أعتقد أن الجميع قد تعرفوا على مفهوم توازن الخلايا، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الاتساق الحالي للخلايا ليس جيدًا بما فيه الكفاية، ويحتاج إلى تحسين من خلال التوازن. كما هو الحال في العالم، لا يمكننا العثور على ورقتين متطابقتين، ولا يمكننا العثور على خليتين متطابقتين. ويهدف التوازن في نهاية المطاف إلى معالجة أوجه القصور في خلايا البطارية وهو وسيلة للتعويض. فيما يلي مقدمة موجزة عن الموازنة السلبية والإيجابية لبطاريات الليثيوم:
01 التوازن السلبي
يعمل التوازن السلبي بشكل عام على تفريغ البطاريات ذات الجهد العالي من خلال تفريغ المقاومة، مما يؤدي إلى إطلاق الكهرباء في شكل حرارة للحصول على مزيد من وقت الشحن للبطاريات الأخرى. بهذه الطريقة، يتم تحديد طاقة النظام بأكمله بواسطة البطارية ذات السعة الأقل. أثناء عملية الشحن، تحتوي بطاريات الليثيوم عمومًا على قيمة جهد حماية الحد الأعلى للشحن. عندما تصل سلسلة معينة من البطاريات إلى قيمة الجهد هذه، ستقطع لوحة حماية بطارية الليثيوم دائرة الشحن وتتوقف عن الشحن. ولذلك، فإن مزايا التوازن السلبي هي التكلفة المنخفضة وتصميم الدوائر البسيطة؛ العيب هو أن التوازن يعتمد على أقل سعة متبقية للبطارية، والتي لا يمكنها زيادة سعة البطاريات ذات السعة المتبقية المنخفضة، ويتم إهدار 100% من الطاقة المتوازنة على شكل حرارة. تتمتع لوحات حماية بطارية الليثيوم بشكل عام بوظيفة الحماية من الشحن الزائد لمنع الشحن الزائد للبطارية.
كما هو موضح في الشكل 2، أثناء عملية الشحن، يتم شحن البطارية الثانية أولاً إلى قيمة جهد الحماية، مما يؤدي إلى تفعيل آلية الحماية الخاصة بلوحة حماية بطارية الليثيوم وإيقاف شحن نظام البطارية، مما يؤدي بشكل مباشر إلى عدم القدرة على الشحن الكامل شحن البطاريات الأولى والثالثة. يقتصر الشحن الكامل للنظام بأكمله على البطارية الثانية، وهو فقدان النظام. من أجل زيادة قوة نظام البطارية، سوف يقوم لوح حماية بطارية الليثيوم بموازنة البطارية أثناء الشحن. كما هو موضح في الشكل 3، بعد بدء التشغيل المتوازن، ستقوم لوحة حماية بطارية الليثيوم بتفريغ البطارية الثانية، مما يؤخر الوقت حتى تصل إلى قيمة جهد الحماية. سيؤدي ذلك أيضًا إلى إطالة وقت شحن البطاريتين الأولى والثالثة، وبالتالي زيادة الطاقة الإجمالية لنظام البطارية. ومع ذلك، يتم تحويل 100% من الطاقة المفرغة للبطارية رقم 2 إلى إطلاق حرارة، مما يؤدي إلى هدر كبير (يمثل تبديد الحرارة للبطارية رقم 2 خسارة للنظام وأيضًا إهدارًا للطاقة).
كما هو موضح في الشكل 4، بالإضافة إلى التأثير الخطير للشحن الزائد على البطارية، يمكن أن يتسبب التفريغ الزائد أيضًا في تلف البطارية بشكل خطير. بالمثل، لوحة حماية بطارية الليثيوم لديها وظيفة الحماية من التفريغ الزائد. عند التفريغ، عندما يصل جهد البطارية الثانية إلى قيمة حماية التفريغ، يتم تشغيل آلية الحماية الخاصة بلوحة حماية بطارية الليثيوم، مما يؤدي إلى إيقاف تفريغ النظام، مما يتسبب بشكل مباشر في عدم قدرة البطارية المتبقية للبطاريات الأولى والثالثة على التفريغ تستخدم بالكامل. بعد بدء التشغيل المتوازن، سيتم تحسين نظام التفريغ الزائد.
02 التوازن النشط
يتم تحقيق التوازن النشط من خلال نقل الكهرباء، وهو ذو كفاءة عالية ويؤدي إلى الحد الأدنى من الخسائر. لدى الشركات المصنعة المختلفة طرق مختلفة، ويتراوح التيار المتوازن من 1 إلى 10 أمبير.
يعد الموازنة السلبية مناسبة لتطبيقات حزم بطاريات الليثيوم ذات السعة الصغيرة وعدد الخيوط المنخفض، في حين أن الموازنة النشطة مناسبة لتطبيقات حزم بطاريات الليثيوم من نوع الطاقة ذات عدد السلاسل العالية والسعة الكبيرة. بالنسبة لنظام إدارة المباني، بالإضافة إلى وظيفة التوازن، تعد استراتيجية التوازن الأساسية أكثر أهمية.
كما هو موضح في الشكل 5، تشكل كل 6 سلاسل من البطاريات مجموعة، ويتم نقل الطاقة الإجمالية للسلاسل الستة من البطاريات إلى البطارية ذات السعة الأصغر. يعتمد التوازن النشط الاستقرائي على التحويل المادي، ودمج مفاتيح الطاقة والمحاثات الدقيقة. إنها تستخدم طريقة موازنة ثنائية الاتجاه لموازنة البطاريات من خلال نقل الشحن بين البطاريات المجاورة أو المجاورة، ويمكنها تحقيق التوازن بغض النظر عما إذا كانت البطارية في حالة تفريغ أو شحن أو حالة ثابتة. كفاءة التوازن تصل إلى 92%.
يظهر مبدأ عمل التفريغ والشحن في الشكلين 6 و7، حيث تنقل البطارية 2 الطاقة إلى البطاريات 1 و3. يضمن نقل الشحن الفعال بقاء جهد البطاريات الثلاث متوازنًا أثناء الشحن، مما يسمح بشحن جميع البطاريات بالكامل. يمكن للوحة حماية بطارية الليثيوم أيضًا موازنة البطارية أثناء التفريغ. تنقل البطاريات الأولى والثالثة طاقتها إلى البطارية الثانية، ويتم تفريغ جهد البطاريات الثلاث باستمرار في حالة متوازنة، بحيث يمكن استخدام طاقة البطارية بالكامل.