Ի՞նչ է մարտկոցի կառավարման համակարգը:

Սահմանում

Մարտկոցի կառավարման համակարգը (BMS) տեխնոլոգիա է, որը նվիրված է մարտկոցների փաթեթի վերահսկմանը, որը մարտկոցի բջիջների հավաքում է, որը էլեկտրականորեն կազմակերպված է տողով x սյունակ մատրիցային կազմաձևով, որպեսզի հնարավորություն ընձեռի լարման և հոսանքի նպատակային տիրույթի առաքումը որոշակի ժամանակով: սպասվող ծանրաբեռնվածության սցենարներ.Վերահսկողությունը, որը տրամադրում է BMS-ը, սովորաբար ներառում է.

• Մարտկոցի մոնիտորինգ
• Մարտկոցի պաշտպանության ապահովում
• Մարտկոցի գործառնական վիճակի գնահատում
• Մարտկոցի աշխատանքի շարունակական օպտիմալացում
• Արտաքին սարքերին գործառնական կարգավիճակի մասին հաղորդում

Այստեղ «մարտկոց» տերմինը ենթադրում է ամբողջ փաթեթը.Այնուամենայնիվ, մոնիտորինգի և վերահսկման գործառույթները հատուկ կիրառվում են առանձին բջիջների կամ բջիջների խմբերի վրա, որոնք կոչվում են մոդուլներ ընդհանուր մարտկոցների հավաքածուում:Լիթիում-իոնային վերալիցքավորվող բջիջներն ունեն էներգիայի ամենաբարձր խտությունը և ստանդարտ ընտրություն են սպառողական շատ ապրանքների մարտկոցների փաթեթների համար՝ նոութբուքներից մինչև էլեկտրական մեքենաներ:Թեև դրանք հիանալի են գործում, դրանք կարող են բավականին աններելի լինել, եթե դրանք գործարկվեն ընդհանուր առմամբ ամուր անվտանգ աշխատանքային տարածքից դուրս (SOA), որոնց արդյունքները տատանվում են մարտկոցի աշխատանքի վատթարացումից մինչև բացահայտ վտանգավոր հետևանքներ:BMS-ն, անշուշտ, ունի դժվարին աշխատանքի նկարագրություն, և դրա ընդհանուր բարդությունն ու վերահսկողությունը կարող է ներառել բազմաթիվ առարկաներ, ինչպիսիք են էլեկտրականությունը, թվայինը, հսկիչը, ջերմայինը և հիդրավլիկը:

Ինչպե՞ս են աշխատում մարտկոցի կառավարման համակարգերը:

Մարտկոցի կառավարման համակարգերը չունեն ֆիքսված կամ եզակի չափանիշներ, որոնք պետք է ընդունվեն:Տեխնոլոգիաների նախագծման շրջանակը և ներդրված առանձնահատկությունները հիմնականում փոխկապակցված են.

• Մարտկոցի փաթեթի ծախսերը, բարդությունը և չափը
• Մարտկոցի կիրառումը և անվտանգության, կյանքի տևողության և երաշխիքի հետ կապված ցանկացած խնդիր
• Հավաստագրման պահանջները տարբեր պետական ​​կանոնակարգերից, որտեղ ծախսերն ու տույժերը առաջնային են, եթե գործում են անվտանգության անբավարար միջոցներ

Կան բազմաթիվ BMS-ի նախագծման առանձնահատկություններ, ընդ որում մարտկոցների փաթեթի պաշտպանության կառավարումը և հզորության կառավարումը երկու կարևոր հատկանիշ են:Մենք կքննարկենք, թե ինչպես են այս երկու առանձնահատկությունները աշխատում այստեղ:Մարտկոցի փաթեթի պաշտպանության կառավարումն ունի երկու հիմնական ասպարեզ՝ էլեկտրական պաշտպանություն, որը ենթադրում է թույլ չտալ, որ մարտկոցը վնասվի իր SOA-ից դուրս, և ջերմային պաշտպանություն, որը ներառում է ջերմաստիճանի պասիվ և/կամ ակտիվ հսկողություն՝ փաթեթը պահպանելու կամ իր SOA-ի մեջ մտցնելու համար:

Էլեկտրական կառավարման պաշտպանություն. ընթացիկ

Մարտկոցների փաթեթի հոսանքի և բջջային կամ մոդուլի լարման մոնիտորինգը էլեկտրական պաշտպանության ճանապարհն է:Ցանկացած մարտկոցի էլեկտրական SOA-ն կապված է հոսանքի և լարման հետ:Նկար 1-ը ցույց է տալիս տիպիկ լիթիում-իոնային բջիջների SOA-ն, և լավ մշակված BMS-ը կպաշտպանի փաթեթը՝ կանխելով գործունեությունը արտադրողի բջիջների վարկանիշներից դուրս:Շատ դեպքերում, SOA-ի անվտանգ գոտում բնակվելու համար կարող են կիրառվել լրացուցիչ նվազեցումներ՝ ի շահ մարտկոցի հետագա շահագործման ժամկետը խթանելու:

