מהי מערכת ניהול סוללות?

הַגדָרָה

מערכת ניהול סוללות (BMS) היא טכנולוגיה המוקדשת לפיקוח על ערכת סוללות, שהיא מכלול של תאי סוללה, המאורגנים חשמלית בתצורת מטריצת שורה x עמודה כדי לאפשר אספקה ​​של טווח ממוקד של מתח וזרם למשך זמן מול תרחישי עומס צפויים.הפיקוח ש-BMS מספק בדרך כלל כולל:

• ניטור הסוללה
• מתן הגנה על הסוללה
• הערכת מצב הפעולה של הסוללה
• אופטימיזציה מתמדת של ביצועי הסוללה
• דיווח על מצב תפעולי למכשירים חיצוניים

כאן, המונח "סוללה" מרמז על החבילה כולה;עם זאת, פונקציות הניטור והבקרה מיושמות במיוחד על תאים בודדים, או קבוצות תאים הנקראות מודולים במכלול ערכת הסוללות הכולל.לתאים נטענים ליתיום-יון יש את צפיפות האנרגיה הגבוהה ביותר והם הבחירה הסטנדרטית עבור מארזי סוללות למוצרי צריכה רבים, ממחשבים ניידים ועד כלי רכב חשמליים.למרות שהם מתפקדים מעולה, הם יכולים להיות די לא סלחניים אם הם מופעלים מחוץ לאזור הפעלה בטוח בדרך כלל (SOA), עם תוצאות שנעות בין פגיעה בביצועי הסוללה להשלכות מסוכנות לחלוטין.ל-BMS בהחלט יש תיאור תפקיד מאתגר, והמורכבות הכוללת שלו והשגחת הפיקוח שלו עשויה להשתרע על דיסציפלינות רבות כמו חשמל, דיגיטלי, בקרה, תרמית והידראולית.

כיצד פועלות מערכות ניהול סוללות?

למערכות ניהול סוללות אין מערכת קבועה או ייחודית של קריטריונים שיש לאמץ.היקף התכנון הטכנולוגי והתכונות המיושמות מתואמים בדרך כלל עם:

• העלויות, המורכבות והגודל של ערכת הסוללות
• יישום הסוללה וכל חששות בטיחות, תוחלת חיים ואחריות
• דרישות הסמכה מתקנות ממשלתיות שונות שבהן עלויות וקנסות הם בעלי חשיבות עליונה אם אמצעי בטיחות תפקודיים לא מספקים

ישנן תכונות עיצוב BMS רבות, כאשר ניהול הגנת ערכת סוללות וניהול קיבולת הן שתי תכונות חיוניות.נדון כיצד פועלות שתי התכונות הללו כאן.לניהול הגנת ערכת סוללות יש שתי זירות מפתח: הגנה חשמלית, מה שמרמז לא לאפשר לסוללה להינזק באמצעות שימוש מחוץ ל-SOA שלה, והגנה תרמית, הכוללת בקרת טמפרטורה פסיבית ו/או אקטיבית כדי לשמור או להכניס את החבילה ל-SOA שלה.

הגנת ניהול חשמל: זרם

ניטור זרם ערכת סוללות ומתחי תאים או מודול הוא הדרך להגנה חשמלית.ה-SOA החשמלי של כל תא סוללה קשור בזרם ובמתח.איור 1 ממחיש SOA טיפוסי של תא ליתיום-יון, ו-BMS מעוצב היטב יגן על החבילה על ידי מניעת פעולה מחוץ לדירוג התא של היצרן.במקרים רבים, ניתן להחיל הורדה נוספת כדי להתגורר באזור הבטוח של SOA למען קידום אורך חיי הסוללה.

לתאי ליתיום-יון יש מגבלות זרם שונות לטעינה מאשר לפריקה, ושני המצבים יכולים להתמודד עם זרמי שיא גבוהים יותר, אם כי לפרקי זמן קצרים.יצרני תאי סוללות מציינים בדרך כלל מגבלות זרם טעינה ופריקה רציפות מקסימליות, יחד עם מגבלות זרם טעינה ופריקה שיא.BMS המספק הגנת זרם בהחלט יפעיל זרם רציף מקסימלי.עם זאת, ניתן להקדים את זה כדי להסביר שינוי פתאומי של תנאי העומס;למשל, האצה פתאומית של רכב חשמלי.BMS עשוי לשלב ניטור זרם שיא על ידי שילוב הזרם ואחרי זמן הדלתא, תוך החלטה להפחית את הזרם הזמין או לקטוע את זרם החבילה לחלוטין.זה מאפשר ל-BMS להיות בעל רגישות כמעט מיידית לפסגות זרם קיצוניות, כגון מצב קצר חשמלי שלא משך את תשומת הלב של כל נתיכים של התושבים, אך גם להיות סלחן לדרישות שיא גבוהות, כל עוד הם לא מוגזמים למשך זמן רב מדי. ארוך.

