أخبار التكنولوجيا

نوفا لأشباه الموصلات: نقلة نوعية في أنظمة إدارة البطارية



Nova Semiconductor، وهي شركة fabless تأسست في عام 2018، تبرز بسرعة كلاعب رئيسي في تحسين البطارية. يكمن التركيز الأساسي للشركة في إحداث ثورة في طريقة إدارة البطاريات القابلة لإعادة الشحن من خلال تقنية نظام إدارة البطارية (BMS) المبتكرة.

وفي مقابلة مع Power Electronics News، قدم أحمد أشرف زاده، الرئيس التنفيذي لشركة Nova Semiconductor، رؤى حول هذه التكنولوجيا الخاصة، وسلط الضوء على عواملها ومزاياها الرئيسية مقارنة بأنظمة إدارة المباني التقليدية.

الدور الحاسم لأنظمة إدارة المباني

يمكن تصور نظام إدارة البطارية على أنه نظام إلكتروني ذكي مصمم خصيصًا للإشراف على صحة ورفاهية مجموعة البطاريات القابلة لإعادة الشحن. ويؤدي العديد من الوظائف الهامة، بما في ذلك:

  • التوازن: تضمن هذه الوظيفة التوزيع العادل للشحن بين الخلايا الفردية داخل حزمة البطارية. يعد الشحن المتوازن أمرًا بالغ الأهمية لزيادة عمر البطارية وتحسين الأداء العام.
  • المراقبة: يقوم نظام إدارة المباني (BMS) بمراقبة المعلمات المختلفة بشكل مستمر، مثل الجهد الكهربي ودرجة الحرارة وحالة الشحن (SOC) لكل خلية داخل حزمة البطارية. يوفر جمع البيانات في الوقت الفعلي رؤى قيمة حول صحة البطارية وأدائها.
  • الحماية: يحمي نظام إدارة المباني البطارية من التلف المحتمل الناتج عن الشحن الزائد أو التفريغ الزائد أو السحب الحالي المفرط. ويحقق ذلك من خلال تنفيذ تدابير السلامة المختلفة، بما في ذلك مراقبة جهد الخلية ودرجة الحرارة مع إمكانيات التدخل.
  • القياس عن بعد: يسهل نظام إدارة المباني الاتصال بين حزمة البطارية والأنظمة الخارجية مثل أجهزة الشحن والمحولات وبرامج المراقبة. وهذا يتيح المراقبة عن بعد والتشخيص والتحكم في نظام البطارية.

نهج نوفا الرائد

تمثل تقنية BMS الخاصة بشركة Nova Semiconductor تقدمًا رائدًا في هذا المجال. تعمل التقنية الخاصة بها على تعزيز الدوائر التناظرية المدعومة رقميًا، مما يؤدي إلى مستوى لا مثيل له من الدقة مع انحراف قدره 1 مللي فولت فقط. تُترجم هذه الدقة الاستثنائية إلى فوائد كبيرة لأداء البطارية وطول عمرها وسلامتها.

وكما أشار أشرف زاده، في السنوات القليلة الماضية، لم يكن هناك العديد من التطورات في إدارة البطارية كما حدث في تحويل الطاقة. ادعى الناس أن رقائق إدارة البطارية كانت باهظة الثمن، ولهذا السبب، لم يتمكنوا من توفير التوازن.

احمد اشرف زاده
احمد اشرف زاده

وقال أشرف زاده: “أدركت أن دقة القياس كانت العنصر الأساسي الذي جعل هذا الأمر مختلفًا تمامًا عن إدارة الطاقة”. “تحقق شرائح إدارة الطاقة عمومًا دقة تبلغ 1%، بينما تحتاج إدارة البطارية إلى دقة تبلغ 0.1%، و0.01% في بعض الحالات.”

