რა არის ბატარეის მართვის სისტემა?

განმარტება

ბატარეის მართვის სისტემა (BMS) არის ტექნოლოგია, რომელიც ეძღვნება ბატარეის ბლოკის ზედამხედველობას, რომელიც წარმოადგენს ბატარეის უჯრედების ერთობლიობას, ელექტრულად ორგანიზებული მწკრივი x სვეტის მატრიცის კონფიგურაციაში, რათა მოხდეს ძაბვისა და დენის მიზნობრივი დიაპაზონის მიწოდება გარკვეული დროის განმავლობაში. მოსალოდნელი დატვირთვის სცენარი.ზედამხედველობა, რომელსაც BMS უზრუნველყოფს, ჩვეულებრივ მოიცავს:

• ბატარეის მონიტორინგი
• ბატარეის დაცვის უზრუნველყოფა
• ბატარეის მუშაობის მდგომარეობის შეფასება
• ბატარეის მუშაობის მუდმივად ოპტიმიზაცია
• ოპერაციული სტატუსის მოხსენება გარე მოწყობილობებზე

აქ ტერმინი „ბატარეა“ გულისხმობს მთელ პაკეტს;თუმცა, მონიტორინგისა და კონტროლის ფუნქციები სპეციალურად გამოიყენება ცალკეულ უჯრედებზე, ან უჯრედების ჯგუფებზე, რომლებსაც მოდულები ეწოდებათ ბატარეის მთლიანი პაკეტის შეკრებაში.ლითიუმ-იონის მრავალჯერადი დატენვის უჯრედებს აქვთ ენერგიის უმაღლესი სიმკვრივე და წარმოადგენს ბატარეის პაკეტების სტანდარტულ არჩევანს მრავალი სამომხმარებლო პროდუქტისთვის, ლეპტოპებიდან ელექტრომობილებამდე.მიუხედავად იმისა, რომ ისინი შესანიშნავად მუშაობენ, ისინი შეიძლება საკმაოდ მიუტევებელი იყვნენ, თუ ისინი მუშაობენ ზოგადად მჭიდრო უსაფრთხო საოპერაციო ზონის (SOA) მიღმა, შედეგებით დაწყებული ბატარეის მუშაობის დარღვევიდან და დამთავრებული აშკარა საშიში შედეგებით.BMS, რა თქმა უნდა, აქვს რთული სამუშაოს აღწერა და მისი საერთო სირთულე და ზედამხედველობა შეიძლება მოიცავდეს ბევრ დისციპლინას, როგორიცაა ელექტრო, ციფრული, კონტროლი, თერმული და ჰიდრავლიკური.

როგორ მუშაობს ბატარეის მართვის სისტემები?

ბატარეის მართვის სისტემებს არ გააჩნიათ ფიქსირებული ან უნიკალური კრიტერიუმების ნაკრები, რომელიც უნდა იქნას მიღებული.ტექნოლოგიის დიზაინის ფარგლები და დანერგილი ფუნქციები ზოგადად დაკავშირებულია:

• ბატარეის პაკეტის ხარჯები, სირთულე და ზომა
• ბატარეის გამოყენება და უსაფრთხოების, სიცოცხლის ხანგრძლივობისა და გარანტიის ნებისმიერი პრობლემა
• სერტიფიცირების მოთხოვნები სხვადასხვა სამთავრობო რეგულაციებიდან, სადაც ხარჯები და ჯარიმები უმნიშვნელოვანესია, თუ არაადეკვატური ფუნქციონალური უსაფრთხოების ზომები არსებობს

BMS დიზაინის მრავალი მახასიათებელია, ბატარეის პაკეტის დაცვის მენეჯმენტი და სიმძლავრის მენეჯმენტი არის ორი აუცილებელი მახასიათებელი.ჩვენ განვიხილავთ, თუ როგორ მუშაობს ეს ორი ფუნქცია.ბატარეის დაცვის მენეჯმენტს აქვს ორი ძირითადი სფერო: ელექტრული დაცვა, რაც გულისხმობს ბატარეის დაზიანებას მისი SOA-ს მიღმა გამოყენების გამო, და თერმული დაცვა, რომელიც გულისხმობს ტემპერატურის პასიურ და/ან აქტიურ კონტროლს პაკეტის SOA-ში შესანარჩუნებლად ან შეყვანისთვის.

ელექტრო მენეჯმენტის დაცვა: მიმდინარე

ბატარეის პაკეტის დენის და უჯრედის ან მოდულის ძაბვის მონიტორინგი არის ელექტრო დაცვის გზა.ნებისმიერი ბატარეის ელექტრული SOA დაკავშირებულია დენით და ძაბვით.სურათი 1 ასახავს ტიპიური ლითიუმ-იონური უჯრედის SOA-ს და კარგად შემუშავებული BMS დაიცავს პაკეტს მწარმოებლის უჯრედების რეიტინგების მიღმა მუშაობის თავიდან ასაცილებლად.ხშირ შემთხვევაში, შემდგომი შემცირება შეიძლება გამოყენებულ იქნას SOA უსაფრთხო ზონაში საცხოვრებლად ბატარეის შემდგომი სიცოცხლისუნარიანობის ხელშეწყობის მიზნით.

