बैटरी प्रबंधन प्रणाली क्या है?

परिभाषा

बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) एक बैटरी पैक की निगरानी के लिए समर्पित तकनीक है, जो बैटरी कोशिकाओं की एक असेंबली है, जो एक पंक्ति x कॉलम मैट्रिक्स कॉन्फ़िगरेशन में विद्युत रूप से व्यवस्थित होती है ताकि एक निश्चित अवधि के लिए वोल्टेज और करंट की लक्षित सीमा की डिलीवरी सक्षम हो सके। अपेक्षित लोड परिदृश्य।बीएमएस द्वारा प्रदान की जाने वाली निगरानी में आमतौर पर शामिल हैं:

• बैटरी की निगरानी करना
• बैटरी सुरक्षा प्रदान करना
• बैटरी की परिचालन स्थिति का अनुमान लगाना
• बैटरी प्रदर्शन को लगातार अनुकूलित करना
• बाहरी उपकरणों को परिचालन स्थिति की रिपोर्ट करना

यहां, "बैटरी" शब्द का तात्पर्य संपूर्ण पैक से है;हालाँकि, निगरानी और नियंत्रण कार्य विशेष रूप से व्यक्तिगत कोशिकाओं, या कोशिकाओं के समूहों पर लागू होते हैं जिन्हें समग्र बैटरी पैक असेंबली में मॉड्यूल कहा जाता है।लिथियम-आयन रिचार्जेबल कोशिकाओं में उच्चतम ऊर्जा घनत्व होता है और लैपटॉप से ​​लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों तक कई उपभोक्ता उत्पादों के लिए बैटरी पैक के लिए मानक विकल्प होते हैं।हालांकि वे शानदार प्रदर्शन करते हैं, लेकिन अगर उन्हें आम तौर पर सख्त सुरक्षित संचालन क्षेत्र (एसओए) के बाहर संचालित किया जाता है, तो वे अक्षम्य हो सकते हैं, जिसके परिणाम बैटरी के प्रदर्शन से समझौता करने से लेकर बेहद खतरनाक परिणाम तक हो सकते हैं।बीएमएस में निश्चित रूप से एक चुनौतीपूर्ण कार्य विवरण है, और इसकी समग्र जटिलता और निरीक्षण पहुंच इलेक्ट्रिकल, डिजिटल, नियंत्रण, थर्मल और हाइड्रोलिक जैसे कई विषयों तक फैली हो सकती है।

बैटरी प्रबंधन प्रणालियाँ कैसे काम करती हैं?

बैटरी प्रबंधन प्रणालियों में मानदंडों का कोई निश्चित या अद्वितीय सेट नहीं होता है जिसे अपनाया जाना चाहिए।प्रौद्योगिकी डिज़ाइन का दायरा और कार्यान्वित सुविधाएँ आम तौर पर इनसे संबंधित होती हैं:

• बैटरी पैक की लागत, जटिलता और आकार
• बैटरी का अनुप्रयोग और कोई भी सुरक्षा, जीवनकाल और वारंटी संबंधी चिंताएँ
• विभिन्न सरकारी नियमों से प्रमाणन की आवश्यकताएं जहां अपर्याप्त कार्यात्मक सुरक्षा उपाय होने पर लागत और दंड सर्वोपरि हैं

कई बीएमएस डिज़ाइन विशेषताएं हैं, जिनमें बैटरी पैक सुरक्षा प्रबंधन और क्षमता प्रबंधन दो आवश्यक विशेषताएं हैं।हम यहां चर्चा करेंगे कि ये दोनों सुविधाएं कैसे काम करती हैं।बैटरी पैक सुरक्षा प्रबंधन के दो प्रमुख क्षेत्र हैं: विद्युत सुरक्षा, जिसका अर्थ है कि बैटरी को उसके SOA के बाहर उपयोग के माध्यम से क्षतिग्रस्त नहीं होने देना, और थर्मल सुरक्षा, जिसमें पैक को उसके SOA में बनाए रखने या लाने के लिए निष्क्रिय और/या सक्रिय तापमान नियंत्रण शामिल है।

विद्युत प्रबंधन सुरक्षा: वर्तमान

बैटरी पैक करंट और सेल या मॉड्यूल वोल्टेज की निगरानी करना विद्युत सुरक्षा का मार्ग है।किसी भी बैटरी सेल का विद्युत SOA करंट और वोल्टेज से बंधा होता है।चित्र 1 एक विशिष्ट लिथियम-आयन सेल SOA को दर्शाता है, और एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया BMS निर्माता की सेल रेटिंग के बाहर संचालन को रोककर पैक की सुरक्षा करेगा।कई मामलों में, आगे की बैटरी जीवन अवधि को बढ़ावा देने के हित में SOA सुरक्षित क्षेत्र के भीतर रहने के लिए और अधिक व्युत्पन्न लागू किया जा सकता है।

