سیستم مدیریت باتری (BMS) چیست؟

سیستم مدیریت باتری (BMS) یک فناوری است که به طور خاص برای نظارت بر بسته‌های باتری طراحی شده است، که اجزای سلول باتری هستند که به طور الکتریکی در پیکربندی ماتریس ستون ردیفی سازماندهی شده‌اند تا محدوده هدفی از ولتاژ و جریان را برای شرایط بار مورد انتظار در یک دوره زمانی ارائه دهند. .

نظارت ارائه شده توسط BMS معمولاً شامل موارد زیر است:

• مانیتورینگ باتری

• محافظت از باتری را فراهم کنید

• وضعیت کارکرد باتری را تخمین بزنید

• بهینه سازی مداوم عملکرد باتری

• گزارش وضعیت عملیاتی به دستگاه های خارجی

در اینجا، اصطلاح "باتری' به معنی کل بسته باتری است. با این حال، عملکردهای نظارت و کنترل به طور خاص برای باتری‌های منفرد یا بسته‌های باتری که به عنوان ماژول‌ها در کل مجموعه باتری شناخته می‌شوند، اعمال می‌شوند. باتری های قابل شارژ لیتیوم یون دارای بالاترین چگالی انرژی هستند و انتخاب استاندارد برای بسیاری از بسته های باتری مصرف کننده، از لپ تاپ تا خودروهای برقی هستند. اگرچه عملکرد خوبی دارند، اما اگر خارج از منطقه عملیاتی ایمن معمولی (SOA) کار کنند، می‌توانند کاملاً بی‌رحم باشند، که نتایج آن از آسیب رساندن به عملکرد باتری تا عواقب کاملاً خطرناک را شامل می‌شود. شرح شغل BMS بدون شک چالش برانگیز است، زیرا پیچیدگی کلی و دامنه نظارت آن ممکن است شامل رشته های مختلفی مانند برق، دیجیتال، کنترل، حرارتی و هیدرولیک باشد.

سیستم مدیریت باتری چگونه کار می کند؟

هیچ استاندارد ثابت یا منحصر به فردی وجود ندارد که باید برای سیستم های مدیریت باتری اتخاذ شود. محدوده طراحی فنی و ویژگی های اجرا معمولاً به موارد زیر مربوط می شود:

• هزینه، پیچیدگی و اندازه بسته های باتری

• استفاده از باتری ها و هر گونه مسائل ایمنی، طول عمر و گارانتی

• الزامات صدور گواهینامه مقررات مختلف دولتی، اگر اقدامات ایمنی عملکردی وجود نداشته باشد، هزینه و جریمه ها بسیار مهم است.

BMS دارای عملکردهای طراحی بسیاری است و مدیریت حفاظت بسته باتری و مدیریت ظرفیت دو عملکرد اساسی هستند. در اینجا به نحوه عملکرد این دو تابع خواهیم پرداخت. دو حوزه کلیدی برای مدیریت حفاظت بسته باتری وجود دارد: حفاظت الکتریکی، به این معنی که باتری ها در صورت استفاده خارج از SOA مجاز نیستند آسیب ببینند. حفاظت حرارتی، که شامل کنترل غیرفعال و/یا فعال دما برای حفظ یا آوردن بسته باتری به SOA است.

حفاظت مدیریت الکتریکی: جریان

نظارت بر جریان بسته باتری و ولتاژ باتری یا ماژول راهی برای دستیابی به حفاظت الکتریکی است. SOA الکتریکی هر سلول باتری توسط جریان و ولتاژ محدود می شود. شکل 1 یک باتری لیتیوم یون معمولی SOA را نشان می دهد، که در آن یک BMS با طراحی خوب از بسته باتری با جلوگیری از کارکرد خارج از رده بندی باتری سازنده محافظت می کند. در بسیاری از موارد، کاهش بیشتر را می توان در منطقه ایمنی SOA برای افزایش عمر باتری اعمال کرد.