ლითიუმ-იონურ უჯრედებს აქვთ განსხვავებული დენის ლიმიტები დატენვისთვის, ვიდრე განმუხტვისთვის, და ორივე რეჟიმს შეუძლია გაუმკლავდეს უფრო მაღალ პიკს, თუმცა მოკლე დროში.ბატარეის უჯრედების მწარმოებლები, როგორც წესი, აკონკრეტებენ უწყვეტი დატენვის და განმუხტვის დენის მაქსიმალურ ლიმიტებს, პიკური დატენვისა და განმუხტვის დენის ლიმიტებთან ერთად.BMS, რომელიც უზრუნველყოფს დენის დაცვას, აუცილებლად გამოიყენებს მაქსიმალურ უწყვეტ დენს.თუმცა, ამას შეიძლება წინ უძღოდეს დატვირთვის პირობების უეცარი ცვლილება;მაგალითად, ელექტრომობილის მკვეთრი აჩქარება.BMS შეიძლება შეიცავდეს პიკური დენის მონიტორინგს დენის ინტეგრირებით და დელტა დროის შემდეგ, გადაწყვიტოს ან შეამციროს არსებული დენი ან მთლიანად შეწყვიტოს პაკეტის დენი.ეს საშუალებას აძლევს BMS-ს ჰქონდეს თითქმის მყისიერი მგრძნობელობა ექსტრემალური დენის მწვერვალების მიმართ, როგორიცაა მოკლე ჩართვის მდგომარეობა, რომელმაც არ მიიპყრო რეზიდენტი დამჭერების ყურადღება, მაგრამ ასევე მიმტევებელია მაღალი პიკის მოთხოვნების მიმართ, თუ ისინი არ არიან გადაჭარბებული. გრძელი.

ელექტრული მართვის დაცვა: ძაბვა

სურათი 2 გვიჩვენებს, რომ ლითიუმ-იონური უჯრედი უნდა მუშაობდეს ძაბვის გარკვეულ დიაპაზონში.ეს SOA საზღვრები საბოლოოდ განისაზღვრება შერჩეული ლითიუმ-იონური უჯრედის შინაგანი ქიმიით და უჯრედების ტემპერატურით ნებისმიერ მოცემულ დროს.უფრო მეტიც, ვინაიდან ნებისმიერი ბატარეის პაკეტი განიცდის ციკლის მნიშვნელოვან რაოდენობას, იხსნება დატვირთვის მოთხოვნილების და ენერგიის სხვადასხვა წყაროდან დამუხტვის გამო, SOA ძაბვის ეს ლიმიტები ჩვეულებრივ უფრო შეზღუდულია ბატარეის მუშაობის ოპტიმიზაციისთვის.BMS-მა უნდა იცოდეს რა არის ეს საზღვრები და მიიღებს გადაწყვეტილებებს ამ ზღვრებთან სიახლოვის საფუძველზე.მაგალითად, მაღალი ძაბვის ლიმიტის მიახლოებისას, BMS-მა შეიძლება მოითხოვოს დამტენის დენის თანდათანობითი შემცირება, ან შეიძლება მოითხოვოს დამტენის დენის მთლიანად შეწყვეტა, თუ ლიმიტი მიღწეულია.თუმცა, ამ ზღვარს, როგორც წესი, თან ახლავს დამატებითი შინაგანი ძაბვის ჰისტერეზის მოსაზრებები, რათა თავიდან აიცილოს კონტროლი გამორთვის ზღურბლთან დაკავშირებით.მეორეს მხრივ, დაბალი ძაბვის ლიმიტთან მიახლოებისას, BMS მოითხოვს, რომ ძირითადი აქტიური დამრღვევი დატვირთვები შეამცირონ მათი მიმდინარე მოთხოვნები.ელექტრო სატრანსპორტო საშუალების შემთხვევაში, ეს შეიძლება განხორციელდეს წევის ძრავისთვის ხელმისაწვდომი ნებადართული ბრუნვის შემცირებით.რა თქმა უნდა, BMS-მა მძღოლის უსაფრთხოების საკითხებს უპირველესი პრიორიტეტი უნდა გახადოს ბატარეის პაკეტის დაცვისას მუდმივი დაზიანების თავიდან ასაცილებლად.

თერმული მართვის დაცვა: ტემპერატურა

ნომინალური მნიშვნელობით, შეიძლება ჩანდეს, რომ ლითიუმ-იონურ უჯრედებს აქვთ ტემპერატურის მოქმედების ფართო დიაპაზონი, მაგრამ ბატარეის მთლიანი მოცულობა მცირდება დაბალ ტემპერატურაზე, რადგან ქიმიური რეაქციების სიჩქარე მნიშვნელოვნად შენელდება.რაც შეეხება შესაძლებლობებს დაბალ ტემპერატურაზე, ისინი უკეთესად მუშაობენ, ვიდრე ტყვიის მჟავა ან NiMh ბატარეები;თუმცა, ტემპერატურის მართვა გონივრულად მნიშვნელოვანია, რადგან 0 °C (32 °F) ქვემოთ დატენვა ფიზიკურად პრობლემურია.მეტალის ლითიუმის დაფარვის ფენომენი შეიძლება მოხდეს ანოდზე გაყინვის ქვეშ დამუხტვის დროს.ეს არის მუდმივი დაზიანება და არა მხოლოდ იწვევს სიმძლავრის შემცირებას, არამედ უჯრედები უფრო დაუცველია უკმარისობის მიმართ, თუ ექვემდებარება ვიბრაციას ან სხვა სტრესულ პირობებს.BMS-ს შეუძლია გააკონტროლოს ბატარეის პაკეტის ტემპერატურა გათბობისა და გაგრილების გზით.