הגנת ניהול חשמל: מתח

איור 2 מראה שתא ליתיום-יון חייב לפעול בטווח מתח מסוים.גבולות SOA אלה ייקבעו בסופו של דבר על ידי הכימיה הפנימית של תא הליתיום-יון שנבחר והטמפרטורה של התאים בכל זמן נתון.יתרה מכך, מכיוון שכל ערכת סוללות חווה כמות משמעותית של מחזורי זרם, פריקה עקב דרישות עומס וטעינה ממגוון מקורות אנרגיה, מגבלות מתח SOA אלה מוגבלות בדרך כלל עוד יותר כדי לייעל את תוחלת חיי הסוללה.ה-BMS חייב לדעת מהן הגבולות הללו ויפקד על החלטות על סמך הקרבה לספים אלו.לדוגמה, כאשר מתקרבים לגבול המתח הגבוה, BMS עשוי לבקש הפחתה הדרגתית של זרם הטעינה, או עשוי לבקש את הפסקת זרם הטעינה לחלוטין אם הגבול הושג.עם זאת, מגבלה זו מלווה בדרך כלל בשיקולים נוספים של היסטרזיס מתח פנימי כדי למנוע פטפוט בקרה על סף הכיבוי.מצד שני, כאשר מתקרבים לגבול המתח הנמוך, BMS יבקש שעומסים פוגעניים פעילים יפחיתו את הדרישות הנוכחיות שלהם.במקרה של רכב חשמלי, הדבר עשוי להתבצע על ידי הפחתת המומנט המותר הזמין למנוע המתיחה.כמובן, ה-BMS חייב להעמיד את שיקולי הבטיחות עבור הנהג בעדיפות הגבוהה ביותר תוך הגנה על ערכת הסוללות כדי למנוע נזק קבוע.

הגנה על ניהול תרמי: טמפרטורה

בערך הנקוב, עשוי להיראות כי לתאי ליתיום-יון יש טווח פעולה רחב של טמפרטורות, אך קיבולת הסוללה הכוללת פוחתת בטמפרטורות נמוכות מכיוון שקצב התגובה הכימי מואט בצורה מדהימה.ביחס ליכולת בטמפרטורות נמוכות, הם אכן מתפקדים הרבה יותר מאשר סוללות עופרת חומצה או NiMh;עם זאת, ניהול טמפרטורה הוא חיוני מבחינה מושכלת מכיוון שטעינה מתחת ל-0°C (32°F) היא בעייתית פיזית.תופעת הציפוי של ליתיום מתכתי יכולה להתרחש על האנודה במהלך טעינת תת-הקפאה.זהו נזק קבוע ולא רק גורם לקיבולת מופחתת, אלא שהתאים פגיעים יותר לכישלון אם הם נתונים לרטט או לתנאי לחץ אחרים.BMS יכול לשלוט על הטמפרטורה של ערכת הסוללות באמצעות חימום וקירור.

ניהול תרמי ממומש תלוי לחלוטין בגודל ובעלות של חבילת הסוללות ויעדי הביצועים, קריטריוני העיצוב של ה-BMS ויחידת המוצר, שעשויים לכלול התחשבות באזור גיאוגרפי ממוקד (למשל אלסקה מול הוואי).ללא קשר לסוג המחמם, בדרך כלל יעיל יותר לשאוב אנרגיה ממקור מתח AC חיצוני, או סוללה חלופית שמטרתה להפעיל את המחמם בעת הצורך.עם זאת, אם לדוד החשמלי יש צריכת זרם צנועה, ניתן לשאוב אנרגיה מחבילת הסוללה הראשית כדי לחמם את עצמה.אם מיושמת מערכת הידראולית תרמית, אזי נעשה שימוש בתנור חימום חשמלי לחימום נוזל הקירור הנשאב ומופץ בכל מכלול החבילה.

