مفهومموازنة الخلاياربما يكون هذا الأمر مألوفًا لمعظمنا. ويعود ذلك أساسًا إلى أن اتساق الخلايا الحالي غير كافٍ، ويساعد التوازن على تحسينه. فكما لا يمكنك إيجاد ورقتين متطابقتين في العالم، لا يمكنك أيضًا إيجاد خليتين متطابقتين. لذا، فإن التوازن في نهاية المطاف هو معالجة أوجه القصور في الخلايا، ويعمل كإجراء تعويضي.
ما هي الجوانب التي تُظهر عدم اتساق الخلايا؟
هناك أربعة جوانب رئيسية: حالة الشحن (SOC)، والمقاومة الداخلية، وتيار التفريغ الذاتي، والسعة. مع ذلك، لا يمكن للموازنة حل هذه الاختلافات الأربعة بشكل كامل. فهي تُعوض فقط عن اختلافات حالة الشحن، وتعالج بشكل غير مباشر عدم اتساق تيار التفريغ الذاتي. أما بالنسبة للمقاومة الداخلية والسعة، فالموازنة عاجزة تمامًا.
كيف يحدث عدم اتساق الخلايا؟
هناك سببان رئيسيان: الأول هو عدم الاتساق الناتج عن إنتاج الخلايا ومعالجتها، والآخر هو عدم الاتساق الناتج عن بيئة استخدام الخلايا. ينشأ عدم اتساق الإنتاج من عوامل مثل تقنيات المعالجة والمواد، وهو تبسيط لمسألة بالغة التعقيد. أما عدم اتساق البيئة فهو أسهل فهمًا، إذ يختلف موقع كل خلية في العبوة، مما يؤدي إلى اختلافات بيئية مثل التباينات الطفيفة في درجة الحرارة. ومع مرور الوقت، تتراكم هذه الاختلافات، مما يُسبب عدم اتساق الخلايا.
كيف تتم عملية الموازنة؟
كما ذكرنا سابقًا، تُستخدم موازنة الشحن والتفريغ لإزالة أي اختلافات في حالة الشحن (SOC) بين الخلايا. في الوضع الأمثل، تحافظ هذه الموازنة على حالة الشحن والتفريغ متساوية لكل خلية، مما يسمح لجميع الخلايا بالوصول إلى الحدين الأعلى والأدنى لجهد الشحن والتفريغ في آنٍ واحد، وبالتالي زيادة السعة القابلة للاستخدام لحزمة البطارية. يوجد سيناريوهان لاختلافات حالة الشحن والتفريغ: الأول عندما تكون سعة الخلايا متساوية ولكن حالة الشحن والتفريغ مختلفة؛ والآخر عندما تكون سعة الخلايا وحالة الشحن والتفريغ مختلفتين.
يُظهر السيناريو الأول (أقصى اليسار في الرسم التوضيحي أدناه) خلايا بنفس السعة ولكن بحالات شحن مختلفة. تصل الخلية ذات حالة الشحن الأقل إلى حد التفريغ أولاً (بافتراض أن 25% هي الحد الأدنى)، بينما تصل الخلية ذات حالة الشحن الأعلى إلى حد الشحن أولاً. مع عملية الموازنة، تحافظ جميع الخلايا على نفس حالة الشحن أثناء الشحن والتفريغ.
يتضمن السيناريو الثاني (الثاني من اليسار في الرسم التوضيحي أدناه) خلايا ذات سعات وحالات شحن مختلفة. في هذا السيناريو، تُشحن وتُفرغ الخلية ذات السعة الأصغر أولاً. ومع عملية الموازنة، تحافظ جميع الخلايا على نفس حالة الشحن أثناء الشحن والتفريغ.
أهمية التوازن
يُعد التوازن وظيفة أساسية للخلايا الحالية. وهناك نوعان من التوازن:التوازن النشطوالتوازن السلبيتعتمد الموازنة السلبية على استخدام المقاومات لتفريغ الشحنة، بينما تعتمد الموازنة النشطة على تدفق الشحنة بين الخلايا. ثمة جدل قائم حول هذين المصطلحين، لكننا لن نتطرق إليه. تُستخدم الموازنة السلبية بشكل أكثر شيوعًا في التطبيقات العملية، بينما تُعد الموازنة النشطة أقل شيوعًا.
تحديد تيار الموازنة لنظام إدارة المباني
بالنسبة للموازنة السلبية، كيف ينبغي تحديد تيار الموازنة؟ من الناحية المثالية، يجب أن يكون أكبر ما يمكن، ولكن عوامل مثل التكلفة وتبديد الحرارة والمساحة تتطلب حلاً وسطاً.
قبل اختيار تيار الموازنة، من المهم فهم ما إذا كان اختلاف حالة الشحن (SOC) ناتجًا عن السيناريو الأول أم الثاني. في كثير من الحالات، يكون السيناريو الأول أقرب إلى الواقع: تبدأ الخلايا بسعة وحالة شحن متطابقتين تقريبًا، ولكن مع الاستخدام، وخاصةً بسبب الاختلافات في معدل التفريغ الذاتي، تصبح حالة الشحن لكل خلية مختلفة تدريجيًا. لذلك، يجب أن تعمل قدرة الموازنة على الأقل على إزالة تأثير اختلافات معدل التفريغ الذاتي.
لو كانت جميع الخلايا متطابقة في معدل التفريغ الذاتي، لما كانت هناك حاجة إلى موازنة. ولكن في حال وجود اختلاف في تيار التفريغ الذاتي، ستظهر اختلافات في حالة الشحن، مما يستدعي الموازنة للتعويض عن هذا الاختلاف. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لمحدودية متوسط وقت الموازنة اليومي في حين يستمر التفريغ الذاتي يوميًا، يجب مراعاة عامل الوقت أيضًا.
تاريخ النشر: 5 يوليو 2024