რეალიზებული თერმული მართვა მთლიანად დამოკიდებულია ბატარეის პაკეტის ზომასა და ღირებულებაზე და შესრულების მიზნებზე, BMS-ის დიზაინის კრიტერიუმებზე და პროდუქტის ერთეულზე, რომელიც შეიძლება მოიცავდეს მიზნობრივი გეოგრაფიული რეგიონის გათვალისწინებას (მაგ. ალასკა ჰავაის წინააღმდეგ).გამათბობლის ტიპის მიუხედავად, ზოგადად უფრო ეფექტურია ენერგიის მიღება გარე ცვლადი დენის წყაროდან ან ალტერნატიული რეზიდენტური ბატარეიდან, რომელიც განკუთვნილია საჭიროების შემთხვევაში გამათბობელზე მუშაობისთვის.თუმცა, თუ ელექტრო გამათბობელს აქვს მოკრძალებული დენის მიწოდება, ენერგიის პირველადი ბატარეის პაკეტიდან შეიძლება გამოიყოს საკუთარი თავის გასათბობად.თუ თერმული ჰიდრავლიკური სისტემა დანერგილია, მაშინ ელექტრო გამაცხელებელი გამოიყენება გამაგრილებლის გასათბობად, რომელიც ტუმბოს და ნაწილდება შეფუთვის მთელ შეკრებაზე.

BMS დიზაინერ ინჟინრებს უდავოდ აქვთ თავიანთი დიზაინის ხრიკები, რათა შეაგროვონ სითბოს ენერგია პაკეტში.მაგალითად, BMS-ში ჩართულია სხვადასხვა ენერგეტიკული ელექტრონიკა, რომელიც ეძღვნება სიმძლავრის მართვას.მიუხედავად იმისა, რომ არ არის ისეთი ეფექტური, როგორც პირდაპირი გათბობა, მისი გამოყენება შესაძლებელია დამოუკიდებლად.გაგრილება განსაკუთრებით სასიცოცხლო მნიშვნელობისაა ლითიუმ-იონური ბატარეის პაკეტის მუშაობის დაკარგვის შესამცირებლად.მაგალითად, შესაძლოა მოცემული ბატარეა ოპტიმალურად მუშაობს 20°C ტემპერატურაზე;თუ შეფუთვის ტემპერატურა იზრდება 30°C-მდე, მისი შესრულების ეფექტურობა შეიძლება შემცირდეს 20%-ით.თუ შეფუთვა მუდმივად იტენება და იტენება 45°C (113°F) ტემპერატურაზე, ეფექტურობის დაკარგვა შეიძლება გაიზარდოს სოლიდურ 50%-მდე.ბატარეის ხანგრძლივობა ასევე შეიძლება განიცადოს ნაადრევი დაბერება და დეგრადაცია, თუ მუდმივად ექვემდებარება გადაჭარბებულ სითბოს წარმოქმნას, განსაკუთრებით სწრაფი დატენვისა და განმუხტვის ციკლების დროს.გაგრილება, როგორც წესი, მიიღწევა ორი მეთოდით, პასიური ან აქტიური, და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორივე ტექნიკა.პასიური გაგრილება ეყრდნობა ჰაერის ნაკადის მოძრაობას ბატარეის გასაგრილებლად.ელექტრომობილის შემთხვევაში, ეს ნიშნავს, რომ ის უბრალოდ მოძრაობს გზაზე.თუმცა, ეს შეიძლება იყოს უფრო დახვეწილი, ვიდრე ჩანს, რადგან ჰაერის სიჩქარის სენსორები შეიძლება იყოს ინტეგრირებული სტრატეგიულად ავტომატური რეგულირებადი გადახრის საჰაერო კაშხლებით, ჰაერის ნაკადის მაქსიმალურად გაზრდის მიზნით.აქტიური ტემპერატურით კონტროლირებადი ვენტილატორის დანერგვა შეიძლება დაგეხმაროს დაბალ სიჩქარეზე ან როცა მანქანა გაჩერდა, მაგრამ ამ ყველაფრის გაკეთება მხოლოდ შეფუთვის გათანაბრებაა გარემომცველ ტემპერატურასთან.მცხუნვარე ცხელი დღის შემთხვევაში, ამან შეიძლება გაზარდოს შეფუთვის საწყისი ტემპერატურა.თერმული ჰიდრავლიკური აქტიური გაგრილება შეიძლება შემუშავდეს როგორც დამატებითი სისტემა და, როგორც წესი, იყენებს ეთილენ-გლიკოლის გამაგრილებელს განსაზღვრული ნარევის თანაფარდობით, რომელიც ცირკულირებს ელექტროძრავით მომუშავე ტუმბოს მეშვეობით მილების/შლანგების, გამანაწილებელი კოლექტორების, ჯვარედინი ნაკადის სითბოს გადამცვლელის (რადიატორის) მეშვეობით. , და გაგრილების ფირფიტა დგას ბატარეის შეკრების წინააღმდეგ.BMS აკონტროლებს ტემპერატურას მთელს პაკეტში და ხსნის და ხურავს სხვადასხვა სარქველებს, რათა შეინარჩუნოს მთლიანი ბატარეის ტემპერატურა ვიწრო ტემპერატურის დიაპაზონში, რათა უზრუნველყოს ბატარეის ოპტიმალური მუშაობა.