Լիթիում-իոնային բջիջները լիցքավորման համար տարբեր հոսանքի սահմաններ ունեն, քան լիցքաթափման համար, և երկու ռեժիմներն էլ կարող են կարգավորել բարձր գագաթնակետային հոսանքները, թեև կարճ ժամանակով:Մարտկոցի բջիջների արտադրողները սովորաբար նշում են առավելագույն շարունակական լիցքավորման և լիցքաթափման հոսանքի սահմանները, ինչպես նաև լիցքավորման և լիցքաթափման առավելագույն հոսանքի սահմանաչափերը:Ընթացիկ պաշտպանություն ապահովող BMS-ը, անշուշտ, կկիրառի առավելագույն շարունակական հոսանք:Այնուամենայնիվ, դրան կարող է նախորդել բեռի պայմանների հանկարծակի փոփոխությունը.օրինակ՝ էլեկտրական մեքենայի կտրուկ արագացումը։BMS-ը կարող է ներառել գագաթնակետային հոսանքի մոնիտորինգ՝ ինտեգրելով հոսանքը և եռանկյուն ժամանակից հետո՝ որոշելով կա՛մ նվազեցնել առկա հոսանքը, կա՛մ ընդհանրապես ընդհատել փաթեթի հոսանքը:Սա թույլ է տալիս BMS-ին ունենալ գրեթե ակնթարթային զգայունություն ծայրահեղ հոսանքի գագաթնակետերի նկատմամբ, ինչպիսին է կարճ միացման վիճակը, որը չի գրավել որևէ ռեզիդենտ ապահովիչների ուշադրությունը, բայց նաև ներողամիտ լինել բարձր գագաթնակետային պահանջների նկատմամբ, քանի դեռ դրանք չափազանցված չեն: երկար.

Էլեկտրական կառավարման պաշտպանություն՝ լարման

Նկար 2-ը ցույց է տալիս, որ լիթիում-իոնային բջիջը պետք է աշխատի որոշակի լարման միջակայքում:SOA-ի այս սահմանները, ի վերջո, որոշվելու են ընտրված լիթիում-իոնային բջջի ներքին քիմիայի և ցանկացած պահի բջիջների ջերմաստիճանի միջոցով:Ավելին, քանի որ ցանկացած մարտկոցի փաթեթ զգում է զգալի քանակությամբ ընթացիկ ցիկլեր, լիցքաթափվում է բեռի պահանջների և էներգիայի տարբեր աղբյուրներից լիցքավորվելու պատճառով, SOA լարման այս սահմանները սովորաբար ավելի սահմանափակվում են մարտկոցի ժամկետը օպտիմալացնելու համար:BMS-ը պետք է իմանա, թե որոնք են այդ սահմանները և որոշումներ կայացնի՝ հիմնվելով այս շեմերին մոտ լինելու վրա:Օրինակ, երբ մոտենում է բարձր լարման սահմանին, BMS-ը կարող է պահանջել լիցքավորման հոսանքի աստիճանական կրճատում կամ կարող է պահանջել, որ լիցքավորման հոսանքն ընդհանրապես դադարեցվի, եթե սահմանը հասնի:Այնուամենայնիվ, այս սահմանը սովորաբար ուղեկցվում է լրացուցիչ ներքին լարման հիստերեզի նկատառումներով՝ կանխելու համար անջատման շեմի մասին հսկիչ խոսակցությունները:Մյուս կողմից, երբ մոտենում է ցածր լարման սահմանին, BMS-ը կպահանջի, որ հիմնական ակտիվ վիրավորական բեռները նվազեցնեն իրենց ընթացիկ պահանջները:Էլեկտրական մեքենայի դեպքում դա կարող է իրականացվել քարշիչ շարժիչին հասանելի թույլատրելի ոլորող մոմենտը նվազեցնելու միջոցով:Անշուշտ, BMS-ը պետք է վարորդի համար անվտանգության նկատառումներն ամենաառաջնայինը դարձնի մարտկոցի փաթեթը պաշտպանելիս՝ մշտական ​​վնասը կանխելու համար:

Ջերմային կառավարման պաշտպանություն. ջերմաստիճան

Անվանական արժեքով կարող է թվալ, որ լիթիում-իոնային բջիջները ունեն ջերմաստիճանի լայն աշխատանքային տիրույթ, սակայն մարտկոցի ընդհանուր հզորությունը նվազում է ցածր ջերմաստիճանի դեպքում, քանի որ քիմիական ռեակցիաների արագությունը զգալիորեն դանդաղում է:Ինչ վերաբերում է ցածր ջերմաստիճանի ունակությանը, ապա դրանք շատ ավելի լավ են աշխատում, քան կապարաթթվային կամ NiMh մարտկոցները;Այնուամենայնիվ, ջերմաստիճանի կառավարումը խելամտորեն կարևոր է, քանի որ 0 °C (32 °F) ցածր լիցքավորումը ֆիզիկապես խնդրահարույց է:Մետաղական լիթիումի ծածկույթի երևույթը կարող է առաջանալ անոդի վրա՝ ենթասառեցման լիցքավորման ժամանակ:Սա մշտական ​​վնաս է և ոչ միայն հանգեցնում է հզորության նվազմանը, այլև բջիջներն ավելի խոցելի են ձախողման համար, եթե ենթարկվում են թրթռումների կամ այլ սթրեսային պայմանների:BMS-ը կարող է վերահսկել մարտկոցի փաթեթի ջերմաստիճանը ջեռուցման և հովացման միջոցով:

Իրականացված ջերմային կառավարումն ամբողջությամբ կախված է մարտկոցի փաթեթի չափից և արժեքից և կատարողական նպատակներից, BMS-ի նախագծման չափանիշներից և արտադրանքի միավորից, որոնք կարող են ներառել թիրախային աշխարհագրական տարածաշրջանի դիտարկումը (օրինակ՝ Ալյասկան ընդդեմ Հավայան կղզիների):Անկախ ջեռուցիչի տեսակից, ընդհանուր առմամբ ավելի արդյունավետ է էներգիա ստանալ արտաքին AC հոսանքի աղբյուրից կամ այլընտրանքային մշտական ​​մարտկոցից, որը նախատեսված է ջեռուցիչը գործարկելու անհրաժեշտության դեպքում:Այնուամենայնիվ, եթե էլեկտրական ջեռուցիչն ունի հոսանքի համեստ հոսք, ապա առաջնային մարտկոցից ստացվող էներգիան կարող է օգտագործվել ինքն իրեն տաքացնելու համար:Եթե ​​ներդրված է ջերմային հիդրավլիկ համակարգ, ապա էլեկտրական ջեռուցիչը օգտագործվում է հովացուցիչ նյութը տաքացնելու համար, որը մղվում և բաշխվում է փաթեթի ամբողջ հավաքույթում:

BMS նախագծող ինժեներները, անկասկած, ունեն իրենց դիզայնի հնարքներ՝ ջերմային էներգիան փաթեթի մեջ կաթեցնելու համար:Օրինակ, BMS-ի ներսում տարբեր ուժային էլեկտրոնիկա, որը նվիրված է հզորության կառավարմանը, կարող է միացված լինել:Թեև ոչ այնքան արդյունավետ, որքան ուղղակի ջեռուցումը, այն կարող է օգտագործվել անկախ:Սառեցումը հատկապես կարևոր է լիթիում-իոնային մարտկոցի աշխատանքի կորուստը նվազագույնի հասցնելու համար:Օրինակ, միգուցե տվյալ մարտկոցը օպտիմալ կերպով աշխատում է 20°C ջերմաստիճանում;եթե փաթեթի ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 30°C, դրա կատարողականի արդյունավետությունը կարող է կրճատվել մինչև 20%-ով:Եթե ​​փաթեթը շարունակաբար լիցքավորվում և լիցքավորվում է 45°C (113°F) ջերմաստիճանում, ապա արդյունավետության կորուստը կարող է աճել մինչև 50%:Մարտկոցի կյանքը կարող է նաև տուժել վաղաժամ ծերացումից և քայքայվելուց, եթե անընդհատ ենթարկվում է ավելորդ ջերմության առաջացմանը, հատկապես արագ լիցքավորման և լիցքաթափման ցիկլերի ժամանակ:Սառեցումը սովորաբար իրականացվում է երկու եղանակով՝ պասիվ կամ ակտիվ, և երկու տեխնիկան էլ կարող են կիրառվել:Պասիվ սառեցումը հենվում է օդի հոսքի շարժման վրա՝ մարտկոցը սառեցնելու համար:Էլեկտրական մեքենայի դեպքում դա ենթադրում է, որ այն պարզապես շարժվում է ճանապարհով:Այնուամենայնիվ, այն կարող է ավելի բարդ լինել, քան թվում է, քանի որ օդի արագության տվիչները կարող են ինտեգրվել ռազմավարականորեն ավտոմատ կերպով կարգավորվող շեղվող օդային պատնեշներին՝ առավելագույնի հասցնելու օդի հոսքը:Ակտիվ ջերմաստիճանով կառավարվող օդափոխիչի ներդրումը կարող է օգնել ցածր արագություններում կամ երբ մեքենան կանգ է առել, բայց այն ամենը, ինչ կարող է անել, պարզապես փաթեթը հավասարեցնել շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանին:Կիզիչ շոգ օրվա դեպքում դա կարող է բարձրացնել փաթեթավորման սկզբնական ջերմաստիճանը:Ջերմային հիդրավլիկ ակտիվ հովացումը կարող է նախագծվել որպես լրացուցիչ համակարգ և սովորաբար օգտագործում է էթիլեն-գլիկոլ հովացուցիչ նյութ՝ որոշակի խառնուրդի հարաբերակցությամբ, որը շրջանառվում է էլեկտրական շարժիչով աշխատող պոմպի միջոցով խողովակների/ճկուն խողովակների, բաշխիչ կոլեկտորների, խաչաձև հոսքի ջերմափոխանակիչի (ռադիատորի) միջոցով: , և հովացման ափսեը նստում է մարտկոցի հավաքածուի դեմ:BMS-ը վերահսկում է ամբողջ փաթեթի ջերմաստիճանը և բացում և փակում է տարբեր փականներ՝ ընդհանուր մարտկոցի ջերմաստիճանը նեղ ջերմաստիճանի միջակայքում պահպանելու համար՝ մարտկոցի օպտիմալ աշխատանքը ապահովելու համար:

Կարողությունների կառավարում

Մարտկոցի փաթեթի հզորությունը առավելագույնի հասցնելը, անկասկած, մարտկոցի ամենակարևոր գործառույթներից մեկն է, որն ապահովում է BMS-ը:Եթե ​​այս սպասարկումը չկատարվի, մարտկոցի փաթեթն ի վերջո կարող է անօգուտ դառնալ:Խնդրի արմատն այն է, որ մարտկոցների «կույտը» (բջիջների շարքի զանգվածը) կատարյալ հավասար չէ և իր էությամբ ունի մի փոքր տարբեր արտահոսքի կամ ինքնալիցքավորման արագություն:Արտահոսքը արտադրողի թերություն չէ, այլ մարտկոցի քիմիայի հատկանիշ, թեև դա վիճակագրորեն կարող է ազդվել արտադրության գործընթացի փոքր տատանումների պատճառով:Սկզբում մարտկոցի փաթեթը կարող է լավ համընկնող բջիջներ ունենալ, սակայն ժամանակի ընթացքում բջիջ-բջջ նմանությունն ավելի է վատանում ոչ միայն ինքնալիցքաթափման, այլ նաև լիցքավորման/լիցքաթափման ցիկլով, բարձր ջերմաստիճանի և ընդհանուր օրացուցային ծերացման հետևանքով:Այս հասկանալով, հիշեք ավելի վաղ քննարկումը, որ լիթիում-իոնային բջիջները հիանալի են գործում, բայց կարող են բավականին աններելի լինել, եթե դրանք գործարկվեն ամուր SOA-ից դուրս:Մենք նախկինում իմացանք պահանջվող էլեկտրական պաշտպանության մասին, քանի որ լիթիում-իոնային բջիջները լավ չեն վարվում գերլիցքավորման հետ:Լրիվ լիցքավորվելուց հետո նրանք չեն կարող այլ հոսանք ընդունել, և ցանկացած լրացուցիչ էներգիա, որը մղվում է դրան, փոխակերպվում է ջերմության մեջ, և լարումը կարող է արագ բարձրանալ, հնարավոր է մինչև վտանգավոր մակարդակ:Բջջի համար դա առողջ իրավիճակ չէ և կարող է առաջացնել մշտական ​​վնաս և անապահով աշխատանքային պայմաններ, եթե այն շարունակվի:

Մարտկոցների փաթեթի շարքի բջիջների զանգվածն այն է, ինչը որոշում է փաթեթի ընդհանուր լարումը, և հարակից բջիջների միջև անհամապատասխանությունը երկընտրանք է ստեղծում, երբ փորձում եք լիցքավորել ցանկացած բուրգ:Նկար 3-ը ցույց է տալիս, թե ինչու է դա այդպես:Եթե ​​որևէ մեկն ունի կատարյալ հավասարակշռված բջիջների հավաքածու, ամեն ինչ կարգին է, քանի որ յուրաքանչյուրը լիցքավորվելու է նույն ձևով, և լիցքավորման հոսանքը կարող է անջատվել, երբ 4.0 լարման անջատման վերին շեմը հասնի:Այնուամենայնիվ, անհավասարակշռված սցենարի դեպքում վերին բջիջը շուտով կհասնի իր լիցքավորման սահմանաչափին, և լիցքավորման հոսանքը պետք է դադարեցվի ոտքի համար, նախքան տակ գտնվող մյուս բջիջները ամբողջ հզորությամբ լիցքավորվեն:

BMS-ն այն է, ինչ գործում և փրկում է օրը, կամ այս դեպքում մարտկոցի փաթեթը:Ցույց տալու համար, թե ինչպես է դա աշխատում, անհրաժեշտ է բացատրել հիմնական սահմանումը:Բջջի կամ մոդուլի լիցքավորման վիճակը (SOC) տվյալ պահին համաչափ է հասանելի լիցքին՝ լրիվ լիցքավորման դեպքում ընդհանուր լիցքին համեմատ:Այսպիսով, մարտկոցը, որը գտնվում է SOC-ի 50%-ով, նշանակում է, որ այն լիցքավորված է 50%-ով, ինչը նման է վառելիքի ցուցիչի արժեքավոր ցուցանիշին:BMS-ի հզորությունների կառավարումն ամեն ինչ վերաբերում է փաթեթի հավաքման SOC-ի տատանումները հավասարակշռելուն:Քանի որ SOC-ն ուղղակիորեն չափելի մեծություն չէ, այն կարելի է գնահատել տարբեր տեխնիկայի միջոցով, և հավասարակշռման սխեման ինքնին սովորաբար ընկնում է երկու հիմնական կատեգորիաների՝ պասիվ և ակտիվ:Թեմաների շատ տարբերակներ կան, և յուրաքանչյուր տեսակ ունի դրական և բացասական կողմեր:BMS նախագծող ինժեները պետք է որոշի, թե որն է օպտիմալ տվյալ մարտկոցի փաթեթի և դրա կիրառման համար:Պասիվ հավասարակշռումը ամենահեշտն է իրականացնել, ինչպես նաև բացատրել ընդհանուր հավասարակշռման հայեցակարգը:Պասիվ մեթոդը թույլ է տալիս կույտի յուրաքանչյուր բջիջ ունենալ նույն լիցքավորման հզորությունը, ինչ ամենաթույլ բջիջը:Օգտագործելով համեմատաբար ցածր հոսանք, այն լիցքավորման ցիկլի ընթացքում փոքր քանակությամբ էներգիա է փոխանցում բարձր SOC բջիջներից, որպեսզի բոլոր բջիջները լիցքավորվեն մինչև իրենց առավելագույն SOC:Նկար 4-ը ցույց է տալիս, թե ինչպես է դա իրականացվում BMS-ի կողմից:Այն վերահսկում է յուրաքանչյուր բջիջ և օգտագործում է տրանզիստորի անջատիչ և համապատասխան չափի լիցքաթափման դիմադրություն յուրաքանչյուր բջիջի հետ զուգահեռ:Երբ BMS-ը զգում է, որ տվյալ բջիջը մոտենում է իր լիցքավորման սահմանաչափին, այն իր շուրջը գտնվող ավելորդ հոսանքը վերևից ներքև կուղղորդի դեպի հաջորդ բջիջը:

Հավասարակշռման գործընթացի վերջնակետերը, առաջ և հետո, ցույց են տրված Նկար 5-ում: Ամփոփելով, BMS-ը հավասարակշռում է մարտկոցի կույտը` թույլ տալով, որ կույտի բջիջը կամ մոդուլը տեսնի լիցքավորման այլ հոսանք, քան փաթեթի հոսանքը հետևյալ եղանակներից մեկով.

• Լիցքի հեռացում ամենաշատ լիցքավորված բջիջներից, ինչը հնարավորություն է տալիս լրացուցիչ լիցքավորման հոսանքի համար՝ գերլիցքավորումը կանխելու համար, և թույլ է տալիս ավելի քիչ լիցքավորված բջիջներին ստանալ ավելի շատ լիցքավորման հոսանք
• Լիցքավորման հոսանքի մի մասի կամ գրեթե ամբողջի վերաուղղորդում առավել լիցքավորված բջիջների շուրջ, դրանով իսկ թույլ տալով ավելի քիչ լիցքավորված բջիջներին ավելի երկար ժամանակ ստանալ լիցքավորման հոսանք

Մարտկոցների կառավարման համակարգերի տեսակները

Մարտկոցի կառավարման համակարգերը տատանվում են պարզից մինչև բարդ և կարող են ընդգրկել տարբեր տեխնոլոգիաների լայն շրջանակ՝ «մարտկոցի մասին հոգ տանելու» իրենց հիմնական հրահանգին հասնելու համար:Այնուամենայնիվ, այս համակարգերը կարող են դասակարգվել՝ ելնելով իրենց տոպոլոգիայից, որը վերաբերում է այն բանին, թե ինչպես են դրանք տեղադրվում և աշխատում մարտկոցի ամբողջ բջիջների կամ մոդուլների վրա:

Կենտրոնացված BMS ճարտարապետություն

Ունի մեկ կենտրոնական BMS մարտկոցի հավաքածուի մեջ:Բոլոր մարտկոցների փաթեթները ուղղակիորեն միացված են կենտրոնական BMS-ին:Կենտրոնացված BMS-ի կառուցվածքը ներկայացված է Նկար 6-ում: Կենտրոնացված BMS-ն ունի որոշ առավելություններ:Այն ավելի կոմպակտ է և հակված է լինել ամենատնտեսողը, քանի որ կա միայն մեկ BMS:Այնուամենայնիվ, կենտրոնացված BMS-ի թերությունները կան:Քանի որ բոլոր մարտկոցները ուղղակիորեն միացված են BMS-ին, BMS-ին անհրաժեշտ են բազմաթիվ պորտեր՝ մարտկոցների բոլոր փաթեթների հետ միանալու համար:Սա թարգմանվում է որպես բազմաթիվ լարեր, մալուխներ, միակցիչներ և այլն մեծ մարտկոցների փաթեթներում, ինչը բարդացնում է ինչպես անսարքությունների վերացումը, այնպես էլ սպասարկումը:

Մոդուլային BMS տոպոլոգիա

Կենտրոնացված իրականացման նման, BMS-ը բաժանված է մի քանի կրկնօրինակված մոդուլների, որոնցից յուրաքանչյուրը ունի լարերի հատուկ փաթեթ և միացումներ մարտկոցի կույտի նշանակված մասի հետ:Տես Նկար 7: Որոշ դեպքերում, այս BMS ենթամոդուլները կարող են գտնվել հիմնական BMS մոդուլի վերահսկողության ներքո, որի գործառույթն է վերահսկել ենթամոդուլների կարգավիճակը և հաղորդակցվել ծայրամասային սարքավորումների հետ:Կրկնվող մոդուլյարության շնորհիվ անսարքությունների վերացումը և սպասարկումն ավելի հեշտ է, իսկ ավելի մեծ մարտկոցների ընդլայնումը պարզ է:Բացասական կողմն այն է, որ ընդհանուր ծախսերը մի փոքր ավելի բարձր են, և կարող են լինել կրկնակի չօգտագործված ֆունկցիոնալություն՝ կախված հավելվածից:

Առաջնային/ենթակա BMS

Հայեցակարգային առումով նման է մոդուլային տոպոլոգիայի, սակայն, այս դեպքում, ստրուկներն ավելի սահմանափակված են միայն չափման տեղեկատվության փոխանցմամբ, իսկ վարպետը նվիրված է հաշվարկներին և վերահսկմանը, ինչպես նաև արտաքին հաղորդակցությանը:Այսպիսով, չնայած մոդուլային տեսակների նման, ծախսերը կարող են ավելի ցածր լինել, քանի որ ստրուկների ֆունկցիոնալությունը հակված է ավելի պարզ, հավանաբար ավելի քիչ վերադիր և ավելի քիչ չօգտագործված հատկություններով:

Բաշխված BMS Architecture

Զգալիորեն տարբերվում են մյուս տոպոլոգիաներից, որտեղ էլեկտրոնային ապարատը և ծրագրաշարը պարփակված են մոդուլների մեջ, որոնք կապվում են բջիջների հետ կցված լարերի փաթեթների միջոցով:Բաշխված BMS-ը ներառում է ողջ էլեկտրոնային սարքավորումը կառավարման տախտակի վրա, որը տեղադրված է անմիջապես մոնիտորինգի ենթարկվող բջջի կամ մոդուլի վրա:Սա թեթևացնում է մալուխի հիմնական մասը մի քանի սենսորային լարերի և կապի լարերի միջև հարակից BMS մոդուլների միջև:Հետևաբար, յուրաքանչյուր BMS ավելի ինքնամփոփ է և անհրաժեշտության դեպքում կատարում է հաշվարկներն ու հաղորդակցությունները:Այնուամենայնիվ, չնայած այս ակնհայտ պարզությանը, այս ինտեգրված ձևը պոտենցիալ խնդրահարույց է դարձնում անսարքությունների վերացումը և սպասարկումը, քանի որ այն գտնվում է վահանի մոդուլի ժողովի խորքում:Ծախսերը նույնպես հակված են ավելի բարձր լինել, քանի որ մարտկոցների ընդհանուր փաթեթի կառուցվածքում ավելի շատ BMS-ներ կան:

Մարտկոցների կառավարման համակարգերի նշանակությունը

Ֆունկցիոնալ անվտանգությունը BMS-ում ամենակարևորն է:Լիցքավորման և լիցքաթափման շահագործման ընթացքում կարևոր է կանխել վերահսկողության տակ գտնվող ցանկացած բջիջի կամ մոդուլի լարման, հոսանքի և ջերմաստիճանի գերազանցումը SOA-ի սահմանված սահմանները:Եթե ​​սահմանաչափերը երկար ժամանակ գերազանցվեն, ոչ միայն հնարավոր է թանկ մարտկոցի փաթեթը վտանգված է, այլև կարող են առաջանալ վտանգավոր ջերմային արտահոսքի պայմաններ:Ավելին, ավելի ցածր լարման շեմի սահմանները նույնպես խստորեն վերահսկվում են լիթիում-իոնային բջիջների պաշտպանության և ֆունկցիոնալ անվտանգության համար:Եթե ​​Li-ion մարտկոցը մնա այս ցածր լարման վիճակում, պղնձի դենդրիտները, ի վերջո, կարող են աճել անոդի վրա, ինչը կարող է հանգեցնել ինքնալիցքավորման բարձր մակարդակի և առաջացնել անվտանգության հնարավոր մտահոգություններ:Լիթիում-իոնային էներգիայով աշխատող համակարգերի էներգիայի բարձր խտությունը գալիս է մի գնով, որը քիչ տեղ է թողնում մարտկոցի կառավարման սխալի համար:Շնորհիվ BMS-ների և լիթիում-իոնային բարելավումների՝ սա այսօր առկա ամենահաջող և անվտանգ մարտկոցներից մեկն է:

