يعد قصر الدائرة الكهربائية للبطارية خطأً خطيرًا: سيتم فقدان الطاقة الكيميائية المخزنة في البطارية على شكل طاقة حرارية، ولا يمكن استخدام الجهاز. وفي الوقت نفسه، تشكل الدائرة القصيرة أيضًا توليدًا شديدًا للحرارة، مما لا يقلل من أداء مادة البطارية فحسب، بل قد يؤدي أيضًا إلى نشوب حريق أو انفجار بسبب الهروب الحراري. من أجل القضاء على الظروف المحتملة في الجهاز التي يمكن أن تشكل دائرة كهربائية قصيرة والتأكد من أن الدائرة القصيرة لا تشكل حالة تشغيل خطيرة، يمكننا استخدام COMSOL Multiphysics لدراسة تخطيط بطاريات الليثيوم أيون.
كيف تحدث دائرة كهربائية قصيرة للبطارية؟
البطارية قادرة على تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة إلى طاقة كهربائية. أثناء التشغيل العادي، سينتج القطبان الكهربائيان للبطارية تفاعلات كهروكيميائية، رد فعل اختزال للقطب السالب وتفاعل أكسدة للأنود. أثناء عملية التفريغ، يكون القطب الموجب 0.10-600 والقطب السالب موجب؛ أثناء عملية الشحن، يتم تبديل حرفي القطب، أي أن القطب الموجب يكون موجبًا والقطب السالب سالبًا.
يطلق أحد القطبين الإلكترونات إلى الدائرة، بينما يأخذ القطب الآخر الإلكترونات من الدائرة. وهذا التفاعل الكيميائي المناسب هو الذي يحرك التيار في الدائرة، وبالتالي فإن أي جهاز، مثل المحرك أو المصباح الكهربائي، قادر على الحصول على الطاقة من البطارية عند توصيله بها.
ما يسمى بالدائرة القصيرة هو عندما لا تتدفق الإلكترونات عبر الدائرة المتصلة بالجهاز الكهربائي، ولكنها تتحرك مباشرة بين القطبين الكهربائيين. وبما أن هذه الإلكترونات لا تحتاج إلى القيام بأي عمل ميكانيكي، فإن المقاومة تكون صغيرة جدًا. ونتيجة لذلك، يتسارع التفاعل الكيميائي وتبدأ البطارية في التفريغ الذاتي، فتفقد طاقتها الكيميائية دون القيام بأي عمل مفيد. عند حدوث قصر في الدائرة، يتسبب التيار الزائد في ارتفاع درجة حرارة مقاومة البطارية (حرارة جول)، مما قد يؤدي إلى تلف الجهاز.
يعد التلف الميكانيكي في البطارية أحد أسباب قصر الدائرة الكهربائية. إذا ثقب جسم معدني غريب مجموعة البطارية أو إذا تعرضت مجموعة البطارية للتلف بسبب العجن، فسوف يشكل ذلك مسارًا داخليًا موصلاً ويشكل دائرة كهربائية قصيرة. "اختبار الوخز بالإبر" هو اختبار السلامة القياسي لبطاريات الليثيوم أيون. أثناء الاختبار، سوف تخترق إبرة فولاذية البطارية وتتسبب في قصرها.
منع ماس كهربائى للبطارية
يجب حماية البطارية أو مجموعة البطارية من ماس كهربائي، بما في ذلك التدابير اللازمة لمنع البطارية ونفس الحزمة من المواد الموصلة من الاتصال ببعضها البعض. يتم تعبئة البطاريات في صناديق للنقل ويجب فصلها عن بعضها البعض داخل الصندوق، مع توجيه الأقطاب الموجبة والسالبة في نفس الاتجاه عند وضع البطاريات جنبًا إلى جنب.
يتضمن منع حدوث قصر دائرة البطاريات، على سبيل المثال لا الحصر، الطرق التالية.
أ. حيثما أمكن، استخدم عبوة داخلية مغلقة تمامًا مصنوعة من مواد غير موصلة (مثل الأكياس البلاستيكية) لكل خلية أو كل جهاز يعمل بالبطارية.
ب. استخدم وسيلة مناسبة لعزل البطارية أو تغليفها بحيث لا تتلامس مع البطاريات أو المعدات أو المواد الموصلة الأخرى (مثل المعادن) الموجودة داخل العبوة.
ج. استخدم أغطية حماية غير موصلة للكهرباء، أو شريط عازل، أو أي وسيلة مناسبة أخرى لحماية الأقطاب الكهربائية أو المقابس المكشوفة.
إذا لم تتمكن العبوة الخارجية من مقاومة الاصطدام، فلا ينبغي استخدام العبوة الخارجية وحدها كإجراء لمنع أقطاب البطارية من الكسر أو قصر الدائرة الكهربائية. يجب أن تستخدم البطارية أيضًا حشوة لمنع الحركة، وإلا فإن غطاء القطب الكهربائي يكون مفككًا بسبب الحركة، أو يغير القطب اتجاهه ليسبب ماس كهربائي.
تتضمن طرق حماية القطب الكهربائي، على سبيل المثال لا الحصر، التدابير التالية:
أ. ربط الأقطاب الكهربائية بشكل آمن بغطاء ذو قوة كافية.
ب. البطارية معبأة في عبوة بلاستيكية صلبة.
ج. استخدم تصميمًا مجوفًا أو احصل على حماية أخرى لأقطاب البطارية حتى لا تنكسر الأقطاب الكهربائية حتى في حالة سقوط العبوة.
وقت النشر: 07 فبراير 2023