შესაძლებლობების მენეჯმენტი

ბატარეის პაკეტის მოცულობის მაქსიმიზაცია, სავარაუდოდ, ბატარეის მუშაობის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქციაა, რომელსაც BMS უზრუნველყოფს.თუ ეს ტექნიკური მოვლა არ განხორციელდა, ბატარეის პაკეტი შეიძლება საბოლოოდ გამოუსადეგარი გახდეს.საკითხის საფუძველი ის არის, რომ ბატარეის პაკეტის „დასტა“ (უჯრედების სერიების მასივი) არ არის იდეალურად თანაბარი და არსებითად აქვს ოდნავ განსხვავებული გაჟონვის ან თვითგამორთვის სიჩქარე.გაჟონვა არ არის მწარმოებლის დეფექტი, არამედ ბატარეის ქიმიური მახასიათებელი, თუმცა მასზე სტატისტიკურად შეიძლება გავლენა იქონიოს წარმოების პროცესის მცირე ცვალებადობამ.თავდაპირველად, ბატარეის პაკეტს შეიძლება ჰქონდეს კარგად შეხამებული უჯრედები, მაგრამ დროთა განმავლობაში, უჯრედ-უჯრედს მსგავსება კიდევ უფრო მცირდება, არა მხოლოდ თვითდამუხტვის გამო, არამედ დატენვის/დამუხტვის ციკლის, ამაღლებული ტემპერატურისა და ზოგადად კალენდრის დაბერების გამო.ამის გაგებით, გავიხსენოთ ადრე მსჯელობა, რომ ლითიუმ-იონური უჯრედები შესანიშნავად მოქმედებენ, მაგრამ შეიძლება საკმაოდ მიუტევებელი იყოს, თუ ისინი მუშაობენ მჭიდრო SOA-ს გარეთ.ჩვენ ადრე ვისწავლეთ საჭირო ელექტრული დაცვის შესახებ, რადგან ლითიუმ-იონური უჯრედები კარგად ვერ უმკლავდებიან ზედმეტ დატენვას.სრული დამუხტვის შემდეგ, ისინი ვერ იღებენ მეტ დენს და მასში შეყვანილი ნებისმიერი დამატებითი ენერგია გადაიქცევა სიცხეში, ძაბვა პოტენციურად სწრაფად იზრდება, შესაძლოა სახიფათო დონემდე.ეს არ არის უჯრედისთვის ჯანსაღი მდგომარეობა და შეიძლება გამოიწვიოს მუდმივი დაზიანება და სახიფათო სამუშაო პირობები, თუ ის გაგრძელდება.

ბატარეის პაკეტის სერიის უჯრედების მასივი არის ის, რაც განსაზღვრავს პაკეტის საერთო ძაბვას და მიმდებარე უჯრედებს შორის შეუსაბამობა ქმნის დილემას ნებისმიერი დასტას დამუხტვის მცდელობისას.სურათი 3 გვიჩვენებს, რატომ არის ასე.თუ ერთს აქვს უჯრედების იდეალურად დაბალანსებული ნაკრები, ყველაფერი კარგადაა, რადგან თითოეული დაიტენება თანაბარი წესით და დატენვის დენი შეიძლება შეწყდეს, როდესაც 4.0 ძაბვის შეწყვეტის ზედა ზღვარს მიაღწევს.თუმცა, გაუწონასწორებელ სცენარში, ზედა უჯრედი ადრე მიაღწევს დატენვის ლიმიტს და დამუხტვის დენი უნდა შეწყდეს ფეხისთვის, სანამ სხვა ქვემდებარე უჯრედები სრულად დამუხტავს.

