बॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली म्हणजे काय?

व्याख्या

बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टीम (BMS) हे बॅटरी पॅकच्या देखरेखीसाठी समर्पित तंत्रज्ञान आहे, जे बॅटरी सेलचे असेंब्ली आहे, एका पंक्ती x कॉलम मॅट्रिक्स कॉन्फिगरेशनमध्ये विद्युतीयरित्या आयोजित केले जाते जेणेकरुन ठराविक कालावधीसाठी व्होल्टेज आणि करंटच्या लक्ष्यित श्रेणीचे वितरण सक्षम केले जाईल. अपेक्षित लोड परिस्थिती.बीएमएस प्रदान करत असलेल्या पर्यवेक्षणामध्ये सहसा हे समाविष्ट असते:

• बॅटरीचे निरीक्षण करणे
• बॅटरी संरक्षण प्रदान करणे
• बॅटरीच्या ऑपरेशनल स्थितीचा अंदाज लावत आहे
• बॅटरीची कार्यक्षमता सतत ऑप्टिमाइझ करणे
• बाह्य उपकरणांना ऑपरेशनल स्थितीचा अहवाल देणे

येथे, "बॅटरी" हा शब्द संपूर्ण पॅक सूचित करतो;तथापि, मॉनिटरिंग आणि कंट्रोल फंक्शन्स विशेषत: वैयक्तिक सेलवर किंवा एकूण बॅटरी पॅक असेंब्लीमध्ये मॉड्यूल नावाच्या सेलच्या गटांवर लागू केले जातात.लिथियम-आयन रिचार्जेबल सेलमध्ये सर्वाधिक ऊर्जा घनता असते आणि लॅपटॉपपासून इलेक्ट्रिक वाहनांपर्यंत अनेक ग्राहक उत्पादनांसाठी बॅटरी पॅकसाठी मानक पर्याय आहेत.ते उत्कृष्ट कामगिरी करत असताना, बॅटरीच्या कार्यक्षमतेशी तडजोड करण्यापासून ते पूर्णपणे धोकादायक परिणामांपर्यंतच्या परिणामांसह, सामान्यतः घट्ट सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र (SOA) बाहेर ऑपरेट केल्यास ते त्याऐवजी अक्षम्य असू शकतात.BMS मध्ये निश्चितच आव्हानात्मक नोकरीचे वर्णन आहे, आणि त्याची एकूण जटिलता आणि पर्यवेक्षण आउटरीच इलेक्ट्रिकल, डिजिटल, कंट्रोल, थर्मल आणि हायड्रॉलिक यांसारख्या अनेक विषयांमध्ये पसरू शकते.

बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टम्स कसे कार्य करतात?

बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालींमध्ये निकषांचा एक निश्चित किंवा अद्वितीय संच नसतो ज्याचा अवलंब करणे आवश्यक आहे.तंत्रज्ञानाच्या डिझाइनची व्याप्ती आणि अंमलात आणलेली वैशिष्ट्ये सामान्यत: सहसंबंधित असतात:

• बॅटरी पॅकची किंमत, जटिलता आणि आकार
• बॅटरीचा वापर आणि कोणतीही सुरक्षा, आयुर्मान आणि वॉरंटी चिंता
• विविध सरकारी नियमांवरील प्रमाणन आवश्यकता जेथे अपुरे कार्यात्मक सुरक्षा उपाय केले असल्यास खर्च आणि दंड सर्वोपरि आहेत

अनेक BMS डिझाइन वैशिष्ट्ये आहेत, ज्यामध्ये बॅटरी पॅक संरक्षण व्यवस्थापन आणि क्षमता व्यवस्थापन ही दोन आवश्यक वैशिष्ट्ये आहेत.ही दोन वैशिष्ट्ये कशी कार्य करतात याबद्दल आम्ही येथे चर्चा करू.बॅटरी पॅक संरक्षण व्यवस्थापनामध्ये दोन प्रमुख क्षेत्रे आहेत: विद्युत संरक्षण, ज्याचा अर्थ बॅटरीला त्याच्या SOA बाहेर वापरून खराब होऊ न देणे आणि थर्मल संरक्षण, ज्यामध्ये पॅक राखण्यासाठी किंवा त्याच्या SOA मध्ये आणण्यासाठी निष्क्रिय आणि/किंवा सक्रिय तापमान नियंत्रण समाविष्ट आहे.