למהנדסי התכנון של BMS ללא ספק יש טריקים במקצוע העיצוב שלהם כדי לזלף אנרגיית חום לתוך החפיסה.לדוגמה, ניתן להפעיל מוצרי חשמל שונים בתוך ה-BMS המיועדים לניהול קיבולת.אמנם לא יעיל כמו חימום ישיר, אך ניתן למנף אותו ללא קשר.קירור חיוני במיוחד כדי למזער את אובדן הביצועים של ערכת סוללות ליתיום-יון.לדוגמה, אולי סוללה נתונה פועלת בצורה אופטימלית ב-20 מעלות צלזיוס;אם טמפרטורת האריזה תעלה ל-30 מעלות צלזיוס, יעילות הביצועים שלה יכולה להיות מופחתת ב-20%.אם החבילה נטענת באופן רציף וטעינה מחדש ב-45°C (113°F), אובדן הביצועים יכול לעלות ל-50%.חיי הסוללה יכולים גם לסבול מהזדקנות מוקדמת ומהשפלה אם היא נחשפת ללא הרף לייצור חום מוגזם, במיוחד במהלך מחזורי טעינה ופריקה מהירים.הקירור מושג בדרך כלל בשתי שיטות, פסיביות או אקטיביות, וניתן להשתמש בשתי הטכניקות.קירור פסיבי מסתמך על תנועת זרימת האוויר כדי לקרר את הסוללה.במקרה של רכב חשמלי, זה מרמז שהוא פשוט נע במורד הכביש.עם זאת, זה עשוי להיות מתוחכם יותר ממה שהוא נראה, שכן חיישני מהירות אוויר יכולים להיות משולבים כדי להתאים אוטומטית אסטרטגית סכרי אוויר מסיטים כדי למקסם את זרימת האוויר.יישום מאוורר פעיל מבוקר טמפרטורה יכול לעזור במהירויות נמוכות או כאשר הרכב עצר, אך כל מה שניתן לעשות הוא רק להשוות את החבילה לטמפרטורת הסביבה הסובבת.במקרה של יום לוהט, זה עלול להעלות את טמפרטורת החפיסה הראשונית.ניתן לתכנן קירור תרמית הידראולי אקטיבי כמערכת משלימה, ובדרך כלל משתמשת בנוזל קירור אתילן-גליקול עם יחס תערובת מוגדר, המוזרם באמצעות משאבה המונעת על ידי מנוע חשמלי דרך צינורות/צינורות, סעפות חלוקה, מחליף חום צולב (רדיאטור) , ולוחית קירור תושבת כנגד מכלול מארז הסוללות.BMS מנטר את הטמפרטורות על פני החבילה, ופותח וסוגר שסתומים שונים כדי לשמור על הטמפרטורה של הסוללה הכוללת בטווח טמפרטורות צר כדי להבטיח ביצועי סוללה אופטימליים.

ניהול קיבולת

מיצוי קיבולת ערכת הסוללה היא ללא ספק אחת מתכונות ביצועי הסוללה החיוניות ביותר ש-BMS מספק.אם תחזוקה זו לא תתבצע, ערכת סוללות עלולה להפוך את עצמה בסופו של דבר לחסרת תועלת.שורש הבעיה הוא ש"מחסנית" ערכת סוללות (מערך תאים בסדרה) אינה שווה לחלוטין ובאופן מהותי יש לה קצבי דליפה או פריקה עצמית מעט שונים.דליפה אינה פגם ביצרן אלא מאפיין כימיה של הסוללה, אם כי היא עשויה להיות מושפעת סטטיסטית משינויים זעירים בתהליך הייצור.בתחילה יתכן כי ערכת סוללות מכילה תאים מותאמים היטב, אך עם הזמן, הדמיון בין תא לתא מתדרדר עוד יותר, לא רק עקב פריקה עצמית, אלא גם מושפע ממחזורי טעינה/פריקה, טמפרטורה גבוהה והזדקנות לוח שנה כללית.עם זה מובן, זכור את הדיון הקודם שתאי ליתיום-יון מתפקדים מצוין, אך יכולים להיות די לא סלחניים אם מופעלים מחוץ ל-SOA הדוק.למדנו בעבר על הגנה חשמלית נדרשת מכיוון שתאי ליתיום-יון אינם מתמודדים היטב עם טעינת יתר.לאחר טעינה מלאה, הם לא יכולים לקבל זרם נוסף, וכל אנרגיה נוספת הנדחפת לתוכו עוברת טרנספורמציה בחום, כאשר המתח עשוי לעלות במהירות, אולי לרמות מסוכנות.זה לא מצב בריא לתא ועלול לגרום לנזק קבוע ולתנאי הפעלה לא בטוחים אם זה נמשך.

מערך התאים מסדרת ערכת הסוללות הוא זה שקובע את מתח החבילה הכולל, וחוסר התאמה בין תאים סמוכים יוצרת דילמה בעת ניסיון להטעין ערימה כלשהי.איור 3 מראה מדוע זה כך.אם יש לאחד מערך תאים מאוזן לחלוטין, הכל בסדר שכן כל אחד מהם יטען בצורה שווה, וניתן לנתק את זרם הטעינה כאשר סף הניתוק העליון של המתח של 4.0 מגיע.עם זאת, בתרחיש הלא מאוזן, התא העליון יגיע למגבלת הטעינה שלו מוקדם, ויש להפסיק את זרם הטעינה עבור הרגל לפני שתאים אחרים הבסיסיים נטענו במלואם.

ה-BMS הוא מה שנכנס ומציל את היום, או ערכת הסוללות במקרה זה.כדי להראות איך זה עובד, צריך להסביר הגדרה מרכזית.מצב הטעינה (SOC) של תא או מודול בזמן נתון הוא פרופורציונלי לטעינה הזמינה ביחס לטעינה הכוללת בעת טעינה מלאה.לפיכך, סוללה ששוכנת ב-50% SOC מרמזת שהיא טעונה ב-50%, מה שדומה לנתון של מד דלק.ניהול קיבולת BMS עוסק באיזון הווריאציה של ה-SOC על פני כל מחסנית במכלול החבילה.מכיוון שה-SOC אינו כמות ניתנת למדידה ישירה, ניתן להעריך אותו בטכניקות שונות, וסכימת האיזון עצמה מתחלקת בדרך כלל לשתי קטגוריות עיקריות, פסיבית ואקטיבית.ישנן וריאציות רבות של נושאים, ולכל סוג יש יתרונות וחסרונות.זה תלוי במהנדס התכנון של BMS להחליט מה האופטימלי עבור ערכת הסוללות הנתונה והיישום שלה.איזון פסיבי הוא הקל ביותר ליישום, כמו גם להסביר את תפיסת האיזון הכללית.השיטה הפסיבית מאפשרת לכל תא בערימה להיות בעל קיבולת טעינה זהה לתא החלש ביותר.באמצעות זרם נמוך יחסית, הוא מעביר כמות קטנה של אנרגיה מתאי SOC גבוהים במהלך מחזור הטעינה כך שכל התאים נטענים ל-SOC המקסימלי שלהם.איור 4 ממחיש כיצד זה מושג על ידי ה-BMS.הוא מנטר כל תא וממנף מתג טרנזיסטור ונגד פריקה בגודל מתאים במקביל לכל תא.כאשר ה-BMS חש שתא נתון מתקרב לגבול הטעינה שלו, הוא ינתב את הזרם העודף סביבו לתא הבא למטה בצורה מלמעלה למטה.

נקודות הקצה של תהליך האיזון, לפני ואחרי, מוצגות באיור 5. לסיכום, BMS מאזן ערימת סוללה על ידי מתן אפשרות לתא או מודול בערימה לראות זרם טעינה שונה מזרם החבילה באחת מהדרכים הבאות:

• הסרת מטען מהתאים הטעונים ביותר, מה שנותן מרווח ראש לזרם טעינה נוסף למניעת טעינת יתר, ומאפשר לתאים הטעונים פחות לקבל יותר זרם טעינה
• ניתוב מחדש של חלק או כמעט כל זרם הטעינה סביב התאים הטעונים ביותר, ובכך מאפשר לתאים הטעונים פחות לקבל זרם טעינה למשך זמן ארוך יותר

סוגי מערכות ניהול סוללות

מערכות ניהול הסוללה נעות בין פשוטות למורכבות ויכולות לאמץ מגוון רחב של טכנולוגיות שונות כדי להשיג את ההנחיה העיקרית שלהן "לדאוג לסוללה".עם זאת, ניתן לסווג מערכות אלו על סמך הטופולוגיה שלהן, המתייחסת לאופן התקנתן ופועלות על התאים או המודולים על פני ערכת הסוללות.