BMS არის ის, რაც მოქმედებს და ზოგავს დღეს, ან ბატარეის პაკეტს ამ შემთხვევაში.იმის საჩვენებლად, თუ როგორ მუშაობს ეს, საჭიროა ძირითადი განმარტების ახსნა.უჯრედის ან მოდულის დატენვის მდგომარეობა (SOC) მოცემულ დროს პროპორციულია ხელმისაწვდომ მუხტთან შედარებით სრული დამუხტვისას.ამრიგად, ბატარეა, რომელიც დგას 50% SOC-ზე, გულისხმობს, რომ ის 50%-ით არის დამუხტული, რაც მსგავსია საწვავის ინდიკატორის დამსახურებაზე.BMS სიმძლავრის მენეჯმენტი მიზნად ისახავს SOC-ის ცვალებადობის დაბალანსებას პაკეტის ასამბლეის თითოეულ დასტაზე.ვინაიდან SOC არ არის პირდაპირ გაზომვადი რაოდენობა, მისი შეფასება შესაძლებელია სხვადასხვა ტექნიკით და თავად დაბალანსების სქემა ზოგადად იყოფა ორ ძირითად კატეგორიად, პასიურ და აქტიურ.თემების მრავალი ვარიაციაა და თითოეულ ტიპს აქვს დადებითი და უარყოფითი მხარეები.BMS დიზაინერის ინჟინრის გადასაწყვეტია, რომელია ოპტიმალური მოცემული ბატარეის პაკეტისთვის და მისი გამოყენებისთვის.პასიური დაბალანსება არის ყველაზე მარტივი განსახორციელებლად, ასევე ზოგადი დაბალანსების კონცეფციის ასახსნელად.პასიური მეთოდი საშუალებას აძლევს დატის ყველა უჯრედს ჰქონდეს ისეთივე დამუხტული სიმძლავრე, როგორც ყველაზე სუსტ უჯრედს.შედარებით დაბალი დენის გამოყენებით, დატენვის ციკლის დროს ის აცილებს მცირე ენერგიას მაღალი SOC უჯრედებიდან ისე, რომ ყველა უჯრედი დაიტენოს მაქსიმალურ SOC-მდე.სურათი 4 გვიჩვენებს, თუ როგორ სრულდება ეს BMS-ით.ის აკონტროლებს თითოეულ უჯრედს და იყენებს ტრანზისტორი გადამრთველს და შესაბამისი ზომის გამონადენის რეზისტორს თითოეული უჯრედის პარალელურად.როდესაც BMS შეიგრძნობს, რომ მოცემული უჯრედი უახლოვდება დატენვის ლიმიტს, ის გადაიტანს ზედმეტ დენს მის ირგვლივ მომდევნო უჯრედში ზემოდან ქვევით.

დაბალანსების პროცესის საბოლოო წერტილები, მანამდე და მის შემდეგ, ნაჩვენებია სურათზე 5. მოკლედ, BMS აბალანსებს ბატარეის დასტას და ნებას აძლევს უჯრედს ან მოდულს დაინახოს დატენვის დენი, ვიდრე პაკეტის დენი, ერთ-ერთი შემდეგი გზით:

• დამუხტვის ამოღება ყველაზე დამუხტული უჯრედებიდან, რაც თავისუფალ ადგილს ანიჭებს დამატებითი დატენვის დენს გადატვირთვის თავიდან ასაცილებლად და საშუალებას აძლევს ნაკლებად დამუხტულ უჯრედებს მიიღონ მეტი დამუხტვის დენი.
• დამუხტვის ზოგიერთი ან თითქმის მთელი დენის გადამისამართება ყველაზე დამუხტული უჯრედების ირგვლივ, რითაც ნაკლებად დამუხტულ უჯრედებს საშუალებას აძლევს მიიღონ დატენვის დენი დიდი ხნის განმავლობაში.

ბატარეის მართვის სისტემების სახეები

ბატარეის მართვის სისტემები მერყეობს მარტივიდან რთულამდე და შეიძლება მოიცავდეს სხვადასხვა ტექნოლოგიების ფართო სპექტრს, რათა მიაღწიონ თავიანთ მთავარ დირექტივას „ბატარეაზე ზრუნვას“.თუმცა, ეს სისტემები შეიძლება დაიყოს კატეგორიებად მათი ტოპოლოგიის მიხედვით, რაც ეხება იმას, თუ როგორ არის დაყენებული და ფუნქციონირებს უჯრედებზე ან მოდულებზე ბატარეის პაკეტზე.

ცენტრალიზებული BMS არქიტექტურა

აქვს ერთი ცენტრალური BMS ბატარეის პაკეტში.ბატარეის ყველა პაკეტი პირდაპირ უკავშირდება ცენტრალურ BMS-ს.ცენტრალიზებული BMS-ის სტრუქტურა ნაჩვენებია სურათზე 6. ცენტრალიზებულ BMS-ს აქვს გარკვეული უპირატესობები.ის უფრო კომპაქტურია და, როგორც წესი, ყველაზე ეკონომიურია, რადგან არსებობს მხოლოდ ერთი BMS.თუმცა, არსებობს ცენტრალიზებული BMS-ის უარყოფითი მხარეები.ვინაიდან ყველა ბატარეა უშუალოდ უკავშირდება BMS-ს, BMS-ს სჭირდება ბევრი პორტი ბატარეის ყველა პაკეტთან დასაკავშირებლად.ეს ითარგმნება როგორც უამრავი მავთული, კაბელი, კონექტორები და ა.შ. დიდი ბატარეის პაკეტებში, რაც ართულებს როგორც პრობლემების აღმოფხვრას, ასევე მოვლას.

მოდულური BMS ტოპოლოგია

ცენტრალიზებული იმპლემენტაციის მსგავსად, BMS დაყოფილია რამდენიმე დუბლირებულ მოდულად, თითოეულს აქვს მავთულის გამოყოფილი ნაკრები და აკავშირებს ბატარეის დასტას მიმდებარე დანიშნულ ნაწილთან.იხილეთ სურათი 7. ზოგიერთ შემთხვევაში, ეს BMS ქვემოდული შეიძლება იყოს BMS მოდულის პირველადი ზედამხედველობის ქვეშ, რომლის ფუნქციაა ქვემოდულების სტატუსის მონიტორინგი და პერიფერიულ აღჭურვილობასთან კომუნიკაცია.დუბლირებული მოდულარობის წყალობით, პრობლემების აღმოფხვრა და შენარჩუნება უფრო ადვილია, ხოლო ბატარეის დიდ პაკეტებზე გაფართოება მარტივია.უარყოფითი მხარე ის არის, რომ მთლიანი ხარჯები ოდნავ მაღალია და შეიძლება იყოს დუბლირებული გამოუყენებელი ფუნქციონალობა, აპლიკაციიდან გამომდინარე.

