نظام إدارة البطاريات المتوازن النشط مقابل السلبي: متى يُحقِّق التوازن النشط بسعة ٢ أمبير عائدًا فعليًّا؟ | جي كي إي إس إس

كلا. فالتوافق النشط أكثر فعاليةً على منحنى الجهد المسطّح لخلايا ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4)، وفي السيناريوهات التي تشهد تباينًا كبيرًا بين الخلايا، لكن التوازن السلبي لا يزال الحلَّ القياسي والكافي لأكثر من ٩٠٪ من الأنظمة التجارية المتصلة بالشبكة والتي تستخدم خلايا من الدرجة الأولى مُتناسقة جيدًا وتتوزَّع حرارتها بشكل متجانس. ويتحدد الخيار الأمثل تبعًا لتباين الخلايا الأولي، والتدرُّج الحراري أثناء التشغيل، وحساسية الحفاظ على السعة.

تتميَّز بطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4) بمنحنى جهدٍ مسطَّحٍ للغاية بين ٢٠٪ و٨٠٪ من سعة الشحن (SOC)، حيث لا يتجاوز التغيُّر في الجهد ١٠٠ ملي فولت (من ٣,٢٠ فولت إلى ٣,٣٠ فولت). وتستند عملية الموازنة السلبية إلى اختلافات الجهد لتحديد الخلايا التي تحتاج إلى تفريغ، لكن في هذه المنطقة المسطَّحة، تكون فروق الجهد صغيرة جدًّا بحيث لا تعكس بدقة الفروق في سعة الشحن (SOC). كما أن عملية الموازنة السلبية تعمل فقط في المرحلة النهائية من الشحن، ما يقلِّل أكثر من فعاليتها.

بالنسبة خلية ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4) سعتها ٣١٤ أمبير-ساعة مع تباين في السعة بنسبة ٠,٥٪، فإن الطاقة الواجب موازنتها تبلغ نحو ١,٥٧ أمبير-ساعة. وباستخدام تيار موازنة نشط قدره ٢ أمبير، يستغرق ذلك نحو ٤٧ دقيقة. أما باستخدام تيار موازنة سلبي قدره ٢٠٠ ملي أمبير، فستستغرق نفس كمية انتقال الطاقة نحو ٧,٨٥ ساعات — مع العلم أن الموازنة السلبية تعمل فقط في المرحلة النهائية من الشحن، وبالتالي يكون الوقت الفعلي أطول من ذلك.

السيناريوهات الثلاثة هي: (١) الخلايا عالية السعة مع تشتت أولي كبير (تباين في السعة يتراوح بين ١٪ و٣٪)، (٢) البطاريات المستعملة أو المُعاد توظيفها ذات التباين الكبير بين الخلايا، و(٣) حزم البطاريات التي تعاني من تدرجات حرارية شديدة (فرق درجة حرارة يتراوح بين ٥°م و١٠°م بين الخلايا العلوية والسفلية). وفي هذه السيناريوهات، يمكن للتوازن النشط بتيار ٢ ألمبير استعادة ١–٢٪ من السعة القابلة للاستخدام وزيادة عمر الحزمة بنسبة ١٥–٢٠٪.

نعم. وحدة إدارة البطارية BMU-H5-16 هي وحدة فرعية نشطة للتوازن من شركة JKESS، وتقدّم تيار توازن يصل إلى ٢ ألمبير لكل قناة باستخدام تحويل تيار مستمر-مستمر بالحث. وهي تدعم ١٦ خلية من نوع LiFePO4 بدقة عينة جهد الخلية تبلغ ±٠٫٠٠٥ فولت، و٨ مستشعرات لدرجة الحرارة من نوع NTC. وهي مركّبة مسبقًا في جميع مجموعات صناديق البطاريات الفرعية عالية الجهد من شركة JKESS.

يُمكن إجراء التحديث التقني، لكنه غالبًا ما يكون غير عملي لأن الموازنة النشطة تتطلب توصيلات كهربائية مختلفة، وأجهزة نظام إدارة البطاريات (BMS) مختلفة، وبروتوكولات اتصال مختلفة. والنهج الأوفر تكلفة هو اختيار نظام يضم الموازنة النشطة منذ البداية — خصوصًا إذا كانت تطبيقاتك تندرج ضمن أحد السيناريوهات الثلاثة التي تتميز بتفاوت عالٍ.

تساعد الموازنة النشطة في الحفاظ على التماثل بين الخلايا، ما يحمي مباشرةً قدرة الاحتفاظ بالسعة. فإذا كان الضمان يضمن حدًّا أدنى لاحتفاظ السعة (مثل: ٧٠٪ بعد ١٠ سنوات)، فإن الموازنة النشطة تزيد من احتمال أن تفي الحزمة بهذا الشرط عبر خفض معدل التدهور الناجم عن عدم التوازن.

عادةً ما تكلّف وحدة إدارة البطاريات (BMS) المزودة بتقنية التوازن النشط أكثر بنسبة ٢٠٪–٤٠٪ من نظيرتها المزودة بتقنية التوازن السلبي على مستوى المكوّنات. ومع ذلك، في السيناريوهات الثلاثة ذات التباين العالي، يمكن أن يؤدي الزيادة في السعة القابلة للاستخدام ومدّة عمر حزمة البطاريات إلى استرداد هذه التكلفة الإضافية خلال عامين إلى ثلاثة أعوام من التشغيل.

نعم. وعلى عكس التوازن السلبي الذي يعمل فقط في مرحلة الشحن الأخيرة (عند ارتفاع نسبة الشحن SOC)، فإن التوازن النشط يعمل باستمرار أثناء كلٍّ من الشحن والتفريغ عبر كامل نطاق نسبة الشحن (SOC). وهذه الميزة بالغة الأهمية لبطاريات ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4)، لأن منحنى جهدها المسطّح يعني أن نافذة فعالية التوازن السلبي ضيّقة للغاية.

توفر شركة جي كي إي إس إس معدات أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية عالية الجهد (بي إي إس إس) المعيارية، والتي تشمل وحدة إدارة البطاريات النشطة (بي إم يو-إتش5-16)، ووحدات التحكم الرئيسية (إتش في-بي سي250 بسعة ٢٠٠ أمبير و(إتش في-بي سي150-100أ بسعة ١٠٠ أمبير)، ومجموعات صناديق البطاريات الفرعية (إتش في-بي6يو / ٤يو). ويتيح النظام ربط ٤ إلى ١٦ صندوقاً فرعياً (بسعات تتراوح بين ٦٤ و٢٥٦ كيلوواط ساعة)، مع دعم الاتصال عبر واجهة كان (كان) أو آر إس485 أو التوصيل المتسلسل. ولا تبيع شركة جي كي إي إس إس خلايا البطاريات مباشرةً؛ بل يُطلب من المشترين توريد خلايا ليثيوم حديد فوسفات (لي فِي بي أو4) بشكل منفصل، مما يسمح بتصميم النظام بما يتناسب بدقة مع مواصفات الخلايا المختارة.