حلول مستدامة للشركات: تسخير قوة البطاريات الذكية
نشرت: 2023-07-15تعمل فرق البحث والتطوير (R&D) باستمرار على استثمار وقتهم في مجال تخزين الطاقة. من خلال القيام بذلك ، توصلوا إلى اكتشاف وتمهيد الطريق لمستقبل أنظف وأكثر ذكاءً.
تبلغ قيمة سوق البطاريات الذكية أكثر من 30 مليار دولار حاليًا . من المتوقع أن ترتفع أكثر في السنوات القادمة وخمنوا ماذا؟ هذه هي الفرصة الآن للشركات للاستفادة منها واستخدام هذه البطاريات الذكية لاستراتيجيات الابتكار المستقبلية.
دعونا نتعمق في هذه المقالة لمعرفة المزيد عن مستقبل البطاريات الذكية وقدراتها.
أنظمة إدارة البطارية (BMS)
مصدر
تحتوي كل بطارية تستخدمها على نظام إدارة البطارية (BMS). BMS هي تقنية تدعم الإشراف على حزمة البطارية. يشمل هذا الإشراف ما يلي:
- بطاريات المراقبة
- توفير حماية للبطارية
- تقدير حالة التشغيل الحالية للبطارية
- تحديث دائم لأداء البطارية
- تقديم تقارير عن حالة التشغيل لكافة الأجهزة الخارجية
تتميز بطاريات الليثيوم أيون (li-on) القابلة لإعادة الشحن بأكبر قدر من كثافة الطاقة وهي خيار قياسي للمنتجات الاستهلاكية. يمكنك العثور عليها على الهواتف المحمولة والسيارات الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمزيد. ومع ذلك ، عندما تعمل بطاريات li-ion في بيئات غير مواتية لها ، فإنها تصبح مشكلة. المشاكل الأكثر شيوعًا التي تواجهها هي عندما يكون الجو حارًا أو باردًا حقًا.
تتميز BMS بالعديد من ميزات التصميم ، وتعتبر حماية حزمة البطارية وإدارة السعة واحدة منها. تشتمل حماية حزمة البطارية على مجالين رئيسيين:
- السلامة الكهربائية ، والتي لا تسمح للبطارية بالتلف عند وضعها في ظروف صعبة
- حماية حرارية تشمل التحكم في درجة الحرارة للحفاظ على الاستقرار وتجنب ارتفاع درجة الحرارة بأي ثمن
ومع ذلك ، عبر التاريخ ، رأينا أن أنظمة إدارة البطارية قد تم اعتبارها فكرة متأخرة. تقوم العديد من الشركات الآن بدمج برامج إدارة البطارية لإطلاق الإمكانات الكاملة للبطاريات . يتم ذلك من خلال منتجين رئيسيين:
- خوارزميات BMS عالية الأداء
- المنصات السحابية
يترجم هذان المنتجان بيانات الاتصال عن بُعد القياسية إلى رؤى متقدمة لإطالة عمر البطارية والسلامة والأداء.
تحسين ذكاء البطارية
مصدر
يعمل تحسين ذكاء البطارية على تغيير مجال إدارة البطارية تمامًا من خلال إطلاق الإمكانات الكاملة للبطاريات ، وزيادة دورة حياتها ، وتحسين ميزات السلامة وتحسين أدائها.
يركز ذكاء البطارية على ربط بيانات البطارية بأنظمة البطارية والكيمياء الكهربية وعلوم البيانات لزيادة دورة حياة البطارية وميزات السلامة الخاصة بها.
- الآثار العملية لذكاء البطارية
يتم استخدام الخبرات العملية لذكاء البطارية من خلال خوارزميات BMS والأنظمة السحابية.
خوارزميات BMS
يمكن تطبيق خوارزميات BMS لاحتياجات تطبيق البطارية الخاص بك. هدفهم الرئيسي هو إطالة عمر البطارية وزيادة الطاقة والسلامة . هناك شركات حول العالم ستستخدم خوارزميات BMS مختلفة. وخير مثال على ذلك هو إليسيا . يقدم مجموعة من خوارزميات BMS القوية لمطوري أنظمة البطارية.