ארכיטקטורת BMS מרכזית

בעל BMS מרכזי אחד במכלול ערכת הסוללות.כל חבילות הסוללות מחוברות ישירות ל-BMS המרכזי.המבנה של BMS מרכזי מוצג באיור 6. ל-BMS הריכוזי יש כמה יתרונות.הוא קומפקטי יותר, והוא נוטה להיות החסכוני ביותר מכיוון שיש רק BMS אחד.עם זאת, ישנם חסרונות של BMS מרכזי.מכיוון שכל הסוללות מחוברות ישירות ל-BMS, ה-BMS צריך הרבה יציאות כדי להתחבר לכל חבילות הסוללות.זה מתורגם להרבה חוטים, כבלים, מחברים וכו' בחבילות סוללות גדולות, מה שמקשה גם על פתרון תקלות וגם על תחזוקה.

טופולוגיית BMS מודולרית

בדומה למימוש מרוכז, ה-BMS מחולק למספר מודולים משוכפלים, כל אחד עם צרור ייעודי של חוטים וחיבורים לחלק מוקצה סמוך של ערימת סוללות.ראה איור 7. במקרים מסוימים, תת-מודולי BMS אלה עשויים להיות תחת פיקוח של מודול BMS ראשי שתפקידו לנטר את מצב תת-מודולי ה-BMS ולתקשר עם ציוד היקפי.הודות למודולריות המשוכפלת, פתרון בעיות ותחזוקה קלים יותר, והרחבה לחבילות סוללות גדולות יותר היא פשוטה.החיסרון הוא שהעלויות הכוללות מעט גבוהות יותר, וייתכן שיש פונקציונליות משוכפלת שאינה בשימוש בהתאם ליישום.

BMS ראשי/כפוף

דומה מבחינה רעיונית לטופולוגיה המודולרית, עם זאת, במקרה זה, העבדים מוגבלים יותר רק להעברת מידע מדידה, והמאסטר מוקדש לחישוב ובקרה, כמו גם לתקשורת חיצונית.לכן, בעוד שבדומה לסוגים המודולריים, העלויות עשויות להיות נמוכות יותר מכיוון שהפונקציונליות של העבדים נוטה להיות פשוטה יותר, עם סביר להניח פחות תקורה ופחות תכונות שאינן בשימוש.

ארכיטקטורת BMS מבוזרת

שונה במידה ניכרת משאר הטופולוגיות, שבהן החומרה והתוכנה האלקטרונית מכוסות במודולים שמתממשקים לתאים באמצעות צרורות של חיווט מחובר.BMS מבוזר משלב את כל החומרה האלקטרונית על לוח בקרה המוצב ישירות על התא או המודול המנוטרים.זה מקל על עיקר הכבלים לכמה חוטי חיישן וחוטי תקשורת בין מודולי BMS סמוכים.כתוצאה מכך, כל BMS עצמאי יותר, ומטפל בחישובים ובתקשורת כנדרש.עם זאת, למרות הפשטות הנראית לעין הזו, צורה משולבת זו אכן הופכת את פתרון הבעיות והתחזוקה לבעייתיים, שכן היא שוכנת עמוק בתוך מכלול מודול מגן.העלויות גם נוטות להיות גבוהות יותר מכיוון שיש יותר BMS במבנה ערכת הסוללות הכולל.

החשיבות של מערכות ניהול סוללות

בטיחות תפקודית היא בעלת החשיבות הגבוהה ביותר ב-BMS.זה קריטי במהלך פעולת הטעינה והפריקה, כדי למנוע מהמתח, הזרם והטמפרטורה של כל תא או מודול הנמצאים בבקרה מפוקחת לחרוג ממגבלות SOA מוגדרות.אם חורגים מהמגבלות במשך זמן רב, לא רק שמערך סוללות שעלול להיות יקר נפגע, אלא עלולים להיווצר תנאי בריחה תרמית מסוכנים.יתר על כן, מגבלות סף מתח נמוכות מנוטרות גם בקפדנות להגנה על תאי הליתיום-יון ובטיחות תפקודית.אם סוללת ה-Li-ion תישאר במצב מתח נמוך זה, דנדריטים נחושת עלולים בסופו של דבר לצמוח על האנודה, מה שעלול לגרום לקצבי פריקה עצמית גבוהים ולהעלות חששות בטיחותיים אפשריים.צפיפות האנרגיה הגבוהה של מערכות המופעלות על ידי ליתיום-יון מגיעה במחיר שמשאיר מעט מקום לטעויות בניהול הסוללה.הודות ל-BMSs, ושיפורי ליתיום-יון, זוהי אחת מכימיה הסוללות המוצלחות והבטוחות ביותר הקיימות כיום.

הביצועים של ערכת הסוללות הם התכונה החשובה הבאה אחריה של BMS, וזה כרוך בניהול חשמל ותרמי.כדי לייעל באופן חשמלי את קיבולת הסוללה הכוללת, כל התאים בחבילה נדרשים להיות מאוזנים, מה שמרמז ש-SOC של תאים סמוכים לאורך המכלול שווה בערך.זה חשוב במיוחד מכיוון שלא רק שניתן לממש קיבולת סוללה אופטימלית, אלא שהוא עוזר למנוע השפלה כללית ומפחית נקודות חמות פוטנציאליות מטעינת יתר של תאים חלשים.סוללות ליתיום-יון צריכות להימנע מפריקה מתחת לגבולות המתח הנמוך, מכיוון שהדבר עלול לגרום להשפעות זיכרון ואובדן קיבולת משמעותי.תהליכים אלקטרוכימיים רגישים מאוד לטמפרטורה, וסוללות אינן יוצאות דופן.כאשר טמפרטורת הסביבה יורדת, הקיבולת ואנרגיית הסוללה הזמינה יורדים באופן משמעותי.כתוצאה מכך, BMS עשוי להפעיל תנור חימום חיצוני השוכן על מערכת הקירור הנוזלית של חבילת סוללות רכב חשמלי, או לוחות חימום תושבים מופעלים המותקנים מתחת למודולים של חבילה המשולבת בתוך מסוק או אחר כְּלִי טַיִס.בנוסף, מכיוון שטעינה של תאי ליתיום-יון קפואים פוגעת בביצועי חיי הסוללה, חשוב תחילה להעלות את טמפרטורת הסוללה במידה מספקת.רוב תאי הליתיום-יון אינם ניתנים לטעינה מהירה כאשר הם מתחת ל-5°C ואין לטעון כלל כאשר הם מתחת ל-0°C.לקבלת ביצועים מיטביים במהלך שימוש תפעולי טיפוסי, ניהול תרמי BMS מבטיח לעתים קרובות שסוללה פועלת באזור פעולה צר של Goldilocks (למשל 30 - 35 מעלות צלזיוס).זה שומר על ביצועים, מקדם חיים ארוכים יותר ומטפח ערכת סוללות בריאה ואמינה.

היתרונות של מערכות ניהול סוללות

מערכת אחסון אנרגיה שלמה של סוללה, המכונה לעתים קרובות BESS, יכולה להיות מורכבת מעשרות, מאות או אפילו אלפי תאי ליתיום-יון ארוזים יחד באופן אסטרטגי, בהתאם ליישום.מערכות אלו עשויות להיות בעלות דירוג מתח של פחות מ-100V, אך יכולות להגיע ל-800V, כאשר זרמי אספקת חבילה נעים עד ל-300A או יותר.כל ניהול שגוי של ערכת מתח גבוה עלול לגרום לאסון מסכן חיים, קטסטרופלי.כתוצאה מכך, מערכות BMS הן קריטיות לחלוטין כדי להבטיח פעולה בטוחה.ניתן לסכם את היתרונות של BMSs כדלקמן.

