روندهای کاربرد و توسعه BMS حفاظت از باتری لیتیومی

حفاظت از باتری لیتیومی BMS، همچنین به عنوان سیستم مدیریت باتری شناخته می شود، یک جزء اصلی ضروری در بسته های باتری لیتیومی است.

شکل 1 برد محافظ باتری لیتیوم BMS

1. ترکیب BMS

BMS معمولاً از دو بخش سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است:

(1) بخش سخت افزاری:عمدتاً از حسگرها، کنترل‌کننده‌ها و رابط‌های متصل به بسته باتری تشکیل شده است که برای جمع‌آوری بی‌درنگ داده‌های مختلف باتری استفاده می‌شود.

(2) بخش نرم افزار:مسئول پردازش داده ها، محاسبه الگوریتم و کنترل تصمیم، دستیابی به مدیریت بهینه سیستم باتری از طریق تجزیه و تحلیل و پردازش داده ها.

2. توابع BMS

عملکرد BMS عمدتاً در جنبه های زیر منعکس می شود:

(1) محافظت از باتری:با نظارت بر پارامترهای بلادرنگ مانند ولتاژ، جریان و دمای باتری، از موقعیت های غیرعادی مانند شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد و گرم شدن بیش از حد جلوگیری می کند و در نتیجه از ایمنی سیستم باتری محافظت می کند.

(2) تعادل باتری:با کنترل شارژ و دشارژ متعادل سلول‌های باتری، می‌توان عملکرد کلی بسته باتری را بهبود بخشید و اطمینان حاصل کرد که هر سلول می‌تواند به طور کامل کار کند و طول عمر باتری را افزایش دهد.

(3) برآورد حالت:BMS ظرفیت باقیمانده (SOC) و وضعیت سلامت (SOH) باتری را از طریق الگوریتم‌های پیچیده تخمین می‌زند و اطلاعات دقیق وضعیت باتری را در اختیار کاربران قرار می‌دهد و از موقعیت‌های غیرمنتظره ناشی از تخمین نادرست وضعیت باتری جلوگیری می‌کند.

(4) تشخیص و جداسازی خطا:BMS می تواند وضعیت عملکرد سیستم باتری را در زمان واقعی نظارت کند. هنگامی که موقعیت‌های غیرعادی شناسایی می‌شوند، می‌تواند به سرعت پاسخ دهد، عیب‌ها را تشخیص داده و جدا کند و از قابلیت اطمینان سیستم باتری اطمینان حاصل کند.

3. اصل کار BMS

اصل کار BMS بر اساس سنسورهای دقیق، پردازش داده ها در زمان واقعی و الگوریتم های هوشمند است. به طور خاص، داده های مختلف باتری را در زمان واقعی از طریق سنسورهای مختلف مانند ولتاژ، جریان، دما و غیره جمع آوری می کند و این داده ها را به کنترل کننده منتقل می کند. کنترلر این داده ها را پردازش و تجزیه و تحلیل می کند و سپس استراتژی هایی را برای سیستم باتری بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل تنظیم و اجرا می کند. به عنوان مثال، هنگامی که باتری شارژ یا تخلیه بیش از حد را تجربه می کند، BMS بلافاصله اقداماتی را برای محافظت از آن انجام می دهد. هنگامی که بین سلول های باتری عدم تعادل وجود دارد، BMS کنترل شارژ و دشارژ متعادل را انجام می دهد.

4. سناریوهای کاربردی BMS

BMS به طور گسترده در زمینه های مختلفی که نیاز به منبع تغذیه باتری لیتیومی دارند، از جمله جنبه های زیر استفاده می شود:

(1) وسایل نقلیه الکتریکی و وسایل نقلیه هیبریدی:BMS در خودروهای برقی و خودروهای هیبریدی بسیار مهم است زیرا وضعیت بسته باتری را کنترل می کند، تعادل آن را در هنگام شارژ و دشارژ تضمین می کند، از تخلیه یا شارژ بیش از حد سلول های باتری جلوگیری می کند و عمر باتری را افزایش می دهد.

(2) سیستم های ذخیره سازی انرژی خانگی و صنعتی:BMS همچنین نقش مهمی در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خانگی یا صنعتی، نظارت بر وضعیت بسته‌های باتری، اطمینان از شارژ و دشارژ متعادل، بهینه‌سازی استفاده از انرژی، و کنترل ذخیره‌سازی و انتشار انرژی برای اطمینان از تامین انرژی پایدار در زمانی که انرژی تجدیدپذیر در دسترس نیست، ایفا می‌کند.

(3) دستگاه های تلفن همراه مانند هواپیماهای بدون سرنشین و روبات ها:در دستگاه‌های تلفن همراه مانند هواپیماهای بدون سرنشین و روبات‌ها، BMS عملکرد و طول عمر بسته‌های باتری را تضمین می‌کند، وضعیت باتری را نظارت می‌کند و مصرف باتری را بر اساس نیاز دستگاه بهینه می‌کند.

(4) دستگاه های الکترونیکی مصرف کننده:در گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی، BMS وظیفه مدیریت فرآیند شارژ و دشارژ باتری، جلوگیری از شارژ یا تخلیه بیش از حد باتری را بر عهده دارد، در نتیجه عمر باتری را افزایش داده و استفاده ایمن از دستگاه را تضمین می‌کند.

5. شماتیک کاربردی

این تصویر معماری پایه یک سیستم مدیریت باتری (BMS) را نشان می دهد. شکل عمدتا شامل بخش های زیر است:

(1) بسته باتری:که در گوشه سمت چپ پایین نمودار قرار دارد، منبع انرژی کل سیستم است.

(2) BMS IC (مدار یکپارچه سیستم مدیریت باتری):که در وسط نمودار قرار دارد، واحد کنترل هسته کل سیستم است که وظیفه نظارت و مدیریت وضعیت باتری را بر عهده دارد.

(3) شارژ ماسفت (ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلز):در بالای نمودار قرار دارد و از طریق یک رابط شارژ به یک منبع تغذیه خارجی متصل است و مسئول کنترل فرآیند شارژ باتری است.

(4) ماسفت تخلیه:واقع در پایین نمودار، از طریق یک رابط تخلیه به یک بار خارجی متصل است، که مسئول کنترل فرآیند تخلیه باتری است.

اصل کار کل سیستم این است که آی سی BMS وضعیت بسته باتری را کنترل می کند و باز و بسته شدن ماسفت شارژ و تخلیه ماسفت را با توجه به وضعیت باتری کنترل می کند و از این طریق به کنترل دقیق فرآیند شارژ و دشارژ باتری دست می یابد. اطمینان از استفاده ایمن و کارآمد از باتری.

این معماری معمولاً در دستگاه های الکترونیکی مختلفی که نیاز به باتری دارند، مانند وسایل نقلیه الکتریکی، پاوربانک ها، لپ تاپ ها و غیره استفاده می شود و می تواند به طور موثری عمر باتری ها را افزایش داده و کارایی آنها را بهبود بخشد.

6. نمودار توپولوژی BMS

این یک نمودار توپولوژی یک سیستم مدیریت باتری (BMS) است که BMS IC (مدار مجتمع سیستم مدیریت باتری) و اتصالات مربوط به آن را نشان می دهد.

(1) آی سی BMS:که در مرکز نمودار قرار دارد، واحد کنترل هسته کل سیستم است که وظیفه نظارت و مدیریت وضعیت باتری را بر عهده دارد.

(2) اتصال برق:

• VCC: متصل به قطب مثبت منبع تغذیه، از طریق یک سلف و دو خازن موازی برای اطمینان از ولتاژ منبع تغذیه پایدار فیلتر شده است.
• GND: متصل به قطب منفی منبع تغذیه، زمین مرجع برای کل سیستم است.

(3) سیگنال کنترل:

• DDR: متصل به یک عنصر سوئیچینگ، ممکن است برای کنترل فرآیند شارژ یا دشارژ باتری استفاده شود.
• CDR: متصل به عنصر سوئیچینگ دیگر، همچنین ممکن است برای کنترل فرآیند شارژ یا دشارژ باتری استفاده شود.

(4) اتصال باتری:

• P+: متصل به الکترود مثبت باتری که برای شارژ و دشارژ باتری استفاده می شود.
• P -: متصل به قطب منفی باتری، برای شارژ و دشارژ باتری استفاده می شود.

(5) CS (حس فعلی):با اتصال به یک سلف، ممکن است برای تشخیص جریان استفاده شود تا آی سی BMS بتواند جریان شارژ و دشارژ باتری را کنترل کند.

7. روند توسعه BMS

با پیشرفت مداوم فناوری، BMS نیز به طور مداوم در حال بهبود و تکمیل است. در آینده، BMS به سمت دقت، یکپارچگی و هوش بالاتر توسعه خواهد یافت. برای مثال، با استفاده از فناوری‌های حسگر و الگوریتم پیشرفته‌تر، BMS قادر خواهد بود به نظارت و تخمین دقیق‌تری از وضعیت باتری دست یابد. با استفاده از کنترلرها و فن آوری های رابط کارآمدتر، BMS قادر خواهد بود به پاسخ و کنترل سریعتر سیستم باتری دست یابد. با معرفی فناوری‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، BMS قادر خواهد بود به بهینه‌سازی تطبیقی ​​و تصمیم‌گیری هوشمند سیستم‌های باتری دست یابد.