პირველადი/ქვემდებარე BMS

კონცეპტუალურად მსგავსია მოდულური ტოპოლოგიისა, თუმცა, ამ შემთხვევაში, სლავები უფრო შეზღუდულია მხოლოდ გაზომვის ინფორმაციის გადაცემით, ხოლო მასტერი ეძღვნება გამოთვლებს და კონტროლს, ასევე გარე კომუნიკაციას.ასე რომ, მიუხედავად იმისა, რომ მოდულური ტიპების მსგავსად, ხარჯები შეიძლება იყოს უფრო დაბალი, რადგან სლავების ფუნქციონირება უფრო მარტივია, სავარაუდოდ ნაკლები ზედნადები და ნაკლები გამოუყენებელი ფუნქციები.

განაწილებული BMS არქიტექტურა

მნიშვნელოვნად განსხვავდება სხვა ტოპოლოგიებისაგან, სადაც ელექტრონული აპარატურა და პროგრამული უზრუნველყოფა არის ჩასმული მოდულებში, რომლებიც უჯრედებს აკავშირებენ მიმაგრებული გაყვანილობის შეკვრებით.განაწილებული BMS აერთიანებს მთელ ელექტრონულ აპარატურას საკონტროლო დაფაზე, რომელიც მოთავსებულია უშუალოდ უჯრედზე ან მოდულზე, რომლის მონიტორინგიც ხდება.ეს ამსუბუქებს კაბელის დიდ ნაწილს რამდენიმე სენსორულ სადენამდე და საკომუნიკაციო მავთულთან მიმდებარე BMS მოდულებს შორის.შესაბამისად, თითოეული BMS უფრო დამოუკიდებელია და საჭიროებისამებრ ამუშავებს გამოთვლებსა და კომუნიკაციებს.თუმცა, მიუხედავად ამ აშკარა სიმარტივისა, ეს ინტეგრირებული ფორმა პოტენციურად პრობლემურს ხდის პრობლემების აღმოფხვრას და შენარჩუნებას, რადგან ის მდებარეობს ფარის მოდულის ასამბლეის სიღრმეში.ხარჯები ასევე უფრო მაღალია, რადგან ბატარეის მთლიან სტრუქტურაში მეტი BMS არის.

ბატარეის მართვის სისტემების მნიშვნელობა

ფუნქციონალურ უსაფრთხოებას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს BMS-ში.დამუხტვისა და განმუხტვის მუშაობისას მნიშვნელოვანია, რომ ზედამხედველობის ქვეშ მყოფი ნებისმიერი უჯრედის ან მოდულის ძაბვა, დენი და ტემპერატურა არ გადააჭარბოს განსაზღვრულ SOA ლიმიტებს.თუ ლიმიტები გადაჭარბებულია დიდი ხნის განმავლობაში, არა მხოლოდ პოტენციურად ძვირადღირებული ბატარეის კომპრომეტირება ხდება, არამედ საშიში თერმული პირობები შეიძლება წარმოიშვას.უფრო მეტიც, ქვედა ძაბვის ბარიერის ლიმიტები ასევე მკაცრად კონტროლდება ლითიუმ-იონის უჯრედების დასაცავად და ფუნქციური უსაფრთხოებისთვის.თუ Li-ion ბატარეა დარჩება ამ დაბალ ძაბვის მდგომარეობაში, სპილენძის დენდრიტები საბოლოოდ შეიძლება გაიზარდოს ანოდზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს თვითგამონადენის ამაღლება და გამოიწვიოს უსაფრთხოების შესაძლო პრობლემები.ლითიუმ-იონზე მომუშავე სისტემების მაღალი ენერგიის სიმკვრივე მოდის იმ ფასად, რომელიც მცირე ადგილს ტოვებს ბატარეის მართვის შეცდომისთვის.BMS-ების და ლითიუმ-იონის გაუმჯობესების წყალობით, ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე წარმატებული და უსაფრთხო ბატარეის ქიმიური ელემენტი დღეს.

ბატარეის პაკეტის შესრულება არის BMS-ის შემდეგი ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი და ეს გულისხმობს ელექტრო და თერმული მართვას.ბატარეის მთლიანი სიმძლავრის ელექტრული ოპტიმიზაციისთვის, პაკეტში არსებული ყველა უჯრედი უნდა იყოს დაბალანსებული, რაც გულისხმობს, რომ მიმდებარე უჯრედების SOC მთელ შეკრებაზე დაახლოებით ექვივალენტია.ეს ძალზე მნიშვნელოვანია, რადგან არა მხოლოდ შესაძლებელია ბატარეის ოპტიმალური სიმძლავრის რეალიზება, არამედ ის ხელს უწყობს ზოგადი დეგრადაციის თავიდან აცილებას და ამცირებს პოტენციურ ცხელ წერტილებს სუსტი უჯრედების გადატვირთვისგან.ლითიუმ-იონური ბატარეები უნდა მოერიდონ გამონადენს დაბალი ძაბვის ლიმიტებზე ქვემოთ, რადგან ამან შეიძლება გამოიწვიოს მეხსიერების ეფექტები და სიმძლავრის მნიშვნელოვანი დაკარგვა.ელექტროქიმიური პროცესები ძალიან მგრძნობიარეა ტემპერატურის მიმართ და ბატარეები არ არის გამონაკლისი.როდესაც გარემო ტემპერატურა ეცემა, სიმძლავრე და ხელმისაწვდომი ბატარეის ენერგია მნიშვნელოვნად იკლებს.შესაბამისად, BMS შეიძლება ჩაერთოს გარე გამათბობელთან, რომელიც მოთავსებულია, ვთქვათ, ელექტრო ავტომობილის ბატარეის თხევადი გაგრილების სისტემაზე, ან ჩართული გამათბობელი ფირფიტები, რომლებიც დამონტაჟებულია ვერტმფრენის ან სხვა შეფუთვის მოდულების ქვეშ. თვითმფრინავი.გარდა ამისა, რადგან ყინვაგამძლე ლითიუმ-იონური უჯრედების დატენვა საზიანოა ბატარეის მუშაობისთვის, მნიშვნელოვანია პირველ რიგში ბატარეის საკმარისად ამაღლება.ლითიუმ-იონური უჯრედების უმეტესობა არ შეიძლება სწრაფად დამუხტვა, როდესაც ისინი 5°C-ზე ნაკლებია და საერთოდ არ უნდა დამუხტვა, როდესაც ისინი 0°C-ზე დაბალია.ტიპიური ოპერაციული გამოყენების დროს ოპტიმალური მუშაობისთვის, BMS თერმული მენეჯმენტი ხშირად უზრუნველყოფს ბატარეის მუშაობას Goldilocks-ის ვიწრო ზონაში (მაგ. 30 – 35°C).ეს იცავს შესრულებას, ხელს უწყობს ხანგრძლივ სიცოცხლეს და ხელს უწყობს ჯანსაღი, საიმედო ბატარეის პაკეტს.

ბატარეის მართვის სისტემების უპირატესობები

ბატარეის ენერგიის შესანახი მთელი სისტემა, რომელსაც ხშირად BESS-ს უწოდებენ, შეიძლება შედგებოდეს ათობით, ასობით ან თუნდაც ათასობით ლითიუმ-იონის უჯრედებისგან, რომლებიც სტრატეგიულად შეფუთულია ერთად, აპლიკაციიდან გამომდინარე.ამ სისტემებს შეიძლება ჰქონდეთ ძაბვის რეიტინგი 100 ვ-ზე ნაკლები, მაგრამ შეიძლება იყოს 800 ვ-მდე, პაკეტების მიწოდების დენებით 300A-მდე ან მეტი.მაღალი ძაბვის პაკეტის ნებისმიერმა არასწორმა მართვამ შეიძლება გამოიწვიოს სიცოცხლისთვის საშიში, კატასტროფული კატასტროფა.შესაბამისად, BMS-ები აბსოლუტურად მნიშვნელოვანია უსაფრთხო მუშაობის უზრუნველსაყოფად.BMS-ების სარგებელი შეიძლება შეჯამდეს შემდეგნაირად.

