SoC — State of Charge
يشير State of Charge (SoC) إلى مستوى الشحن الحالي لخلية أو حزمة بطارية كنسبة مئوية من السعة الاسمية. SoC 100 % يعني مشحونة بالكامل، و0 % مفرّغة بالكامل. يحسب نظام BMS قيمة SoC عادةً عبر عدّ الكولوم (تكامل التيار مع الزمن)، مُصحَّحاً عند نقاط جهد السكون. مع LiFePO4 يكون هذا الأمر مطلوباً لأن منحنى التفريغ شبه مسطح على نطاقات واسعة.
SoH — State of Health
يصف State of Health (SoH) حالة شيخوخة البطارية مقارنةً بحالتها الجديدة. يُستنتج من السعة المتبقية المقيسة والمقاومة الداخلية المتزايدة. يُعدّ SoH بنسبة 80 % عتبةَ نهاية العمر الافتراضي (EOL) المعيارية في الصناعة — إذ تُعطي الحزمة عندئذٍ أربعة أخماس سعتها الأصلية فقط. يُعدّ SoH أساس تخطيط الصيانة القائمة على الحالة وتوقعات العمر المتبقي.
DoD — Depth of Discharge
تشير Depth of Discharge (DoD) إلى الجزء الذي يُسحب من السعة الاسمية في دورة واحدة. DoD بنسبة 80 % تعني تفريغ البطارية من 100 % إلى 20 % SoC. تقليل عمق التفريغ يُطيل عمر الدورات بشكل ملحوظ، بينما تقليصه إلى قيم أعمق يُقصّر العمر الافتراضي بشكل ملحوظ. في تطبيقات AGV العملية كثيراً ما يُختار DoD بنسبة 70–80 % كتوازن بين استغلال السعة والعمر الافتراضي.
معدل C (C-Rate)
يُطبّع معدل C تيار الشحن أو التفريغ على السعة الاسمية للبطارية. لحزمة بسعة 100 Ah، 1C يعادل 100 A؛ و2C يعادل 200 A. تُولّد معدلات C الأعلى حرارة أكبر وتُجهد الخلايا أكثر، مما يُقلّل العمر الافتراضي. لتطبيقات الشحن والتفريغ المستمر يُوصى بمعدل C من 0,5C إلى 1C؛ قد تكون الذرى القصيرة المدى أعلى بكثير تبعاً لتقنية الخلية.
BMS — نظام إدارة البطارية
نظام إدارة البطارية (BMS) هو الإلكترونيات الواقية والمراقِبة داخل حزمة البطارية. يقيس جهود الخلايا والتيارات ودرجات الحرارة، ويوازن اختلالات الخلايا، ويُحدّ تيار الشحن والتفريغ، ويحمي من الجهد الزائد والناقص والدارة القصيرة. في التشغيل الصناعي يتواصل BMS عبر شبكات الحقل كـ CAN-Bus أو SMBus مع وحدة التحكم العليا للآلة ويُوفّر SoC وSoH ورموز الأعطال في الوقت الحقيقي.
LiFePO4 — ليثيوم حديد فوسفات
LiFePO4 (ليثيوم حديد فوسفات، LFP) كيمياء خلية ليثيوم-أيون ذات استقرار حراري مرتفع بشكل خاص وعمر دوري طويل. الجهد الاسمي نحو 3,2 V لكل خلية، ونافذة الجهد المسموح بها تقريباً 2,5 V إلى 3,65 V. خلايا LFP ذات كثافة طاقة أقل من Li-NMC، لكنها أكثر استقراراً حرارياً وهي الخيار المفضل لتطبيقات ذات دورات كاملة كثيرة — كـ AGV وFTS والتخزين الثابت.
Li-NMC — ليثيوم نيكل منغنيز كوبالت
Li-NMC (أكسيد ليثيوم نيكل منغنيز كوبالت) كيمياء خلية ليثيوم-أيون ذات كثافة طاقة وزنية وحجمية عالية. الجهد الاسمي نحو 3,6–3,7 V لكل خلية، ونافذة الجهد تقريباً 3,0 V إلى 4,2 V. يناسب Li-NMC التطبيقات الحرجة في الوزن أو المساحة، لكن استقراره الحراري أقل من LFP ويفرض متطلبات أعلى على إدارة الحرارة في الحزمة.