• בטיחות פונקציונלית.ללא ספק, עבור ערכות סוללות ליתיום-יון בפורמט גדול, זה זהיר וחיוני במיוחד.אבל אפילו פורמטים קטנים יותר המשמשים, למשל, מחשבים ניידים, נודעו כעלולים באש ולגרום נזק עצום.הבטיחות האישית של המשתמשים במוצרים המשלבים מערכות המופעלות על ידי ליתיום-יון מותירה מעט מקום לטעויות בניהול הסוללה.
• תוחלת חיים ואמינות.ניהול הגנה על ערכת סוללות, חשמלית ותרמית, מבטיח שכל התאים נמצאים בשימוש בדרישות SOA המוצהרות.פיקוח עדין זה מבטיח שהתאים יטופלו מפני שימוש אגרסיבי ורכיבה מהירה של טעינה ופריקה, ומביאה בהכרח למערכת יציבה שתספק שנים רבות של שירות אמין.
• ביצועים וטווח.ניהול קיבולת מארז סוללות BMS, שבו נעשה שימוש באיזון תא לתא כדי להשוות את ה-SOC של תאים סמוכים על פני מכלול המארז, מאפשר מימוש קיבולת סוללה אופטימלית.ללא תכונת BMS זו שתתחשב בשינויים בפריקה עצמית, מחזורי טעינה/פריקה, השפעות טמפרטורה והזדקנות כללית, חבילת סוללות עלולה להפוך את עצמה בסופו של דבר לחסרת תועלת.
• אבחון, איסוף נתונים ותקשורת חיצונית.משימות הפיקוח כוללות ניטור רציף של כל תאי הסוללה, כאשר רישום נתונים יכול לשמש בעצמו לצורך אבחון, אך לרוב מיועד למשימה לחישוב להערכת ה-SOC של כל התאים במכלול.מידע זה ממונף לאיזון אלגוריתמים, אך יחד ניתן להעביר אותו למכשירים ותצוגות חיצוניות כדי לציין את אנרגיית התושבים הזמינה, להעריך את הטווח הצפוי או הטווח/משך החיים על סמך השימוש הנוכחי, ולספק את מצב הבריאות של ערכת הסוללות.
• הפחתת עלות ואחריות.הכנסת BMS לתוך BESS מוסיפה עלויות, וחבילות סוללות הן יקרות ועלולות להיות מסוכנות.ככל שהמערכת מסובכת יותר, כך דרישות הבטיחות גבוהות יותר, וכתוצאה מכך צריך יותר נוכחות פיקוח על BMS.אבל ההגנה והתחזוקה המונעת של BMS לגבי בטיחות תפקודית, תוחלת חיים ואמינות, ביצועים וטווח, אבחון וכו' מבטיחות שזה יוריד את העלויות הכוללות, כולל אלו הקשורות לאחריות.

מערכות ניהול סוללות וסינופסיס

סימולציה היא בעלת ברית חשובה לתכנון BMS, במיוחד כאשר היא מיושמת לחקירה והתמודדות עם אתגרי עיצוב בפיתוח חומרה, אב טיפוס ובדיקות.עם מודל תא ליתיום-יון מדויק במשחק, מודל הסימולציה של ארכיטקטורת BMS הוא מפרט ההפעלה המוכר כאב-טיפוס הוירטואלי.בנוסף, סימולציה מאפשרת חקירה ללא כאב של גרסאות של פונקציות פיקוח על BMS מול תרחישי פעולה שונים של סוללה וסביבה.ניתן לגלות ולחקור בעיות יישום מוקדם מאוד, מה שמאפשר לאמת שיפורי ביצועים ובטיחות תפקודית לפני היישום על אב הטיפוס האמיתי של החומרה.זה מקטין את זמן הפיתוח ועוזר להבטיח שאב הטיפוס הראשון של החומרה יהיה חזק.בנוסף, ניתן לערוך מבחני אימות רבים, כולל תרחישים גרועים ביותר, של ה-BMS וחבילת הסוללות כאשר הם מופעלים ביישומי מערכת משובצים פיזית מציאותיים.

Synopsys SaberRDמציעה ספריות נרחבות של מודלים חשמליים, דיגיטליים, בקרה ותרמיים הידראוליים כדי להעצים מהנדסים המעוניינים בתכנון ופיתוח של BMS וחבילות סוללות.כלים זמינים להפקה מהירה של מודלים ממפרט גליון נתונים בסיסי ועקומות מדידה עבור מכשירים אלקטרוניים רבים וסוגי כימיה שונים של סוללות.ניתוחים סטטיסטיים, סטרס ותקלות מאפשרים אימות על פני ספקטרום של אזור ההפעלה, כולל אזורי גבול, כדי להבטיח מהימנות BMS כוללת.יתר על כן, דוגמאות עיצוב רבות מוצעות כדי לאפשר למשתמשים להתחיל פרויקט ולהגיע במהירות לתשובות הדרושות מהסימולציה.