تكنولوجيا معادلة بطارية BMS: تحليل متعمق للمعادلة النشطة والمعادلة السلبية

في الوقت الذي يزدهر فيه مجال الطاقة الجديدة ، جذبت تكنولوجيا البطارية ، كدعم أساسي ، الكثير من الاهتمام. يلعب نظام إدارة البطارية (BMS) دورًا حاسمًا في ذلك ،وتكنولوجيا توازن البطارية هي واحدة من الوظائف الرئيسية لـ BMSستستكشف هذه المقالة تقنيتين أساسيتين لموازنة بطارية BMS ، بما في ذلك الموازنة النشطة والموازنة السلبية ، وتحليل مبادئها ومزاياها وعيوبها ،وسيناريوهات التطبيق، ومساعدة القراء فهم كامل لأسرار تكنولوجيا موازنة البطارية.

لماذا تحتاج البطاريات إلى تقنية التوازن

عادة ما تتكون مجموعة البطارية من عدة خلايا واحدة في سلسلة. ومع ذلك، بسبب الاختلافات في عمليات التصنيع، وبيئات الاستخدام المختلفة،وتغيرات في خصائص البطارية نفسها، هذه الخلايا الفردية سوف تواجه عدم الاتساق في الجهد، والقدرة، وما إلى ذلك خلال الاستخدام الفعلي. إذا لم يتم تصحيح هذا عدم الاتساق سوف تتراكم مع إعادة تدوير البطارية،والتي قد تؤدي في نهاية المطاف إلى زيادة شحن أو تفريغ بعض البطاريات، مما يؤثر على أداء بطارية كاملة، وحتى يسبب مشاكل السلامة.تهدف تقنية الموازنة إلى ضبط الجهد أو الطاقة لكل بطارية واحدة لتوازنتمديد عمر البطارية وتحسين الأداء والسلامة العامة للبطارية.

التوازن النشط: أداة قوية لإدارة الطاقة بكفاءة

الموازنة النشطة هي طريقة متقدمة للموازنة. Its core principle is to actively transfer the energy of single cells with higher energy in the battery pack to single cells with lower energy through specific circuits (such as bidirectional DC-DC converters، المحولات، الخ) لتحقيق إعادة توزيع الطاقة والمساواة.

المزايا

• استخدام طاقة مرتفع:يتجنب التوازن النشط إهدار الطاقة من خلال نقل الطاقة ، مما يحسن إلى حد كبير كفاءة استخدام الطاقة لحزمة البطارية.يمكن تحسين استخدام الطاقة بنحو 30٪ مقارنة بالتوازن السلبي، وهو أمر مهم بشكل خاص لأنظمة البطاريات الكبيرة (مثل المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة ، وما إلى ذلك) التي تتطلب إدارة الطاقة بكفاءة.
• سرعة تساوي سريعة:يمكنه تحقيق حالة متوازنة لبطارية في وقت قصيرمناسبة بشكل خاص للسيناريوهات حيث الخلايا الفردية في مجموعة البطارية لديها فرق كبير أو متطلبات عالية للسرعة المتوازنة.
• ضبط ثنائي الاتجاه:ليس فقط يمكن توازينها أثناء الشحن، ولكن يمكن أيضًا ضبطها ديناميكيًا وفقًا لحالة البطارية أثناء التفريغ.من أجل الحفاظ بشكل أفضل على اتساق بطارية البطارية.

العيوب

• الدوائر معقدة والتكلفة مرتفعة:الموازنة النشطة تتطلب دوائر معقدة إضافية، رقائق التحكم، وتخزين الطاقة ومكونات التحويل،مما يجعل تصميم الأجهزة لنظام BMS بأكمله أكثر تعقيدًا وزيادة التكلفة.
• متطلبات عالية لدقة التحكم:من أجل تحقيق نقل وتوزيع طاقة دقيق، يتطلب نظام الموازنة النشطة أجهزة استشعار عالية الدقة ومراقبين وخوارزميات تحكم معقدة.الذي يضع متطلبات عالية على دقة التحكم واستقرار نظام BMS.

سيناريوهات التطبيق

نظرا لأدائها الممتاز، يتم استخدام تكنولوجيا التوازن النشط على نطاق واسع في المجالات التي تتطلب أداء بطارية صارمة وعمر، مثل المركبات الكهربائية، الأدوات الكهربائية،أنظمة تخزين الطاقة الراقية، وما إلى ذلك في المركبات الكهربائية ، يمكن أن يضمن الموازنة النشطة أن مجموعة البطارية تحافظ دائمًا على اتساق جيد في ظل دورات شحن وتفريغ متكررة وظروف طاقة عالية ،يطيل عمر البطارية، وتحسين أداء السيارات الطاقة والمدى.

التوازن السلبي: حل أساسي بسيط وعملي

الموازنة السلبية هي استخدام طريقة المقاومات الموازية في مجموعة البطارية لاستهلاك الطاقة الكهربائية الزائدة من خلية واحدة ذات الجهد الأعلى في شكل طاقة حرارية.بحيث يكون الجهد من كل خلية واحدة تميل إلى أن تكون ثابتة.