باتری‌های لیتیوم یونی دارای محدودیت‌های جریان شارژ و محدودیت‌های جریان تخلیه متفاوت هستند و هر دو حالت می‌توانند جریان‌های پیک بالاتری را تحمل کنند، حتی اگر زمان کوتاه باشد. سازندگان باتری به طور معمول حداکثر محدودیت جریان شارژ و دشارژ مداوم و همچنین محدودیت ولتاژ حداکثر شارژ و دشارژ را مشخص می کنند. BMS که حفاظت جریان را فراهم می کند قطعاً حداکثر جریان پیوسته را اعمال می کند. با این حال، تغییرات ناگهانی در شرایط بار ممکن است قبل از این در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، شتاب ناگهانی خودروهای الکتریکی. BMS می تواند نظارت بر جریان اوج را با یکپارچه سازی جریان و تصمیم به کاهش جریان موجود یا قطع کامل جریان گروه پس از زمان Δ ترکیب کند. این به BMS امکان می‌دهد تقریباً آنی به پیک‌های شدید جریان، مانند موقعیت‌های اتصال کوتاه که توجه فیوز ساکنین را جلب نمی‌کنند، حساسیت داشته باشد، اما می‌تواند تا زمانی که برای مدت طولانی بیش از حد نباشد، تقاضاهای پیک بالا را نیز تحمل کند.

حفاظت مدیریت الکتریکی: ولتاژ

شکل 2 نشان می دهد که باتری های لیتیوم یونی باید در محدوده ولتاژ خاصی کار کنند. این مرزهای SOA در نهایت توسط خواص شیمیایی ذاتی باتری لیتیوم یونی انتخاب شده و دمای باتری در هر زمان مشخص تعیین می شود. علاوه بر این، به دلیل حجم زیاد چرخه جریان، تخلیه به دلیل تقاضای بار، و شارژ از منابع مختلف انرژی که هر بسته باتری تحت آن قرار می‌گیرد، این محدودیت‌های ولتاژ SOA اغلب برای بهینه‌سازی عمر باتری محدودتر می‌شوند. BMS باید بداند این محدودیت ها چیست و بر اساس نزدیکی این آستانه ها تصمیم گیری کند. به عنوان مثال، هنگام نزدیک شدن به حد مجاز ولتاژ بالا، BMS می تواند تقاضای کاهش تدریجی جریان شارژ کند، یا در صورت رسیدن به حد مجاز، می تواند درخواست خاتمه کامل جریان شارژ کند. با این حال، این محدودیت اغلب با ملاحظات پسماند ولتاژ ذاتی اضافی برای جلوگیری از نوسانات کنترل در مورد آستانه خاموشی همراه است. از سوی دیگر، هنگام نزدیک شدن به حد ولتاژ پایین، BMS بارهای غیر منطبق فعال بحرانی را درخواست می کند تا تقاضای فعلی خود را کاهش دهد. در مورد خودروهای برقی، این امر با کاهش گشتاور مجاز در دسترس برای موتور کششی قابل دستیابی است. البته، BMS باید ایمنی راننده را در اولویت قرار دهد و بسته باتری را از آسیب دائمی محافظت کند.

حفاظت مدیریت حرارتی: دما

در سطح، باتری‌های لیتیوم یونی محدوده دمای عملیاتی گسترده‌ای دارند، اما به دلیل سرعت واکنش شیمیایی به طور قابل توجهی کندتر، ظرفیت کلی باتری در دماهای پایین کاهش می‌یابد. از نظر توانایی در دماهای پایین، عملکرد آنها در واقع بسیار بهتر از باتری های سرب اسید یا NiMh است. با این حال، مدیریت دما بسیار مهم است زیرا شارژ کردن زیر 0 درجه سانتیگراد (32 درجه فارنهایت) از نظر فیزیکی مشکل دارد. در طول شارژ زیر انجماد، پدیده آبکاری لیتیوم فلزی ممکن است روی آند رخ دهد. این یک آسیب دائمی است که نه تنها منجر به کاهش ظرفیت می شود، بلکه در صورت قرار گرفتن در معرض لرزش یا سایر شرایط استرس، احتمال خرابی باتری را افزایش می دهد. BMS می تواند دمای بسته باتری را از طریق گرمایش و سرمایش کنترل کند.

اجرای مدیریت حرارتی کاملاً به اندازه و هزینه بسته باتری، اهداف عملکرد، استانداردهای طراحی BMS و واحدهای محصول بستگی دارد که ممکن است شامل ملاحظاتی برای منطقه جغرافیایی هدف باشد. صرف نظر از نوع بخاری، معمولاً استخراج انرژی از یک منبع برق AC خارجی یا از باتری‌های ساکن جایگزین که برای کارکرد بخاری در صورت نیاز استفاده می‌شوند، کارآمدتر است. با این حال، اگر بخاری برقی مصرف جریان متوسطی داشته باشد، انرژی از بسته باتری اصلی می تواند برای گرم کردن خود سیفون شود. اگر از یک سیستم هیدرولیک گرم استفاده می شود، از یک بخاری برقی برای گرم کردن مایع خنک کننده پمپ شده و توزیع شده در کل قطعه استفاده می شود.

بدون شک، مهندسان طراح BMS مهارت هایی در صنعت طراحی دارند تا انرژی حرارتی را در بسته های باتری چکه کنند. به عنوان مثال، دستگاه های الکترونیکی مختلف قدرت که به مدیریت ظرفیت در BMS اختصاص داده شده اند، می توانند روشن شوند. اگرچه به اندازه گرمایش مستقیم کارآمد نیست، اما همچنان می توان از آن بدون توجه به هر چیزی استفاده کرد. خنک کننده به ویژه برای به حداقل رساندن افت عملکرد بسته های باتری لیتیوم یون مهم است. برای مثال، شاید یک باتری معین در دمای 20 درجه سانتیگراد بهترین عملکرد را داشته باشد. اگر دمای بسته بندی به 30 درجه سانتیگراد افزایش یابد، راندمان عملکرد آن ممکن است 20٪ کاهش یابد. اگر بسته باتری به طور مداوم در دمای 45 درجه سانتیگراد (113 درجه فارنهایت) شارژ و شارژ شود، افت عملکرد ممکن است به 50٪ برسد. اگر به طور مداوم در معرض محیط های بیش از حد گرم شده باشد، به ویژه در طول چرخه های شارژ و دشارژ سریع، عمر باتری نیز ممکن است کهنه و زودتر از موعد کاهش یابد. خنک سازی معمولاً از طریق دو روش غیرفعال یا فعال حاصل می شود و می توان از هر دو روش استفاده کرد. خنک کننده غیرفعال به حرکت جریان هوا برای خنک کردن باتری متکی است. در مورد وسایل نقلیه الکتریکی، این بدان معناست که آنها فقط در جاده ها رانندگی می کنند. با این حال، ممکن است پیچیده‌تر از آن چیزی باشد که به نظر می‌رسد، زیرا سنسور سرعت هوا را می‌توان با هم ادغام کرد تا به طور خودکار سد هوای انحرافی را برای به حداکثر رساندن جریان هوا تنظیم کند. اجرای فن‌های کنترل‌شده با دمای فعال ممکن است در سرعت‌های پایین یا زمانی که خودرو متوقف می‌شود مفید باشد، اما همه اینها فقط برای حفظ بسته باتری در دمای محیط اطراف است. اگر هوا گرم باشد، ممکن است دمای اولیه بسته بندی افزایش یابد. خنک کننده فعال هیدرولیک گرم را می توان به عنوان یک سیستم تکمیلی طراحی کرد که معمولاً از خنک کننده اتیلن گلیکول با نسبت اختلاط مشخص استفاده می کند که از طریق لوله ها/شلنگ ها، منیفولدهای توزیع، مبدل های حرارتی جریان متقاطع (رادیاتورها) و صفحات خنک کننده در برابر اجزای بسته باتری با استفاده از یک الکتریکی به گردش در می آید. پمپ BMS دمای کل بسته باتری را کنترل می کند و دریچه های مختلف را باز و بسته می کند تا دمای کل باتری را در محدوده دمایی باریکی حفظ کند تا از عملکرد بهینه باتری اطمینان حاصل کند.

مدیریت ظرفیت

به حداکثر رساندن ظرفیت بسته باتری را می توان یکی از مهمترین ویژگی های عملکرد باتری ارائه شده توسط BMS در نظر گرفت. اگر این تعمیر و نگهداری انجام نشود، بسته باتری در نهایت ممکن است بی فایده شود. ریشه مشکل در این واقعیت نهفته است که "انباشته شدن" بسته‌های باتری (آرایه‌های سری باتری) کاملاً برابر نیست و اساساً میزان نشتی یا خود تخلیه خود کمی متفاوت است. نشتی یک نقص سازنده نیست، بلکه خواص شیمیایی باتری است، اگرچه ممکن است از نظر آماری تحت تأثیر تغییرات جزئی فرآیند تولید باشد. در ابتدا، بسته‌های باتری ممکن است باتری‌های همسانی داشته باشند، اما با گذشت زمان، شباهت بین باتری‌ها بیشتر کاهش می‌یابد، نه تنها به دلیل تخلیه خود به خود، بلکه تحت تأثیر چرخه‌های شارژ/دشارژ، افزایش دما، و پیری کلی تقویم نیز قرار دارد. با در نظر گرفتن این موضوع، با یادآوری بحث قبلی، باتری‌های لیتیوم یونی عملکرد خوبی دارند، اما اگر خارج از SOA سخت‌گیرانه کار کنند، ممکن است کاملاً بی‌رحم باشند. ما قبلاً در مورد حفاظت الکتریکی مورد نیاز آموخته ایم، زیرا باتری های لیتیوم یونی نمی توانند شارژ بیش از حد را به خوبی تحمل کنند. پس از شارژ کامل، آنها نمی توانند جریان بیشتری را بپذیرند، هر انرژی اضافی به گرما تبدیل می شود و ولتاژ ممکن است به سرعت افزایش یابد و به طور بالقوه به سطوح خطرناکی برسد. این وضعیت سالمی برای سلول ها نیست و در صورت تداوم، ممکن است باعث آسیب دائمی و شرایط عملیاتی ناایمن شود.

اتصال سری آرایه های باتری ولتاژ کل بسته باتری را تعیین می کند و عدم تطابق بین باتری های مجاور می تواند هنگام تلاش برای شارژ هر بسته باتری مشکلاتی ایجاد کند. شکل 3 نشان می دهد که چرا این اتفاق می افتد. اگر فردی مجموعه ای کاملا متعادل از باتری ها داشته باشد، پس همه چیز خوب است زیرا هر باتری به طور مساوی شارژ می شود و با رسیدن به آستانه بالای ولتاژ 4.{2}} می توان جریان شارژ را قطع کرد. با این حال، در شرایط نامتعادل، باتری بالا زودتر از موعد به حد شارژ خود می رسد و جریان شارژ انشعاب باید قبل از شارژ شدن سایر باتری های پایین به ظرفیت کامل خاتمه یابد.

برای نشان دادن اصل کار آن، یک تعریف کلیدی باید توضیح داده شود. وضعیت شارژ (SOC) یک باتری یا ماژول در یک زمان معین به طور مستقیم با توان موجود نسبت به توان کل در هنگام شارژ کامل متناسب است. بنابراین، یک باتری در 50٪ SOC به این معنی است که 50٪ شارژ شده است، مشابه ضریب کیفیت یک متر قدرت. مدیریت ظرفیت BMS برای متعادل کردن تغییرات SOC هر پشته در بسته باتری است. از آنجایی که SOC یک کمیت مستقیم قابل اندازه گیری نیست، می توان آن را از طریق تکنیک های مختلف تخمین زد و خود طرح متعادل معمولاً به دو دسته تقسیم می شود: غیرفعال و فعال. تم ها تنوع زیادی دارند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. مهندس طراح BMS تصمیم می گیرد که کدام یک برای بسته باتری داده شده و کاربرد آن مناسب تر است. تعادل غیرفعال ساده ترین راه برای دستیابی است و همچنین می تواند مفهوم کلی تعادل را توضیح دهد. روش‌های غیرفعال به هر باتری در بسته باتری اجازه می‌دهد که ظرفیت شارژی مشابه ضعیف‌ترین باتری را داشته باشد. از جریان نسبتاً کم برای انتقال مقدار کمی انرژی از باتری های SOC بالا در طول چرخه شارژ استفاده می کند، به طوری که همه باتری ها می توانند تا حداکثر SOC خود شارژ شوند. شکل 4 نشان می دهد که چگونه BMS به این امر دست می یابد. هر باتری را نظارت می کند و از سوئیچ های ترانزیستوری و مقاومت های تخلیه مناسب به موازات هر باتری استفاده می کند. هنگامی که BMS تشخیص می دهد که یک باتری معین به حد مجاز شارژ خود نزدیک می شود، جریان اضافی اطراف آن را به روشی از بالا به پایین به باتری بعدی زیر هدایت می کند.

نقاط پایانی فرآیند تعادل قبل و بعد در شکل 5 نشان داده شده است. به طور خلاصه، BMS به باتری ها یا ماژول های موجود در بسته باتری اجازه می دهد تا جریان های شارژ متفاوت از جریان بسته باتری را مشاهده کنند تا بسته باتری را از طریق یکی از موارد زیر متعادل کنند. روش ها:

حذف شارژ از باتری هایی که بیشترین شارژ را دارند فضای بیشتری را برای جریان شارژ اضافی فراهم می کند تا از شارژ بیش از حد جلوگیری شود و به باتری های با شارژ کمتر اجازه می دهد تا جریان شارژ بیشتری دریافت کنند.

جابه‌جایی بخشی یا تقریباً تمام جریان شارژ در اطراف باتری‌هایی که بیشترین شارژ را دارند، به باتری‌های با شارژ کمتر اجازه می‌دهد جریان شارژ را برای مدت زمان طولانی‌تری دریافت کنند.

انواع سیستم های مدیریت باتری

سیستم مدیریت باتری می تواند فناوری های مختلفی از ساده تا پیچیده را برای دستیابی به دستورالعمل های اصلی خود یعنی "مراقبت از باتری" اتخاذ کند. با این حال، این سیستم ها را می توان بر اساس توپولوژی آنها طبقه بندی کرد که مربوط به نصب و عملکرد آنها بر روی باتری ها یا ماژول های کل بسته باتری است.

معماری متمرکز BMS

یک BMS مرکزی در مجموعه بسته باتری وجود دارد. تمام بسته های باتری به طور مستقیم به BMS مرکزی متصل می شوند. ساختار BMS متمرکز در شکل 6 نشان داده شده است. BMS متمرکز دارای مزایایی است. فشرده تر و اغلب مقرون به صرفه ترین است زیرا تنها یک BMS وجود دارد. با این حال، BMS متمرکز نیز دارای اشکالاتی است. با توجه به اینکه تمام باتری ها مستقیماً به BMS متصل هستند، BMS به پورت های زیادی برای اتصال تمام بسته های باتری نیاز دارد. به این معنی که تعداد زیادی سیم، کابل، کانکتور و غیره در بسته های باتری بزرگ وجود دارد که عیب یابی و تعمیر و نگهداری را پیچیده می کند.

توپولوژی مدولار BMS

مشابه پیاده‌سازی متمرکز، BMS به چندین ماژول تکراری تقسیم می‌شود که هر کدام دارای یک بسته سیم اختصاصی است و به قسمت‌های تعیین‌شده مجاور بسته باتری متصل می‌شود. شکل 7 را ببینید. در برخی موارد، این زیر ماژول های BMS ممکن است تحت نظارت ماژول اصلی BMS باشند که وظیفه آن نظارت بر وضعیت زیر ماژول ها و برقراری ارتباط با دستگاه های جانبی است. به دلیل ماژولارسازی مکرر، عیب یابی و نگهداری آسان تر است و همچنین به راحتی می توان آن را به بسته های باتری بزرگتر گسترش داد. نقطه ضعف این است که هزینه کلی کمی بالاتر است و بسته به برنامه ممکن است ویژگی های تکراری استفاده نشده وجود داشته باشد.

BMS اولیه / ثانویه

با این حال، از نظر مفهومی مشابه توپولوژی مدولار، در این مورد، دستگاه‌های برده فقط به انتقال اطلاعات اندازه‌گیری محدود می‌شوند، در حالی که دستگاه‌های اصلی به محاسبات و کنترل و همچنین ارتباطات خارجی اختصاص داده شده‌اند. بنابراین، اگرچه شبیه به انواع ماژولار است، اما ممکن است هزینه کمتر باشد زیرا عملکرد دستگاه اغلب ساده‌تر است، سربار ممکن است کمتر باشد و ممکن است ویژگی‌های استفاده نشده کمتری وجود داشته باشد.

معماری BMS توزیع شده

بر خلاف توپولوژی های دیگر، در توپولوژی های دیگر، سخت افزار و نرم افزار الکترونیکی در ماژول هایی کپسوله می شوند که از طریق دسته سیم ها به باتری متصل می شوند. BMS توزیع شده تمام سخت افزارهای الکترونیکی را روی یک برد کنترلی که مستقیماً روی باتری یا ماژول نظارت شده قرار می گیرد یکپارچه می کند. این باعث کاهش سیم کشی گسترده چند سیم حسگر و سیم های ارتباطی بین ماژول های BMS مجاور می شود. بنابراین، هر BMS مستقل تر است و محاسبات و ارتباطات را در صورت نیاز انجام می دهد. با این حال، با وجود این سادگی آشکار، این فرم یکپارچه عیب یابی و تعمیر و نگهداری را به یک مشکل بالقوه تبدیل می کند زیرا در اعماق اجزای ماژول محافظ قرار دارد. هزینه اغلب بالاتر است زیرا BMS بیشتری در کل ساختار بسته باتری وجود دارد.

اهمیت سیستم مدیریت باتری

در BMS، ایمنی عملکردی از همه مهمتر است. جلوگیری از تجاوز ولتاژ، جریان و دمای هر باتری یا ماژول تحت نظارت و کنترل از حد تعیین شده SOA در طول عملیات شارژ و دشارژ بسیار مهم است. اگر برای مدتی از حد مجاز فراتر رود، نه تنها بسته‌های باتری بالقوه گران قیمت تحت تأثیر قرار خواهند گرفت، بلکه ممکن است موقعیت‌های فرار حرارتی خطرناکی نیز وجود داشته باشد. علاوه بر این، برای محافظت از باتری‌های لیتیوم یون و اطمینان از ایمنی عملکرد، نظارت دقیق بر محدودیت‌های آستانه ولتاژ پایین نیز لازم است. اگر باتری‌های لیتیوم یونی در این حالت ولتاژ پایین نگه داشته شوند، دندریت‌های مس ممکن است در نهایت روی آند رشد کنند که می‌تواند منجر به افزایش نرخ تخلیه خود و مشکلات ایمنی بالقوه شود. هزینه چگالی انرژی بالا در سیستم های قدرت لیتیوم یون این است که تقریباً جایی برای خطاهای مدیریت باتری وجود ندارد. به لطف بهبود در باتری‌های BMS و لیتیوم یون، این یکی از موفق‌ترین و ایمن‌ترین مواد شیمیایی موجود در باتری است.

عملکرد بسته باتری دومین عملکرد مهم BMS است که شامل مدیریت الکتریکی و حرارتی است. برای بهینه‌سازی ظرفیت کلی باتری از نظر الکتریکی، تمام باتری‌های بسته باتری باید متعادل باشند، به این معنی که SOC باتری‌های مجاور در کل قطعه تقریباً برابر است. این بسیار مهم است زیرا نه تنها به ظرفیت باتری بهینه دست می یابد، بلکه به جلوگیری از تخریب گسترده و کاهش نقاط داغ بالقوه برای شارژ بیش از حد باتری های ضعیف کمک می کند. باتری های لیتیوم یونی باید از تخلیه کمتر از حد ولتاژ پایین اجتناب کنند، زیرا ممکن است منجر به اثرات حافظه و کاهش قابل توجه ظرفیت شود. فرآیندهای الکتروشیمیایی به دما بسیار حساس هستند و باتری ها نیز از این قاعده مستثنی نیستند. هنگامی که دمای محیط کاهش می یابد، ظرفیت و انرژی باتری موجود به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. بنابراین، BMS می‌تواند بخاری‌های آنلاین خارجی واقع در سیستم‌های خنک‌کننده مایع مانند بسته‌های باتری خودروهای الکتریکی را متصل کند یا صفحات گرمایش ساکن را که در زیر ماژول‌های بسته باتری در هلیکوپترها یا سایر هواپیماها نصب شده‌اند، روشن کند. علاوه بر این، از آنجایی که شارژ باتری های لیتیوم یونی با دمای پایین برای عملکرد طول عمر باتری مفید نیست، مهم است که ابتدا دمای باتری را به طور کامل افزایش دهید. بیشتر باتری‌های لیتیوم یونی را نمی‌توان به سرعت زیر 5 درجه سانتی‌گراد شارژ کرد و اصلاً نباید زیر 0 درجه سانتی‌گراد شارژ شوند. برای دستیابی به عملکرد بهینه در طول استفاده معمولی عملیاتی، مدیریت حرارتی BMS معمولاً تضمین می‌کند که باتری در محدوده کار می‌کند. یک منطقه عملیاتی باریک Goldilocks (مثلا 30-35 درجه سانتیگراد). این می تواند از عملکرد محافظت کند، طول عمر را افزایش دهد و بسته های باتری سالم و قابل اعتماد را پرورش دهد.

مزایای سیستم مدیریت باتری

یک سیستم ذخیره انرژی کامل باتری، که معمولاً با نام BESS شناخته می‌شود، می‌تواند به صورت استراتژیک از ده‌ها، صدها یا حتی هزاران باتری لیتیوم یونی، بسته به کاربرد، مونتاژ شود. ولتاژ نامی این سیستم ها ممکن است کمتر از 100 ولت باشد، اما ممکن است به 800 ولت برسد، با محدوده جریان منبع تغذیه بسته باتری تا 300 آمپر یا بیشتر. هرگونه مدیریت ضعیف بسته های باتری ولتاژ بالا می تواند منجر به بلایای فاجعه باری شود که زندگی را به خطر می اندازد. بنابراین، BMS برای اطمینان از عملکرد ایمن بسیار مهم است. مزایای BMS را می توان به صورت زیر خلاصه کرد.

ایمنی عملکردیناگفته نماند که برای بسته های باتری لیتیوم یونی با اندازه بزرگ، این امر به ویژه محتاطانه و ضروری است. اما همانطور که مشخص است، حتی فرمت‌های کوچک‌تر مورد استفاده در لپ‌تاپ‌ها می‌توانند آتش بگیرند و آسیب قابل توجهی به بار آورند. ایمنی شخصی کاربران محصولات حاوی سیستم های قدرت لیتیوم-یون جای کمی برای خطاهای مدیریت باتری باقی می گذارد.

