موازنة BMS النشطة أم السلبية: أيهما يحمي الخلايا بشكل أفضل؟
قد تصل البطارية إلى حد فصل الجهد مع استمرارها في تقديم سعة قابلة للاستخدام أقل من المتوقع. ويُعد اختلال توازن الخلايا أحد الأسباب الشائعة؛ فالخلية الأولى التي تبلغ حد الشحن أو التفريغ تقيّد سلسلة التوصيل بأكملها. يساعد اختيار الموازنة النشطة أو السلبية على إدارة الاختلافات في حالة الخلايا، لكن أياً من الطريقتين لا يغني عن الاختيار السليم للخلايا أو نظام BMS كفء أو التصميم الصحيح للنظام.
ما الذي تفعله الموازنة: في حزمة موصولة على التوالي، تتشارك الخلايا التيار، لكن سعاتها ومعدلات تفريغها الذاتي ودرجات حرارتها لا تكون متطابقة تماماً. يراقب نظام BMS جهود الخلايا، وكذلك SOC ودرجة الحرارة بحسب تصميمه. تقلل الموازنة فروق الجهد أو الشحن بحيث يقل احتمال بلوغ إحدى الخلايا حد الحماية قبل الخلايا الأخرى. وهي لا تصلح خلية تالفة ولا تجعل الخلايا غير المتطابقة متكافئة.
تحوّل الموازنة السلبية الشحنة الزائدة في الخلايا ذات الجهد الأعلى عبر مقاومات، فتتبدد تلك الطاقة على شكل حرارة. وهي شائعة في الحزم المراعية للتكلفة لأن دائرتها بسيطة نسبياً. وغالباً ما يكون تيار الموازنة محدوداً، لذلك قد يستغرق تصحيح فرق كبير وقتاً، ويحدث عادةً قرب نهاية الشحن وفقاً لاستراتيجية نظام BMS.
تنقل الموازنة النشطة الطاقة من الخلايا الأعلى طاقة إلى الخلايا الأقل طاقة باستخدام المكثفات أو المحاثات أو دوائر قائمة على المحولات. وقد يقلل ذلك الطاقة المهدرة على شكل حرارة، ويسمح بإجراء الموازنة خلال نطاق أوسع من SOC، وفقاً لتصميم نظام BMS. وقد تزيد إلكترونيات القدرة الإضافية وأدوات التحكم والتحقق من التكلفة وتعقيد التصميم.
نظرة سريعة: الموازنة السلبية أبسط وأقل تكلفة عادةً، لكنها تبدد الطاقة وقد تحتاج إلى وقت أطول لتصحيح اختلال كبير. ويمكن للموازنة النشطة إعادة استخدام قدر أكبر من الطاقة ونقل الشحنة بسرعة أكبر في بعض التصميمات، لكن الأداء يعتمد على بنية النقل والتيار المقنن وظروف التشغيل. ولا يوجد حد عالمي لتيار الموازنة يجعل إحدى الطريقتين أفضل لكل الحزم.
مقارنة عملية: لنأخذ حزمة LiFePO4 بجهد اسمي يتكون من 16 خلية على التوالي وسعة 100 Ah، وتيار موازنة سلبي قدره 1 A. يتطلب نقل 5 Ah من خلية ذات شحنة مرتفعة خمس ساعات على الأقل في ظروف مثالية، وقد تقتصر الموازنة الفعلية على فترة محددة من الشحن. ويمكن لنظام نشط مصمم لنقل 1 A نقل كمية مماثلة من الشحنة من دون تبديدها بالكامل كحرارة في المقاومات، لكن خسائر النقل ودقة القياس ومنطق التحكم تظل مهمة. توضح هذه الأرقام الحجم التقريبي، ولا تضمن زمناً محدداً للموازنة.
كيفية الاختيار: طابق بنية الموازنة مع حجم الحزمة ودورة العمل وملف الشحن وعواقب فقدان السعة. قد تكون الموازنة السلبية كافية لحزمة صغيرة ومتجانسة تُشحن بالكامل بانتظام. أما سلاسل التوصيل الطويلة أو فترات الشحن المحدودة أو الأنظمة التي يكون فيها الحفاظ على الطاقة مهماً، فقيّم الموازنة النشطة مع مراعاة تكلفتها وآثارها الحرارية ومتطلبات صيانتها.
- تحقق من تيار الموازنة المحدد ومن شروط الجهد أو SOC التي تفعّل الموازنة.
- اسأل عما إذا كانت الموازنة تعمل أثناء الشحن والتوقف والتفريغ، وعن درجات الحرارة التي تعطلها.
- تحقق من دقة قياس جهد الخلايا، ومعالجة الأعطال، وحدود الحماية.
- تأكد من أن نظام BMS يدعم عدد التوصيلات المتسلسلة وكيمياء البطارية وواجهة الاتصال المطلوبة.
لا يحدد تيار الموازنة وحده مستوى حماية الخلايا. تعتمد الحماية على دقة الاستشعار والاستجابة في الوقت المناسب لأعطال الجهد الزائد والجهد المنخفض والتيار الزائد ودرجة الحرارة. وينبغي أن يعرض نظام BMS أيضاً SOC وSOH مع توضيح حدود الدقة؛ فالموازنة لا تعوض تقدير الحالة غير الدقيق أو ملف الشحن غير الملائم.
يكتسب كل من DoD وعمر الدورة أهمية أيضاً. فتكرار الشحن حتى حد الخلية الأعلى جهداً، أو التفريغ حتى بلوغ الخلية الأدنى جهداً حد الفصل، قد يقلل السعة القابلة للاستخدام ويزيد الإجهاد. ويعمل نظام BMS مضبوط بشكل صحيح، وعمق تفريغ مناسب للتشغيل، ودرجات حرارة متجانسة للخلايا، وشاحن متوافق مع كيمياء LiFePO4 معاً. الموازنة جزء من هذا النظام وليست ضماناً لعمر الدورة.
لأغراض الشراء، اطلب أدلة اختبار وفق تكوين التوصيل المتسلسل وملف التشغيل المقصودين. وفي التطبيقات الثابتة والصناعية، راجع متطلبات السلامة المنطبقة، بما فيها UN38.3 للنقل، وعند انطباقها على المنتج والسوق، IEC 62619 أو UL 1973. تأكد من أن الشهادات وتقارير الاختبار تخص تكوين البطارية الفعلي، لا خلية أو منصة ذات صلة فحسب.
حدد متطلبات الحزمة كاملةً: السعة والجهد والتيار الأقصى والمستمر ونطاق درجة الحرارة المحيطة ومصدر الشحن والاتصالات والغلاف والشهادات وعمر الدورة المستهدف عند قيمة DoD ودرجة حرارة محددتين. ناقش مبكراً الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ) وعينات التحقق والمهلة الزمنية، ولا سيما عند الحاجة إلى برنامج ثابت مخصص أو بنية موازنة غير قياسية.
بالنسبة إلى المشترين الذين يطورون نظاماً مصمماً لغرض محدد، يمكن لـ Newbeebattery أن تكون شريك OEM/ODM لتصميم حزم مخصصة، وأن توائم اختيار الخلايا وإعدادات BMS والتحقق على مستوى الحزمة مع التطبيق. التصميم المناسب هو ما يفي بمتطلبات قابلة للقياس للحماية ومدة التشغيل والأداء الحراري والامتثال، بتكلفة مقبولة.
الخلاصة: غالباً ما تكون الموازنة السلبية الخيار العملي للحزم الأبسط والأقل تكلفة؛ أما الموازنة النشطة فتستحق التقييم عندما تبرر استعادة الطاقة أو السلاسل الأكبر أو قيود التشغيل تعقيدها الإضافي. قارن أداء النظام الذي تم التحقق منه وسلوك الحماية، لا تسمية نوع الموازنة وحدها.
اطلب عرض سعر