विद्युत व्यवस्थापन संरक्षण: वर्तमान

बॅटरी पॅक करंट आणि सेल किंवा मॉड्यूल व्होल्टेजचे निरीक्षण करणे हा विद्युत संरक्षणाचा मार्ग आहे.कोणत्याही बॅटरी सेलचा विद्युत SOA विद्युत् प्रवाह आणि व्होल्टेजने बांधलेला असतो.आकृती 1 ठराविक लिथियम-आयन सेल SOA दर्शविते, आणि उत्तम प्रकारे डिझाइन केलेले BMS उत्पादकाच्या सेल रेटिंगच्या बाहेर ऑपरेशन रोखून पॅकचे संरक्षण करेल.बर्‍याच प्रकरणांमध्ये, पुढील बॅटरीचे आयुष्य वाढवण्याच्या हितासाठी SOA सुरक्षित क्षेत्रामध्ये राहण्यासाठी पुढील डेरेटिंग लागू केले जाऊ शकते.

लिथियम-आयन पेशींमध्ये डिस्चार्जिंगपेक्षा चार्जिंगसाठी भिन्न वर्तमान मर्यादा आहेत आणि दोन्ही मोड्स कमी कालावधीसाठी असले तरी उच्च शिखर प्रवाह हाताळू शकतात.बॅटरी सेल उत्पादक सामान्यतः कमाल सतत चार्जिंग आणि डिस्चार्ज करंट मर्यादा, पीक चार्जिंग आणि डिस्चार्ज करंट मर्यादा निर्दिष्ट करतात.वर्तमान संरक्षण प्रदान करणारा BMS निश्चितपणे जास्तीत जास्त सतत प्रवाह लागू करेल.तथापि, लोड स्थितीत अचानक बदल झाल्यामुळे हे अगोदर केले जाऊ शकते;उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रिक वाहनाचा अचानक प्रवेग.बीएमएस करंट आणि डेल्टा टाईम नंतर एकत्रित करून पीक करंट मॉनिटरिंग समाविष्ट करू शकते, एकतर उपलब्ध करंट कमी करण्याचा किंवा पॅक करंटमध्ये पूर्णपणे व्यत्यय आणण्याचा निर्णय घेऊन.हे बीएमएसला अत्यंत वर्तमान शिखरांवर जवळजवळ तात्काळ संवेदनशीलता प्राप्त करण्यास अनुमती देते, जसे की शॉर्ट सर्किट स्थिती ज्याने कोणत्याही रहिवासी फ्यूजचे लक्ष वेधून घेतले नाही, परंतु उच्च शिखर मागण्यांना देखील माफ करा, जोपर्यंत ते खूप जास्त होत नाहीत. लांब

