ما هي الصيانة التنبؤية؟

الصيانة التنبؤية تعني اكتشاف مشاكل البطارية قبل أن تتحول إلى مشاكل باهظة الثمن. يتم طرح هذا المفهوم كثيرًا في عروض المبيعات، لكن العمل الفعلي يتضمن التحديق في منحنيات الجهد والجدال مع بائع نظام إدارة المباني (BMS) الخاص بك حول سبب استمرار تنبيهاته في الساعة 3 صباحًا.

خلايا أيون الليثيوم-لا تموت فجأة. يعطون التحذيرات. الحيلة هي معرفة ما الذي تبحث عنه.

ستبدأ الخلية التي تفقد قدرتها في إظهار جهد أقل عند نفس حالة الشحن مقارنة بجيرانها. ربما 20 مللي فولت في البداية. من السهل أن تفوت إذا كنت تتحقق فقط من بيانات مستوى الحزمة-. وبعد ثلاثة أشهر، وصلت هذه الفجوة إلى 80 مللي فولت، والآن تعاني من صداع في التحكم الحراري لأن خلية واحدة تعمل بجهد أكبر من بقية الخلايا.

زحف المقاومة الداخلية هو الآخر الكبير. لقد سحبنا وحدة في الربيع الماضي من نظام تخزين شبكي كان يعمل لمدة أربع سنوات. تبدو الخلايا جيدة على الورق. وكانت القدرة لا تزال عند 84٪. لكن المقاومة الداخلية للتيار المستمر ارتفعت من 1.2 ملي أوم إلى 2.8 ملي أوم. كانت تلك الوحدة تقوم بإلقاء الحرارة على جيرانها في كل مرة يستجيب فيها النظام لنداء تنظيم التردد.

Li-ion motion during the charge (a) and discharge (b) process.

يقوم كل نظام لإدارة البطارية بجمع الجهد والتيار ودرجة الحرارة. هذا الجزء سهل. تأتي الأشياء المفيدة مما تفعله بهذه البيانات مع مرور الوقت.

يخبرك معدل تلاشي السعة بما هو أكثر من السعة المطلقة. الخلية التي انخفضت نسبتها من 100% إلى 94% في السنة الأولى ثم إلى 91% في السنة الثانية تتصرف بشكل طبيعي. الخلية التي حافظت على نسبة 97% لمدة ثمانية عشر شهرًا ثم انخفضت إلى 88% خلال ثلاثة أشهر، تعاني من خلل ما داخليًا. ربما تم اكتشاف عيب في التصنيع أخيرًا. ربما تم طهيها أثناء موجة الحر عندما كان نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) معطلاً للصيانة.

تعتبر الكفاءة الكولومية مهمة بالنسبة للخلايا التي تقوم بدورات متكررة. قد تشهد أنظمة تخزين الشبكة 300 دورة في السنة. قد يدفع مركز الشحن السريع للمركبة الكهربائية الخلايا إلى 500 أو 600. إذا كانت الخلية ترجع 99.1% مما تضعه بدلاً من 99.7%، فهذا يعني أن شيئًا ما يستهلك الليثيوم داخليًا. عادة نمو SEI. في بعض الأحيان يتم طلاء الليثيوم إذا تم شحن العبوة في الطقس البارد دون التسخين المسبق المناسب.

لقد رأيت المزيد من حالات فشل البطارية التي يتم إلقاء اللوم فيها على الخلايا السيئة عندما كان السبب الحقيقي هو التصميم الحراري السيئ. خزانة في شمس الظهيرة المباشرة. مروحة تبريد تعطلت ولم يلاحظها أحد لمدة أسبوعين. فتحات السحب مسدودة بسبب غبار المستودعات.

درجة حرارة الخلية أثناء الشحن مهمة أكثر من درجة الحرارة المحيطة. قد تعمل الحزمة التي يتم شحنها عند 0.5 درجة مئوية على تشغيل 8 أو 10 درجات مئوية فوق البيئة المحيطة. نفس الحزمة عند 1C يمكن أن تصل إلى 20 درجة أعلاه. الآن اضرب ذلك عبر مئات الدورات.

كان لدينا عميل في ولاية نيفادا يشكو من فقدان السعة المبكرة في السنة الثانية من التشغيل. تبين أن منشأتهم تواجه الغرب. قامت شمس الصيف في وقت متأخر بعد الظهر بتسخين الطرف الجنوبي من غرفة البطارية إلى 95 درجة فهرنهايت بينما بقي الطرف الشمالي عند 78 درجة فهرنهايت. وكانت الخلايا الموجودة في الطرف الساخن تتقدم في السن بسرعة مضاعفة تقريبًا. لقد اكتشفت الصيانة التنبؤية هذا الاختلاف، لكن الضرر كان قد حدث بالفعل بحلول الوقت الذي نظر فيه أي شخص إلى البيانات على محمل الجد.

