لماذا توازن البطارية مهم لقطاعات البطارية؟

تتكون أنظمة بطاريات طاقة السيارات من خلايا فردية متعددة متصلة في سلسلة لتلبية متطلبات الجهد والطاقة المحددة. في الاستخدام العملي، ونظرًا للاختلافات بين الخلايا الفردية، تكون سعة مجموعة البطارية بأكملها محدودة بقدرة الخلية الأضعف. في الحزمة المتصلة على التوالي، على الرغم من أن التيار المتدفق عبر كل خلية متطابق، إلا أن الاختلافات في السعة تؤدي إلى أعماق متفاوتة للتفريغ؛ تميل الخلايا ذات السعة العالية إلى أن تكون مشحونة بشكل أقل من اللازم وناقصة التفريغ، في حين أن الخلايا ذات السعة المنخفضة تكون عرضة للإفراط في الشحن والإفراط في التفريغ. ونتيجة لذلك، تتحلل الخلايا ذات السعة العالية ببطء وتستمر لفترة أطول، في حين أن الخلايا ذات السعة المنخفضة تتحلل بشكل أسرع ولها عمر أقصر. يتسع هذا التفاوت بمرور الوقت، مما يؤدي في النهاية إلى فشل مبكر لحزمة البطارية بأكملها بسبب فشل الخلايا منخفضة السعة.

الآسيجهاز اختبار حزمة البطاريةيمكن قياس السعة ودورة الحياة وأداء الشحن والتفريغ لحزمة البطارية.

الهدف الأساسي من التوازن هو "حلق القمم وملء الوديان". يتضمن ذلك استخدام دوائر خارجية لتنظيم تيارات الشحن والتفريغ أثناء الشحن أو التفريغ أو فترات الخمول لضمان جهد ثابت عبر الخلايا أثناء التشغيل، وبالتالي تمديد نطاق قيادة السيارة وعمر خدمة حزمة البطارية.

يُشار عادةً إلى الظاهرة التي يتراجع فيها أداء حزمة البطارية بسبب اختلافات الأداء بين الخلايا الفردية باسم "عدم تطابق الخلية" أو "عدم التوازن". في معظم الحالات، ينبع هذا الخلل من عيوب في عمليات التصنيع وطرق الاختبار وليس من التغيرات في الخصائص الكيميائية الكامنة في الخلايا. حتى عندما يتم فرز الخلايا ومطابقتها بعد الإنتاج، لا يزال من الممكن حدوث اختلالات - على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي اختلاف معدلات التفريغ الذاتي إلى اختلالات في السعة أثناء فترات الخمول، في حين أن المقاومة الداخلية المتباينة يمكن أن تؤدي إلى الشحن الزائد لخلايا معينة أثناء عملية الشحن.
لتحقيق التحكم في التوازن للخلايا الفردية، يعمل الموازن كعنصر أساسي في نظام إدارة البطارية (BMS)؛ وبدون وجود موازن، لن يتمكن نظام الإدارة - حتى مع الوصول إلى بيانات القياس - من اتخاذ إجراءات تصحيحية، مما يجعل مفهوم "الإدارة" بلا معنى.

I. النموذج الأساسي لموازنة إدارة التحكم

ينطبق نموذج التحكم في التوازن الذي تمت مناقشته في هذا الفصل على حزم البطاريات ذات التكوين التسلسلي، بافتراض وجود إجمالي *n* من الخلايا داخل العبوة. وكما هو موضح في هذا النموذج، قد تختلف سعة وحالة الشحن (SOC) للخلايا الفردية داخل العبوة في أي وقت، مما يستلزم موازنة إدارة التحكم في حزم بطاريات الطاقة. بالنسبة للسيارات الكهربائية، يعد عدم الاتساق بين خلايا بطارية الطاقة أمرًا لا مفر منه، ويرجع ذلك أساسًا إلى العاملين التاليين:

• التناقضات الناشئة عن عملية تصنيع البطارية.
• التناقضات الناجمة عن بيئات التشغيل.