المزايا

• دائرة بسيطة وتكلفة منخفضة:تنفيذ الموازنة السلبية يتطلب فقط مقاومة ومفتاح التحكم المقابلة ليتم توصيلها بالتوازي إلى كل بطارية واحدة. هيكل الدائرة بسيط نسبيا،تكلفة الأجهزة منخفضة، وهي سهلة التصميم والتنفيذ.
• تقنية ناضجة وموثوقية عاليةتم استخدام هذه التكنولوجيا في سوق البطاريات لسنوات عديدة. بعد الكثير من التحقق العملي، لديها نضج تكنولوجي عالية وموثوقية عالية

العيوب

• استخدام طاقة منخفض:يتم تبديد الكهرباء الزائدة في شكل طاقة حرارية، مما يسبب هدر الطاقة ويقلل من الكفاءة العامة لحزمة البطارية.هذه مشكلة نفايات الطاقة أكثر وضوحا.
• سرعة تساوي بطيئة:اعتماداً على عملية تفريغ المقاومة لتحقيق المساواة، فإن السرعة بطيئة نسبياً.قد يستغرق الأمر وقتاً طويلاً للوصول إلى حالة المساواة.
• مناسبة فقط لعملية الشحن:يمكن أن يلعب دورًا فقط في عملية شحن البطارية ولا يمكنه تحقيق التوازن الفعال للتعديل أثناء عملية التفريغ.

سيناريوهات التطبيق

غالبا ما تستخدم تكنولوجيا الموازنة السلبية في الحالات التي تكون فيها أكثر حساسية للتكلفة ، ولديها متطلبات أداء بطارية منخفضة نسبياً وتكون صغيرة الحجم ،مثل المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية (مثل الهواتف المحمولة)في هذه التطبيقات، يمكن استخدام نظام تخزين الطاقة منخفض التكلفة.خصائصها البسيطة والموثوقة يمكن أن تلبي متطلبات توازن البطارية الأساسية مع خفض التكلفة الإجمالية للنظام.

تحليل مقارن للتوازن النشط والتوازن السلبي

من المقارنة أعلاه، يمكننا أن نرى أن التوازن النشط والتوازن السلبي لهما خصائص ومزايا خاصة بهما ومناسبة لسيناريوهات تطبيق مختلفة.

دمج وتطوير تقنيتين متوازنتين

في التطبيقات العملية، من أجل الاستفادة الكاملة من مزايا التوازن النشط والتوازن السلبي وتعويض أوجه القصور الخاصة بهم،وقد بدأت بعض أنظمة BMS المتقدمة في استكشاف التطبيق المتكامل لهذين النظامين.على سبيل المثال ، في أنظمة إدارة البطارية لبعض المركبات الكهربائية ، يتم اعتماد استراتيجية للجمع بين الموازنة النشطة والموازنة السلبية.أثناء عملية الشحن والتفريغ اليومية، التوازن النشط هو التركيز الرئيسي، ويتم ضبط طاقة كل بطارية واحدة بسرعة وفعالية للحفاظ على اتساق مجموعة البطاريات.وعندما تترك السيارة واقفة لفترة طويلة أو تخضع لصيانة منتظمة، يتم مساعدة التوازن السلبي لتحسين مجموعة البطارية في العمق لضمان الأداء العام وعمر مجموعة البطارية.هذا الحل الاندماج ليس فقط تحسين أداء وسلامة مجموعة البطارية، ولكن أيضا يأخذ في الاعتبار التكلفة وموثوقية النظام.

اتجاهات التنمية المستقبلية

مع التطور المستمر لتكنولوجيا البطارية والمتطلبات المتزايدة لأداء البطارية ومدتها، وتكنولوجيا معادلة البطارية BMS هو أيضا ابتكار مستمر وتحسين.في المستقبل، سوف تتطور تقنية ميزان البطارية في الاتجاهات التالية:

• زيادة كفاءة استخدام الطاقة:تحسين مستمر لتصميم دائرة المساواة النشطة وخوارزمية التحكم ، وتحسين كفاءة ودقة نقل الطاقة ، وتقليل فقدان الطاقة.
• سرعة تساوي أسرع:تطوير دوائر وأجهزة معادلة أداء أعلى لتحسين سرعة الاستجابة وقدرات ضبط نظام المعادلة، وتحقيق معادلة البطارية بسرعة وفي الوقت الحقيقي.
• إستراتيجية أكثر ذكاءً و توازناً:تطوير استراتيجيات التحكم الذكية المتوازنة بمساعدة التقنيات المتقدمة مثل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي.من خلال تحليل وتعلم البيانات التاريخية وحالة التشغيل في الوقت الحقيقي من مجموعة البطارية، وتعديل تلقائي لمعلمات التوازن والاستراتيجيات، يتم تحقيق إدارة دقيقة والتحكم في التوازن من حزمة البطارية.
• التكامل العميق مع التقنيات الأخرى:سيتم دمج تكنولوجيا معادلة البطارية بشكل عميق مع نظام إدارة الحرارة في البطارية ، ونظام إدارة الطاقة ، إلخ.لتشكيل حل أكثر اكتمالا وكفاءة لإدارة البطارية، وتحسين أداء وسلامة وموثوقية نظام البطارية.

تكنولوجيا موازنة البطارية BMS أمر حاسم لضمان أداء ومدة الحياة وسلامة مجموعة البطارية. التوازن النشط والتوازن السلبي هما تقنيتان أساسيتان للتوازن،كل منها مع خصائصه والسيناريوهات المطبقةفي التطبيقات العملية، والاختيار العقلاني وتطبيق تكنولوجيا التوازن or exploring a fusion solution of the two based on specific needs is of great significance to fully utilize the performance potential of the battery pack and extend the service life of the battery packمع التطور المستمر والابتكار في التكنولوجيا ، ستوفر تكنولوجيا ميزان البطارية دعمًا أقوى لتطوير صناعة الطاقة الجديدة ،تعزيز التطبيق الأوسع لتكنولوجيا البطارية في مختلف المجالات، والمساعدة في تحقيق مستقبل طاقة أخضر ومستدام.