طول عمر و قابلیت اطمینان.مدیریت حفاظت بسته باتری، الکتریکی و حرارتی، حصول اطمینان از اینکه تمام باتری ها در چارچوب الزامات SOA اعلام شده استفاده می شوند. این نظارت ظریف، استفاده ایمن و چرخه‌های شارژ و دشارژ سریع باتری را تضمین می‌کند و به ناچار یک سیستم پایدار ایجاد می‌کند که ممکن است سال‌ها خدمات قابل اعتماد ارائه دهد.

عملکرد و دامنه.مدیریت ظرفیت بسته باتری BMS، که از تعادل بین باتری برای متعادل کردن SOC باتری‌های مجاور در اجزای بسته باتری استفاده می‌کند و ظرفیت باتری بهینه را ممکن می‌سازد. بدون این عملکرد BMS برای در نظر گرفتن تغییرات در تخلیه خود، چرخه شارژ/دشارژ، اثرات دما و پیری عمومی، بسته باتری ممکن است در نهایت بی فایده شود.

تشخیص، جمع آوری داده ها و ارتباطات خارجی.وظیفه نظارت شامل نظارت مداوم بر تمام سلول‌های باتری است، جایی که ثبت داده‌ها می‌تواند برای تشخیص استفاده شود، اما معمولاً برای کارهای محاسباتی برای پیش‌بینی SOC همه باتری‌ها در قطعه استفاده می‌شود. این اطلاعات برای متعادل کردن الگوریتم‌ها استفاده می‌شود، اما می‌توان آن را با دستگاه‌ها و نمایشگرهای خارجی به اشتراک گذاشت تا انرژی ساکن در دسترس را نشان دهد، محدوده مورد انتظار یا برد/طول عمر را بر اساس مصرف فعلی تخمین بزند، و وضعیت سلامت بسته باتری را ارائه دهد.

کاهش هزینه ها و گارانتی.معرفی BMS در BESS هزینه ها را افزایش می دهد و بسته باتری گران و بالقوه خطرناک است. هرچه سیستم پیچیده تر باشد، الزامات امنیتی بالاتری دارد، بنابراین نیاز به نظارت بیشتر BMS دارد. با این حال، حفاظت و نگهداری پیشگیرانه BMS از نظر ایمنی عملکرد، طول عمر و قابلیت اطمینان، عملکرد و دامنه، تشخیص و غیره تضمین می کند که هزینه های کلی، از جمله هزینه های مربوط به گارانتی را کاهش می دهد.

نتیجه گیری

شبیه سازی یک متحد ارزشمند در طراحی BMS است، به خصوص زمانی که برای کشف و حل چالش های طراحی در توسعه سخت افزار، نمونه سازی اولیه و آزمایش استفاده شود. با یک مدل باتری لیتیوم یون دقیق، مدل شبیه سازی معماری BMS به عنوان یک مشخصات اجرایی برای نمونه های اولیه مجازی شناخته می شود. علاوه بر این، شبیه سازی امکان بررسی بی دردسر انواع عملکردهای نظارت بر BMS را برای سناریوهای مختلف باتری و محیطی فراهم می کند. مسائل پیاده‌سازی را می‌توان در مراحل اولیه شناسایی و بررسی کرد، که امکان اعتبارسنجی عملکرد و بهبود ایمنی عملکردی را قبل از پیاده‌سازی بر روی نمونه‌های اولیه سخت‌افزاری واقعی فراهم می‌کند. این امر زمان توسعه را کاهش می دهد و کمک می کند تا مطمئن شویم که اولین نمونه سخت افزاری قوی است. علاوه بر این، هنگامی که در برنامه های کاربردی سیستم جاسازی شده انجام می شود، بسیاری از تست های احراز هویت را می توان روی BMS و بسته های باتری انجام داد، از جمله بدترین سناریوها.