लिथियम-आयन कोशिकाओं में डिस्चार्जिंग की तुलना में चार्जिंग के लिए अलग-अलग वर्तमान सीमाएँ होती हैं, और दोनों मोड उच्च शिखर धाराओं को संभाल सकते हैं, भले ही कम समय के लिए।बैटरी सेल निर्माता आमतौर पर पीक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करंट सीमा के साथ-साथ अधिकतम निरंतर चार्जिंग और डिस्चार्जिंग वर्तमान सीमा निर्दिष्ट करते हैं।वर्तमान सुरक्षा प्रदान करने वाला बीएमएस निश्चित रूप से अधिकतम निरंतर धारा लागू करेगा।हालाँकि, लोड स्थितियों में अचानक बदलाव के कारण ऐसा हो सकता है;उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रिक वाहन का अचानक त्वरण।एक बीएमएस वर्तमान को एकीकृत करके और डेल्टा समय के बाद चरम वर्तमान निगरानी को शामिल कर सकता है, या तो उपलब्ध वर्तमान को कम करने या पैक वर्तमान को पूरी तरह से बाधित करने का निर्णय ले सकता है।यह बीएमएस को चरम वर्तमान चोटियों के प्रति लगभग तात्कालिक संवेदनशीलता रखने की अनुमति देता है, जैसे कि शॉर्ट-सर्किट की स्थिति जिसने किसी भी निवासी फ़्यूज़ का ध्यान नहीं खींचा है, लेकिन उच्च शिखर मांगों को भी क्षमा कर सकता है, जब तक कि वे बहुत अधिक न हों लंबा।

विद्युत प्रबंधन सुरक्षा: वोल्टेज

चित्र 2 से पता चलता है कि लिथियम-आयन सेल को एक निश्चित वोल्टेज सीमा के भीतर काम करना चाहिए।ये SOA सीमाएँ अंततः चयनित लिथियम-आयन सेल की आंतरिक रसायन विज्ञान और किसी भी समय कोशिकाओं के तापमान द्वारा निर्धारित की जाएंगी।इसके अलावा, चूंकि कोई भी बैटरी पैक महत्वपूर्ण मात्रा में करंट साइक्लिंग, लोड की मांग के कारण डिस्चार्ज होने और विभिन्न ऊर्जा स्रोतों से चार्ज होने का अनुभव करता है, इसलिए ये SOA वोल्टेज सीमाएं आमतौर पर बैटरी जीवन काल को अनुकूलित करने के लिए और अधिक बाधित होती हैं।बीएमएस को पता होना चाहिए कि ये सीमाएँ क्या हैं और वह इन सीमाओं की निकटता के आधार पर निर्णय लेगा।उदाहरण के लिए, उच्च वोल्टेज सीमा के करीब पहुंचने पर, एक बीएमएस चार्जिंग करंट को धीरे-धीरे कम करने का अनुरोध कर सकता है, या सीमा समाप्त होने पर चार्जिंग करंट को पूरी तरह से समाप्त करने का अनुरोध कर सकता है।हालाँकि, यह सीमा आमतौर पर शटडाउन सीमा के बारे में नियंत्रण बकवास को रोकने के लिए अतिरिक्त आंतरिक वोल्टेज हिस्टैरिसीस विचारों के साथ होती है।दूसरी ओर, कम वोल्टेज सीमा के करीब पहुंचने पर, एक बीएमएस अनुरोध करेगा कि प्रमुख सक्रिय आक्रामक भार उनकी वर्तमान मांगों को कम करें।इलेक्ट्रिक वाहन के मामले में, ट्रैक्शन मोटर के लिए उपलब्ध अनुमत टॉर्क को कम करके ऐसा किया जा सकता है।बेशक, स्थायी क्षति को रोकने के लिए बैटरी पैक की सुरक्षा करते समय बीएमएस को ड्राइवर के लिए सुरक्षा विचारों को सर्वोच्च प्राथमिकता देनी चाहिए।

थर्मल प्रबंधन सुरक्षा: तापमान

अंकित मूल्य पर, ऐसा प्रतीत हो सकता है कि लिथियम-आयन कोशिकाओं में एक विस्तृत तापमान संचालन सीमा होती है, लेकिन कम तापमान पर कुल बैटरी क्षमता कम हो जाती है क्योंकि रासायनिक प्रतिक्रिया दर उल्लेखनीय रूप से धीमी हो जाती है।कम तापमान पर क्षमता के संबंध में, वे लेड-एसिड या NiMh बैटरियों की तुलना में बहुत बेहतर प्रदर्शन करते हैं;हालाँकि, तापमान प्रबंधन विवेकपूर्ण रूप से आवश्यक है क्योंकि 0 डिग्री सेल्सियस (32 डिग्री फ़ारेनहाइट) से नीचे चार्ज करना शारीरिक रूप से समस्याग्रस्त है।सब-फ़्रीज़िंग चार्जिंग के दौरान एनोड पर धात्विक लिथियम चढ़ाने की घटना घटित हो सकती है।यह स्थायी क्षति है और इसके परिणामस्वरूप न केवल क्षमता कम हो जाती है, बल्कि कंपन या अन्य तनावपूर्ण स्थितियों के अधीन होने पर कोशिकाएं विफलता के प्रति अधिक संवेदनशील होती हैं।एक बीएमएस हीटिंग और कूलिंग के माध्यम से बैटरी पैक के तापमान को नियंत्रित कर सकता है।

