لماذا ينحرف مجموعة الخلايا المتصلة على التوالي، وماذا يفعل الموازن فعلياً

استخدم الخلايا الأربع ذات الملصقات من المرحلة 6 في حامل الخلايا الأربع. قبل أي شيء آخر، قس كل خلية **بشكل فردي وخارج الحامل**، بعد أن تستقر، إلى ثلاث منازل عشرية، واكتب الأرقام الأربعة مع التاريخ. ثم قس السعة الفعلية لكل خلية، واحدة تلو الأخرى. اشحنها حتى 4.20 فولت، واتركها تستقر ثلاثين دقيقة، ثم فرغها عبر المقاوم الكهربائي بتيار ثابت، مع توقيت الوقت حتى تصل إلى 3.00 فولت. الأمبير-ساعة هي التيار مضروبًا في الساعات. يستغرق الأمر أربع جلسات، وهي الطريقة الوحيدة لمعرفة ما لديك فعلاً: الرقم المطبوع على الغلاف هو تصنيف وليس قياسًا، والخلية التي بقيت في درج لمدة عامين لن تحقق هذا الرقم. اكتب السعات الأربع في دفترك على شكل جدول. هذا الجدول هو المدخل لحسابات الخطوة 3، وستقارن به في نهاية الخطوة 5. إذا جاءت الأربع متقاربة في حدود نسبة مئوية تقريبًا، فقم عمدًا بعدم توازن السلسلة قبل المتابعة: اشحن ثلاثًا منها بالكامل واترك الرابعة عند نحو 60%. تحتاج إلى تأثير مرئي لقياسه، ولن تعطيك سلسلة متطابقة جيدًا ذلك في فترة ما بعد الظهر. خلية واحدة في كل مرة على الشاحن. لا تشحن أبدًا سلسلة متصلة على التوالي دون إشراف لكل خلية على حدة، وهذا هو جوهر هذه المرحلة والسبب في وجود الخطوة 5.

قم بتوصيل حامل الخلايا الأربع على التوالي وأخرج سلكًا رفيعًا للتوصيل من كل وصلة خلايا، تمامًا كما في الدرجة 3 الخطوة 5. هذه الأسلاك هي ما تستخدمه لمراقبة الخلايا الفردية أثناء عمل السلسلة. أفرغ السلسلة بالكامل عبر المقاومة الكهربائية عند تيار ثابت — أمبير واحد يكفي ويُبقي المقاومة في حدود القدرة على التحمل. كل خمس دقائق، اقرأ **جهود الخلايا الأربع كلها بالتتابع** والمجموع الكلي للسلسلة، وسجّلها في صف. توقف في اللحظة التي تصل فيها **أي خلية منفردة** إلى 3.00 فولت. ليس السلسلة؛ بل خلية. هذه هي نقطة التمرين كله: قد يبدو مجموع السلسلة سليمًا تمامًا — فأربع خلايا بمتوسط 3.4 فولت تعني سلسلة بجهد 13.6 فولت، ولن يعترض على ذلك أي قاطع للجهد الكلي — بينما تكون خلية واحدة داخلها قد وصلت بالفعل إلى حدها الأدنى وبدأت تُجرّ إلى ما دونه. الآن انظر إلى صفوفك. يتباعد جهد الخلية الضعيفة عن الباقي مبكرًا ثم ينخفض بحدة؛ بينما الخلايا القوية لا تزال على هضبتها عند التوقف. احسب كمية الشحنة التي أعطتها السلسلة، وقارنها بسعة أقوى خلية من الخطوة 1. الفرق هو سعة تملكها ولا يمكنك الوصول إليها. التفريغ الزائد لخلية ليثيوم دون نحو 2.5 فولت يُلحق بها ضررًا دائمًا ويجعل إعادة شحنها خطرة. مراقبة الخلايا لا المجموع ليست حذرًا زائدًا، بل هي الطريقة الصحيحة الوحيدة لتشغيل أي سلسلة.

قبل تركيب لوحة تقوم بذلك بشكل غير مرئي، ابنِ قناة واحدة حتى تتمكن من رؤية ما تفعله. الموازن السلبي بسيط حقاً بهذا المقدار. عبر خلية واحدة، ضع **مقاومة 100 Ω متصلة على التوالي مع MOSFET بمستوى منطق**، المصرف إلى الموجب للخلية، والمصدر إلى السالب للخلية. قم بتشغيل البوابة من مقارن يتحول إلى حالة التشغيل كلما تجاوزت تلك الخلية الجهد المرجعي، وقيمة 4.15 V عتبة معقولة، تُضبط بالمقياس الجهدي وتُتحقق منها بالمقياس. استخدم مقاومة 1 W أو أكبر: حسبت الخطوة 3 قدرة 0.18 W، والجزء بربع واط يعمل عند معظم تصنيفه داخل بطارية مغلقة فكرة سيئة. اختبره على مزود الطاقة في المختبر أولاً، دون أي خلية: ارفع جهد المزود تدريجياً عبر العتبة وتحقق من أن MOSFET يتشغل وأن المقاومة تبدأ بسحب تيار 42 mA. قِس التيار بدلاً من افتراضه؛ فـMOSFET الذي لا يكون مشغلاً بالكامل هو سخان. الآن ضعه على الخلية التي ترتفع أكثر في سلسلتك وشحن السلسلة برفق. يجب أن تتوقف تلك الخلية عن الارتفاع بينما تلحق الخلايا الأخرى بها. ستشعر بأن المقاومة تسخن، وهذه الحرارة هي الطاقة التي تتلفها عمداً: الموازنة السلبية لا تنقل الشحنة من خلية ممتلئة إلى خلية فارغة، بل تحرق الفرق. أربعة من هذه، واحدة لكل خلية، هي موازن سلبي كامل. وهذا، تقريباً تماماً، ما هو موجود على اللوحة في الخطوة التالية.