تتميز تقنية BMS الخاصة بـ Nova Semiconductor بالعوامل الرئيسية التالية:

  • أداء محسّن: من خلال مراقبة الخلايا الفردية وموازنتها بدقة، يعمل نظام إدارة المباني من Nova على تحسين استخدام البطارية، مما يضمن توفير أقصى إمكاناتها وإطالة عمرها القابل للاستخدام.
  • حماية أعلى: يعد الشحن الزائد والتفريغ الزائد وارتفاع درجة الحرارة تهديدات كبيرة لسلامة البطارية. يعالج نظام إدارة المباني من Nova هذه المخاوف بشكل استباقي من خلال المراقبة والتدخل الدقيقين، مما يحمي البطارية والأجهزة التي تشغلها.
  • عمر بطارية ممتد: من خلال العناية الدقيقة بسلامة البطارية من خلال المراقبة والإدارة الدقيقة، تعمل تقنية BMS من Nova على إطالة العمر الإجمالي للبطارية بشكل واضح.

وفقًا لشركة Nova Semiconductor، فإن تقنيتها المبتكرة لا تحقق أفضل دقة فحسب، بل يمكنها أيضًا توفير تخفيض كبير في التكاليف. على عكس معظم منافسيها، الذين يستخدمون واحدًا أو اثنين من ADCs وتعدد الإرسال الزمني لقياس ما يصل إلى 16-18 خلية، يستخدم نهج Nova واحدًا ADC مخصصًا لكل خلية.

يعد قياس الخلايا المتعددة أكثر صعوبة من قياس الخلية المفردة (الشكل 1). ومع ذلك، على الرغم من هذا التعقيد العالي، تم تحسين دقة القياس بشكل كبير.

ADC مخصص لكل خلية يسمح بالقياس المتزامن لجميع الخلايا.
الشكل 1: ADC مخصص لكل خلية يسمح بالقياس المتزامن لجميع الخلايا. (المصدر: نوفا لأشباه الموصلات)

وقال أشرف زاده: “من خلال نهجنا، الذي يتكون من القياس المتزامن لجميع الخلايا، لدينا أيضًا ميزة التخلص من الضوضاء الحالية”.

مع مضاعفة الوقت، فإن الضوضاء الحالية (والتي هي في الأساس ضجيج تحميل) تعتبر مشكلة كبيرة. نظرًا لأن البطاريات لها مقاومة لا يمكن إهمالها، فعند تطبيق تيار، يتأثر قياس الجهد بالتيار عبر البطارية. تكون هذه الاختلافات الحالية أكثر وضوحًا في تطبيقات تشغيل المحرك أو تبديل إمدادات الطاقة، حيث يرتفع التيار وينخفض ​​بشكل ملحوظ وبسرعة كبيرة.

وقال أشرف زاده: “يؤدي ذلك إلى خلق ضجيج تيار يؤثر على دقة جهد الخلية، الأمر الذي يجعل بدوره عملية الموازنة وتتبع المعاوقة وفحصها معقدة للغاية”.

كما لاحظت شركة Nova Semiconductor، فإن القياسات المتعددة التي يتم إجراؤها بالتوازي في نفس الوقت تعطي قراءة أكثر دقة للمقاومة. إنه يجعل قياس المعاوقة أمرًا سهلاً مقارنة بالخوارزمية الصعبة التي كانت ضرورية مع تعدد إرسال الوقت لأنها تكسر التزامن بين التيار والجهد.

غالبًا ما تشتمل تقنيات المعايرة الموضحة في العديد من أوراق البيانات على معايرة صارمة بعد التصنيع في موقع العميل، مع التركيز على تصحيح قراءات جهد الخلية وأعداد الكولوم والقياسات الحالية.

وقال أشرف زاده: “ومع ذلك، فإن الحل الذي نقدمه يهدف إلى أن يكون دقيقًا دون الحاجة إلى معايرة إضافية من العملاء”.

ميزة نوفا التنافسية: الأداء المتفوق بشكل ملموس

تتجاوز شركة Nova Semiconductor مجرد ادعاءات الأداء المتفوق. وتثبت الشركة تأكيداتها بنتائج أفضل بشكل واضح. وفقًا لأشرف زاده، تكشف التحليلات المقارنة أن تقنية BMS الخاصة بشركة Nova تحقق مستوى من الدقة أكبر بمقدار 5 إلى 30 مرة من العروض المنافسة. ويترجم هذا إلى فهم أكثر دقة لحالة البطارية، مما يتيح إدارة أكثر دقة وأداءً فائقًا في نهاية المطاف. بالإضافة إلى ذلك، يتميز حل Nova بتصميم أبسط مع عدد أقل من المكونات الخارجية، مما يؤدي إلى خيار أكثر فعالية من حيث التكلفة للمصنعين.