वास्तविक थर्मल प्रबंधन पूरी तरह से बैटरी पैक के आकार और लागत और प्रदर्शन उद्देश्यों, बीएमएस के डिजाइन मानदंड और उत्पाद इकाई पर निर्भर है, जिसमें लक्षित भौगोलिक क्षेत्र (उदाहरण के लिए अलास्का बनाम हवाई) पर विचार शामिल हो सकता है।हीटर के प्रकार के बावजूद, बाहरी एसी पावर स्रोत, या जरूरत पड़ने पर हीटर को संचालित करने के लिए बनाई गई वैकल्पिक निवासी बैटरी से ऊर्जा खींचना आम तौर पर अधिक प्रभावी होता है।हालाँकि, यदि इलेक्ट्रिक हीटर में मामूली विद्युत प्रवाह है, तो प्राथमिक बैटरी पैक से ऊर्जा को स्वयं गर्म करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।यदि एक थर्मल हाइड्रोलिक प्रणाली लागू की जाती है, तो शीतलक को गर्म करने के लिए एक इलेक्ट्रिक हीटर का उपयोग किया जाता है जिसे पंप किया जाता है और पूरे पैक असेंबली में वितरित किया जाता है।

बीएमएस डिज़ाइन इंजीनियरों के पास निस्संदेह पैक में ऊष्मा ऊर्जा प्रवाहित करने के लिए अपने डिज़ाइन व्यापार की तरकीबें हैं।उदाहरण के लिए, क्षमता प्रबंधन के लिए समर्पित बीएमएस के अंदर विभिन्न पावर इलेक्ट्रॉनिक्स को चालू किया जा सकता है।हालांकि प्रत्यक्ष हीटिंग जितना कुशल नहीं है, फिर भी इसका लाभ उठाया जा सकता है।लिथियम-आयन बैटरी पैक के प्रदर्शन हानि को कम करने के लिए कूलिंग विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।उदाहरण के लिए, शायद कोई दी गई बैटरी 20°C पर सर्वोत्तम रूप से काम करती है;यदि पैक का तापमान 30°C तक बढ़ जाता है, तो इसकी प्रदर्शन दक्षता 20% तक कम हो सकती है।यदि पैक को लगातार 45°C (113°F) पर चार्ज और रिचार्ज किया जाता है, तो प्रदर्शन हानि 50% तक बढ़ सकती है।लगातार अत्यधिक गर्मी उत्पन्न होने के संपर्क में रहने पर, विशेष रूप से तेज़ चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्रों के दौरान, बैटरी का जीवन समय से पहले पुराना होने और खराब होने से भी प्रभावित हो सकता है।शीतलन आमतौर पर दो तरीकों से प्राप्त किया जाता है, निष्क्रिय या सक्रिय, और दोनों तकनीकों को नियोजित किया जा सकता है।निष्क्रिय शीतलन बैटरी को ठंडा करने के लिए वायु प्रवाह की गति पर निर्भर करता है।इलेक्ट्रिक वाहन के मामले में, इसका तात्पर्य यह है कि यह बस सड़क पर चल रहा है।हालाँकि, यह जितना दिखता है उससे कहीं अधिक परिष्कृत हो सकता है, क्योंकि वायु गति सेंसर को वायु प्रवाह को अधिकतम करने के लिए रणनीतिक रूप से ऑटो-एडजस्ट डिफ्लेक्टिव वायु बांधों में एकीकृत किया जा सकता है।एक सक्रिय तापमान-नियंत्रित पंखे के कार्यान्वयन से कम गति पर या जब वाहन रुक गया हो तो मदद मिल सकती है, लेकिन यह सब केवल आसपास के परिवेश के तापमान के साथ पैक को बराबर कर सकता है।अत्यधिक गर्म दिन की स्थिति में, इससे प्रारंभिक पैक तापमान बढ़ सकता है।थर्मल हाइड्रोलिक सक्रिय कूलिंग को एक पूरक प्रणाली के रूप में डिज़ाइन किया जा सकता है, और आम तौर पर एक निर्दिष्ट मिश्रण अनुपात के साथ एथिलीन-ग्लाइकोल शीतलक का उपयोग किया जाता है, जो पाइप / होसेस, वितरण मैनिफोल्ड, एक क्रॉस-फ्लो हीट एक्सचेंजर (रेडिएटर) के माध्यम से एक इलेक्ट्रिक मोटर चालित पंप के माध्यम से प्रसारित होता है। , और बैटरी पैक असेंबली के विरुद्ध कूलिंग प्लेट रेजिडेंट।एक बीएमएस पूरे पैक में तापमान की निगरानी करता है, और इष्टतम बैटरी प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए एक संकीर्ण तापमान सीमा के भीतर समग्र बैटरी के तापमान को बनाए रखने के लिए विभिन्न वाल्वों को खोलता और बंद करता है।