ثانيا. تصنيف إدارة التحكم في الموازنة

هناك مجموعة واسعة من أساليب التحكم في موازنة البطارية، مع ظهور طرق جديدة باستمرار. يعد تصنيف هذه الطرق أمرًا صعبًا لأن معايير التصنيف المختلفة تؤدي إلى نتائج مختلفة. يلخص الجدول أدناه معايير التصنيف الشائعة وأنواعها المقابلة.

ثالثا. أهمية موازنة إدارة التحكم

1. تساعد إدارة التحكم المتوازنة على زيادة السعة الإجمالية لحزمة البطارية.
لنفترض أن هناك حزمة بطارية مكونة من أربع خلايا (B1، B2، B3، B4). افترض أن سعاتها الاسمية متطابقة (C1=C2=C3=C4=Cmax)؛ ومع ذلك، نظرًا لعوامل مثل اختلاف معدلات التفريغ الذاتي، تختلف قدراتها الأولية قبل دورة الشحن - على وجه التحديد، نفترض أن B2 لديه أعلى قدرة أولية وB3 هو الأدنى. وبما أن الخلايا متصلة في سلسلة، فإن السعة المتبقية للحزمة تتناقص بشكل موحد؛ ومع ذلك، مع مرور الوقت، يتطور عدم التوازن. يسمح التحكم المتوازن بزيادة القدرة الإجمالية القابلة للاستخدام.

2. تساعد إدارة التحكم المتوازنة على تنظيم عمق الشحن والتفريغ لخلايا بطارية الطاقة.
أولاً، تعمل إدارة التوازن على تعزيز سلامة البطارية. بدون إدارة موازنة الشحن، ضع في اعتبارك هذا السيناريو: من بين الخلايا الأربع، تقترب خلية واحدة (B2) من الشحن الكامل (أي، تتجاوز حالة الشحن، أو SOC، 95%). بسبب القوة الدافعة الكهربائية وخصائص المقاومة الداخلية، يرتفع جهد التشغيل بسرعة، مما يجعله عرضة للشحن الزائد.

ثانيًا، تعمل إدارة التوازن على إطالة عمر البطارية. ثالثًا، تتيح إدارة التوازن تقادمًا موحدًا للبطارية، وبالتالي تحسين اتساق الحالة الصحية (SOH). يشكل عدم الاتساق في SOH صعوبات لنظام إدارة البطارية؛ فهو يعقد المهمة الصعبة بالفعل المتمثلة في تقدير الشحن المتبقي للبطارية (أو حالة الشحن، SOC) ويعوق تنفيذ استراتيجيات الشحن الأمثل لحزمة البطارية. لتعزيز اتساق SOH عبر العبوة، يجب أن تؤثر العوامل التي تؤثر على عمر البطارية على كل خلية على حدة بأكبر قدر ممكن؛ يعد تنفيذ التحكم في الموازنة لضمان عمق التفريغ المتسق (DOD) عبر الخلايا طريقة فعالة لتحقيق شيخوخة موحدة. يحافظ التحكم في التوازن على عمق تفريغ ثابت أثناء التشغيل، الأمر الذي لا يؤدي فقط إلى إطالة عمر الدورة الإجمالية لحزمة البطارية - كما ذكرنا سابقًا - ولكنه يضمن أيضًا تدهورًا موحدًا، مما يؤدي إلى قيم SOH متشابهة نسبيًا عبر جميع الخلايا.

عنا

اسي الطاقة الجديدةمتخصصة في البحث وتصنيع المعدات المتطورة لبطاريات الليثيوم أيون. يمكننا توفير حل شامل لخط إنتاج بطارية أيون الليثيوم للبطارية الأسطوانية/المنشورية. إذا كنت مهتمًا باختبارات حزمة البطارية أو معادلات البطارية، فيرجى الاتصال بنا.