تقنية موازنة البطاريات في خزائن البطاريات المبردة بالسوائل: مبادئ العمل، والربط بين الإدارة الحرارية، واتجاهات الصناعة

مع استمرار تطور أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات واسعة النطاق نحو كثافة طاقة أعلى وتكوينات متعددة الميغاواط/ساعة، أصبح التبريد السائل الحل الأمثل لإدارة الحرارة. ومع ذلك، في خزائن البطاريات المبردة بالسوائل، تُعدّ استراتيجيات التحكم في اتساق البطارية وموازنتها أكثر أهمية وتعقيدًا بكثير مما هي عليه في الأنظمة التقليدية المبردة بالهواء.

تشرح هذه المقالة آليات عمل موازنة البطاريات السلبية والفعالة، والتفاعل بين أنظمة الموازنة وأنظمة التبريد السائل الحرارية، وخوارزميات حالة الشحن المتقدمة، واتجاهات التكنولوجيا المستقبلية في تطبيقات تخزين الطاقة على نطاق المرافق والتطبيقات التجارية.

ما هي عملية موازنة البطارية في خزانة بطاريات التبريد السائل ؟

يشير موازنة البطارية إلى عملية يتحكم بها نظام إدارة البطارية (BMS) لتقليل الفروقات في جهد البطارية وحالة الشحن (SOC) وسعتها ضمن حزمة بطاريات موصولة على التوالي. بدون الموازنة، يكون النظام مقيدًا بأضعف بطارية، مما يؤدي إلى:

انخفاض السعة القابلة للاستخدام

تدهور متسارع للبطاريات المعرضة للإجهاد

زيادة خطر الفشل والحرارة

في الخزائن المبردة بالسوائل، تُعبأ البطاريات بكثافة أكبر وتعمل بمستويات طاقة أعلى. في ظل هذه الظروف، قد تؤدي حتى الاختلافات الطفيفة إلى تضخيم الفروقات الموضعية في درجات الحرارة، مما يجعل التوازن الفعال عاملاً أساسياً للسلامة والموثوقية وأداء دورة الحياة.

مساران تقنيان رئيسيان لموازنة البطاريات

1. التوازن السلبي - تبديد الطاقة المتحكم به

آلية العمل

عندما يكتشف نظام إدارة البطارية أن جهد البطارية يتجاوز عتبة محددة مسبقًا:

تم تفعيل مفتاح MOSFET

البطارية موصولة بمقاومة تفريغ متوازية

يتم تبديد الشحنة الزائدة على شكل حرارة حتى يتوافق جهد البطارية مع جهود البطاريات الأخرى

مزايا أنظمة التبريد السائل

يعمل التبريد السائل على تحسين السلامة الحرارية أثناء الموازنة السلبية من خلال:

إزالة الحرارة بسرعة من مقاومات التسريب

تقليل التراكم الحراري الموضعي

تعزيز الاستقرار التشغيلي في ظل التوازن المستمر

أفضل السيناريوهات الملائمة

نشر أنظمة تخزين الطاقة الحساسة للتكلفة

بيئات ركوب الدراجات متوسطة السرعة

تصميمات أنظمة ناضجة ومستقرة

2. الموازنة النشطة - نقل الطاقة عالي الكفاءة

آلية العمل

تعمل عملية التوازن النشط على إعادة توزيع الطاقة بدلاً من تبديدها:

يتم نقل الطاقة من خلال المحاثات أو المكثفات أو محولات التيار المستمر ثنائية الاتجاه.

ترسل البطاريات ذات حالة الشحن العالية الطاقة إلى ناقل مشترك

يقوم نظام إدارة البطارية بتخصيص الطاقة للبطاريات ذات حالة الشحن المنخفضة

مزايا الأداء

كفاءة أعلى (غالباً >90%)

تيار موازنة أكبر (عادةً من 1 إلى 5 أمبير)

انخفاض الفقد الحراري وتقليل الضغط على البطاريات

لماذا يناسب نظام BESS المبرد بالسوائل

توليد حرارة متبقية ضئيلة

مناسب للخزائن المغلقة ذات الحماية العالية

مُحسَّن لأنظمة تخزين الطاقة عالية الكثافة ومتعددة الميغاواط ساعة

استراتيجيات موازنة متقدمة في بيئات التبريد السائل

منطق موازنة مُعوض حرارياً

على الرغم من أن التبريد السائل يحافظ على ارتفاع طفيف في درجة الحرارة الإجمالية، إلا أن فرق درجة الحرارة بين المدخل والمخرج (≈2-5 درجة مئوية) لا يزال يؤثر على سلوك جهد البطارية. ولتجنب قرارات عدم التوازن الخاطئة، يقدم نظام إدارة البطارية نماذج تعويض درجة الحرارة.

منطق التشغيل

تحديد الانحرافات الجهدية الناتجة عن تغير درجة الحرارة

تجنب إجراءات الموازنة غير الضرورية

إطالة عمر البطارية وتقليل الإجهاد

الموازنة الديناميكية القائمة على مركز عمليات الأمن

تستبدل منصات إدارة البطاريات الحديثة موازنة نهاية الشحن التقليدية بموازنة ديناميكية مستمرة، مدعومة بنماذج تقدير حالة الشحن مثل ترشيح كالمان مع منحنيات جهد الدائرة المفتوحة.

فوائد

يحافظ على السعة القابلة للاستخدام أثناء دورة التشغيل

يحسن كفاءة النظام في التشغيل الواقعي

يعزز الاتساق والاستقرار على المدى الطويل

التعاون على مستوى النظام: الإدارة الحرارية + الموازنة

يتجه القطاع من الأنظمة الفرعية الحرارية وأنظمة الموازنة المستقلة نحو التنسيق الحراري الكهربائي المتكامل تمامًا:

يتم تضمين موازنة الحرارة بشكل ديناميكي في نماذج أحمال التبريد السائل

تؤثر التغذية الراجعة لدرجة الحرارة على عتبات التوازن.

تتداخل أنظمة الكشف عن الهروب الحراري وأنظمة التحكم في التوازن.

يقلل هذا التكامل على مستوى النظام بشكل كبير من مخاطر التدهور مع تحسين هوامش الأمان واقتصاديات دورة الحياة.

نظرة عامة على الصناعة والتوجه التكنولوجي

اتجاه السوق واضح:

أصبح التوازن النشط المقترن بالتبريد السائل هو التكوين المفضل في أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات عالية الأداء.

ستحل استراتيجيات الموازنة الثابتة محل استراتيجيات الموازنة القائمة على الخوارزميات

ستتفوق قدرة هندسة النظام على ميزة أداء البطارية الواحدة

يُعدّ كلٌّ من أداء دورة حياة المنتج وتحسين التكلفة الإجمالية للملكية من العوامل الأساسية التي تُحفّز الاستثمار.

تطورت عملية موازنة البطاريات في خزائن البطاريات المبردة بالسوائل من وظيفة أساسية للتحكم في اتساق الشحنات إلى قدرة نظامية استراتيجية تؤثر بشكل مباشر على السلامة والكفاءة والموثوقية وقيمة دورة حياة البطارية. ومع تقدم الصناعة نحو تخزين الطاقة بمستويات جيجاواط/ساعة، ستحدد المنصات التي تدمج الموازنة النشطة، والتحسين الحراري للتبريد بالسوائل، وخوارزميات إدارة البطاريات الذكية، الجيل القادم من حلول أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات عالية الأداء.

نبذة عن شركة جي إس إل للطاقة

شركة GSL ENERGY هي شركة عالمية رائدة في تصنيع بطاريات الليثيوم وحلول تخزين الطاقة، وتغطي أنظمة تخزين الطاقة المنزلية والتجارية والصناعية، بالإضافة إلى منصات تخزين الطاقة بالبطاريات واسعة النطاق. وتوفر الشركة خزائن تخزين الطاقة المبردة بالسوائل، ووحدات البطاريات، وأنظمة PACK، وخدمات تكامل OEM/ODM، مما يدعم نشر المشاريع العالمية ويضمن موثوقية الأنظمة على المدى الطويل.