क्षमता प्रबंधन

बैटरी पैक क्षमता को अधिकतम करना यकीनन सबसे महत्वपूर्ण बैटरी प्रदर्शन सुविधाओं में से एक है जो बीएमएस प्रदान करता है।यदि यह रखरखाव नहीं किया जाता है, तो बैटरी पैक अंततः बेकार हो सकता है।समस्या की जड़ यह है कि एक बैटरी पैक "स्टैक" (कोशिकाओं की श्रृंखला सरणी) पूरी तरह से बराबर नहीं है और आंतरिक रूप से रिसाव या स्व-निर्वहन दर थोड़ी भिन्न है।रिसाव कोई निर्माता दोष नहीं है, बल्कि बैटरी रसायन विज्ञान की विशेषता है, हालांकि यह सूक्ष्म विनिर्माण प्रक्रिया भिन्नताओं से सांख्यिकीय रूप से प्रभावित हो सकता है।प्रारंभ में एक बैटरी पैक में अच्छी तरह से मेल खाने वाली कोशिकाएं हो सकती हैं, लेकिन समय के साथ, सेल-टू-सेल समानता न केवल स्व-निर्वहन के कारण कम हो जाती है, बल्कि चार्ज/डिस्चार्ज साइकिलिंग, ऊंचे तापमान और सामान्य कैलेंडर उम्र बढ़ने से भी प्रभावित होती है।इसे समझने के साथ, पहले की चर्चा को याद करें कि लिथियम-आयन कोशिकाएं शानदार प्रदर्शन करती हैं, लेकिन अगर सख्त एसओए के बाहर संचालित किया जाए तो यह अक्षम्य हो सकती हैं।हमने पहले आवश्यक विद्युत सुरक्षा के बारे में सीखा क्योंकि लिथियम-आयन सेल ओवर-चार्जिंग से अच्छी तरह निपट नहीं पाते हैं।एक बार पूरी तरह से चार्ज हो जाने पर, वे किसी भी अधिक करंट को स्वीकार नहीं कर सकते हैं, और इसमें डाली गई कोई भी अतिरिक्त ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जिससे वोल्टेज संभावित रूप से तेजी से बढ़ता है, संभवतः खतरनाक स्तर तक।यह कोशिका के लिए स्वस्थ स्थिति नहीं है और यदि यह जारी रहा तो स्थायी क्षति और असुरक्षित परिचालन स्थितियों का कारण बन सकता है।

बैटरी पैक श्रृंखला सेल सरणी समग्र पैक वोल्टेज को निर्धारित करती है, और किसी भी स्टैक को चार्ज करने का प्रयास करते समय आसन्न कोशिकाओं के बीच बेमेल एक दुविधा पैदा करता है।चित्र 3 दिखाता है कि ऐसा क्यों है।यदि किसी के पास कोशिकाओं का एक बिल्कुल संतुलित सेट है, तो सब कुछ ठीक है क्योंकि प्रत्येक समान तरीके से चार्ज होगा, और ऊपरी 4.0 वोल्टेज कट-ऑफ सीमा तक पहुंचने पर चार्जिंग करंट को काटा जा सकता है।हालाँकि, असंतुलित परिदृश्य में, शीर्ष सेल अपनी चार्ज सीमा तक जल्दी पहुँच जाएगा, और अन्य अंतर्निहित कोशिकाओं को पूरी क्षमता से चार्ज करने से पहले चार्जिंग करंट को लेग के लिए समाप्त करने की आवश्यकता होगी।

