تخصيص حزم البطاريات: خيارات متسلسلة ومتوازية

فهم الأساسيات المتعلقة بالبطاريات المتسلسلة والمتوالية

عندما نبدأ في تصميم حلول طاقة لمعدات صناعية، فإن فهم العلاقة بين الجهد والطاقة مهم للغاية. دعونا نتحدث أولاً عن الاتصالات المتسلسلة. مع الاتصالات المتسلسلة، يزيد الجهد الإجمالي بينما تبقى الطاقة كما هي. هذا يجعلها مناسبة جدًا للأجهزة الطبية عالية الطاقة أو أنظمة الاتصالات. هذه الأنواع من الأجهزة تحتاج للعمل بشكل مستقر حتى تحت الأحمال الثقيلة. من ناحية أخرى، فإن التكوينات المتوازية تزيد من الطاقة الكلية دون تغيير مستويات الجهد. لهذا السبب، فهي الخيار المفضل لأنظمة الطاقة الاحتياطية في مراكز البيانات أو أجهزة مراقبة البيئة، حيث يكون تمديد وقت التشغيل أمرًا بالغ الأهمية.

التبعات الأداء لتكوينات مختلفة

الآن بعد أن فهمنا الفروقات الأساسية بين الاتصال المتسلسل والمتوازي، من المهم ملاحظة أن التحديات المتعلقة بإدارة الحرارة تختلف بشكل كبير بين هذين النظامين. عند ترتيب الخلايا في سلسلة، أثناء دورة الشحن السريع، يكون هناك ميل لتوزيع غير متساوٍ للحرارة. لمعالجة هذا، نحتاج إلى حلول متقدمة للتخلص من الحرارة. وعلى النقيض من ذلك، تواجه التكوينات المتوازية مشكلات في توازن التيار. إذا لم يتم إدارة هذه المشكلات بشكل صحيح باستخدام أنظمة ذكية لإدارة البطارية (BMS)، فقد يؤدي ذلك إلى تدهور أسرع للبطاريات.

اعتبارات تصميم خاصة بالتطبيق

بعد النظر في التأثيرات المرتبطة بالأداء، يمكننا أن نرى أن التطبيقات المختلفة تتطلب تكوينات بطارية مختلفة. على سبيل المثال، غالبًا ما تستفيد معدات التعامل مع المواد من التكوينات الهجينة التي تجمع بين الاتصال المتسلسل والموازي. بهذه الطريقة، يمكنها تحقيق التوازن بين الحاجة إلى عزم دوران عالٍ، الذي يتطلب الجهد الكهربائي، والمدد الزمنية الممتدة، التي تحتاج إلى سعة. عندما يتعلق الأمر بالأدوات التشخيصية المحمولة، يجب على المهندسين التركيز على كفاءة المساحة. وفي الوقت نفسه، يجب عليهم الامتثال لشهادات السلامة الصارمة. هذه العوامل تؤثر مباشرة على اختيار منهجية الاتصال واختيار المكونات.

تحسين عمر حزمة البطارية

بالنظر إلى أهمية التكوينات المختلفة في التطبيقات المتعددة، تصبح دقة مطابقة الخلايا أمرًا بالغ الأهمية، خاصة في الانتشار على نطاق واسع. تتطلب التطبيقات الصناعية تحملات فولتية صارمة، عادةً ضمن ±0.5٪، ومطابقة السعة ضمن ±1٪. وهذا لمنع الشحن العكسي في السلسلة المتسلسلة أو استهلاك التيار المفرط في المصفوفات المتوازية. يمكن أن تكون الدوائر المتوازنة المتقدمة ذات التعادل النشط نقطة تحول. مقارنة بأنظمة التوازن السلبية، يمكنها تمديد العمر التشغيلي بنسبة 30-40٪، خاصة في البيئات التي تتغير فيها درجة الحرارة بشكل كبير.

بروتوكولات السلامة للتكوينات عالية الكثافة

بما أن تحسين عمر البطارية هو أمر حاسم، فلا يمكننا أيضًا إغفال السلامة، خاصة عند التعامل مع التكوينات ذات الكثافة العالية. عند تجميع الخلايا بشكل متسلسل في أنظمة تتجاوز 48 فولت، تعتبر آليات الحماية متعددة الطبقات ضرورية. تساعد دوائر قمع القوس الكهربائي والحواجز العازلة المُعززة في منع الفشل المتتالي في التطبيقات عالية الجهد. أما بالنسبة للتكوينات المتوازية، فإن استخدام مصهرات قيود التيار بين الفروع ضرورية لاحتواء الحوادث المحتملة المتعلقة بالانجراف الحراري. وهذا مهم بشكل خاص عند استخدام كيمياء الليثيوم ذات الكثافة الطاقوية العالية.

تحليل التكلفة والفائدة لتطبيقات صناعية

بينما تعتبر السلامة والديمومة عوامل أساسية، فإن التكلفة تعد أيضًا اعتبارًا رئيسيًا للاستخدامات الصناعية. تقلل تكوينات السلسلة عمومًا من تعقيد الأسلاك في أنظمة الجهد العالي. ومع ذلك، فإنها تزيد من تكاليف نظام إدارة البطارية (BMS) لأنها تتطلب مراقبة جهد أكثر تطورًا. من ناحية أخرى، تقدم الترتيبات المتوازية مزايا الإdundancy. لكنها تحتاج إلى حافلات كهربائية (busbars) ذات درجة أعلى لتحمل أحمال التيار المضافة. عند إجراء نموذج تحليل التكلفة على مدى دورة الحياة، يجب علينا أخذ تكرار الصيانة، ودورة استبدال الخلايا المتوقعة، والتكاليف المحتملة للتوقف عن العمل التي تخص كل صناعة بعين الاعتبار.