تم دمج الخوارزميات الخاصة بهم في مجموعات البرامج الحالية لزيادة أمان البطارية وعمرها. إنه مصمم بشكل أساسي من أجل:
- السيارات
- رياضة السيارات
- الحركة الدقيقة
- الشاحنات الثقيلة
- التخزين الثابت
يمكن تثبيت البرنامج المضمن من خلال BMS الخاص بك ويمنحك التحكم في الوقت الفعلي في حالة الشحن ، وإمكانيات الشحن السريع ، والطاقة والشحن ، والحالة الصحية وتقليل وقت التوقف عن العمل.
المنصات السحابية
تعد الأنظمة الأساسية السحابية جزءًا من تحسين ذكاء البطارية نظرًا لأنها تعزز سلامة نظام البطارية ودورة حياته وأدائه. إنهم يحولون بيانات الاتصال عن بُعد القياسية إلى رؤى مبنية من خلال تجارب البطارية الواقعية . تعد الأنظمة الأساسية السحابية رائعة لمراقبة الأداء طويل المدى للبطاريات الخاصة بك وفهمه بشكل أفضل ، حيث تُعلمك بوضوح بعوامل تدهورها.
يمكن أن تساعدك المنصات السحابية مثل Elysia في مراقبة ما يلي:
- فهم حالة البطارية الصحية (SOH): تعد صحة البطارية أمرًا مهمًا ويمكن للمنصات السحابية إبلاغك بموعد تغيير البطارية. يبلغ متوسط عمر البطارية في السيارات الكهربائية من 10 إلى 20 عامًا ، لكن البطارية قد تتحلل بشكل أسرع في المناخات الأكثر سخونة.
- اتجاهات الأسطول: تتلقى جميع البطاريات التي لا تحقق أهداف الحياة تلقائيًا علامة حمراء تحدد الأسباب وتقدم التوصيات لكل مركبة يتم قيادتها. على سبيل المثال ، يمكن أن يشمل ذلك ما إذا كانت البطارية مشحونة بسرعة في المناخات الحارة ، مما قد يؤدي إلى تسريع عملية التدهور.
- سلامة البطارية: تكتشف المنصة أي نوع من العيوب الكامنة في وقت سابق قبل أن يكون لها أي تأثير على العملاء. يمكن لميزات الأمان في Elysia تحديد جميع مشكلات السلامة على مستوى العبوة والخلية.
- مراقبة جودة البطارية: تحدد المنصة السحابية جميع اتجاهات جودة إنتاج البطارية ، مما يقلل من إجراءات الخدمة. يمنح هذا مصنعي المعدات الأصلية فرصة للعمل بفعالية مع موردي الخلايا والقضاء على جميع المشكلات التي تم تحديدها في مراحل الإنتاج السابقة.
عندما يتم تحديد المشكلات في وقت مبكر في مرحلة تطوير المنتج ، فإنه يقلل من تكاليف الملكية ، مما يسمح لمديري الأساطيل ومطوري أنظمة البطاريات بإنشاء بطاريات عالمية المستوى.
- الذكاء الاصطناعي (AI) وعلوم البيانات
يتبع علم البيانات عملية منظمة خطوة بخطوة لتقديم النتائج ويقوم الذكاء الاصطناعي بتحسينها. يتم إنشاء البيانات كل دقيقة ، لقياس المقاييس المهمة لوظائف البطارية ، بما في ذلك درجة الحرارة والجهد والتقلب في تيارات البطارية.
خمس خطوات مهمة لأداء علم البيانات تشمل:
- طرح أسئلة مثيرة للاهتمام
- الحصول على البيانات والنمذجة
- استكشاف البيانات
- إيصال النتائج
- تصور النتائج
من خلال البيانات التي نجمعها ، نستخدمها لمعرفة المزيد ولأغراض:
- اتخاذ قرار
- إعطاء تنبؤات المستقبل
- فهم الحاضر والماضي
- خلق منتج وصناعة جديدة
جنبًا إلى جنب مع علم البيانات ، يؤثر الذكاء الاصطناعي على كيفية البحث عن مواد البطاريات الجديدة ، وفهم المشكلات في مرحلة مبكرة من مرحلة تطوير المنتج والتنبؤ بأدائها طوال دورة حياتها . يجب تحليل كل هذه التأثيرات من خلال المقاييس المناسبة.
يمكن للبطاريات التي تعمل بالذكاء الاصطناعي جمع البيانات الضخمة ، مما يعني أنها واحدة من أذكى الأصول التي يمكنك استخدامها هناك. تتيح جميع البيانات المعالجة لجميع مصنعي البطاريات ومشغلي الأساطيل وغيرهم تحقيق مقاييس عمل مهمة فيما يتعلق بدورة عمر البطارية وقيمتها وإدارة الضمان.
كلما جمعت المزيد من البيانات ، كان ذلك أفضل ، لذلك في هذه الحالة ، تحصل على رؤى أكثر دقة.
- الكيمياء الكهربائية في تصميم البطاريات والبحث
عندما يتعلق الأمر بتحسين ذكاء البطارية ، تلعب الكيمياء الكهربائية دورًا أساسيًا هنا. تركز عملية الكيمياء الكهربية على كيفية انتقال أيونات الليثيوم من نقطة إلى أخرى في البطارية عند إنتاج الكهرباء.
عندما تقوم بتصميم مواد وبطاريات جديدة ، فمن المهم دائمًا استخدام حلقة مغلقة لتدفق الأيونات الإلكترونية داخل الخلايا وتطبيق الكيمياء الكهربية عليها حتى تتمكن من تحديد أبطأ الخطوات في البداية. بعد ذلك ، يمكن اتخاذ الخطوات الصحيحة لتسريع العملية والتحكم فيها.
تمر أيونات الليثيوم ببضع خطوات عندما تحاول الانتقال من نقطة إلى أخرى. تعتمد أبطأ خطوة خلال هذه العملية على الظروف المحيطة بها وعلى مواد الأقطاب الكهربائية.
لماذا تعتبر الكيمياء الكهربائية مهمة لذكاء البطارية؟ حسنًا ، إنه أمر رائع لمساعدة الصناعات على تصميم بطارية عالية الأداء أسرع بكثير وتستخدم مواد أقل تكلفة لتشغيل السيارات الكهربائية والتطبيقات المهمة الأخرى.
الفوائد التي تحصل عليها من البطاريات الذكية
مصدر
عندما تستخدم بطاريات ذكية ، فإنك تحصل على بعض الفوائد العظيمة وهي:
- أرباح أعلى: حقيقة أن البطاريات الذكية تسعى إلى تخزين الطاقة بكفاءة تساعدك على توفير المال أثناء مرحلة التطوير.
- المزيد من ميزات الأمان: الأمان هو الشغل الشاغل فيما يتعلق بالبطاريات. إذا لم يتم إنتاجها بشكل فعال خلال مرحلة التطوير ، فيمكن أن تسبب الكثير من الضرر. قد تكون هذه الأضرار ناتجة عن انفجار بطارية وإيذاء الأشخاص من حولهم.
- أداء مُحسَّن: يُعد تحقيق التوازن بين تخزين الطاقة والقدرات الرشيقة أمرًا بالغ الأهمية إذا كنت تريد أن يكون النظام البيئي للطاقة في مؤسستك مستقرًا. تتحكم البطاريات الذكية في جميع المقاييس لتحسين الأداء وضمان أداء البطارية بشكل جيد في الظروف المثلى.
بشكل عام ، تتمتع البطاريات الذكية بالعديد من الفوائد المرتبطة بها. بالنظر إلى أنها قد تخضع لظروف بيئية مختلفة ، يمكنهم التحكم في ما يحدث في البطارية لضمان إبطاء عملية التدهور. على سبيل المثال ، عندما يكون الجو حارًا جدًا أو باردًا ، سيتم إبطاء عملية الشحن السريع لضمان بقاء صحة البطارية في أفضل حالاتها وعملها بشكل جيد.
المستقبل هو بطاريات ذكية
قطعت البطاريات الذكية شوطًا طويلاً لتزويدنا ببعض من أعظم التجارب عند استخدام بطارياتنا والتأكد من أنها تعمل بشكل جيد طوال الوقت ولديها دورة حياة طويلة. يمكن أن تؤثر الظروف البيئية المختلفة بشكل خطير على سرعة تدهور البطاريات ونعلم أنه في أجزاء مختلفة من العالم ، المناخ ليس هو نفسه.
بعد كل شيء ، يواجه العديد من المستهلكين والمنتجين ومشغلي الشبكات وغيرهم ضغوطًا مستمرة لتحسين استخدام الطاقة. لذلك ، تعد إدارة استهلاك الطاقة في البطاريات أكثر أهمية من أي وقت مضى وهذا هو بالضبط ما تفعله البطاريات الذكية.