विद्युत व्यवस्थापन संरक्षण: व्होल्टेज

आकृती 2 दर्शविते की लिथियम-आयन सेल विशिष्ट व्होल्टेज श्रेणीमध्ये कार्यरत असणे आवश्यक आहे.या SOA सीमा शेवटी निवडलेल्या लिथियम-आयन सेलच्या आंतरिक रसायनशास्त्राद्वारे आणि कोणत्याही दिलेल्या वेळी पेशींच्या तापमानाद्वारे निर्धारित केल्या जातील.शिवाय, कोणत्याही बॅटरी पॅकमध्ये वर्तमान सायकलिंग, लोड मागणीमुळे डिस्चार्जिंग आणि विविध ऊर्जा स्रोतांमधून चार्जिंगचा अनुभव येत असल्याने, या SOA व्होल्टेज मर्यादा सामान्यतः बॅटरीचे आयुष्य ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी आणखी मर्यादित असतात.या मर्यादा काय आहेत हे BMS ला माहित असणे आवश्यक आहे आणि ते या थ्रेशोल्डच्या समीपतेवर आधारित निर्णय घेतील.उदाहरणार्थ, उच्च व्होल्टेज मर्यादा गाठताना, बीएमएस चार्जिंग करंट हळूहळू कमी करण्याची विनंती करू शकते किंवा मर्यादा गाठल्यास चार्जिंग करंट पूर्णपणे बंद करण्याची विनंती करू शकते.तथापि, शटडाउन थ्रेशोल्डबद्दल नियंत्रण बडबड टाळण्यासाठी ही मर्यादा सहसा अतिरिक्त आंतरिक व्होल्टेज हिस्टेरेसीस विचारांसह असते.दुसरीकडे, कमी व्होल्टेज मर्यादा गाठताना, BMS विनंती करेल की मुख्य सक्रिय आक्षेपार्ह भार त्यांच्या सध्याच्या मागण्या कमी करतात.इलेक्ट्रिक वाहनाच्या बाबतीत, हे ट्रॅक्शन मोटरला उपलब्ध असलेले टॉर्क कमी करून केले जाऊ शकते.अर्थात, कायमस्वरूपी नुकसान टाळण्यासाठी बॅटरी पॅकचे संरक्षण करताना BMS ने ड्रायव्हरच्या सुरक्षिततेचा विचार सर्वोच्च प्राधान्याने केला पाहिजे.

थर्मल व्यवस्थापन संरक्षण: तापमान

दर्शनी मूल्यानुसार, असे दिसून येते की लिथियम-आयन पेशींमध्ये विस्तृत तापमान ऑपरेटिंग श्रेणी असते, परंतु कमी तापमानात बॅटरीची एकूण क्षमता कमी होते कारण रासायनिक अभिक्रिया दर लक्षणीयरीत्या कमी होतात.कमी तापमानात क्षमतेच्या संदर्भात, ते लीड-ऍसिड किंवा NiMh बॅटरीपेक्षा बरेच चांगले कार्य करतात;तथापि, 0 °C (32 °F) पेक्षा कमी चार्जिंग शारीरिकदृष्ट्या समस्याप्रधान असल्याने तापमान व्यवस्थापन विवेकपूर्णपणे आवश्यक आहे.सब-फ्रीझिंग चार्जिंग दरम्यान एनोडवर मेटॅलिक लिथियमची प्लेटिंगची घटना घडू शकते.हे कायमचे नुकसान आहे आणि त्यामुळे केवळ क्षमताच कमी होत नाही, तर कंपन किंवा इतर तणावपूर्ण परिस्थितीमुळे पेशी निकामी होण्यास अधिक असुरक्षित असतात.BMS बॅटरी पॅकचे तापमान हीटिंग आणि कूलिंगद्वारे नियंत्रित करू शकते.

लक्षात आलेले थर्मल व्यवस्थापन पूर्णपणे बॅटरी पॅकचा आकार आणि किंमत आणि कार्यप्रदर्शन उद्दिष्टे, BMS चे डिझाइन निकष आणि उत्पादन युनिटवर अवलंबून असते, ज्यामध्ये लक्ष्यित भौगोलिक प्रदेशाचा विचार समाविष्ट असू शकतो (उदा. अलास्का विरुद्ध हवाई).हीटरचा प्रकार काहीही असो, सामान्यत: बाह्य AC उर्जा स्त्रोताकडून ऊर्जा काढणे किंवा हीटर चालविण्याच्या उद्देशाने आवश्यक असलेल्या पर्यायी निवासी बॅटरीमधून ऊर्जा काढणे अधिक प्रभावी आहे.तथापि, जर इलेक्ट्रिक हीटरमध्ये माफक करंट ड्रॉ असेल तर, प्राथमिक बॅटरी पॅकमधून ऊर्जा स्वतःच गरम करण्यासाठी सिफन केली जाऊ शकते.जर थर्मल हायड्रॉलिक प्रणाली लागू केली असेल, तर कूलंट गरम करण्यासाठी इलेक्ट्रिक हीटरचा वापर केला जातो जो पंप केला जातो आणि संपूर्ण पॅक असेंबलीमध्ये वितरित केला जातो.

