متى تحتاج أنظمة تخزين الطاقة إلى موازنة نشطة (ومتى تكون الموازنة السلبية كافية)

مشكلة ركوب الدراجات اليومية: لم يُصمم نظام التوازن السلبي لحلها

تُستخدم بطارية الدراجة الكهربائية الاستهلاكية مرة واحدة يوميًا تقريبًا، وغالبًا أقل. أما الأدوات الكهربائية فتُستخدم لفترات قصيرة. في معظم تطبيقات الليثيوم العامة، تُترك البطارية لفترة كافية في حالة سكون، ويتم تصحيح أي اختلال طفيف بين الخلايا تدريجيًا في الخلفية. يُعد التوازن السلبي - الذي يتم فيه عادةً تحويل تيار مقداره 100 مللي أمبير عبر الخلية ذات الشحن الأعلى أثناء ذروة الشحن - مناسبًا تمامًا لهذا الاستخدام.

يختلف تخزين الطاقة. فبطارية المنزل الموصولة بالطاقة الشمسية تُشحن وتُفرغ بشكل متكرر يوميًا، عامًا بعد عام. أما نظام التخزين التجاري، فقد يُشحن ويُفرغ عدة مرات في اليوم. ومع آلاف دورات الشحن والتفريغ، حتى الاختلافات الطفيفة بين الخلايا - كالتفاوتات في التصنيع، والاختلافات البسيطة في العمر، وتدرجات الحرارة عبر حزمة 16 خلية - تتراكم لتُحدث انحرافًا ملحوظًا في الجهد. عندها، تتوقف الحزمة عن العمل كسلسلة متجانسة، وتبدأ بالتصرف كأضعف خلية فيها. تنخفض سعة الحزمة ككل، ويتسع نطاق عدم التوازن، وفي النهاية، يضطر نظام إدارة البطارية إلى الفصل مبكرًا لحماية أضعف خلية، مما يُهدر جزءًا من السعة القابلة للاستخدام.

هذا هو نمط الفشل الذي يدفع مشتري أنظمة تخزين الطاقة نحو الموازنة النشطة. السؤال ليس ما إذا كانت الموازنة النشطة أفضل بشكل عام، بل ما إذا كان معدل تشغيل مشروعك يتطلب طاقة عالية لدرجة أن الموازنة السلبية لا تستطيع مواكبته.

ما يفعله نظام الموازنة السلبية 100 مللي أمبير فعليًا (وأين يقصر في أنظمة تخزين الطاقة)

تعمل الموازنة السلبية عن طريق حرق الطاقة الزائدة من الخلايا التي تصل إلى الشحن الكامل أولاً، على شكل كميات صغيرة من الحرارة عبر مقاومة تحويل. يكفي تيار الموازنة السلبية النموذجي البالغ 100 مللي أمبير للتعامل مع الانحراف الذي يتراكم في التطبيقات ذات الأحمال الخفيفة، ولكنه يعاني من حدين هيكليين مهمين للتخزين:

• لا يعمل إلا عند اكتمال الشحن.يحتاج النظام السلبي إلى أن تصل الخلايا إلى عتبة التوازن (عادةً ما تكون حالة شحن عالية) قبل أن يتمكن من معادلتها. في عمليات التخزين ذات الدورة الجزئية التي نادرًا ما تشهد شحنًا كاملًا، تقل فرص عمل الموازنة السلبية.
• معدله صغير نسبياً مقارنةً بالانحراف الذي قد يتراكم يومياً.في بعض دورات تشغيل أنظمة تخزين الطاقة، يمكن أن يتراكم عدم التوازن بشكل أسرع من قدرة نظام الموازنة السلبي 100 مللي أمبير - الذي يتم تطبيقه فقط في نافذة محدودة في أعلى الشحن - على تصحيحه، لذلك قد تتسع الفجوة على مدى أشهر بدلاً من أن تضيق.

