مقدمة:
لطالما حظيت رقائق الطاقة باهتمام كبير. تُعدّ رقائق حماية البطاريات نوعًا من رقائق الطاقة، وتُستخدم للكشف عن مختلف حالات الأعطال في البطاريات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا. في أنظمة البطاريات الحالية، تُناسب خصائص بطاريات الليثيوم أيون الأنظمة الإلكترونية المحمولة، ولكنبطاريات الليثيوميجب العمل ضمن الحدود المقدرة، مع التركيز على الأداء والسلامة. لذا، تُعد حماية حزم بطاريات الليثيوم أيون ضرورية وحاسمة. يهدف تطبيق وظائف الحماية المختلفة للبطاريات إلى تجنب حدوث أعطال مثل زيادة تيار التفريغ (OCD) وارتفاع درجة الحرارة (OT)، وتعزيز سلامة حزم البطاريات.
يقدم نظام إدارة البطارية تقنية الموازنة
لنبدأ بالحديث عن أكثر مشاكل بطاريات الليثيوم شيوعًا، ألا وهي عدم التجانس. فبعد أن تُشكّل الخلايا الفردية حزمة بطارية الليثيوم، قد يحدث هروب حراري وأعطال مختلفة. هذه المشكلة ناتجة عن عدم تجانس حزمة بطارية الليثيوم. إذ تتباين الخلايا الفردية المكونة لحزمة بطارية الليثيوم في السعة، ومعايير الشحن والتفريغ، ويؤدي "تأثير البرميل" إلى تأثر الأداء العام لحزمة بطارية الليثيوم بالخلايا ذات الخصائص الأقل جودة.
تُعتبر تقنية موازنة بطاريات الليثيوم أفضل طريقة لحل مشكلة عدم تجانس حزم بطاريات الليثيوم. وتتمثل الموازنة في ضبط جهد البطاريات ذات السعات المختلفة في الوقت الفعلي عن طريق ضبط تيار الموازنة. وكلما زادت قدرة الموازنة، زادت القدرة على كبح تزايد فرق الجهد ومنع الانهيار الحراري، وتحسنت القدرة على التكيف مع...حزمة بطاريات الليثيوم.
يختلف هذا عن أبسط أنواع الحماية المعتمدة على الأجهزة. يمكن أن تكون حماية بطارية الليثيوم حماية أساسية من الجهد الزائد أو حماية متطورة قادرة على الاستجابة لانخفاض الجهد أو أعطال درجة الحرارة أو أعطال التيار. بشكل عام، توفر دائرة إدارة البطارية المتكاملة، على مستوى جهاز مراقبة بطارية الليثيوم ومؤشر مستوى الشحن، وظيفة موازنة بطارية الليثيوم. يوفر جهاز مراقبة بطارية الليثيوم وظيفة موازنة البطارية، بالإضافة إلى وظيفة حماية متكاملة قابلة للتخصيص بدرجة عالية. يتميز مؤشر مستوى الشحن بدرجة تكامل أعلى، حيث يشمل وظيفة مراقبة بطارية الليثيوم، ويعتمد على خوارزميات مراقبة متقدمة.
مع ذلك، تتضمن بعض دوائر الحماية المتكاملة لبطاريات الليثيوم الآن وظائف موازنة بطاريات الليثيوم من خلال ترانزستورات FET مدمجة، والتي يمكنها تفريغ البطاريات المشحونة بالكامل ذات الجهد العالي تلقائيًا أثناء الشحن والحفاظ على شحن البطاريات ذات الجهد المنخفض المتصلة على التوالي، وبالتالي تحقيق التوازن.حزم بطاريات الليثيومبالإضافة إلى تنفيذ مجموعة كاملة من وظائف الحماية من الجهد والتيار ودرجة الحرارة، بدأت دوائر الحماية المتكاملة للبطاريات أيضًا في إدخال وظائف الموازنة لتلبية احتياجات الحماية للبطاريات المتعددة.
من الحماية الأولية إلى الحماية الثانوية
من الحماية الأولية إلى الحماية الثانوية
تُعدّ الحماية من الجهد الزائد أبسط أنواع الحماية. توفر جميع دوائر الحماية المتكاملة لبطاريات الليثيوم هذه الحماية وفقًا لمستويات مختلفة. فبعضها يوفر حماية من الجهد الزائد بالإضافة إلى حماية من تيار التفريغ الزائد، بينما يوفر البعض الآخر حماية من الجهد الزائد بالإضافة إلى حماية من تيار التفريغ الزائد بالإضافة إلى حماية من ارتفاع درجة الحرارة. بالنسبة لبعض حزم بطاريات الليثيوم ذات الخلايا المتعددة، لا تكفي هذه الحماية لتلبية احتياجاتها. في هذه الحالة، يلزم استخدام دائرة حماية متكاملة لبطاريات الليثيوم مزودة بوظيفة موازنة ذاتية.
تنتمي دائرة الحماية المتكاملة هذه إلى الحماية الأساسية، حيث تتحكم في شحن وتفريغ ترانزستورات FET للاستجابة لأنواع مختلفة من الحماية من الأعطال. قد يساهم هذا التوازن في حل مشكلة الهروب الحراري لـحزم بطاريات الليثيومجيد جدًا. سيؤدي تراكم الحرارة المفرط في بطارية ليثيوم واحدة إلى تلف مفتاح موازنة بطارية الليثيوم والمقاومات. تتيح موازنة بطاريات الليثيوم موازنة كل بطارية ليثيوم سليمة في حزمة بطاريات الليثيوم لتكون بنفس السعة النسبية للبطاريات المعيبة الأخرى، مما يقلل من خطر الانهيار الحراري.
يوجد حاليًا طريقتان لتحقيق توازن بطاريات الليثيوم: التوازن النشط والتوازن السلبي. يعتمد التوازن النشط على نقل الطاقة أو الشحنة من البطاريات ذات الجهد العالي/حالة الشحن العالية إلى البطاريات ذات حالة الشحن المنخفضة. أما التوازن السلبي، فيعتمد على استخدام مقاومات لاستهلاك طاقة البطاريات ذات الجهد العالي أو الشحنة العالية بهدف تقليل الفجوة بين البطاريات المختلفة. يُعاني التوازن السلبي من فقد كبير للطاقة ومخاطر حرارية. في المقابل، يُعد التوازن النشط أكثر فعالية، لكن خوارزمية التحكم فيه معقدة للغاية.
من الحماية الأساسية إلى الحماية الثانوية، يحتاج نظام بطاريات الليثيوم إلى جهاز مراقبة أو مؤشر لمستوى شحن البطارية لتحقيق الحماية الثانوية. بينما يمكن للحماية الأساسية تطبيق خوارزميات ذكية لموازنة البطارية دون الحاجة إلى وحدة تحكم دقيقة (MCU)، تتطلب الحماية الثانوية إرسال بيانات جهد وتيار بطارية الليثيوم إلى وحدة التحكم الدقيقة لاتخاذ القرارات على مستوى النظام. وتؤدي أجهزة مراقبة أو مؤشرات مستوى شحن بطارية الليثيوم وظائف موازنة البطارية بشكل أساسي.
خاتمة
إلى جانب أجهزة مراقبة البطارية أو مؤشرات الوقود التي توفر وظائف موازنة البطارية، لم تعد دوائر الحماية المتكاملة التي توفر الحماية الأساسية تقتصر على الحماية الأساسية مثل الحماية من الجهد الزائد. مع تزايد استخدام الخلايا المتعددةبطاريات الليثيوم، ستتطلب حزم البطاريات ذات السعة الكبيرة متطلبات أعلى فأعلى لدوائر الحماية المتكاملة، وسيكون إدخال وظائف الموازنة ضروريًا للغاية.
تُشبه عملية الموازنة نوعًا من الصيانة. فكل عملية شحن وتفريغ تتضمن تعويضًا بسيطًا للموازنة بين البطاريات. مع ذلك، إذا كانت خلية البطارية أو حزمة البطاريات نفسها تعاني من عيوب في الجودة، فإن الحماية والموازنة لا تُحسّنان جودة حزمة البطاريات، وليستا حلًا سحريًا.
إذا كانت لديكم أي أسئلة أو ترغبون في معرفة المزيد، فلا تترددوا في التواصل معنا.تواصل معنا.
طلب عرض أسعار:
جاكلين:jacqueline@heltec-energy.com/ +86 185 8375 6538
سكري:sucre@heltec-bms.com/ +86 136 8844 2313
نانسي:nancy@heltec-energy.com/ +86 184 8223 7713
تاريخ النشر: 21 أكتوبر 2024