عندما نتحدث عن أنظمة بطاريات الليثيوم، فإن معظم المناقشات تسلط الضوء على السعة أو الجهد أو دورة الحياة. ومع ذلك، تكمن تحت هذه المقاييس السطحية عملية حاسمة تؤثر على أداء البطارية على المدى الطويل: موازنة البطارية.
سواء كنت مُصنِّعًا لبطاريات المعدات الأصلية أو مُركِّبًا خارج الشبكة أو تخزين الطاقة C&I أيها المشتري، يجب أن تفهم عن موازنة البطارية. تشرح هذه المقالة المتعمقة ما هي موازنة البطارية، وسبب أهميتها، وكيف تؤثر بشكل مباشر على طول عمر حزم بطاريات الليثيوم وسلامتها وأدائها.
بطارية ليثيوم أيون 12 فولت 100 أمبير
فهم موازنة البطارية: ماهيته وسبب وجوده
ما هي موازنة البطارية بعبارات بسيطة؟
تشير موازنة البطارية إلى عملية معادلة مستويات شحن الخلايا الفردية في حزمة البطارية. في الأنظمة متعددة الخلايا مثل 48 فولت أو 100 كيلو وات/ساعة التكوينات، غالبًا ما تنحرف الخلايا عن المزامنة بسبب الاختلافات الطفيفة في التصنيع ودرجة الحرارة والمقاومة الداخلية. وبمرور الوقت، يقلل هذا الخلل في التوازن من كفاءة الطاقة وقد يتسبب في تلف دائم للخلايا.
بطارية عربة الغولف 48 فولت 100 أمبير
ما الذي يجعل الخلايا غير متوازنة؟
تسقط الخلايا بشكل طبيعي من المحاذاة مع مرور الوقت بسبب:
- الاختلافات الطفيفة أثناء التصنيع
- التوزيع غير المتساوي للحرارة في البيئة
- الشيخوخة بمعدلات مختلفة
- الاختلافات في معدلات التفريغ الذاتي
حتى الفرق 1-21 تيرابايت 3 تيرابايت بين الخلايا، إذا لم يتم معالجته، سيؤدي إلى مشاكل في الأداء.
لماذا تعتبر موازنة البطارية ضرورية؟
لا يمكن شحن حزمة بطارية غير متوازنة أو تفريغها بالكامل دون المخاطرة بالتلف. ستحدّ الخلية الأضعف من النظام بأكمله، مما يؤدي إلى انخفاض السعة القابلة للاستخدام، وإيقاف تشغيل نظام إدارة المحرك قبل الأوان، وتدهور أسرع للخلية في الوقت المحدد.
بطارية كامادا باور 10 كيلو وات في الساعة بطارية أيونات الصوديوم المنزلية
أنواع مختلفة من موازنة البطاريات
الموازنة السلبية: أبسط ولكن مضيعة للوقت
تعمل الموازنة السلبية على إزالة الطاقة الزائدة من الخلايا ذات الجهد العالي وتحويلها إلى حرارة من خلال المقاومات. تعتمد العديد من الأنظمة الصغيرة أو الاستهلاكية على هذه الطريقة البسيطة والفعالة من حيث التكلفة.
الإيجابيات:
- منخفضة التكلفة
- سهولة في التنفيذ
السلبيات:
- إهدار طاقة قيمة
- تنتج الحرارة
- أقل ملاءمة لأنظمة تخزين الطاقة على نطاق واسع
موازنة نشطة: أذكى وأكثر كفاءة
تنقل الموازنة النشطة الطاقة من الخلايا ذات الجهد العالي إلى الخلايا ذات الجهد المنخفض باستخدام المكثفات أو المحولات. تعمل هذه الطريقة بكفاءة أكبر وتناسب الأنظمة عالية الأداء أو عالية السعة بشكل أفضل.
الإيجابيات:
- يحافظ على الطاقة
- يقلل من ناتج الحرارة
- تعمل بشكل جيد على أجهزة C\&I وخارج الشبكة
السلبيات:
- تتطلب دوائر أكثر تعقيداً
- تأتي بتكاليف مقدمة أعلى
أيهما أفضل لتطبيقك؟
إذا كنت تستخدم بطارية مثبتة على الحائط في التخزين المنزلي، فقد تكون الموازنة السلبية كافية. ولكن بالنسبة لأنظمة الرفوف الصناعية أو التركيبات خارج الشبكة مع التدوير العميق المتكرر، فإن الموازنة النشطة توفر حماية أقوى وعائد استثمار أفضل على المدى الطويل.
كيف تؤثر الموازنة على عمر البطارية وكفاءتها؟
العلاقة بين اختلال التوازن والتدهور المبكر
عندما تكون الخلايا غير متوازنة، تصل الخلية الأضعف إلى الحد الأقصى لجهدها أولاً. يستجيب نظام إدارة المحرك عن طريق إيقاف الشحن أو التفريغ - على الرغم من أن الخلايا الأخرى لا تزال لديها طاقة قابلة للاستخدام. هذا:
- تقلص نطاق الطاقة القابلة للاستخدام
- إجهاد مفرط لبعض الخلايا
- يسرع من فقدان السعة
البيانات الواقعية
في إعداد LiFePO4 LiFePO4 خارج الشبكة بقدرة 15 كيلوواط/ساعة تم تركيبه في كوخ جبلي، أدى عدم وجود موازنة مناسبة إلى فقدان 201 تيرابايت 3 تيرابايت من السعة القابلة للاستخدام خلال 18 شهرًا فقط. بعد ترقية نظام إدارة المحرك مع الموازنة النشطة، استعاد النظام حوالي 901 تيرابايت 3 تيرابايت من قدرته المقدرة.
التأثير على عمق التفريغ (DoD) والعائد على الاستثمار
وبفضل الموازنة الجيدة، يمكن للمستخدمين تحقيق مستويات أعمق من الطاقة المستهلكة وتجنب تلف الخلايا. وهذا يؤدي إلى زيادة إنتاجية الطاقة لكل دورة وانخفاض التكلفة لكل كيلوواط/ساعة على مدى العمر الافتراضي.
كيف يمكنك معرفة ما إذا كانت عبوتك غير متوازنة؟
الأعراض الشائعة لاختلال التوازن:
- وصول خلية واحدة أو أكثر إلى الجهد الزائد أو الجهد المنخفض مبكراً
- عمليات إيقاف التشغيل غير المتوقعة حتى عندما يكون SoC 50%
- تسخين غير متساوٍ بين الخلايا أثناء التشغيل
- عدم تطابق في نظام إدارة المباني وشاشات الطرف الثالث
عادةً ما تعرض وحدات نظام إدارة المباني الحديثة:
- مستويات جهد الخلية
- مؤشرات انحراف الجهد (بالمللي فولت)
- سجلات الإنذارات المتعلقة بمشكلات عدم التوازن
اختيار نظام إدارة المباني المناسب للموازنة
ليست كل وحدات نظام إدارة المباني متساوية
تدعم بعض وحدات نظام إدارة المباني، على مستوى الميزانية، الموازنة السلبية فقط - أو لا تدعم أي موازنة على الإطلاق. بالنسبة للأنظمة ذات القيمة العالية أو الأنظمة ذات المهام الحرجة، يجب أن يوفر نظام إدارة المباني الخاص بك:
- المراقبة على مستوى الخلية
- وظائف الموازنة في الوقت الحقيقي
- عتبات الموازنة التكيفية في الإعدادات
ما الذي تبحث عنه في مواصفات نظام إدارة المباني:
- نوع التوازن النشط مقابل السلبي
- أقصى تيار أثناء الموازنة (على سبيل المثال، 50-200 مللي أمبير أو أكثر)
- نقطة الانطلاق لانحراف الجهد (على سبيل المثال، >20 مللي فولت)
- دعم عدد الخلايا (على سبيل المثال، 15S أو 16S أو 32S أو أعلى)
كيمياء البطاريات وموازنتها: دليل التوافق
LiFeFePO4 (LFPP)
- ثبات حراري ممتاز، ولكنه يحتاج إلى إدارة محكمة للجهد الكهربائي
- دورة حياة عالية ممكنة إذا تمت موازنتها بشكل صحيح
NMC (النيكل والمنغنيز والكوبالت)
- كثافة طاقة أعلى، ولكنها حساسة للغاية عند اختلال التوازن
- يتطلب موازنة سريعة ومتكررة
حمض الرصاص الحمضي (AGM/Gel)
- متوازنة ذاتياً جزئياً، ولكن دورة حياتها قصيرة بشكل عام
- غير موصى به لتطبيقات تخزين الطاقة الحديثة
أمثلة تطبيقية: عندما تصبح الموازنة حرجة
التركيبات خارج الشبكة
- وغالبًا ما تدور هذه بعمق وبشكل متكرر
- عادة ما تكون في مواقع نائية حيث تكون الصيانة أصعب
رفوف ESS التجارية
- تتطلب أنظمة البطاريات الكبيرة موازنة موثوقة
- إمكانية تحسين وقت التشغيل والتصاميم القابلة للتطوير
التخزين السكني
- قد تعمل الأنظمة الصغيرة بشكل جيد مع التوازن السلبي
- ومع ذلك، يساعد نظام إدارة المباني الذكي على منع مشاكل الخلايا في مراحلها المبكرة
الخاتمة
إن موازنة البطارية ليست مجرد أمر لطيف - فهي تلعب دورًا رئيسيًا للسلامة على المدى الطويل، والاحتفاظ بالقدرة وقيمة الاستثمار. يؤدي اختيار طريقة الموازنة الصحيحة وأدوات المراقبة الصحيحة إلى إطالة عمر نظام البطارية بشكل كبير.
هل تبحث عن بطاريات الليثيوم ذات الموازنة النشطة المدمجة؟ اتصل بنا لمعرفة المزيد عن الحامل الذكي القائم على نظام إدارة المباني وأنظمة البطاريات المتكاملة التي تزيد من العمر الافتراضي وتقلل من تكلفة الملكية.