يعتمد اختبار البطاريات على قياسات دقيقة ومستقرة. سلامة الإشارة هي ما يضمن موثوقية القراءات. إذا تشوهت قراءات الجهد أو التيار أو بيانات الاستشعار أو درجة الحرارة بسبب الضوضاء أو رداءة جودة التوصيل أو المقاومة، فقد يؤدي ذلك إلى قرارات تصميم خاطئة، وتقييم غير دقيق للسلامة، وإهدار دورات الاختبار.
تصبح سلامة الإشارة أكثر أهمية عند دمج توصيل الطاقة العالية مع قنوات القياس منخفضة المستوى، مثل خطوط الاستشعار المحورية، أو محولات التيار، أو مجسات مراقبة الجهد.
مقاومة الموصل
تُقاس مقاومة الموصلات عادةً بالمللي أوم، ولكن حتى الزيادات الطفيفة قد تؤثر على دقة القياس. في أنظمة البطاريات منخفضة الجهد أو قياسات التيار الدقيقة، تؤدي مقاومة التلامس المفرطة إلى انخفاض الجهد، وتوليد حرارة إضافية، وتغيير الخصائص الكهربائية لمسار القياس.
قد تظهر هذه التأثيرات على شكل انحراف تدريجي في القياسات، أو قراءات غير متسقة، أو تباين بين الاختبارات، بدلاً من أعطال واضحة. ومع تقادم الموصلات أو تعرضها لدورات توصيل متكررة، يمكن أن تؤدي التغيرات في حالة التلامس إلى زيادة عدم اليقين في نتائج الاختبار.
على الرغم من أن موصلات الطاقة تحظى بمعظم الاهتمام في أنظمة اختبار البطاريات، إلا أن وصلات القياس تؤثر أيضًا على دقة البيانات المُجمّعة وقابليتها للتكرار. وعلى عكس الموصلات العامة، صُممت الموصلات المحورية لنقل الإشارات الكهربائية عالية التردد أو منخفضة المستوى مع الحفاظ على مقاومة مضبوطة وحماية من التداخل الكهرومغناطيسي. بالنسبة للأجهزة الحساسة مثل أجهزة استشعار الجهد، ومخرجات المستشعرات، ووصلات راسم الإشارة، موصلات محورية يساعد على تقليل الضوضاء الخارجية والحفاظ على استقرار نقل الإشارة.
تتطلب التيارات العالية والجهود العالية خيارات مختلفة للموصلات
غالبًا ما تتضمن أنظمة اختبار البطاريات تيارًا عاليًا وجهدًا عاليًا، لكن هذه الظروف تفرض متطلبات مختلفة على الموصلات. تتطلب تطبيقات التيار العالي مقاومة تلامس منخفضة، وقدرة عالية على حمل التيار، وإدارة حرارية فعالة. أما تطبيقات الجهد العالي فتتطلب أداء عزل مناسبًا، ومسافات زحف وتخليص كافية، ومقاومة للانهيار الكهربائي.
إن تلبية أحد المتطلبات لا يضمن تلبية الآخر. فالموصل الذي يحمل تيارًا عاليًا قد لا يوفر عزلًا كافيًا للفولتيات العالية، بينما قد لا يتحمل موصل الفولتية العالية تيارًا مستمرًا دون أن يسخن بشكل مفرط.
لهذا السبب، تستخدم العديد من أنظمة اختبار البطاريات موصلات طاقة مخصصة لنقل الطاقة إلى جانب موصلات محمية لأجهزة القياس ودوائر المراقبة.
ارتفاع درجة الحرارة وأداء الموصل
مع ارتفاع درجة حرارة التلامس، غالباً ما تزداد المقاومة. وهذا يُسرّع من تآكل أسطح التلامس ويزيد من احتمالية الأكسدة وتدهور المواد وانخفاض قوة التلامس.
قد ينتج عن ذلك انخفاض تدريجي في أداء الموصل بدلاً من عطل واضح. كما أن ارتفاع درجات حرارة التشغيل قد يُغير الخصائص الكهربائية ويُقصر عمر الخدمة.
الموثوقية الميكانيكية
غالباً ما تتطلب برامج تطوير البطاريات والتحقق من صحتها مئات، إن لم يكن آلاف، من دورات التوصيل. ولذلك، يعتمد أداء الموصل على مدى اتساق توصيل نقاط التلامس بمرور الوقت.
يمكن أن يؤثر التآكل، وانخفاض قوة التثبيت، والتلوث، والتغيرات في ضغط التلامس على الأداء الكهربائي قبل وقت طويل من انتهاء عمر الموصل الافتراضي. وقد تتسبب التغيرات الطفيفة في منطقة التلامس في حدوث أعطال متقطعة أو زيادة تباين القياسات بين الاختبارات. وعادةً ما تُعطي الموصلات المصممة لتطبيقات الأجهزة الأولوية لأداء توصيل ثابت للحفاظ على خصائص كهربائية مستقرة خلال الاستخدام المتكرر.