إن تشغيل التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية على نظام حي ليس عمليًا بالنسبة لمعظم المشغلين. تكلف المعدات أموالاً حقيقية وتحتاج إلى شخص يعرف كيفية تفسير النتائج.

ما تفعله معظم المواقع بدلاً من ذلك هو تتبع مقاومة التيار المستمر أثناء التشغيل العادي. قياس ترهل الجهد تحت الحمل. قارنه بالقياسات الأساسية من التشغيل. الخلية التي تظهر مقاومة أعلى بنسبة 40% من الخلايا المجاورة لها تخبرك بشيء ما.

تقوم بعض منصات BMS بحساب المقاومة تلقائيًا من أحداث الشحن والتفريغ. تختلف الدقة. لقد رأيت أنظمة تنجح في تحقيق ذلك في حدود 5% وأنظمة تعطيك القمامة لأنها تقوم بأخذ العينات في اللحظات الخاطئة من الدورة.

BMS operation inside the EV.

عتبة الصحة 80% تتكرر في كل مكان وكأنها نزلت من جبل على ألواح حجرية. قرارات الاستبدال الحقيقية أكثر فوضوية.

قد يقوم نظام تخزين الشبكة الذي يحصل على أموال مقابل السعة بتبديل الوحدات بنسبة 82% لأن خسارة الإيرادات الناتجة عن انخفاض الإنتاج تتجاوز تكلفة الوحدة. قد يؤدي تركيب الطاقة الاحتياطية في مركز البيانات إلى تشغيل الخلايا بنسبة تصل إلى 70% لأنها لا يتم تفريغها إلا عدة مرات في السنة أثناء انقطاع التيار.

شروط الضمان تدفع الكثير من القرارات. تضمن معظم الشركات المصنعة للخلايا سعة تصل إلى 70% أو 80% في بعض دورات العد. إذا أظهرت بياناتك أن الوحدة ستنخفض إلى ما دون حد الضمان قبل ستة أشهر، فإن هذه المحادثة مع المورد الخاص بك تصبح أكثر إثارة للاهتمام.

يبيع كبار اللاعبين حزم التحليلات التي تعد بالتعلم الآلي والرؤى المستندة إلى الذكاء الاصطناعي-. بعض منه مفيد. الكثير منها عبارة عن خطوط اتجاه ذات رسومات خيالية.

ما يساعد بالفعل هو تنظيم البيانات التاريخية بطريقة تتيح لك مقارنة الأنظمة المماثلة. إذا قمت بتشغيل خمس عشرة حاوية بطارية متماثلة وكانت إحداها تتقدم في العمر بشكل أسرع من غيرها، فأنت تريد أن تعرف ذلك. إذا كانت مجموعة الخلايا 2847 من المورد الخاص بك تظهر مشكلات عبر مواقع متعددة، فأنت تريد حقًا معرفة ذلك.

متطلبات تخزين البيانات ليست تافهة. يؤدي تسجيل مستوى الخلية-بفواصل زمنية-ثانية واحدة إلى توليد حوالي 2 جيجا بايت لكل ميجاوات-ساعة سنويًا. يأخذ معظم المشغلين عينات أقل بشكل متكرر للحفاظ على انخفاض تكاليف التخزين، ولكن بعد ذلك تفوت الأحداث العابرة.

General flowchart of the BMS.

لا يمكن للصيانة التنبؤية إصلاح الخلايا السيئة. لا يمكن التراجع عن الضرر الحراري. لا يمكن أن يعوض عن منشأة تم تصميمها بشكل سيء.

ما يمكنه فعله هو إعطاؤك مهلة زمنية. الوحدة التي كان من الممكن أن تفشل خلال حدث ذروة الطلب الصيفي تفشل بدلاً من ذلك خلال فترة الصيانة المخطط لها في أبريل. قد يوفر عليك هذا الاختلاف دفع غرامة أو مطالبة تأمين.

المواقع التي تحصل على قيمة حقيقية من الصيانة التنبؤية هي تلك التي تعمل فعليًا على البيانات. لقد قمت بالتجول في مرافق بها لوحات معلومات جميلة تعرض جميع أنواع التحذيرات التي لم ينظر إليها أحد منذ أشهر. هذه ليست صيانة تنبؤية. هذا هو اكتناز البيانات باهظة الثمن.