بالنسبة للتطبيقات ذات دورة التشغيل المنخفضة، يُعدّ التوازن السلبي مناسبًا لدورة التشغيل ويُضيف أقل تكلفة. أما بالنسبة لأنظمة تخزين الطاقة تحديدًا، فتكمن المشكلة في عدم التوافق بين معدل الانحراف ومعدل التصحيح عند زيادة دورة التشغيل.

ما الذي يضيفه التوازن النشط (وأين تكمن القيمة الحقيقية)

تعمل الموازنة النشطة عن طريق نقل الطاقة من الخلايا ذات الجهد العالي إلى الخلايا ذات الجهد المنخفض - عادةً من خلال دائرة نقل حثية أو سعوية - بدلاً من تبديدها على شكل حرارة. ويترتب على ذلك نتيجتان عمليتان:

• تيار موازنة أعلى.في حين أن التيار السلبي يبلغ حوالي 100 مللي أمبير، فإن التوازن النشط المخصص في نظام إدارة البطارية للتخزين يكون عادةً في نطاق 1 أمبير - وهو تصحيح أسرع بمقدار عشرة أضعاف.
• يمكنه العمل على نطاق أوسع من معالجات النظام على شريحة واحدة (SOC).ليس فقط عند اكتمال الشحن. هذا الأمر مهم في عمليات التخزين حيث نادراً ما تبقى البطارية مشحونة بنسبة 100%.

النتيجة النهائية لمشروع نظام تخزين الطاقة هي إمكانية تصحيح انحراف جهد الخلية بمعدل يتناسب بشكل أدق مع معدل تراكمه. يساعد التوازن النشط على الحفاظ على تجانس سلسلة الخلايا طوال فترة خدمتها، مما يقلل من احتمالية فقدان سعة قابلة للاستخدام بسبب أضعف خلية. تجدر الإشارة إلى أن أداء التوازن أثناء التشغيل يعتمد على باقي مكونات النظام - تطابق الخلايا في بداية التشغيل، والتوزيع الحراري عبر السلسلة، وموقع عمل التوازن ضمن نطاق حالة الشحن. لذا، يُنصح بالتأكد من بيانات التوازن الخاصة بتكوين معين للخلايا مع الفريق الهندسي بدلاً من الاعتماد على بيانات ورقة البيانات فقط.

متى يكون التوازن السلبي كافياً (لا تبالغ في التخصيص)

لا يُعدّ التوازن النشط ترقيةً افتراضية. بالنسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، يُعدّ التوازن السلبي هو الحل الأمثل.

• أنظمة احتياطية خفيفة الوزن تعمل بشكل غير متكرر
• وحدات UPS الخاصة بالاتصالات التي تعمل بشكل أساسي كوحدات احتياطية ونادراً ما تخضع لدورات شحن وتفريغ عميقة
• تخزين صغير الحجم للمستهلكين حيث لا تبرر اقتصاديات المشروع تكلفة نظام إدارة المباني الإضافية
• خلايا متطابقة جيدًا ذات تحمل أولي ضيق، حيث يتراكم الانحراف ببطء

يُضيف تحديد نظام الموازنة النشط لهذه التطبيقات تكلفةً دون فائدة تُذكر. سيُخبرك المورّد الجيد متى يكون نظام الموازنة السلبي هو الخيار الأمثل لمشروعك، ومن العلامات التحذيرية الجديرة بالذكر هو المورّد الذي يُوصي بنظام الموازنة النشط لكل مشروع دون تقديم أساس تقني واضح مرتبط بدورة التشغيل الخاصة بك.

متى يكون التوازن النشط خيارًا جديرًا بالتحديد لمشروع التخزين الخاص بك

تُعدّ شروط دورة التشغيل التي تُرجّح كفة الميزان نحو الموازنة النشطة لتخزين الطاقة محددة إلى حدٍّ معقول. إذا كان مشروعك يستوفي العديد من هذه الشروط، فإن الموازنة النشطة تستحق التحديد.

• ركوب الدراجات العميق يومياً.يؤدي تخزين الطاقة الشمسية المقترن الذي يتم تفريغه بشكل فعال كل يوم، عامًا بعد عام، إلى تراكم الانحراف بشكل أسرع مما يمكن أن تصححه عملية موازنة الشحن الدورية.
• توقعات عمر الخدمة لعدة سنوات.كلما طالت مدة تشغيل النظام، زادت قدرة الموازنة النشطة على الحماية من الانحراف التراكمي.
• تكوينات عبوات أكبر.تحتوي سلسلة البطاريات ذات 16 خلية على نقاط ضعف أكثر لتطور الانحراف مقارنةً بسلسلة البطاريات ذات 8 خلايا، لأن زيادة عدد الخلايا المتصلة على التوالي تزيد من احتمالية التباين بين الخلايا في السلسلة. وتستفيد بطاريات التخزين ذات جهد 48 فولت (15-16 خلية) وما فوق بشكل أكبر من التصحيح الأسرع.
• بنية الحزم المتوازية.يعمل التوازن النشط على مستوى الخلية إلى الخلية داخل كل حزمة - فهو لا يقوم بالموازنة بين الحزم المتوازية، ولكنه يساعد كل حزمة فردية على الحفاظ على الاتساق الداخلي، مما يدعم سلوكًا أكثر قابلية للتنبؤ عندما تعمل حزم متعددة معًا في بنك.
• تشغيل دورة جزئية.إذا كان ملف تعريف التخزين الخاص بك نادرًا ما يشحن البطارية بالكامل (تقليل ذروة الاستهلاك، وتحسين الاستهلاك الذاتي)، فإن اعتماد الموازنة السلبية على نافذة الشحن الكامل يصبح قيدًا حقيقيًا.

مرجع سريع للاختيار

باختصار، إليك كيفية تطبيق الموازنة النشطة مقابل الموازنة السلبية في التطبيقات الشائعة. اعتبر هذا بمثابة نقطة انطلاق لطلب عرض الأسعار الخاص بك، وليس بديلاً عن مطابقة دورة التشغيل المحددة لديك.

الجدول هو مرجع مبدئي؛ حدد بناءً على ملف تعريف دورة التشغيل الفعلي الخاص بك بدلاً من الاعتماد على تسمية التطبيق فقط.

موازنة DALY النشطة لتطبيقات التخزين

بالنسبة للمشاريع التي تتطلب موازنة فعّالة، توفر سلسلة أنظمة إدارة بطاريات تخزين الطاقة من الجيل الرابع من DALY هذه الميزة بشكل أساسي. يوفر طراز LK موازنة فعّالة بقدرة 1 أمبير لأنظمة التخزين المنزلية القياسية، بينما يوفر طراز LM-B موازنة فعّالة بقدرة 2 أمبير للأنظمة ذات التيار العالي والسعة الأكبر. يدعم كلا الطرازين بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) من 8 إلى 16 خلية، بالإضافة إلى بنية الحزم المتوازية الشائعة في أنظمة التخزين المنزلية والتجارية الصغيرة، مع إمكانية التوسع حتى 16 حزمة متوازية (حوالي 160 كيلوواط ساعة لكل شبكة) للمشاريع التي تتوسع بمرور الوقت.

هناك نقطتان جديرتان بالذكر في أي محادثة قبل طلب عرض الأسعار: يعتمد تحقيق التوازن في الأداء أثناء النشر على بقية النظام كما هو موضح أعلاه، وبيانات التكوين المحددة - بما في ذلك منطق تشغيل التوازن، ونافذة SOC، وإرشادات مطابقة خلايا الحزمة - هي شيء سيعمل عليه فريق الهندسة معك على أساس المشروع بدلاً من افتراضه من ورقة البيانات.

الأسئلة الشائعة

Q1هل موازنة التيار النشطة بقدرة 1 أمبير أفضل دائمًا من موازنة التيار السلبية بقدرة 100 مللي أمبير؟

ليس دائمًا - ما يُعتبر أفضل يعتمد على تأثير دورة التشغيل على البطارية. في التطبيقات التي يتراكم فيها الانحراف ببطء (مثل النسخ الاحتياطي الخفيف، ودورات الشحن والتفريغ القصيرة)، يُعد التصحيح السلبي بقدرة 100 مللي أمبير حلاً مناسبًا ويُضيف أقل تكلفة. أما في التطبيقات التي يتراكم فيها الانحراف بسرعة أكبر من قدرة 100 مللي أمبير على تصحيحه (مثل دورات الشحن والتفريغ العميقة اليومية أثناء التخزين)، فإن التصحيح النشط بقدرة 1 أمبير يُعد حلاً أفضل. لذا، يجب أن تتناسب طريقة الموازنة مع دورة التشغيل، وليس العكس.

Q2هل يؤدي التوازن النشط إلى إطالة عمر الدراجة؟

عمر دورة الشحن والتفريغ هو خاصية للخلايا نفسها، وليس نتيجة لعملية الموازنة. ما تفعله الموازنة النشطة هو مساعدة البطارية على بلوغ عمرها التشغيلي المُقدّر للخلايا عن طريق تقليل خطر اختلال التوازن الذي قد يدفع بعض الخلايا إلى خارج نطاق التشغيل الآمن. تُحدد الخلايا الحد الأقصى للعمر التشغيلي، وتساعدك الموازنة على الاقتراب من هذا الحد بدلاً من أن تكون محدودًا بأضعف خلية. بيانات العمر التشغيلي المحددة لتكوينك هي موضوع نقاش على مستوى المشروع مع الفريق الهندسي.

Q3إذا لم أكن متأكدًا مما إذا كان مشروعي يحتاج إلى صيغة نشطة أم سلبية، فماذا علي أن أفعل؟

قدّم للمورد بيانات دورة التشغيل الخاصة بك، بما في ذلك عمق الدورة اليومية، وعدد الدورات المتوقعة سنويًا، والعمر الافتراضي المستهدف، وحجم البطارية، وما إذا كان النظام سيشحن بالكامل بانتظام. المورد الذي يحدد المواصفات بناءً على هذه المعلومات، بدلًا من اختيار الخيار الأغلى سعرًا، هو المورد الذي يجب أخذه على محمل الجد. إذا لم تتمكن من الحصول على تبرير منطقي للمواصفات يرتبط بدورة التشغيل الخاصة بك، فهذه هي البيانات التي تحتاجها قبل إرسال طلب عرض الأسعار.

حول دالي

تقوم شركة DALY بتصميم وتصنيع أنظمة إدارة بطاريات الليثيوم لمصنعي المعدات الأصلية ومصنعي الحزم ومكاملين الأنظمة، وتُستخدم منتجاتها في أكثر من 130 دولة. تأسست DALY عام 2015، وتعمل وفقًا لمعايير ISO 9001 وISO 14001، مع امتثالها لمعايير CE وRoHS. يحمل خط إنتاج تخزين الطاقة شهادة UL للمكونات المعتمدة (وليس شهادة نظام UL كاملة - وهذا التمييز مهم للمشاريع في أمريكا الشمالية)، مع توفير الوثائق اللازمة لدعم شهادة النظام على مستوى الحزمة أو النظام ككل.

هل ترغب في تحديد خاصية الموازنة النشطة لمشروع التخزين الخاص بك؟

إذا كنت تقوم بتحديد نطاق مشروع تخزين الطاقة الشمسية أو بطارية منزلية أو مشروع تخزين الطاقة للمشاريع التجارية الصغيرة وترغب في تحديد التوازن بشكل صحيح، فيمكن لفريق الهندسة في DALY مراجعة دورة التشغيل الخاصة بك ومساعدتك في مطابقة نهج نظام إدارة البطارية معها.

• شاركنا دورة التشغيل الخاصة بك: عمق الدورة اليومية، العمر التشغيلي المتوقع، حجم الحزمة، التكوين المتوازي
• طلب وثائق مواصفات الجيل الرابع من طراز LK / LM-B
• بريد إلكتروني:dalybms@dalyelec.com

صفحة منتج الموازنة النشطة:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/