اللوحة الخضراء في الصورة على هذه الصفحة هي نظام إدارة بطارية 4S، وهي النسخة التجارية لكل ما ورد في الخطوتين 2 و4. يأخذ شريط الأطراف الخاص بها **B−، ثم سلكاً واحداً عند كل وصلة خلية، ثم B+** — وهي نفس نقاط التوصيل الموجودة في موصل حزمة البطارية في الدرجة 3. قم بتوصيلها بعناية وبالترتيب، من B− صعوداً. وضع سلك الموازنة على الوصلة الخاطئة يعكس مدخل خلية، ولن تنجو اللوحة من ذلك. قس كل سلك مقابل B− بالجهاز قبل توصيل الموصل، وتأكد من أن الفولتيات تزداد خلية تلو الأخرى. كرر هذا الفحص في كل مرة. ما تقوم به اللوحة في ثلاث وظائف: - **الحماية من الشحن الزائد** — تفصل الدائرة إذا تجاوزت أي خلية نحو 4.25 فولت. - **الحماية من التفريغ الزائد** — تفصل الدائرة إذا انخفضت أي خلية عن نحو 2.5 فولت. هذه هي الحماية التي كنت توفرها يدوياً بالجهاز في الخطوة 2. - **الموازنة** — المقاومات الصغيرة على أحد الحواف، وهي تقوم بما بنيته في الخطوة 4. اشحن السلسلة مع تركيب اللوحة وراقب توازن فولتيات الخلايا الأربع على مدى عدة ساعات. ضع مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء على مقاومات الموازنة أثناء عملها؛ ستكون أكثر الأجزاء سخونة على اللوحة، وهذا أمر طبيعي. ثم كرر تفريغ الخطوة 2 وقارن الأمبير-ساعات المُسلَّمة بالتشغيل الأول. هذا الفرق هو الجواب عن السؤال الذي يطرحه هذا الدرج، مقاساً على طاولة عملك. يحمي BMS الخلايا، ولكنه لا يصلحها: الخلية التي انهارت سعتها فعلاً ستظل تحدّ من أداء الحزمة، ولن تغير أي كمية من الموازنة ذلك. استبدال خلية واحدة في حزمة قديمة بخلية جديدة يزيد عدم التوافق سوءاً، لا تحسيناً.

**النسبة إلى أصحابها، بأمانة.** لا توجد براءة اختراع واحدة لموازنة الخلايا، ولا تُدّعى هنا أي براءة. المشكلة حسابية بحتة: تيار واحد مع سعات مختلفة، وقد أُدركت منذ اللحظة التي وُضعت فيها الخلايا على التوالي، أي في عام 1800 مع كومة فولتا. ما تغيّر مع أيونات الليثيوم هو *النتيجة*: خلية النيكل التي تُشحن زيادةً عن اللازم تُطلق غازها وتسخن، أما خلية الليثيوم التي تُشحن زيادةً عن اللازم فيمكن أن تفعل ما يصفه الدرج التاسع. لم تعد الموازنة إجراءً لتحسين الكفاءة، بل صارت متطلباً للسلامة. ولهذا تطورت موصلات البطاريات لتضم نقاط تفرعٍ للخلايا، ولهذا تحتوي كل بطارية ليثيوم تُباع اليوم على لوحة حماية داخلية، بينما لم تحتوِ بطارية نيكل-كادميوم من الحقبة نفسها على شيء سوى الخلايا ومقاوم حراري. **سلبية مقابل نشطة.** كل ما هنا موازنة *سلبية*: تُفرّغ الخلايا العالية شحنتها عبر مقاومة فيضيع الفرق. أما الموازنات *النشطة* فتنقل الشحنة من الخلية العالية إلى المنخفضة عبر ملف حثي أو محوّل، فلا يُهدر شيء، وهي بالمقابل أغلى وأعقد. بالنسبة إلى بطارية أداة من أربع خلايا تكون السلبية هي الصواب؛ أما بطارية سيارة ذات مئة خلية على التوالي فلم تعد السلبية مناسبة، لأن الطاقة المهدورة تتناسب مع طول السلسلة. **حدود صادقة.** الموازنة السلبية بطيئة، كما أظهرت الخطوة 3: فعدم توازن قدره 300 mAh يستغرق سبع ساعات من التفريغ. وهي لا تعمل إلا عند أعلى الشحن، حيث منحنى الجهد شديد الانحدار بما يكفي للتمييز بين الخلايا؛ فعلى هضبة الدرج الرابع المسطحة قد يعني فرق 50 mV أي فرق تقريباً في حالة الشحن. وهي عاجزة عن إصلاح عدم تطابق يتزايد أسرع من قدرتها على التفريغ، وهذا ما تصير إليه البطارية المتقادمة في النهاية.