Մարտկոցի փաթեթի աշխատանքը BMS-ի հաջորդ ամենակարևոր հատկանիշն է, և դա ներառում է էլեկտրական և ջերմային կառավարում:Մարտկոցի ընդհանուր հզորությունը էլեկտրականորեն օպտիմալացնելու համար փաթեթի բոլոր բջիջները պետք է հավասարակշռված լինեն, ինչը ենթադրում է, որ հարակից բջիջների SOC-ն ամբողջ հավաքույթում մոտավորապես համարժեք է:Սա բացառապես կարևոր է, քանի որ ոչ միայն հնարավոր է ապահովել մարտկոցի օպտիմալ հզորությունը, այլև այն օգնում է կանխել ընդհանուր դեգրադացիան և նվազեցնել թույլ բջիջների գերլիցքավորման հնարավոր թեժ կետերը:Լիթիում-իոնային մարտկոցները պետք է խուսափեն ցածր լարման սահմաններից ցածր լիցքաթափումից, քանի որ դա կարող է հանգեցնել հիշողության էֆեկտների և հզորության զգալի կորստի:Էլեկտրաքիմիական պրոցեսները շատ զգայուն են ջերմաստիճանի նկատմամբ, և մարտկոցները բացառություն չեն:Երբ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը նվազում է, մարտկոցի հզորությունը և հասանելի էներգիան զգալիորեն նվազում է:Հետևաբար, BMS-ը կարող է միացնել արտաքին ներկառուցված ջեռուցիչը, որը գտնվում է, ասենք, էլեկտրական մեքենայի մարտկոցի հեղուկի հովացման համակարգի վրա, կամ միացնում է մշտական ​​տաքացուցիչի թիթեղները, որոնք տեղադրված են ուղղաթիռի կամ այլ փաթեթի մոդուլների տակ: Ինքնաթիռ.Բացի այդ, քանի որ սառը լիթիում-իոնային բջիջների լիցքավորումը վնասակար է մարտկոցի աշխատանքի համար, կարևոր է նախ բավականաչափ բարձրացնել մարտկոցի ջերմաստիճանը:Լիթիում-իոնային բջիջների մեծ մասը չի կարող արագ լիցքավորվել, երբ դրանք 5°C-ից ցածր են և ընդհանրապես չպետք է լիցքավորվեն, երբ դրանք 0°C-ից ցածր են:Տիպիկ գործառնական օգտագործման ժամանակ օպտիմալ աշխատանքի համար, BMS ջերմային կառավարումը հաճախ ապահովում է, որ մարտկոցը աշխատի Goldilocks-ի նեղ տարածքում (օրինակ՝ 30 – 35°C):Սա ապահովում է արդյունավետությունը, նպաստում է ավելի երկար կյանքի և խթանում է առողջ, հուսալի մարտկոցի փաթեթը:

Մարտկոցների կառավարման համակարգերի առավելությունները

Մարտկոցի էներգիայի պահպանման ամբողջ համակարգը, որը հաճախ կոչվում է BESS, կարող է կազմված լինել տասնյակ, հարյուրավոր կամ նույնիսկ հազարավոր լիթիում-իոնային բջիջներից, որոնք ռազմավարական առումով փաթեթավորված են՝ կախված կիրառությունից:Այս համակարգերը կարող են ունենալ 100 Վ-ից պակաս լարման մակարդակ, բայց կարող է լինել մինչև 800 Վ, փաթեթի մատակարարման հոսանքները տատանվում են մինչև 300 Ա կամ ավելի բարձր:Բարձր լարման տուփի ցանկացած սխալ կառավարում կարող է կյանքին սպառնացող, աղետալի աղետի պատճառ դառնալ:Հետևաբար, BMS-ները բացարձակապես կարևոր են անվտանգ շահագործումն ապահովելու համար:BMS-ների առավելությունները կարելի է ամփոփել հետևյալ կերպ.

• Ֆունկցիոնալ անվտանգություն.Մեծ ֆորմատով լիթիում-իոնային մարտկոցների համար սա հատկապես խելամիտ և կարևոր է:Բայց նույնիսկ ավելի փոքր ձևաչափերը, որոնք օգտագործվում են, ասենք, նոութբուքերում, հայտնի են, որ հրդեհվում են և հսկայական վնաս են հասցնում:Լիթիում-իոնային էներգիայով աշխատող համակարգեր պարունակող ապրանքների օգտագործողների անձնական անվտանգությունը քիչ տեղ է թողնում մարտկոցի կառավարման սխալի համար:
• Կյանքի տևողությունը և հուսալիությունը:Մարտկոցների փաթեթի պաշտպանության կառավարումը, էլեկտրական և ջերմային, ապահովում է, որ բոլոր բջիջները բոլորն օգտագործվում են հայտարարված SOA պահանջների շրջանակներում:Այս նուրբ հսկողությունը երաշխավորում է, որ բջիջները խնամված են ագրեսիվ օգտագործման և արագ լիցքավորման և լիցքաթափման հեծանվավազքի դեմ, և անխուսափելիորեն հանգեցնում է կայուն համակարգի, որը պոտենցիալ երկար տարիների հուսալի սպասարկում կապահովի:
• Կատարումը և շրջանակը:BMS մարտկոցների փաթեթի թողունակության կառավարումը, որտեղ բջջ-բջջ հավասարակշռումն օգտագործվում է փաթեթի հավաքման հարակից բջիջների SOC-ը հավասարեցնելու համար, թույլ է տալիս իրականացնել մարտկոցի օպտիմալ հզորությունը:Առանց այս BMS հատկանիշի՝ ինքնալիցքաթափման, լիցքավորման/լիցքաթափման հեծանիվների, ջերմաստիճանի էֆեկտների և ընդհանուր ծերացման տատանումները հաշվի առնելու համար, մարտկոցի փաթեթն ի վերջո կարող է իրեն անօգուտ դարձնել:
• Ախտորոշում, տվյալների հավաքում և արտաքին հաղորդակցություն:Վերահսկողության առաջադրանքները ներառում են մարտկոցի բոլոր բջիջների շարունակական մոնիտորինգը, որտեղ տվյալների գրանցումն ինքնին կարող է օգտագործվել ախտորոշման համար, բայց հաճախ նպատակաուղղված է հավաքման բոլոր բջիջների SOC-ի գնահատման հաշվարկի առաջադրանքին:Այս տեղեկատվությունը օգտագործվում է հավասարակշռման ալգորիթմների համար, բայց ընդհանուր առմամբ կարող է փոխանցվել արտաքին սարքերին և էկրաններին՝ ցույց տալու ռեզիդենտի հասանելի էներգիան, գնահատելու ակնկալվող միջակայքը կամ միջակայքը/ժամկետը ընթացիկ օգտագործման հիման վրա և ապահովելու մարտկոցի փաթեթի առողջական վիճակը:
• Արժեքի և երաշխիքի նվազեցում:BMS-ի ներդրումը BESS-ում ավելացնում է ծախսերը, և մարտկոցների փաթեթները թանկ են և պոտենցիալ վտանգավոր:Որքան բարդ է համակարգը, այնքան բարձր են անվտանգության պահանջները, ինչը հանգեցնում է BMS-ի վերահսկողության ավելի շատ ներկայության:Բայց BMS-ի պաշտպանությունը և կանխարգելիչ սպասարկումը՝ կապված ֆունկցիոնալ անվտանգության, կյանքի տևողության և հուսալիության, կատարողականի և տիրույթի, ախտորոշման և այլնի հետ, երաշխավորում է, որ այն կնվազեցնի ընդհանուր ծախսերը, ներառյալ երաշխիքի հետ կապված ծախսերը:

Մարտկոցների կառավարման համակարգեր և Սինոփսիս

Մոդելավորումը արժեքավոր դաշնակից է BMS դիզայնի համար, հատկապես, երբ կիրառվում է նախագծային մարտահրավերների ուսումնասիրման և լուծման համար ապարատային մշակման, նախատիպի և փորձարկման շրջանակներում:Լիթիում-իոնային բջջի ճշգրիտ մոդելի առկայության դեպքում, BMS ճարտարապետության մոդելավորման մոդելը գործարկվող սպեցիֆիկացիա է, որը ճանաչվել է որպես վիրտուալ նախատիպ:Բացի այդ, սիմուլյացիան թույլ է տալիս մարտկոցի և շրջակա միջավայրի շահագործման տարբեր սցենարների նկատմամբ BMS-ի վերահսկողության գործառույթների տարբերակների ցավազուրկ ուսումնասիրություն:Իրականացման խնդիրները կարող են հայտնաբերվել և հետաքննվել շատ վաղ, ինչը թույլ է տալիս ստուգել կատարողականի և ֆունկցիոնալ անվտանգության բարելավումները նախքան իրական ապարատային նախատիպի վրա ներդրումը:Սա նվազեցնում է մշակման ժամանակը և օգնում է ապահովել, որ առաջին ապարատային նախատիպը կլինի ամուր:Բացի այդ, նույնականացման բազմաթիվ թեստեր, ներառյալ ամենավատ սցենարները, կարող են իրականացվել BMS-ի և մարտկոցի փաթեթի համար, երբ դրանք իրականացվում են ֆիզիկապես իրատեսական ներդրված համակարգի հավելվածներում:

Synopsys SaberRDառաջարկում է լայնածավալ էլեկտրական, թվային, կառավարման և ջերմային հիդրավլիկ մոդելների գրադարաններ՝ BMS-ի և մարտկոցների փաթեթների նախագծման և մշակման մեջ հետաքրքրված ինժեներներին հզորացնելու համար:Մատչելի են գործիքներ՝ շատ էլեկտրոնային սարքերի և մարտկոցների քիմիայի տարբեր տեսակների համար տվյալների աղյուսակի հիմնական բնութագրերից և չափման կորերից արագ մոդելներ ստեղծելու համար:Վիճակագրական, սթրեսային և անսարքությունների վերլուծությունները թույլ են տալիս ստուգել գործող շրջանի սպեկտրներում, ներառյալ սահմանային տարածքները, ապահովելու BMS-ի ընդհանուր հուսալիությունը:Ավելին, առաջարկվում են դիզայնի բազմաթիվ օրինակներ, որոնք հնարավորություն են տալիս օգտվողներին արագ սկսել նախագիծը և արագ հասնել սիմուլյացիայից անհրաժեշտ պատասխաններին: