تركب سيارتك الكهربائية ، وقم بتشغيلها ، وستظهر لك المجموعة عدد الأميال التي يمكنك قطعها. بناءً على هذا النطاق ، تقرر محطات التوقف التي ستتخذها للوصول إلى وجهتك ، ولكن هل تساءلت يومًا كيف تحسب سيارتك المسافة التي يمكن أن تقطعها؟
حسنًا ، يراقب نظام إدارة البطارية أو BMS حزمة البطارية التي تشغل سيارتك الكهربائية ويقدر النطاق لك. علاوة على ذلك ، يراقب النظام صحة حزمة البطارية ويضمن أنها آمنة للاستخدام.
فهم حزم البطارية وخلايا ليثيوم أيون
قبل أن ندخل في أنظمة إدارة البطارية ، من الضروري فهم كيفية تصنيع حزم البطاريات.
تتكون حزمة البطارية الموجودة في السيارة الكهربائية من خلايا ليثيوم أيون ، وتتصل هذه الخلايا ببعضها البعض لإنشاء وحدة حزمة بطارية. ترتبط هذه الوحدات أيضًا بوحدات أخرى لإنشاء حزمة بطارية. يساعد هذا التصميم المعياري في إدارة حزمة البطارية بكفاءة وتحسين إمكانية الخدمة. نظرًا لهندسة التصميم هذه ، يمكن لمصنع حزمة البطارية استبدال الوحدة المعيبة بدلاً من استبدال حزمة البطارية بأكملها.
من حيث المزايا ، تقدم خلايا ليثيوم أيون العديد من الميزات مثل القدرة العالية على الوزن النسبة ، وكفاءة الطاقة العالية ، وخصائص التفريغ الذاتي المنخفضة ، ودرجة الحرارة العالية الجيدة أداء. نظرًا لهذه الخصائص ، فإن خلايا ليثيوم أيون هي الخيار المفضل للسيارات الكهربائية ، ولكن هذه البطاريات ليست خالية من العيوب ، و
تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة يحاول حل المشاكل التي تأتي مع بطاريات ليثيوم أيون.شيء آخر يجب ملاحظته هنا هو أن خلايا الليثيوم أيون لا يمكنها تقديم المزايا المذكورة أعلاه إلا إذا تم تشغيلها ضمن حدود معينة. فيما يلي لمحة موجزة عن هذه الحدود التشغيلية.
- مواصفات الجهد: تتكون حزمة البطارية في السيارة الكهربائية من عدة خلايا ليثيوم أيون. لوضع الأمور في نصابها الصحيح ، جاءت سيارة Tesla Roadster مع 6831 خلية ، وكل واحدة من هذه الخلايا تحتاج إلى العمل ضمن نطاق جهد محدد. بالنسبة لمعظم الخلايا ، يتراوح هذا النطاق بين 3.0 و 4.1 فولت. إذا تم استخدام الخلايا خارج هذه النطاقات ، فإن عمر حزمة البطارية والأداء الذي توفره يتدهور.
- حدود درجة الحرارة: بالإضافة إلى حدود الجهد ، يجب أيضًا مراقبة درجة حرارة بطاريات ليثيوم أيون. بالنسبة لمعظم الخلايا ، يتراوح هذا النطاق بين -4 و 131 درجة فهرنهايت (-20 و 55 درجة مئوية). إذا تم تشغيل الخلايا خارج نطاقات درجات الحرارة هذه ، يمكن أن ينخفض أداء وعمر حزمة البطارية بشكل كبير.
- السحب الحالي: يجب أيضًا مراقبة كمية التيار المسحوبة من الخلايا. إذا كانت كمية التيار المسحوبة من الخلايا خارج الحدود الموصوفة ، فإن عمر الخلايا يتدهور بشكل كبير.
- التيار الشاحن: تحتاج حزمة البطارية أيضًا إلى المراقبة أثناء الشحن. هذا بسبب ضخ كميات كبيرة من التيار في حزمة البطارية في فترة زمنية قصيرة ، وهذا يحدث عادةً أثناء شحن سريع باستخدام شواحن المستوى 3. بسبب هذا التدفق العالي للتيار في حزمة البطارية ، يمكن للخلايا أن تشحن بشكل زائد ، مما يؤدي إلى تسخينها ، مما يؤدي إلى تدهور عمر الخلايا وأدائها.
نظرًا لأن العديد من المعلمات مطلوبة للمراقبة من أجل الأداء الأمثل لحزمة البطارية ، فإنها تحتاج إلى نظام إدارة البطارية. نظام الإدارة هذا هو جهاز كمبيوتر يراقب العديد من الخصائص لكل خلية ويضمن أن حزمة البطارية تعمل ضمن الحدود المحددة.
ماذا يحدث إذا لم تعمل الخلايا ضمن الحدود المقررة؟
إذا تم تشغيل الخلايا الموجودة في حزمة البطارية في درجة حرارة عالية أو تم سحب الكثير من التيار منها ، فيمكن أن تحدث ظاهرة تعرف باسم الهروب الحراري.
كما ترى ، توفر بطارية ليثيوم أيون الطاقة من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية. تولد هذه التفاعلات حرارة ، وإذا لم يتم تشغيل البطاريات في نطاقات مناسبة ، فإن كمية الحرارة الناتجة عن هذه التفاعلات ترتفع بشكل كبير.
بسبب هذه الزيادة في توليد الحرارة ، يمكن للخلايا أن تشتعل وتسبب تفاعلًا متسلسلًا في حزمة البطارية. لذلك ، من الضروري مراقبة درجة حرارة كل خلية لمنع الهروب الحراري.
كيف يعمل نظام إدارة البطارية ، وماذا يفعل؟
نظام إدارة البطارية عبارة عن كمبيوتر متصل بالعديد من أجهزة الاستشعار. تراقب هذه المستشعرات الجهد والتيار ودرجة الحرارة لكل خلية وترسلها إلى BMS.
يقوم نظام إدارة البطارية بعد ذلك بتحليل هذه البيانات للتأكد من أن كل خلية تعمل ضمن الحدود المنصوص عليها. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسيحاول حل المشكلة.
إذا كانت الخلايا الموجودة داخل حزمة البطارية شديدة السخونة ، فإن نظام إدارة المباني يدير نظام التبريد لتقليل درجة حرارة حزمة البطارية.
في حالة وجود اختلافات في جهد الخلية ، يقوم نظام إدارة البطارية بإجراء موازنة الخلية. لتحقيق التوازن بين الخلايا ، ينقل الطاقة من خلية إلى أخرى للتأكد من أن جميع الخلايا تعمل بنفس مستوى الجهد.
بالإضافة إلى المهام المذكورة أعلاه ، يأخذ نظام إدارة المباني سجلات البيانات التي يتلقاها لحساب حالة الشحن وصحة البطارية.
كيف يحسب نظام إدارة البطارية النطاق؟
يقيس أحد المستشعرات المتصلة بـ BMS مقدار التيار الذي يدخل ويخرج من حزمة البطارية. بناءً على هذه البيانات ، يقدّر نظام إدارة البطارية مقدار التيار الذي تملكه حزمة البطارية ومقدار المسافة التي يمكن لسيارتك أن تقطعها ، الحفاظ على قلق النطاق الخاص بك في مأزق.
هل أنظمة إدارة البطارية مطلوبة حقًا؟
يراقب نظام إدارة البطارية في السيارة الكهربائية كل خلية في حزمة البطارية عن كثب. يضمن أن تكون حزمة البطارية آمنة للاستخدام وتحمي السيارة إذا كانت الخلايا لا تعمل بشكل صحيح.
بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يقدر النطاق الذي يمكن أن تقطعه السيارة ويساعد في تحسين دورة الحياة الإجمالية لحزمة البطارية. لذلك ، يعد نظام إدارة البطارية جزءًا مهمًا من السيارة الكهربائية ، ويمكن لنظام إدارة البطارية الجيد تحسين عمر السيارة الكهربائية لعدة سنوات.