أنظمة إدارة البطارية (BMSes) هي أجهزة إلكترونية تراقب وتحمي بطارية واحدة أو أكثر. مسؤول عن الإشراف على صحة البطارية والحفاظ عليها من خلال التحكم في العديد من المعلمات مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة وحالة الشحن ، يعد BMS مكونًا مهمًا يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات مثل المركبات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة والإلكترونيات المحمولة. ستعرض هذه المقالة التكنولوجيا التي طورتها Qnovo ، وهي شركة تعيد تعريف كيفية تصميم أنظمة إدارة المباني وتشغيلها باستخدام خوارزميات برمجية متقدمة.
تقنية Qnovo
توفر Qnovo أفضل شركات تصنيع الهواتف الذكية والسيارات وتخزين الطاقة في العالم ببرنامج إدارة بطارية ليثيوم أيون (Li-ion) المتقدم. من خلال تحسين كيمياء البطارية باستخدام الخوارزميات الذكية وعلوم البيانات ، توفر Qnovo تجربة مستخدم محسنة بشكل كبير دون التضحية بالسلامة.
تدمج حلول Qnovo الشاملة خوارزميات الشحن التكيفية الذكية مع ميزات صحة وسلامة البطارية المتقدمة ، مما يوفر شحنًا فائق السرعة ، وزيادة سعة البطارية ، وعمرًا أطول ، وراحة البال المطلقة فيما يتعلق بصحة البطارية وسلامتها.
أوضح نديم معلوف ، الشريك المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Qnovo ، أسباب تأسيس الشركة ومهمتها: “قبل عقد من الزمان ، كان من الواضح أن بناء البطاريات لن يكون شيئًا يجب أن نفعله ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنه كثيف رأس المال والتصنيع. قادنا ذلك إلى أن نسأل أنفسنا: ماذا يمكننا أن نفعل بالذكاء حول البطارية؟ “
لذلك ، كانت الفكرة الرئيسية هي نقل الذكاء إلى الحساب واستخراج المزيد من الأداء من البطارية دون الحاجة بالضرورة إلى إنفاق المزيد من الأموال على تطوير البطارية.
كبديل لإعادة التفكير في بطارية Li-ion تمامًا ، يعد ذكاء البطارية هو الحل الأكثر فعالية وكفاءة وفعالية من حيث التكلفة لتوسيع قدرات أنظمة إدارة المباني التقليدية بالطرق الثلاث التالية:
- تقييم الحالة الصحية (SOH) في الوقت الفعلي لكل خلية مفردة تشكل حزمة بطارية السيارة وتحديد إمكانات كل خلية للعيوب والأضرار وتشكيل التغصنات
- حساب العمر الافتراضي للبطارية باستخدام نماذج البطارية التفصيلية والبيانات التي تم جمعها من الميدان وتحليل كيفية تأثر العمر الافتراضي بعوامل مثل الشحن السريع والمعلمات التشغيلية الأخرى
- إجراء تعديلات دقيقة وديناميكية على تيار الشحن لزيادة وقت الشحن إلى أقصى حد في نفس الوقت ، بالإضافة إلى عمر البطارية وسلامتها
وحدة التحكم الإلكترونية في إدارة البطارية (ECU) هي مكان تشغيل البرنامج. يعمل برنامج Qnovo مع الحد الأدنى من البصمة الحاسوبية ويتكامل دون أي عوائق مع منصة إدارة البطارية التي يستخدمها مصنع السيارات.
يتم عرض مجموعة برامج BMS في الشكل 1. تجمع خوارزميات الشحن التكيفية بين متطلبات التشخيص ونماذج التعلم الكيميائي لزيادة عمر البطارية وطول عمرها. تحلل تقنية Qnovo العمليات الكيميائية الداخلية للبطارية. من خلال تشخيص حالة صحة البطارية والتنبؤ بالشيخوخة المستقبلية ، فإنها تعدل ديناميكيًا معدل الشحن وكثافته لتلبية بعض المتطلبات الأكثر صرامة.
تقوم الطبقة الثانية بتنفيذ الوظائف الإشرافية والتنبؤية باستخدام خوارزميات صحة وسلامة البطارية التنبؤية. يحسب المقاييس التي تميز SOH الحقيقي للبطاريات الكيميائية ويقدر عمر الدورة المتبقية.
الطبقة الثالثة هي خدمة تحليلات البطارية المستندة إلى السحابة. إنه يجمع معلومات الصحة والسلامة من الطبقة التنبؤية لكل بطارية ويجمع البيانات مجهولة المصدر لمجموعة بطاريات المجال الهائلة.
الحاجة إلى نماذج بطاريات
مجالات التطبيق الرئيسية الثلاثة لهذه التكنولوجيا هي المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين طاقة البطارية والإلكترونيات الاستهلاكية.
تكوينات حزمة بطارية المركبات الكهربائية خاصة بكل شركة مصنعة للسيارة ؛ علاوة على ذلك ، عمر خلايا البطارية بشكل مختلف. تتمثل وظيفة ذكاء البطارية في معالجة هذا التعقيد وجميع التحديات الفريدة لتصميم العبوة والخلية ، مع التوسع بسلاسة لتزويد صانعي السيارات بالتنفيذ الأكثر أمانًا والأمثل للشحن السريع.
وبالتالي ، سيلعب البرنامج دورًا متزايدًا في تحسين حالة البطارية.
قال معلوف: “تختلف كل بطارية عن الأخرى”. “على الرغم من أنهم يستخدمون نفس المواد والتصميم ، فإن التصنيع سيكون مختلفًا قليلاً ليس فقط من بائع لآخر ولكن أيضًا داخل نفس القطعة ، داخل نفس المصنع نفسه.”
علاوة على ذلك ، يمكن أن يختلف استخدام البطارية من سائق إلى آخر ، مما يؤدي إلى آليات تقادم مختلفة من شأنها سحب البطارية بشكل مختلف.
قال معلوف: “لذلك من المهم أن نفهم كيف تتصرف كل بطارية”. “بعد ذلك ، يمكننا تطوير نموذج مستخدم في برنامجنا للبطارية. ومع ذلك ، فإن تطوير النماذج وحدها لا يكفي. تحتاج أيضًا إلى الحصول على القياسات التي تسمح لك بفهم ما إذا كان النموذج يطابق سلوك الحياة الواقعية “.
وفقًا لمالوف ، يستغرق تطوير نموذج لبطارية جديدة ما يقرب من ستة إلى ثمانية أسابيع. تعتمد معظم بطاريات اليوم ، خاصة في المركبات الكهربائية ، على تقنية Li-ion. على الرغم من أنهم يستخدمون تقنية شائعة ، يجب أن يتم تمييز كل واحد منهم لأن السماكة أو القطب أو المسامية أو هندسة القطب قد تكون مختلفة. وهنا يأتي دور مجموعة كبيرة من الوحدات.
BMS للمركبات الكهربائية
أعلنت Qnovo مؤخرًا عن اتفاقية تعاون مع NXP Semiconductors لتقديم برنامج إدارة البطارية SpectralX الجديد من Qnovo الحاصل على براءة اختراع في حلول تمكين التنقل الإلكتروني للمركبات الكهربائية ، بما في ذلك المركبات ذات العجلتين والمركبات الكهربائية الأخرى. تعمل SpectralX على تقليل أوقات الشحن في المركبات الكهربائية إلى حوالي 20 دقيقة ، وزيادة النطاق بنسبة تصل إلى 10٪ ، وإطالة دورة عمر البطارية إلى ما يقرب من مليون كيلومتر ، وتهدف إلى القضاء على الأحداث الحرارية للبطارية.
يعمل Qnovo و NXP على تصميم مرجعي لضمان عمل برنامج Qnovo مع NXP BMS وأجهزة الشاحن الداخلي. تجعل التصميمات المعتمدة البرامج والأجهزة والأجهزة قابلة للتشغيل البيني ، مما يقلل من تكاليف تطوير المركبات الكهربائية. كما يسمح بالشحن السريع دون تلف البطارية.
قال مالوف: “إن NXP هي بالتأكيد واحدة من أكبر صانعي أشباه الموصلات ، ومن ناحية إدارة البطارية ، هناك تطور نحو بنية مختلفة تمامًا ، لذلك يصبح من السهل دمج تطبيقات مثل تطبيقاتنا في السيارة”.
تشمل هياكل المركبات التقليدية عددًا كبيرًا من وحدات التحكم الإلكترونية الموجودة في جميع أنحاء السيارة وغالبًا لا تتصرف وفقًا للمعايير. تحتوي البنى الجديدة ، مثل تلك التي تصورتها تقنية السيارة المعرفة بالبرمجيات ، على وحدة تحكم مركزية تقلل من عدد وحدات التحكم الإلكترونية وتعتني بجميع تحديثات البرامج المطلوبة.
قال مالوف: “بمرور الوقت ، يتم تقليل عدد وحدات التحكم الإلكترونية بالانتقال إلى معالج مركزي أكثر كفاءة”. “هذا هو المكان الذي نعتقد أن المستقبل سيتجه إليه ، مما يجعل الاندماج أسهل كثيرًا.”