LTO — تيتانات الليثيوم
LTO (تيتانات الليثيوم) كيمياء خلية ليثيوم-أيون تتكوّن مادة الأنود فيها من تيتانات الليثيوم عوضاً عن الجرافيت. تتميّز خلايا LTO بقدرة شحن فائقة السرعة (5C–10C نموذجية)، وعمر دوري مرتفع جداً، وأداء ممتاز في البرد. غير أن كثافة الطاقة أقل بكثير من LFP أو Li-NMC، مما يُقيّد LTO بالتطبيقات ذات الاشتراطات القصوى للشحن السريع والعمر الافتراضي.
موازنة الخلايا
موازنة الخلايا هي إجراء BMS لتعويض فوارق الجهد بين الخلايا المتصلة بالتسلسل. في الموازنة السلبية تُفرَّغ الخلية الأعلى عبر مقاومة تصريف حتى تلحق بها الأخرى. في الموازنة النشطة يُعاد توزيع الشحن من الخلية الأكثر امتلاءً إلى الأكثر فراغاً — خسائر أقل، لكن دوائر أكثر تعقيداً. بدون موازنة تتباعد الخلايا أكثر مع كل دورة، مما يُقلّل تدريجياً السعة الكلية للحزمة.
UN 38.3
UN 38.3 معيار اختبار النقل الصادر عن الأمم المتحدة للخلايا والبطاريات الليثيومية. يشترط إجراء سلسلة من الاختبارات — تشمل محاكاة الارتفاع، ودورات الحرارة، والاهتزاز، والصدمة، والدارة القصيرة الخارجية، والشحن الزائد — قبل نقل بطاريات الليثيوم كبضائع خطرة جواً أو بحراً أو براً. يجب على المصنّع تقديم ملخص الاختبارات؛ بدونه لا يُجيز النقل.
IEC 62619
IEC 62619 معيار السلامة الدولي للخلايا والبطاريات الليثيومية القابلة لإعادة الشحن في التطبيقات الصناعية. يُحدّد اشتراطات السلامة للتصميم والتصنيع والاختبار، ويُعدّ وثيقةً محورية لمطابقة CE لبطاريات الصناعة. يُكمّل المعيارُ اختباراتِ UN 38.3 الخاصة بالمنتج بمتطلبات سلامة منهجية للـ BMS وحماية الخلايا ومقاومة الإساءة.
علامة CE
تدلّ علامة CE على أن المنتج مستوفٍ للتوجيهات الأوروبية المعمول بها. بالنسبة لحزم البطاريات الصناعية، قد تُطبَّق — حسب التطبيق — توجيهية الجهد المنخفض (LVD، 2014/35/EU) وتوجيهية التوافق الكهرومغناطيسي (2014/30/EU) وعند الدمج في الآلات توجيهية الآلات (2006/42/EC). يحتفظ المصنّع بإعلان المطابقة؛ بدونه لا يجوز طرح المنتج في السوق الأوروبية.
درجة حماية IP (IEC 60529)
تُصنّف درجة حماية IP (Ingress Protection) وفق IEC 60529 حماية الهيكل ضد الأجسام الصلبة الغريبة والماء. الرقم الأول يصف حماية الجسيمات الصلبة (0–6)، والثاني حماية الرطوبة (0–9K). IP54 يعني حماية من الغبار ورذاذ الماء؛ IP67 يعني إحكام ضد الغبار والحماية من الغمر المؤقت. للـ AGV والمركبات الصناعية العاملة في مستودعات رطبة أو في الهواء الطلق كثيراً ما يُشترط IP65 أو أعلى.
العمر الدوري
يشير العمر الدوري إلى عدد دورات الشحن-التفريغ الكاملة التي تتحملها البطارية عند DoD وظروف محددة قبل أن تنخفض سعتها إلى 80 % من القيمة الجديدة (معيار EOL). تحقق خلايا LFP عدة آلاف من الدورات في ظروف ملائمة؛ وLi-NMC نموذجياً بضع مئات إلى أكثر من ألف. ترتفع درجات الحرارة وقيم DoD العميقة ومعدلات C المرتفعة تُقصّر العمر الافتراضي.
كثافة الطاقة
تصف كثافة الطاقة الطاقة القابلة للتخزين نسبةً إلى الكتلة (وزنية، Wh/kg) أو الحجم (حجمية، Wh/L). يحقق Li-NMC قيماً وزنية أعلى من LFP؛ ولـ LFP مزايا في الأمان والعمر الافتراضي. في تطبيقات AGV كثيراً ما تكون كثافة الطاقة الحجمية هي الحاسمة لأن مساحة التركيب في قاعدة المركبة محدودة.