اختيار نوع الموصل المناسب
لا يوجد موصل "أفضل" عالمي لاختبار البطاريات لأن الاختيار الصحيح يعتمد على المتطلبات الكهربائية للتطبيق وبيئة التشغيل وعمر الخدمة المتوقع.
تجمع أنظمة اختبار البطاريات الأكثر موثوقية عادةً بين عدة تقنيات توصيل. تُستخدم واجهات متينة وعالية التيار لتوصيل الطاقة، بينما تحمي حلول التوصيل المحمية دوائر القياس الحساسة من التشويش الكهربائي. يساعد اختيار كل موصل وفقًا لدوره على تحسين دقة القياس وموثوقية النظام وقابليته للصيانة على المدى الطويل. تزداد أهمية هذه الخصائص مع ازدياد تعقيد أنظمة البطاريات.
أصبحت أنظمة البطاريات أكثر تعقيدًا
توفر أنظمة البطاريات الحديثة كثافة طاقة أعلى، وشحنًا أسرع، وعمرًا أطول، ومستوى أمان محسّنًا مقارنةً بالأجيال السابقة. وقد أدى تلبية هذه المتطلبات إلى زيادة تعقيد حزم البطاريات. أنظمة إدارة البطارية (BMS)ومعدات الاختبار المستخدمة للتحقق من صحتها.
لا يقتصر اختبار البطاريات الحديثة على قياس الجهد والتيار فحسب، بل يقوم المهندسون بمراقبة درجة الحرارة، وتوازن الخلايا، وشبكات الاتصال، وأداء العزل، وغيرها من المعايير طوال مراحل التطوير والإنتاج.
مع ازدياد سعة بطاريات الليثيوم أيون وجهد تشغيلها، يزداد عدد قنوات القياس في نظام الاختبار. قد يجمع جهاز الاختبار بين توصيل الطاقة بتيار عالٍ، واستشعار الجهد بدقة، ومراقبة درجة الحرارة، وجمع البيانات، وواجهات الاتصال، كل ذلك يعمل في آن واحد. ونظرًا لاختلاف المتطلبات الكهربائية لهذه الدوائر، فإن اختيار الموصلات يعتمد على التطبيق نفسه أكثر من مجرد اختيار تيار أو جهد مناسب.
وقد أضافت الأتمتة مزيداً من التعقيد. إذ يقوم مصنعو البطاريات ومختبرات الاختبار الآن بجمع كميات أكبر بكثير من بيانات القياس أثناء البحث والتحقق واختبار الإنتاج.
مع ازدياد حجم هذه البيانات، تزداد الحاجة إلى قياسات دقيقة وقابلة للتكرار في كل دورة اختبار. حتى مصادر التشويش الكهربائي البسيطة، أو مقاومة التلامس، أو الانقطاعات المتقطعة في التوصيلات، قد تُقلل من موثوقية البيانات.
ينبغي البدء في اختيار الموصل مبكراً
قد يتم تحديد اختيار الموصلات في مراحل متأخرة من المشروع، بعد تحديد البنية الكهربائية وأجهزة القياس ومعدات الاختبار. في هذه المرحلة، قد يؤثر تغيير أنواع الموصلات على تجميعات الكابلات، وتصميمات العلب، وواجهات القياس، وإجراءات الصيانة، مما يجعل التعديلات أكثر تكلفة مما كانت عليه في مراحل سابقة من عملية التصميم.
يُساعد تحديد متطلبات الموصلات منذ البداية المهندسين على تحقيق التوازن بين الأداء الكهربائي، والمتانة الميكانيكية، والظروف البيئية، وقابلية الخدمة على المدى الطويل، قبل أن تُقيّد هذه القرارات بمتطلبات النظام ككل. ويُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية في اختبار البطاريات، حيث تختلف متطلبات دوائر توصيل الطاقة ودوائر القياس الدقيق، وتستفيد كلٌّ منها من تقنيات موصلات مختلفة. ويُسهم اختيار الموصلات المناسبة لكل تطبيق في تقليل عدم اليقين في القياس، وتحسين قابلية التكرار، ودعم إجراء اختبارات موثوقة طوال عمر الجهاز.
من المرجح أن تزداد متطلبات معدات الاختبار بدلاً من أن تنخفض. فالفولتية العالية، والشحن الأسرع، ومستويات الأتمتة الأكبر، وجمع البيانات على نطاق أوسع، كلها تتطلب توصيلات كهربائية موثوقة. كما أن هذا القطاع يشهد نمواً متزايداً: وفقاً لـ شركاء إنسايتو2025 سوق معدات اختبار البطاريات وقد بلغت قيمتها 621.33 مليون دولار، ومن المتوقع أن تصل إلى 1,079.54 مليون دولار بحلول عام 2034.
بحسب التقرير، فإن التوسع في تطبيقات تخزين الطاقة في قطاعات المرافق والصناعة والسيارات يزيد الطلب على المعدات المتطورة. كما تدعم الاستثمارات في البنية التحتية للسيارات الكهربائية ومشاريع الطاقة المتجددة نمو السوق، بما في ذلك في الولايات المتحدة، حيث من المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب قدره 4.3%.