عندما يتعلق الأمر بوظائف BMS الأساسية مثل الحماية، يتميز النظام بدقة ملحوظة تبلغ ± 1 مللي فولت لقياس الجهد، وهو تحسن كبير مقارنة بمعايير الصناعة التي تتراوح بين 5 إلى 30 مللي فولت والتي يتم ملاحظتها بشكل شائع في العروض المنافسة. ويترجم هذا إلى تحكم أكثر صرامة على عتبات السلامة، مما يسمح لنظام إدارة المباني من Nova باستخراج السعة القصوى من البطارية مع الحفاظ على معايير السلامة المثالية.

يعد تتبع SOC، وهو جانب مهم آخر لوظائف BMS، مجالًا آخر تظهر فيه Nova أداءً استثنائيًا. يحقق نظامه تكرارًا بنسبة 0.02% ويحافظ على هذه الدقة حتى مع التقلبات في درجات الحرارة. توفر هذه المراقبة الدقيقة رؤى لا تقدر بثمن حول الطاقة المتبقية في البطارية، مما يضمن عدم تفاجأ المستخدمين أبدًا ببطارية مستنفدة.

تعد موازنة الخلايا، وهي عملية ضمان شحن جميع الخلايا الموجودة داخل حزمة البطارية بالتساوي، أمرًا ضروريًا لزيادة عمر البطارية إلى الحد الأقصى. يستخدم نظام إدارة المباني من Nova قياس الخلايا المتزامن، وهي ميزة كبيرة مقارنة بالأنظمة المنافسة التي تعتمد على تعدد الإرسال بتقسيم الزمن (muxing). يمكن أن يؤدي استخدام Muxing إلى حدوث أخطاء، مما يؤثر على فعالية التوازن. بالإضافة إلى ذلك، يأخذ نظام نوفا في الاعتبار تعويض المعاوقة، وهو عنصر حاسم للحفاظ على التوازن الأمثل مع تقدم عمر الخلايا.

التطبيقات والخطوات التالية

تشهد صناعات الدراجات الإلكترونية والسكوتر فترة من النمو الهائل، وتعد تكنولوجيا البطاريات في طليعة هذه الثورة. لا تتطلب هذه الصناعات بطاريات موثوقة فحسب، بل تتطلب أيضًا حلولًا توفر المرونة في حجم البطارية مع إعطاء الأولوية للأداء والسلامة. تضع شركة Nova Semiconductor نفسها استراتيجيًا كشريك مثالي لهذه الأسواق سريعة التطور. ويقدم نظام إدارة المباني (BMS) الخاص بها ميزات شاملة بسعر تنافسي، مما يجعله خيارًا مثاليًا للمصنعين في هذه القطاعات.

“الجزء الأولي لدينا [Figure 2] وقال أشرف زاده: “إنه جهاز مكون من 14 خلية، وهو مناسب تمامًا للدراجة الإلكترونية”. “يمكن للحل نفسه أن يناسب التخزين المنزلي، وربما بعض التطبيقات المساعدة مثل الرافعات الشوكية وعربات الجولف وأشياء من هذا القبيل. لدينا بالفعل تصميماتنا التالية جاهزة للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، بالإضافة إلى الأدوات الكهربائية. وفي نهاية المطاف، سوف ندخل قطاع السيارات”.

NB1400، مقياس وقود من سبع إلى 14 خلية، حماية وموازنة IC.
الشكل 2: NB1400، وهو مقياس وقود مكون من سبع إلى 14 خلية، ودائرة متكاملة للحماية والموازنة (المصدر: Nova Semiconductor)

وقال أشرف زاده: “في أي مكان توجد فيه خلايا متعددة، فمن المحتمل أن يكون لدينا الحل الأفضل الذي يوفر أفضل دقة وتكلفة وأداء”. “إن حساب الكولوم أيضًا أفضل بكثير من أي شيء رأيناه حتى الآن.”

التدوينة Nova Semiconductor: تحول نموذجي في أنظمة إدارة البطارية ظهر للمرة الأولى على Power Electronics News.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *