مفهومموازنة الخلاياربما يكون هذا مألوفًا لمعظمنا. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن اتساق الخلايا الحالي ليس جيدًا بما يكفي، ويساعد التوازن على تحسين ذلك. فكما لا يُمكنك العثور على ورقتين متطابقتين في العالم، لا يُمكنك أيضًا العثور على خليتين متطابقتين. لذا، في النهاية، فإن التوازن هو معالجة عيوب الخلايا، كإجراء تعويضي.
ما هي الجوانب التي تظهر عدم تناسق الخلايا؟
هناك أربعة جوانب رئيسية: حالة الشحن (SOC)، والمقاومة الداخلية، وتيار التفريغ الذاتي، والسعة. مع ذلك، لا يمكن للموازنة حل هذه التناقضات الأربعة تمامًا. فهي لا تُعوّض إلا اختلافات حالة الشحن (SOC)، مما يُعالج تناقضات التفريغ الذاتي. أما بالنسبة للمقاومة الداخلية والسعة، فالموازنة لا تُجدي نفعًا.
كيف يحدث عدم تناسق الخلايا؟
هناك سببان رئيسيان: الأول هو عدم الاتساق الناتج عن إنتاج الخلايا ومعالجتها، والثاني هو عدم الاتساق الناتج عن بيئة استخدام الخلايا. ينشأ عدم الاتساق في الإنتاج من عوامل مثل تقنيات المعالجة والمواد، وهو تبسيط لمسألة بالغة التعقيد. يُعد عدم الاتساق البيئي أسهل فهمًا، نظرًا لاختلاف موقع كل خلية في العبوة، مما يؤدي إلى اختلافات بيئية مثل التغيرات الطفيفة في درجة الحرارة. مع مرور الوقت، تتراكم هذه الاختلافات، مما يُسبب عدم اتساق الخلايا.
كيف تعمل عملية التوازن؟
كما ذُكر سابقًا، تُستخدم الموازنة لإزالة اختلافات الشحنة الكهربائية (SOC) بين الخلايا. ويفضل أن تحافظ على ثبات الشحنة الكهربائية لكل خلية، مما يسمح لجميع الخلايا بالوصول إلى الحدين العلوي والسفلي لجهد الشحن والتفريغ في آنٍ واحد، مما يزيد من السعة القابلة للاستخدام لمجموعة البطاريات. هناك حالتان لاختلاف الشحنة الكهربائية: الأولى عندما تكون سعة الخلايا متساوية مع اختلاف الشحنة الكهربائية؛ والثانية عندما تكون سعة الخلايا وشحنة البطارية مختلفتين.
يُظهر السيناريو الأول (أقصى اليسار في الرسم التوضيحي أدناه) خلايا بنفس السعة ولكن بمستويات شحن مختلفة. تصل الخلية ذات أقل نسبة شحن إلى حد التفريغ أولاً (بافتراض أن الحد الأدنى هو 25%)، بينما تصل الخلية ذات أعلى نسبة شحن إلى حد الشحن أولاً. مع الموازنة، تحافظ جميع الخلايا على نفس نسبة الشحن إلى حد التفريغ أثناء الشحن والتفريغ.
السيناريو الثاني (الثاني من اليسار في الرسم التوضيحي أدناه) يتضمن خلايا بسعات ومستويات شحن مختلفة. هنا، تشحن الخلية ذات السعة الأقل وتفرغ أولاً. مع الموازنة، تحافظ جميع الخلايا على نفس مستوى الشحن والتفريغ.
أهمية التوازن
التوازن وظيفة أساسية للخلايا الحالية. هناك نوعان من التوازن:الموازنة النشطةوالتوازن السلبيتستخدم الموازنة السلبية المقاومات للتفريغ، بينما تتضمن الموازنة النشطة تدفق الشحنة بين الخلايا. هناك جدل حول هذه المصطلحات، لكننا لن نتطرق إليها. تُستخدم الموازنة السلبية بشكل أكثر شيوعًا في الممارسة العملية، بينما الموازنة النشطة أقل شيوعًا.
تحديد تيار التوازن لنظام إدارة البطارية (BMS)
للموازنة السلبية، كيف يُحدَّد تيار الموازنة؟ من الناحية المثالية، ينبغي أن يكون كبيرًا قدر الإمكان، ولكن عوامل مثل التكلفة، وتبديد الحرارة، والمساحة تتطلب تنازلات.
قبل اختيار تيار الموازنة، من المهم فهم ما إذا كان اختلاف تركيز الشحنة في الخلية (SOC) ناتجًا عن السيناريو الأول أم السيناريو الثاني. في كثير من الحالات، يكون الأمر أقرب إلى السيناريو الأول: تبدأ الخلايا بسعة وكثافة شحنة متطابقة تقريبًا، ولكن مع استخدامها، وخاصةً بسبب اختلافات التفريغ الذاتي، يتغير تركيز الشحنة في الخلية تدريجيًا. لذلك، ينبغي أن تُزيل قدرة الموازنة على الأقل تأثير اختلافات التفريغ الذاتي.
إذا كانت جميع الخلايا متطابقة في التفريغ الذاتي، فلن تكون هناك حاجة للموازنة. ولكن إذا كان هناك اختلاف في تيار التفريغ الذاتي، فستظهر اختلافات في تركيز الكربون في الجسم (SOC)، وتُعد الموازنة ضرورية لتعويض ذلك. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن متوسط وقت الموازنة اليومي محدود بينما يستمر التفريغ الذاتي يوميًا، يجب أيضًا مراعاة عامل الوقت.
وقت النشر: 05-07-2024
