يُعد نظام إدارة بطاريات BMS أداةً فعّالة لتحسين عمر بطاريات أنظمة الطاقة الشمسية. كما يُساعد نظام إدارة بطاريات BMS على ضمان سلامة البطاريات وموثوقيتها. فيما يلي شرح مُفصّل لنظام BMS والفوائد التي يحصل عليها المستخدمون.
كيف يعمل نظام إدارة البطاريات (BMS)
يستخدم نظام إدارة البطاريات (BMS) لبطاريات الليثيوم حاسوبًا متخصصًا وأجهزة استشعار لتنظيم عمل البطارية. تختبر هذه المستشعرات درجة الحرارة، ومعدل الشحن، وسعتها، وغيرها. ثم يُجري حاسوب مُدمج في نظام إدارة البطاريات (BMS) حسابات تُنظم شحن البطارية وتفريغها. يهدف هذا النظام إلى تحسين عمر نظام تخزين البطاريات الشمسية مع ضمان تشغيله بأمان وموثوقية.
مكونات نظام إدارة البطارية
يتألف نظام إدارة البطاريات (BMS) من عدة مكونات رئيسية تعمل معًا لتحقيق الأداء الأمثل لحزمة البطاريات. المكونات هي:
شاحن البطارية
يقوم الشاحن بتزويد مجموعة البطارية بالطاقة بالجهد ومعدل التدفق الصحيحين لضمان شحنها بشكل مثالي.
مراقب البطارية
جهاز مراقبة البطارية عبارة عن مجموعة من أجهزة الاستشعار التي تراقب صحة البطاريات وغيرها من المعلومات المهمة مثل حالة الشحن ودرجة الحرارة.
وحدة تحكم البطارية
يتحكم جهاز التحكم في شحن وتفريغ البطارية، ويضمن تدفق الطاقة إلى البطارية وخروجها بكفاءة.
الموصلات
تربط هذه الموصلات نظام إدارة البطاريات (BMS)، والبطاريات، والعاكس، واللوحة الشمسية. وتضمن وصول نظام إدارة البطاريات (BMS) إلى جميع معلومات النظام الشمسي.
مميزات نظام إدارة البطارية BMS
لكل نظام إدارة بطارية لبطاريات الليثيوم ميزاته الفريدة. ومع ذلك، فإن أهم ميزتين فيه هما حماية وإدارة سعة حزمة البطارية. وتتحقق حماية حزمة البطارية من خلال توفير الحماية الكهربائية والحماية الحرارية.
الحماية الكهربائية تعني أن نظام إدارة البطارية سيتوقف عن العمل في حال تجاوز منطقة التشغيل الآمنة (SOA). أما الحماية الحرارية، فتشمل تنظيم درجة الحرارة بشكل نشط أو سلبي للحفاظ على حزمة البطارية ضمن منطقة التشغيل الآمنة.
فيما يتعلق بإدارة سعة البطارية، صُمم نظام إدارة البطاريات (BMS) لبطاريات الليثيوم لزيادة سعتها إلى أقصى حد. ستصبح حزمة البطارية عديمة الفائدة في نهاية المطاف إذا لم تُدار سعتها.
يتطلب إدارة السعة أن يكون لكل بطارية في حزمة البطارية أداء مختلف قليلاً. تتجلى هذه الاختلافات في الأداء بشكل أوضح في معدلات التسريب. قد تعمل حزمة البطارية الجديدة على النحو الأمثل، لكن مع مرور الوقت، يتسع الفرق في أداء خلايا البطارية، مما قد يؤدي إلى تلف الأداء، ما يؤدي إلى ظروف تشغيل غير آمنة لحزمة البطارية بأكملها.
باختصار، يقوم نظام إدارة البطارية BMS بإزالة الشحن من الخلايا الأكثر شحنًا، مما يمنع الشحن الزائد. كما يسمح للخلايا الأقل شحنًا بتلقي تيار شحن أكبر.
يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) لبطاريات الليثيوم أيضًا بإعادة توجيه بعض أو كل تيار الشحن حول الخلايا المشحونة. وبالتالي، تتلقى الخلايا الأقل شحنًا تيار الشحن لفترة أطول.
بدون نظام إدارة بطاريات BMS، ستستمر الخلايا التي تُشحن أولاً في الشحن، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم تتميز بأداء ممتاز، إلا أنها تُعاني من مشكلة ارتفاع درجة حرارتها عند مرور تيار زائد. يُؤدي ارتفاع درجة حرارة بطارية الليثيوم إلى تدهور أدائها بشكل كبير. وفي أسوأ الأحوال، قد يؤدي ذلك إلى تلف حزمة البطارية بأكملها.
أنواع أنظمة إدارة البطاريات (BMS) لبطاريات الليثيوم
يمكن أن تكون أنظمة إدارة البطاريات بسيطة أو شديدة التعقيد لحالات استخدام وتقنيات مختلفة. ومع ذلك، تهدف جميعها إلى إدارة حزمة البطاريات. التصنيفات الأكثر شيوعًا هي:
أنظمة إدارة المباني المركزية
يستخدم نظام إدارة البطاريات المركزي لبطاريات الليثيوم نظام إدارة بطاريات واحدًا لحزمة البطاريات. جميع البطاريات متصلة مباشرةً بنظام إدارة البطاريات. الميزة الرئيسية لهذا النظام هي حجمه الصغير، بالإضافة إلى سعره المناسب.
عيبها الرئيسي هو أن جميع البطاريات متصلة مباشرةً بوحدة إدارة البطارية (BMS)، مما يتطلب عددًا كبيرًا من المنافذ لتوصيلها بحزمة البطاريات. والنتيجة هي كثرة الأسلاك والموصلات والكابلات. في حزمة البطاريات الكبيرة، قد يُعقّد هذا الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
نظام إدارة البطاريات المعياري لبطاريات الليثيوم
كما هو الحال مع نظام إدارة البطاريات المركزي، يتصل النظام المعياري بجزء مخصص من حزمة البطاريات. تتصل وحدات نظام إدارة البطاريات المعياري أحيانًا بوحدة رئيسية تراقب أدائها. الميزة الرئيسية هي تبسيط استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة. إلا أن عيبه هو ارتفاع تكلفة نظام إدارة البطاريات المعياري.
أنظمة إدارة المباني النشطة
يراقب نظام إدارة البطاريات النشط (BMS) جهد البطارية وتيارها وسعتها. ويستخدم هذه المعلومات للتحكم في شحن النظام وتفريغه، لضمان تشغيل البطارية بأمان وبأمثل مستوياتها.
أنظمة إدارة المباني السلبية
نظام إدارة البطارية السلبي لبطاريات الليثيوم لا يراقب التيار والجهد، بل يعتمد على مؤقت بسيط لتنظيم معدل شحن وتفريغ حزمة البطارية. ورغم أنه أقل كفاءة، إلا أن تكلفة اقتنائه أقل بكثير.
فوائد استخدام نظام إدارة البطارية BMS
يمكن أن يتكون نظام تخزين البطاريات من بضع أو مئات من بطاريات الليثيوم. ويمكن أن يصل تصنيف جهد هذا النظام إلى 800 فولت، وتياره إلى 300 أمبير أو أكثر.
قد يؤدي سوء إدارة هذه البطاريات عالية الجهد إلى كوارث جسيمة. لذا، يُعد تركيب نظام إدارة بطاريات BMS أمرًا بالغ الأهمية لتشغيلها بأمان. ويمكن تلخيص أهم فوائد نظام إدارة البطاريات BMS لبطاريات الليثيوم فيما يلي:
التشغيل الآمن
من الضروري ضمان التشغيل الآمن لبطاريات متوسطة أو كبيرة الحجم. ومع ذلك، من المعروف أن حتى الأجهزة الصغيرة، مثل الهواتف، قد تشتعل فيها النيران إذا لم يُثبّت نظام إدارة بطارية مناسب.
تحسين الموثوقية وعمر الخدمة
يضمن نظام إدارة البطاريات استخدام خلايا حزمة البطاريات ضمن معايير تشغيل آمنة. والنتيجة هي حماية البطاريات من الشحن والتفريغ المفرط، مما يؤدي إلى نظام شمسي موثوق يوفر سنوات من الخدمة الموثوقة.
مدى وأداء رائعان
يُساعد نظام إدارة البطارية (BMS) على إدارة سعة كل وحدة من وحدات حزمة البطارية، ويضمن تحقيق السعة المثلى لها. كما يُراعي النظام اختلافات التفريغ الذاتي ودرجة الحرارة والاستنزاف العام، والتي قد تُؤدي إلى عدم صلاحية حزمة البطارية في حال عدم التحكم بها.
التشخيص والتواصل الخارجي
يتيح نظام إدارة البطاريات (BMS) مراقبةً مستمرةً وآنيةً لحزمة البطاريات. بناءً على الاستخدام الحالي، يوفر تقديراتٍ موثوقةً لحالة البطارية وعمرها الافتراضي المتوقع. كما تضمن المعلومات التشخيصية المُقدمة اكتشاف أي مشكلةٍ كبيرةٍ مبكرًا قبل أن تتفاقم. ومن الناحية المالية، يُساعد هذا النظام في ضمان التخطيط السليم لاستبدال الحزمة.
انخفاض التكاليف على المدى الطويل
يأتي نظام إدارة البطاريات (BMS) بتكلفة أولية مرتفعة، تضاف إلى التكلفة العالية لحزمة بطارية جديدة. ومع ذلك، فإن الإشراف والحماية الناتجين عن ذلك اللذين يوفرهما نظام إدارة البطاريات (BMS) يضمنان انخفاض التكاليف على المدى الطويل.
ملخص
يُعد نظام إدارة البطاريات (BMS) أداةً قويةً وفعّالةً تُساعد مالكي أنظمة الطاقة الشمسية على فهم آلية عمل مجموعة بطارياتهم. كما يُساعدهم على اتخاذ قرارات مالية حكيمة، مع تحسين سلامة حزمة البطاريات وعمرها الافتراضي وموثوقيتها. والنتيجة هي أن مالكي نظام إدارة البطاريات (BMS) لبطاريات الليثيوم يحصلون على أقصى استفادة من أموالهم.