बीएमएस वह है जो कदम उठाता है और दिन बचाता है, या इस मामले में बैटरी पैक।यह कैसे काम करता है यह दिखाने के लिए, एक मुख्य परिभाषा को समझाने की आवश्यकता है।किसी निश्चित समय पर किसी सेल या मॉड्यूल का स्टेट-ऑफ-चार्ज (एसओसी) पूरी तरह से चार्ज होने पर कुल चार्ज के सापेक्ष उपलब्ध चार्ज के समानुपाती होता है।इस प्रकार, एक बैटरी जो 50% एसओसी पर रहती है, इसका मतलब है कि यह 50% चार्ज है, जो योग्यता के ईंधन गेज आंकड़े के समान है।बीएमएस क्षमता प्रबंधन पैक असेंबली में प्रत्येक स्टैक में एसओसी की भिन्नता को संतुलित करने के बारे में है।चूंकि एसओसी सीधे मापने योग्य मात्रा नहीं है, इसका अनुमान विभिन्न तकनीकों द्वारा लगाया जा सकता है, और संतुलन योजना स्वयं आम तौर पर दो मुख्य श्रेणियों में आती है, निष्क्रिय और सक्रिय।विषयों की कई विविधताएँ हैं, और प्रत्येक प्रकार के फायदे और नुकसान हैं।यह बीएमएस डिज़ाइन इंजीनियर पर निर्भर है कि वह दिए गए बैटरी पैक और उसके अनुप्रयोग के लिए कौन सा इष्टतम है।निष्क्रिय संतुलन को लागू करना सबसे आसान है, साथ ही सामान्य संतुलन अवधारणा को समझाना भी आसान है।निष्क्रिय विधि स्टैक में प्रत्येक कोशिका को सबसे कमजोर कोशिका के समान चार्ज क्षमता रखने की अनुमति देती है।अपेक्षाकृत कम धारा का उपयोग करते हुए, यह चार्जिंग चक्र के दौरान उच्च एसओसी कोशिकाओं से ऊर्जा की एक छोटी मात्रा को बंद कर देता है ताकि सभी कोशिकाएं अपने अधिकतम एसओसी पर चार्ज हो जाएं।चित्र 4 दिखाता है कि यह बीएमएस द्वारा कैसे पूरा किया जाता है।यह प्रत्येक सेल की निगरानी करता है और प्रत्येक सेल के समानांतर एक ट्रांजिस्टर स्विच और एक उचित आकार के डिस्चार्ज रेसिस्टर का लाभ उठाता है।जब बीएमएस को पता चलता है कि कोई सेल अपनी चार्ज सीमा के करीब पहुंच रहा है, तो यह उसके चारों ओर अतिरिक्त करंट को ऊपर से नीचे की ओर अगले सेल तक ले जाएगा।

संतुलन प्रक्रिया के अंतिम बिंदु, पहले और बाद में, चित्र 5 में दिखाए गए हैं। संक्षेप में, एक बीएमएस निम्नलिखित तरीकों में से एक में पैक करंट की तुलना में एक अलग चार्जिंग करंट को देखने के लिए स्टैक में सेल या मॉड्यूल को अनुमति देकर बैटरी स्टैक को संतुलित करता है:

• सबसे अधिक चार्ज की गई कोशिकाओं से चार्ज को हटाना, जो ओवरचार्जिंग को रोकने के लिए अतिरिक्त चार्जिंग करंट के लिए जगह देता है, और कम चार्ज वाली कोशिकाओं को अधिक चार्जिंग करंट प्राप्त करने की अनुमति देता है
• सबसे अधिक चार्ज की गई कोशिकाओं के आसपास कुछ या लगभग सभी चार्जिंग करंट का पुनर्निर्देशन, जिससे कम चार्ज वाली कोशिकाओं को लंबे समय तक चार्जिंग करंट प्राप्त करने की अनुमति मिलती है।

बैटरी प्रबंधन प्रणालियों के प्रकार

बैटरी प्रबंधन प्रणालियाँ सरल से लेकर जटिल तक होती हैं और "बैटरी की देखभाल" के अपने मुख्य निर्देश को प्राप्त करने के लिए विभिन्न तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला को अपना सकती हैं।हालाँकि, इन प्रणालियों को उनकी टोपोलॉजी के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है, जो इस बात से संबंधित है कि वे बैटरी पैक में कोशिकाओं या मॉड्यूल पर कैसे स्थापित और संचालित होते हैं।

केंद्रीकृत बीएमएस वास्तुकला

बैटरी पैक असेंबली में एक केंद्रीय बीएमएस है।सभी बैटरी पैकेज सीधे केंद्रीय बीएमएस से जुड़े हुए हैं।एक केंद्रीकृत बीएमएस की संरचना चित्र 6 में दिखाई गई है। केंद्रीकृत बीएमएस के कुछ फायदे हैं।यह अधिक कॉम्पैक्ट है, और यह सबसे किफायती है क्योंकि इसमें केवल एक बीएमएस है।हालाँकि, एक केंद्रीकृत बीएमएस के नुकसान भी हैं।चूंकि सभी बैटरियां सीधे बीएमएस से जुड़ी होती हैं, इसलिए बीएमएस को सभी बैटरी पैकेजों से जुड़ने के लिए बहुत सारे पोर्ट की आवश्यकता होती है।इसका मतलब है कि बड़े बैटरी पैक में बहुत सारे तार, केबल, कनेक्टर आदि होते हैं, जो समस्या निवारण और रखरखाव दोनों को जटिल बनाते हैं।