الجهد الاسمي
الجهد الاسمي هو جهد التشغيل الاسمي لخلية أو حزمة في ظروف قياسية. يقع بين جهد إيقاف الشحن وجهد إيقاف التفريغ حسب كيمياء الخلية. لـ LiFePO4 يبلغ الجهد الاسمي نحو 3,2 V لكل خلية؛ وحزمة 48 V تتكوّن إذن من 15 خلية LFP على التوالي. يختلف الجهد الفعلي على الأطراف عن الجهد الاسمي تبعاً لحالة الشحن وظروف الحمل.
السعة الاسمية
السعة الاسمية (Ah) هي كمية الشحنة الكهربائية التي يمكن لبطارية مشحونة حديثاً تسليمها في ظروف تفريغ محددة (درجة الحرارة، معدل C، جهد الإيقاف). السعة القابلة للاستخدام في التشغيل تقل عن السعة الاسمية بسبب نطاق SoC المختار (DoD) وتأثيرات درجة الحرارة والشيخوخة. يُحدّد المصنّعون السعة الاسمية عادةً عند 0,2C و25 °C.
CAN-Bus
CAN-Bus (Controller Area Network) بروتوكول شبكة حقل تسلسلي طُوِّر أصلاً للإلكترونيات الإذاعية وبات اليوم واسع الانتشار في الآلات المتنقلة وAGV والحزم الصناعية. يُبلّغ BMS بقيم SoC وSoH وجهود الخلايا ودرجات الحرارة ورموز الأعطال عبر CAN-Bus إلى وحدة التحكم العليا. الملفات الشائعة هي CANopen (بما فيها ملفات بطاريات CiA) وJ1939 للمركبات التجارية.
SMBus
SMBus (System Management Bus) بروتوكول اتصال رقمي مبني على I²C، طُوِّر لتوصيل أنظمة البطارية الذكية (SBS) بالمضيف. يُحدّد مجموعة سجلات معيارية للسعة والجهد والتيار ودرجة الحرارة وحالة الأعطال. يُستخدم SMBus كثيراً في حزم البطاريات الأصغر والأجهزة المحمولة؛ أما للآلات الصناعية المتنقلة فـ CAN-Bus هو الخيار الأكثر شيوعاً.
Lithium plating — ترسيب الليثيوم
يُشير lithium plating (ترسيب الليثيوم) إلى الترسيب غير المرغوب فيه للليثيوم المعدني على أنود الجرافيت، الذي يحدث حين يكون تيار الشحن مرتفعاً جداً أو درجة حرارة الخلية منخفضة جداً (دون نحو 0 °C). يُشكّل الليثيوم المترسب نموات دقيقة (dendrites) يمكنها اختراق الفاصل وإحداث دارة قصيرة داخلية. يُعدّ ترسيب الليثيوم من الأسباب الرئيسية لفقدان السعة الذي لا رجعة فيه والهروب الحراري.
Thermal runaway — الهروب الحراري
الهروب الحراري (thermal runaway) تفاعل طارد للحرارة ذاتي التعزيز في خلية ليثيوم: الحرارة تُسرّع تفاعلات التحلل الكيميائي التي تُولّد المزيد من الحرارة — حتى الإفراج غير المتحكم فيه عن الطاقة والغازات وفي الحالات القصوى النيران. تشمل المحفّزات: الضرر الميكانيكي والشحن الزائد ومصادر الحرارة الخارجية والدارة القصيرة الداخلية. إدارة الحرارة ودائرة الحماية المُصمَّمة جيداً في BMS هما التدبيران الأساسيان لمنعه.
جهد إيقاف التفريغ والشحن
جهد إيقاف التفريغ هو الحد الأدنى للجهد الذي عنده يُنهي BMS أو يُوقف عملية التفريغ لمنع الضرر الذي لا رجعة فيه للخلايا. جهد إيقاف الشحن هو الحد الأعلى الذي يُشحن إليه. كلا الحدّين خاصّان بنوع الخلية: لـ LFP نموذجياً 2,5 V (تفريغ) و3,65 V (شحن) لكل خلية. الضبط الدقيق لهذين الحدّين في BMS له تأثير مباشر على سعة الحزمة وعمرها الافتراضي وسلامتها.