لماذا يُعد التوازن السليم للخلايا ضروريًا في حزم البطارية التعليق الذي قدمه أنطون بيك ، مدير منتج البطارية ، Epec

عندما يتم تصميم حزمة بطارية الليثيوم باستخدام عدة خلايا متسلسلة ، فمن المهم جدًا تصميم الميزات الإلكترونية لتحقيق التوازن المستمر لجهود الخلية.هذا ليس فقط لأداء حزمة البطارية ، ولكن أيضًا لدورات الحياة المثلى.

يمكّننا استخدام موازنة الخلايا من تصميم بطارية ذات سعة أكبر لتطبيق ما لأن الموازنة تسمح للبطارية بتحقيق حالة شحن أعلى (SOC).تختار الكثير من الشركات عدم استخدام موازنة الخلايا في بداية تصميمها لتقليل التكلفة ولكن بدون الاستثمار في أجهزة وبرامج موازنة الخلايا ، لا يسمح التصميم لـ SOC بالاقتراب من 100 بالمائة.

ما هو خلل التوازن الخلوي؟
في حالة ارتفاع درجة حرارة خلايا الليثيوم أو الإفراط في شحنها ، فإنها تكون عرضة لتدهور الخلايا المتسارع.يمكن أن تشتعل فيها النيران أو حتى تنفجر حيث يمكن أن تحدث حالة هروب حراري إذا تجاوز جهد خلية أيون الليثيوم 4.2 فولت حتى بضع مئات من الميليفولت.

 

تحتوي كل عبوة نصممها ونصنعها في Epec على دائرة حماية من الجهد الزائد (في بعض الأحيان حتى نسخة احتياطية) لتتماشى مع موازنة الخلية القياسية التي ستمنع حدوث مثل هذا الحدث على الإطلاق.في حزمة بطارية متعددة الخلايا ، والتي تُستخدم بشكل شائع في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمعدات الطبية ، فإن وضع الخلايا في سلسلة يفتح إمكانية عدم توازن الخلايا ، وهو تدهور أبطأ ولكنه مستمر للبطارية.

ما هو موازنة الخلايا؟
موازنة الخلايا هي عملية معادلة الفولتية وحالة الشحن بين الخلايا عندما تكون بشحنة كاملة.لا توجد خليتان متطابقتان.هناك دائمًا اختلافات طفيفة في حالة الشحن ومعدل التفريغ الذاتي والسعة والمقاومة وخصائص درجة الحرارة.هذا صحيح حتى لو كانت الخلايا من نفس الطراز ونفس الشركة المصنعة ونفس دفعة الإنتاج.سيقوم المصنعون بفرز الخلايا حسب الجهد المماثل لتتناسب مع أقرب وقت ممكن ، ولكن لا تزال هناك اختلافات طفيفة في مقاومة الخلايا الفردية والسعة ومعدل التفريغ الذاتي التي يمكن أن تؤدي في النهاية إلى تباعد في الجهد بمرور الوقت.

تكتشف معظم أجهزة شحن البطاريات النموذجية الشحن الكامل عن طريق التحقق مما إذا كان جهد سلسلة الخلايا بأكملها قد وصل إلى نقطة تنظيم الجهد.يمكن أن تختلف الفولتية الفردية للخلية طالما أنها لا تتجاوز حدود الحماية من الجهد الزائد.ومع ذلك ، تميل الخلايا الضعيفة (تلك ذات السعة المنخفضة / المعاوقة الداخلية الأعلى) إلى إظهار جهد أعلى من بقية خلايا السلسلة عند إنهاء الشحن الكامل.ثم يتم إضعاف هذه الخلايا بشكل أكبر من خلال دورات الشحن الزائد المستمرة.يتسبب الجهد العالي للخلايا الأضعف عند اكتمال الشحن في تدهور متسارع للقدرة.إذا تم تجاوز الحد الأقصى الموصى به لجهد الشحن حتى بنسبة ضئيلة تصل إلى 10 بالمائة ، فسيؤدي ذلك إلى زيادة معدل التدهور بنسبة 30 بالمائة.

على جانب التفريغ ، تميل الخلايا الضعيفة إلى أن يكون لها جهد أقل من الخلايا الأخرى ، إما بسبب المقاومة الداخلية الأعلى ، أو معدل التفريغ الأسرع الناتج عن السعة المنخفضة.هذا يعني أنه في حالة إصابة أي من الخلايا الضعيفة بالخلية تحت حد حماية الجهد بينما لا يزال جهد الحزمة كافيًا لتشغيل النظام ، فلن يتم استخدام السعة الكاملة للبطارية أبدًا لأن واقي العبوة سيمنع الإفراط في التفريغ (مما قد يؤدي إلى إتلاف الخلية) عن طريق إيقاف تفريغ الحزمة بأكملها عندما ينخفض ​​جهد خلية واحدة عن الخلية تحت عتبة الجهد (عادةً حوالي 2.7 فولت).

تقنيات موازنة الخلايا
الحل الأساسي لموازنة الخلايا يوازن الجهد وحالة الشحن بين الخلايا عندما تكون في حالة مشحونة بالكامل.يتم تصنيف موازنة الخلايا عادةً إلى نوعين:

1. مبني للمجهول
2. نشيط

موازنة الخلايا السلبية
طريقة موازنة الخلية السلبية بسيطة ومباشرة إلى حد ما.تفريغ الخلايا من خلال طريق الالتفافية المبددة.يمكن أن يكون هذا التجاوز إما متكاملًا أو خارجيًا للدائرة المتكاملة (IC).مثل هذا النهج مناسب في تطبيق النظام منخفض التكلفة.حقيقة أن 100٪ من الطاقة الزائدة من خلية طاقة أعلى تبدد لأن الحرارة تجعل الطريقة السلبية أقل تفضيلاً للاستخدام أثناء التفريغ بسبب التأثير الواضح على وقت تشغيل البطارية.

موازنة الخلايا النشطة
موازنة الخلايا النشطة ، التي تستخدم نقل الشحنات السعوية أو الحثية لنقل الشحنة بين خلايا البطارية ، تكون أكثر كفاءة بشكل ملحوظ لأن الطاقة يتم نقلها إلى المكان المطلوب بدلاً من تفريغها.بالطبع المفاضلة لهذه الكفاءة المحسنة هي الحاجة إلى مكونات إضافية بتكلفة أعلى.

ملخص
لا تعد موازنة الخلايا مهمة فقط لتحسين أداء ودورات عمر البطارية ، بل إنها تضيف عنصر أمان إلى البطارية.إحدى التقنيات الناشئة لتعزيز سلامة البطارية وإطالة عمر البطارية هي موازنة الخلايا المتقدمة.نظرًا لأن تقنيات موازنة الخلايا الجديدة تتعقب مقدار التوازن الذي تحتاجه الخلايا الفردية ، يتم زيادة العمر القابل للاستخدام لحزم البطاريات ، ويتم تعزيز سلامة البطارية بشكل عام.