मॉड्यूलर बीएमएस टोपोलॉजी

एक केंद्रीकृत कार्यान्वयन के समान, बीएमएस को कई डुप्लिकेट मॉड्यूल में विभाजित किया गया है, प्रत्येक में तारों का एक समर्पित बंडल और बैटरी स्टैक के आसन्न निर्दिष्ट हिस्से से कनेक्शन है।चित्र 7 देखें। कुछ मामलों में, ये बीएमएस सबमॉड्यूल एक प्राथमिक बीएमएस मॉड्यूल निरीक्षण के अंतर्गत रह सकते हैं जिसका कार्य सबमॉड्यूल की स्थिति की निगरानी करना और परिधीय उपकरणों के साथ संचार करना है।डुप्लिकेट मॉड्यूलरिटी के लिए धन्यवाद, समस्या निवारण और रखरखाव आसान है, और बड़े बैटरी पैक का विस्तार सीधा है।नकारात्मक पक्ष यह है कि कुल लागत थोड़ी अधिक है, और एप्लिकेशन के आधार पर अप्रयुक्त कार्यक्षमता दोहराई जा सकती है।

प्राथमिक/अधीनस्थ बीएमएस

वैचारिक रूप से मॉड्यूलर टोपोलॉजी के समान, हालांकि, इस मामले में, दास केवल माप जानकारी को रिले करने तक ही सीमित हैं, और मास्टर गणना और नियंत्रण के साथ-साथ बाहरी संचार के लिए समर्पित है।इसलिए, जबकि मॉड्यूलर प्रकारों की तरह, लागत कम हो सकती है क्योंकि दासों की कार्यक्षमता सरल होती है, कम ओवरहेड और कम अप्रयुक्त सुविधाओं की संभावना होती है।

वितरित बीएमएस आर्किटेक्चर

अन्य टोपोलॉजी से काफी अलग, जहां इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर मॉड्यूल में समाहित होते हैं जो संलग्न तारों के बंडलों के माध्यम से कोशिकाओं से जुड़े होते हैं।एक वितरित बीएमएस एक नियंत्रण बोर्ड पर सभी इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेयर को शामिल करता है जो सीधे सेल या मॉड्यूल पर रखा जाता है जिसकी निगरानी की जा रही है।यह आसन्न बीएमएस मॉड्यूल के बीच कुछ सेंसर तारों और संचार तारों के लिए केबल के बड़े हिस्से को कम करता है।नतीजतन, प्रत्येक बीएमएस अधिक आत्मनिर्भर है, और आवश्यकतानुसार गणना और संचार को संभालता है।हालाँकि, इस स्पष्ट सादगी के बावजूद, यह एकीकृत रूप समस्या निवारण और रखरखाव को संभावित रूप से समस्याग्रस्त बनाता है, क्योंकि यह शील्ड मॉड्यूल असेंबली के अंदर गहराई में रहता है।लागत भी अधिक होती है क्योंकि समग्र बैटरी पैक संरचना में अधिक बीएमएस होते हैं।

बैटरी प्रबंधन प्रणालियों का महत्व

बीएमएस में कार्यात्मक सुरक्षा का सर्वाधिक महत्व है।चार्जिंग और डिस्चार्जिंग ऑपरेशन के दौरान पर्यवेक्षी नियंत्रण के तहत किसी भी सेल या मॉड्यूल के वोल्टेज, करंट और तापमान को परिभाषित SOA सीमा से अधिक होने से रोकना महत्वपूर्ण है।यदि लंबे समय तक सीमाएं पार की जाती हैं, तो न केवल संभावित महंगे बैटरी पैक से समझौता किया जाता है, बल्कि खतरनाक थर्मल भगोड़ा स्थिति भी उत्पन्न हो सकती है।इसके अलावा, लिथियम-आयन कोशिकाओं की सुरक्षा और कार्यात्मक सुरक्षा के लिए कम वोल्टेज थ्रेशोल्ड सीमाओं की भी कड़ाई से निगरानी की जाती है।यदि ली-आयन बैटरी इस कम-वोल्टेज स्थिति में रहती है, तो कॉपर डेंड्राइट अंततः एनोड पर बढ़ सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्व-निर्वहन दर बढ़ सकती है और संभावित सुरक्षा चिंताएं बढ़ सकती हैं।लिथियम-आयन संचालित प्रणालियों की उच्च ऊर्जा घनत्व ऐसी कीमत पर आती है जो बैटरी प्रबंधन त्रुटि के लिए बहुत कम जगह छोड़ती है।बीएमएस और लिथियम-आयन सुधारों के लिए धन्यवाद, यह आज उपलब्ध सबसे सफल और सुरक्षित बैटरी केमिस्ट्री में से एक है।

बैटरी पैक का प्रदर्शन बीएमएस की अगली सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है, और इसमें विद्युत और थर्मल प्रबंधन शामिल है।समग्र बैटरी क्षमता को विद्युत रूप से अनुकूलित करने के लिए, पैक में सभी कोशिकाओं को संतुलित करना आवश्यक है, जिसका अर्थ है कि पूरे असेंबली में आसन्न कोशिकाओं का एसओसी लगभग बराबर है।यह असाधारण रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि न केवल इष्टतम बैटरी क्षमता का एहसास किया जा सकता है, बल्कि यह सामान्य गिरावट को रोकने में मदद करता है और कमजोर कोशिकाओं को ओवरचार्ज करने से संभावित हॉटस्पॉट को कम करता है।लिथियम-आयन बैटरियों को कम वोल्टेज सीमा से नीचे डिस्चार्ज होने से बचना चाहिए, क्योंकि इससे मेमोरी प्रभाव और महत्वपूर्ण क्षमता हानि हो सकती है।इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रियाएं तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती हैं, और बैटरियां भी इसका अपवाद नहीं हैं।जब पर्यावरण का तापमान गिरता है, तो क्षमता और उपलब्ध बैटरी ऊर्जा काफी कम हो जाती है।नतीजतन, एक बीएमएस एक बाहरी इन-लाइन हीटर लगा सकता है जो इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी पैक की तरल शीतलन प्रणाली, या टर्न-ऑन रेजिडेंट हीटर प्लेटों पर रहता है जो हेलीकॉप्टर या अन्य के भीतर शामिल पैक के मॉड्यूल के नीचे स्थापित होते हैं। हवाई जहाज।इसके अतिरिक्त, चूंकि ठंडी लिथियम-आयन कोशिकाओं की चार्जिंग बैटरी जीवन प्रदर्शन के लिए हानिकारक है, इसलिए सबसे पहले बैटरी के तापमान को पर्याप्त रूप से बढ़ाना महत्वपूर्ण है।अधिकांश लिथियम-आयन कोशिकाओं को 5°C से कम होने पर तेजी से चार्ज नहीं किया जा सकता है और जब वे 0°C से नीचे हों तो उन्हें बिल्कुल भी चार्ज नहीं किया जाना चाहिए।विशिष्ट परिचालन उपयोग के दौरान इष्टतम प्रदर्शन के लिए, बीएमएस थर्मल प्रबंधन अक्सर यह सुनिश्चित करता है कि बैटरी ऑपरेशन के एक संकीर्ण गोल्डीलॉक्स क्षेत्र (उदाहरण के लिए 30 - 35 डिग्री सेल्सियस) के भीतर संचालित होती है।यह प्रदर्शन को सुरक्षित रखता है, लंबे जीवन को बढ़ावा देता है, और एक स्वस्थ, विश्वसनीय बैटरी पैक को बढ़ावा देता है।

बैटरी प्रबंधन प्रणालियों के लाभ

एक संपूर्ण बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली, जिसे अक्सर बीईएसएस कहा जाता है, अनुप्रयोग के आधार पर रणनीतिक रूप से एक साथ पैक की गई दसियों, सैकड़ों या हजारों लिथियम-आयन कोशिकाओं से बनी हो सकती है।इन प्रणालियों की वोल्टेज रेटिंग 100V से कम हो सकती है, लेकिन 800V जितनी अधिक हो सकती है, पैक आपूर्ति धाराएँ 300A या उससे अधिक तक हो सकती हैं।हाई वोल्टेज पैक का कोई भी कुप्रबंधन जीवन-घातक, विनाशकारी आपदा को ट्रिगर कर सकता है।नतीजतन, सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए बीएमएस बिल्कुल महत्वपूर्ण हैं।बीएमएस के लाभों को निम्नानुसार संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है।

• कार्यात्मक सुरक्षा.बड़े प्रारूप वाले लिथियम-आयन बैटरी पैक के लिए, यह विशेष रूप से विवेकपूर्ण और आवश्यक है।लेकिन यह भी देखा गया है कि लैपटॉप में उपयोग किए जाने वाले छोटे प्रारूप भी आग पकड़ लेते हैं और भारी क्षति पहुंचाते हैं।लिथियम-आयन संचालित प्रणालियों को शामिल करने वाले उत्पादों के उपयोगकर्ताओं की व्यक्तिगत सुरक्षा बैटरी प्रबंधन त्रुटि के लिए बहुत कम जगह छोड़ती है।
• जीवन काल और विश्वसनीयता.बैटरी पैक सुरक्षा प्रबंधन, इलेक्ट्रिकल और थर्मल, यह सुनिश्चित करता है कि सभी सेल घोषित SOA आवश्यकताओं के भीतर उपयोग किए जाते हैं।यह नाजुक निरीक्षण यह सुनिश्चित करता है कि आक्रामक उपयोग और तेज़ चार्जिंग और डिस्चार्जिंग साइक्लिंग के खिलाफ कोशिकाओं की देखभाल की जाती है, और अनिवार्य रूप से एक स्थिर प्रणाली का परिणाम होता है जो संभावित रूप से कई वर्षों की विश्वसनीय सेवा प्रदान करेगा।
• प्रदर्शन और रेंज.बीएमएस बैटरी पैक क्षमता प्रबंधन, जहां सेल-टू-सेल संतुलन को पैक असेंबली में आसन्न कोशिकाओं के एसओसी को बराबर करने के लिए नियोजित किया जाता है, इष्टतम बैटरी क्षमता का एहसास करने की अनुमति देता है।सेल्फ-डिस्चार्ज, चार्ज/डिस्चार्ज साइक्लिंग, तापमान प्रभाव और सामान्य उम्र बढ़ने में भिन्नता के लिए इस बीएमएस सुविधा के बिना, एक बैटरी पैक अंततः बेकार हो सकता है।
• निदान, डेटा संग्रह, और बाह्य संचार।निरीक्षण कार्यों में सभी बैटरी कोशिकाओं की निरंतर निगरानी शामिल है, जहां डेटा लॉगिंग का उपयोग स्वयं निदान के लिए किया जा सकता है, लेकिन अक्सर असेंबली में सभी कोशिकाओं के एसओसी का अनुमान लगाने के लिए गणना के कार्य के लिए इसका उद्देश्य होता है।यह जानकारी एल्गोरिदम को संतुलित करने के लिए ली जाती है, लेकिन उपलब्ध निवासी ऊर्जा को इंगित करने, वर्तमान उपयोग के आधार पर अपेक्षित सीमा या सीमा/जीवनकाल का अनुमान लगाने और बैटरी पैक के स्वास्थ्य की स्थिति प्रदान करने के लिए सामूहिक रूप से बाहरी उपकरणों और डिस्प्ले पर रिले की जा सकती है।
• लागत और वारंटी में कमी.बीईएसएस में बीएमएस की शुरूआत से लागत बढ़ जाती है, और बैटरी पैक महंगे और संभावित रूप से खतरनाक होते हैं।प्रणाली जितनी अधिक जटिल होगी, सुरक्षा आवश्यकताएँ उतनी ही अधिक होंगी, जिसके परिणामस्वरूप अधिक बीएमएस निरीक्षण उपस्थिति की आवश्यकता होगी।लेकिन कार्यात्मक सुरक्षा, जीवन काल और विश्वसनीयता, प्रदर्शन और सीमा, निदान आदि के संबंध में बीएमएस की सुरक्षा और निवारक रखरखाव गारंटी देता है कि यह वारंटी से संबंधित सहित समग्र लागत को कम कर देगा।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली और सारांश

बीएमएस डिज़ाइन के लिए सिमुलेशन एक मूल्यवान सहयोगी है, खासकर जब इसे हार्डवेयर विकास, प्रोटोटाइप और परीक्षण के भीतर डिज़ाइन चुनौतियों की खोज और समाधान के लिए लागू किया जाता है।खेल में एक सटीक लिथियम-आयन सेल मॉडल के साथ, बीएमएस आर्किटेक्चर का सिमुलेशन मॉडल वर्चुअल प्रोटोटाइप के रूप में मान्यता प्राप्त निष्पादन योग्य विनिर्देश है।इसके अलावा, सिमुलेशन विभिन्न बैटरी और पर्यावरणीय संचालन परिदृश्यों के खिलाफ बीएमएस निरीक्षण कार्यों के वेरिएंट की दर्द रहित जांच की अनुमति देता है।कार्यान्वयन के मुद्दों को बहुत पहले ही खोजा और जांचा जा सकता है, जो वास्तविक हार्डवेयर प्रोटोटाइप पर कार्यान्वयन से पहले प्रदर्शन और कार्यात्मक सुरक्षा सुधारों को सत्यापित करने की अनुमति देता है।इससे विकास का समय कम हो जाता है और यह सुनिश्चित करने में मदद मिलती है कि पहला हार्डवेयर प्रोटोटाइप मजबूत होगा।इसके अलावा, भौतिक रूप से यथार्थवादी एम्बेडेड सिस्टम अनुप्रयोगों में प्रयोग किए जाने पर बीएमएस और बैटरी पैक के सबसे खराब स्थिति सहित कई प्रमाणीकरण परीक्षण आयोजित किए जा सकते हैं।

सारांश सेबरआरडीबीएमएस और बैटरी पैक डिजाइन और विकास में रुचि रखने वाले इंजीनियरों को सशक्त बनाने के लिए व्यापक विद्युत, डिजिटल, नियंत्रण और थर्मल हाइड्रोलिक मॉडल लाइब्रेरी प्रदान करता है।कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और विभिन्न बैटरी रसायन प्रकारों के लिए बुनियादी डेटाशीट स्पेक्स और माप वक्रों से मॉडल जल्दी से तैयार करने के लिए उपकरण उपलब्ध हैं।सांख्यिकीय, तनाव और दोष विश्लेषण समग्र बीएमएस विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए सीमा क्षेत्रों सहित ऑपरेटिंग क्षेत्र के स्पेक्ट्रम में सत्यापन की अनुमति देता है।इसके अलावा, उपयोगकर्ताओं को किसी प्रोजेक्ट को तुरंत शुरू करने और सिमुलेशन से आवश्यक उत्तरों तक तुरंत पहुंचने में सक्षम बनाने के लिए कई डिज़ाइन उदाहरण पेश किए जाते हैं।