• ფუნქციური უსაფრთხოება.დიდი ფორმატის ლითიუმ-იონური ბატარეების პაკეტებისთვის ეს განსაკუთრებით გონივრული და აუცილებელია.მაგრამ, მაგალითად, ლეპტოპებში გამოყენებული უფრო მცირე ფორმატებიც კი ცნობილია, რომ ცეცხლს იკიდებს და უზარმაზარ ზიანს აყენებს.პროდუქტების მომხმარებელთა პირადი უსაფრთხოება, რომლებიც შეიცავს ლითიუმ-იონურ სისტემებს, მცირე ადგილს ტოვებს ბატარეის მართვის შეცდომისთვის.
• სიცოცხლის ხანგრძლივობა და საიმედოობა.ბატარეის დაცვის მენეჯმენტი, ელექტრო და თერმული, უზრუნველყოფს ყველა უჯრედის გამოყენებას დეკლარირებული SOA მოთხოვნების შესაბამისად.ეს დელიკატური ზედამხედველობა უზრუნველყოფს უჯრედების დაცვას აგრესიული გამოყენებისა და ველოსიპედის სწრაფი დატენვისა და განმუხტვის წინააღმდეგ და გარდაუვლად იწვევს სტაბილურ სისტემას, რომელიც პოტენციურად უზრუნველყოფს მრავალწლიან საიმედო მომსახურებას.
• შესრულება და დიაპაზონი.BMS ბატარეის პაკეტის სიმძლავრის მართვა, სადაც უჯრედიდან უჯრედის დაბალანსება გამოიყენება პაკეტში მიმდებარე უჯრედების SOC-ის გასათანაბრებლად, ბატარეის ოპტიმალური სიმძლავრის რეალიზების საშუალებას იძლევა.ამ BMS ფუნქციის გარეშე, რომელიც ითვალისწინებს ვარიაციები თვითგანმუხტვაში, დატენვის/გამონადენის ციკლში, ტემპერატურის ეფექტებს და ზოგადად დაბერებას, ბატარეის პაკეტი საბოლოოდ შეიძლება გახდეს უსარგებლო.
• დიაგნოსტიკა, მონაცემთა შეგროვება და გარე კომუნიკაცია.ზედამხედველობის ამოცანები მოიცავს ბატარეის ყველა უჯრედის მუდმივ მონიტორინგს, სადაც მონაცემთა აღრიცხვა შეიძლება გამოიყენებოდეს თავისთავად დიაგნოსტიკისთვის, მაგრამ ხშირად მიზნად ისახავს ამოცანების გამოთვლას, რათა შეფასდეს ასამბლეის ყველა უჯრედის SOC.ეს ინფორმაცია გამოიყენება დაბალანსების ალგორითმებისთვის, მაგრამ ერთობლივად შეიძლება გადაეცეს გარე მოწყობილობებსა და დისპლეებს, რათა მიუთითებდეს რეზიდენტის ხელმისაწვდომ ენერგიაზე, შეაფასოს მოსალოდნელი დიაპაზონი ან დიაპაზონი/ხანგრძლივობა მიმდინარე მოხმარებაზე დაყრდნობით და უზრუნველყოს ბატარეის პაკეტის ჯანმრთელობის მდგომარეობა.
• ღირებულება და გარანტიის შემცირება.BMS-ის დანერგვა BESS-ში ზრდის ხარჯებს, ხოლო ბატარეის პაკეტები ძვირი და პოტენციურად საშიშია.რაც უფრო რთულია სისტემა, მით უფრო მაღალია უსაფრთხოების მოთხოვნები, რის შედეგადაც საჭიროა მეტი BMS ზედამხედველობის არსებობა.მაგრამ BMS-ის დაცვა და პრევენციული შენარჩუნება ფუნქციონალურ უსაფრთხოებასთან, სიცოცხლის ხანგრძლივობასთან და საიმედოობასთან დაკავშირებით, შესრულებასა და დიაპაზონში, დიაგნოსტიკასთან და ა.შ. გარანტიას იძლევა, რომ შეამცირებს მთლიან ხარჯებს, მათ შორის გარანტიასთან დაკავშირებულ ხარჯებს.

ბატარეის მართვის სისტემები და სინოფსიები

სიმულაცია არის BMS დიზაინის ღირებული მოკავშირე, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც გამოიყენება დიზაინის გამოწვევების შესასწავლად და გადასაჭრელად ტექნიკის განვითარების, პროტოტიპების და ტესტირების ფარგლებში.ლითიუმ-იონური უჯრედის ზუსტი მოდელით, BMS არქიტექტურის სიმულაციური მოდელი არის შესრულებადი სპეციფიკაცია, რომელიც აღიარებულია ვირტუალურ პროტოტიპად.გარდა ამისა, სიმულაცია იძლევა BMS ზედამხედველობის ფუნქციების ვარიანტების უმტკივნეულო გამოკვლევას ბატარეისა და გარემოს მუშაობის სხვადასხვა სცენარების მიმართ.დანერგვის საკითხების აღმოჩენა და გამოკვლევა შესაძლებელია ძალიან ადრე, რაც შესაძლებელს გახდის შესრულების და ფუნქციური უსაფრთხოების გაუმჯობესების შემოწმებას რეალურ აპარატურულ პროტოტიპზე დანერგვამდე.ეს ამცირებს განვითარების დროს და ეხმარება უზრუნველყოს, რომ პირველი ტექნიკის პროტოტიპი იქნება ძლიერი.გარდა ამისა, ავთენტიფიკაციის მრავალი ტესტი, მათ შორის უარესი სცენარის ჩათვლით, შეიძლება ჩატარდეს BMS-სა და ბატარეის პაკეტზე ფიზიკურად რეალისტური ჩაშენებული სისტემის აპლიკაციებში განხორციელებისას.

Synopsys SaberRDგთავაზობთ ვრცელ ელექტრო, ციფრულ, საკონტროლო და თერმული ჰიდრავლიკური მოდელების ბიბლიოთეკებს, რათა გააძლიეროს ინჟინრები, რომლებიც დაინტერესებულნი არიან BMS და ბატარეის პაკეტის დიზაინითა და შემუშავებით.ხელმისაწვდომია ხელსაწყოები მოდელების სწრაფად გენერირებისთვის მონაცემთა ფურცლის ძირითადი სპეციფიკაციებიდან და გაზომვის მრუდებით მრავალი ელექტრონული მოწყობილობისთვის და ბატარეის ქიმიის სხვადასხვა ტიპებისთვის.სტატისტიკური, სტრესის და ხარვეზების ანალიზები იძლევა ოპერაციული რეგიონის სპექტრის მასშტაბით შემოწმებას, მათ შორის სასაზღვრო ზონებს, რათა უზრუნველყოს მთლიანი BMS საიმედოობა.გარდა ამისა, ბევრი დიზაინის მაგალითია შემოთავაზებული, რათა მომხმარებლებს საშუალება მისცენ, დაიწყონ პროექტი და სწრაფად მიაღწიონ სიმულაციისგან საჭირო პასუხებს.