لوائح قانون الحفاظ على الموارد واستعادتها. وأعلنت الوكالة لاحقًا عن خطط لإنشاء فئة نفايات عالمية مخصصة لبطاريات أيونات الليثيوم.

وتعالج هذه التطورات التنظيمية المخاوف المتزايدة بشأن حرائق البطاريات أثناء إدارة النفايات يجب على مطوري حزم البطاريات المخصصة دمج هذه المتطلبات الناشئة في عمليات تخطيط الشهادات.

الملخص الفني

تتطلب شهادة بطاريات الليثيوم أيون المخصصة اهتمامًا منهجيًا بمواصفات التصميم والمتطلبات التنظيمية. وتتطلب عملية الشهادة مراعاة اعتبارات السلامة بدءًا من مراحل التصميم الأولية وحتى بروتوكولات الاختبار النهائية.

تُشكل أنظمة الإدارة الحرارية، ومتطلبات تباعد الخلايا، وآليات التهوية المُتحكم بها أساس تصميمات حزم البطاريات المُعتمدة. تُحدد هذه القرارات الهندسية بشكل مباشر مدى استيفاء حزم البطاريات لمعايير الاختبار الصارمة التي تفرضها UN38.3 وIEC 62133-2 وUL 2054، بالإضافة إلى متطلبات الاعتماد الإقليمية.

يؤثر اختيار التركيب الكيميائي بشكل كبير على مسارات الاعتماد. تتميز خلايا NMC بخصائص استقرار حراري فائقة مقارنةً ببدائل NCA، بينما تؤثر خيارات عامل الشكل على متطلبات التحقق من السلامة الميكانيكية. تُظهر الخلايا الأسطوانية سلامة هيكلية أفضل في ظروف الاختبار مقارنةً بالخلايا المنشورية أو الكيسية.

تُعدّ أنظمة إدارة البطاريات من العناصر الأساسية للحصول على شهادات الاعتماد. وتوفر تطبيقات أنظمة إدارة البطاريات الكاملة مزايا جوهرية مقارنةً بوحدات دوائر الحماية الأساسية، من خلال إمكانيات مراقبة متقدمة، ووظائف موازنة الخلايا، وتحديد دقيق لحالة الشحن. وغالبًا ما تُحدد هذه الأنظمة نجاح الحصول على شهادات الاعتماد في تطبيقات البطاريات المعقدة.

يستمر الإطار التنظيمي في التوسع مع تعزيز متطلبات سلامة النقل، ومعايير الامتثال البيئي، ولوائح إعادة التدوير الناشئة. يجب على الشركات التي تُطوّر حزم بطاريات مخصصة مراعاة هذه المعايير المتطورة خلال مراحل وضع مواصفات التصميم لتجنب دورات إعادة الاعتماد المكلفة.

تُلبي شهادة حزم البطاريات متطلبات السلامة الأساسية التي تمنع حالات الانفلات الحراري، والأعطال الكهربائية، والأضرار الميكانيكية. تُوفر المعايير الفنية التي وضعتها هيئات الاعتماد إرشادات أساسية للتشغيل الآمن للبطاريات في بيئات تطبيقية متنوعة. تضمن الشهادة المناسبة استيفاء حزم البطاريات لمعايير السلامة المحددة ومتطلبات الامتثال التنظيمي للوصول إلى السوق العالمية.

الوجبات السريعة الرئيسية

إن فهم متطلبات الشهادة في وقت مبكر من عملية التصميم أمر بالغ الأهمية لتجنب عمليات إعادة التصميم المكلفة وضمان جاهزية السوق لمجموعات بطاريات الليثيوم أيون المخصصة.

• تصميم للسلامة منذ اليوم الأول:دمج الإدارة الحرارية، والتباعد المناسب للخلايا (2 مم على الأقل)، وأنظمة التهوية المتحكم فيها لمنع الهروب الحراري واجتياز اختبارات الاعتماد.
• اختر الكيمياء وعوامل الشكل بشكل استراتيجي:توفر خلايا NMC استقرارًا حراريًا أفضل من خلايا NCA، بينما توفر الخلايا الأسطوانية حماية ميكانيكية فائقة مقارنة بالتكوينات المنشورية أو الجيبية.
• الاستفادة من المكونات المعتمدة مسبقًا:إن استخدام العناصر المعتمدة بالفعل يمكن أن يقلل وقت الاختبار من 12-14 أسبوعًا إلى 6-8 أسابيع ويقلل من متطلبات العينة للحصول على الشهادة.
• تنفيذ نظام إدارة البطاريات الشامل عبر نظام إدارة البطاريات الأساسي PCM:توفر أنظمة إدارة البطاريات الكاملة قدرات مراقبة متقدمة ضرورية لتلبية معايير السلامة الصارمة ومتطلبات الاعتماد.
• خطة للحصول على شهادات متعددة:تتطلب المعايير UN38.3 (النقل)، وIEC 62133-2 (السلامة العالمية)، وUL (الأسواق الأمريكية)، وCE (الأسواق الأوروبية) بروتوكولات اختبار ووثائق محددة.

يستمر مشهد الشهادات في التطور مع وجود لوائح إعادة تدوير جديدة، مما يجعل التخطيط المبكر للامتثال ضروريًا لتحقيق النجاح في السوق على المدى الطويل وسلامة المستخدم.

الأسئلة الشائعة

س1. ما هي شهادة UL1642 لبطاريات الليثيوم أيون؟ UL1642 هو معيار أمان وضعته مختبرات أندررايترز، ويحدد متطلبات اختبار صارمة لبطاريات الليثيوم أيون. ويضمن هذا المعيار استيفاء هذه البطاريات لمعايير السلامة الصارمة من خلال سلسلة من الاختبارات الكهربائية والميكانيكية والبيئية.

س2. ما هي المعايير الأساسية لاختبار بطاريات الليثيوم أيون؟ المعيار الأساسي هو IEC 62133، الذي يحدد متطلبات السلامة والأداء لبطاريات الليثيوم أيون المحمولة. ويغطي جوانب السلامة الكهربائية والميكانيكية والكيميائية، بما في ذلك اختبارات الشحن الزائد، وقصر الدائرة، والاستقرار الحراري.

س3. ما هي متطلبات الاعتماد الرئيسية لبطاريات الليثيوم أيون المخصصة؟ تتطلب بطاريات الليثيوم أيون المُخصصة عادةً شهادات متعددة، بما في ذلك UN38.3 لسلامة النقل، وIEC 62133-2 للامتثال العالمي، وشهادة UL للأسواق الأمريكية، وعلامة CE للتوزيع الأوروبي. يتضمن كل معيار بروتوكولات اختبار ووثائق محددة.

س4. كيف يؤثر اختيار كيمياء البطارية وعامل الشكل على الشهادة؟ يؤثر التركيب الكيميائي للبطارية وعامل الشكل بشكل كبير على مسارات الاعتماد. على سبيل المثال، توفر خلايا NMC استقرارًا حراريًا أفضل من خلايا NCA، بينما توفر الخلايا الأسطوانية حماية ميكانيكية فائقة مقارنةً بالخلايا المنشورية أو الكيسية. تؤثر هذه الخيارات على متطلبات الاختبار وعمليات التحقق من السلامة.

س5. ما هو دور نظام إدارة البطارية (BMS) في عملية الاعتماد؟ يُعدّ نظام إدارة البطاريات الشامل أمرًا بالغ الأهمية للحصول على الاعتماد، إذ يوفر إمكانيات مراقبة متقدمة تتجاوز دوائر الحماية الأساسية. فهو يوفر بيانات مفصلة حول موازنة الخلايا، وتقدير حالة الشحن، والمراقبة الفورية، وهي أمور أساسية لتلبية معايير السلامة الصارمة ومتطلبات الاعتماد.