BMS डिझाईन अभियंते निःसंशयपणे पॅकमध्ये उष्णता उर्जेचा वापर करण्यासाठी त्यांच्या डिझाइन ट्रेडच्या युक्त्या आहेत.उदाहरणार्थ, क्षमता व्यवस्थापनासाठी समर्पित BMS मधील विविध पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स चालू केले जाऊ शकतात.थेट गरम करण्याइतके कार्यक्षम नसले तरी, याचा फायदा घेता येतो.लिथियम-आयन बॅटरी पॅकची कार्यक्षमता कमी करण्यासाठी कूलिंग विशेषतः महत्त्वपूर्ण आहे.उदाहरणार्थ, कदाचित दिलेली बॅटरी २०°C वर उत्तमरीत्या चालते;जर पॅकचे तापमान 30 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढले तर त्याची कार्यक्षमता 20% पर्यंत कमी केली जाऊ शकते.जर पॅक सतत चार्ज होत असेल आणि 45°C (113°F) वर रिचार्ज केला जात असेल, तर कामगिरीचे नुकसान 50% पर्यंत वाढू शकते.बॅटरीचे आयुष्य देखील अकाली वृद्धत्व आणि ऱ्हासाचा त्रास होऊ शकतो जर सतत जास्त उष्णता निर्माण होत असेल, विशेषतः जलद चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग सायकल दरम्यान.कूलिंग सामान्यतः निष्क्रिय किंवा सक्रिय अशा दोन पद्धतींनी साध्य केले जाते आणि दोन्ही तंत्रे वापरली जाऊ शकतात.निष्क्रिय कूलिंग बॅटरी थंड करण्यासाठी हवेच्या प्रवाहाच्या हालचालीवर अवलंबून असते.इलेक्ट्रिक वाहनाच्या बाबतीत, याचा अर्थ असा होतो की ते फक्त रस्त्यावरून जात आहे.तथापि, ते दिसते त्यापेक्षा अधिक अत्याधुनिक असू शकते, कारण हवेचा प्रवाह जास्तीत जास्त करण्यासाठी विक्षेपक वायु धरणांना धोरणात्मकरित्या स्वयं-समायोजित करण्यासाठी एअर स्पीड सेन्सर एकत्रित केले जाऊ शकतात.सक्रिय तापमान-नियंत्रित फॅनची अंमलबजावणी कमी वेगाने किंवा वाहन थांबल्यावर मदत करू शकते, परंतु हे सर्व फक्त आसपासच्या सभोवतालच्या तापमानासह पॅकची बरोबरी करणे आहे.तीव्र उष्ण दिवसाच्या घटनेत, यामुळे प्रारंभिक पॅक तापमान वाढू शकते.थर्मल हायड्रॉलिक अॅक्टिव्ह कूलिंगची रचना पूरक प्रणाली म्हणून केली जाऊ शकते, आणि विशेषत: इथिलीन-ग्लायकॉल शीतलक विशिष्ट मिश्रण गुणोत्तरासह वापरते, पाईप्स/होसेस, वितरण मॅनिफोल्ड्स, क्रॉस-फ्लो हीट एक्सचेंजर (रेडिएटर) द्वारे इलेक्ट्रिक मोटर-चालित पंपद्वारे प्रसारित केले जाते. , आणि बॅटरी पॅक असेंब्ली विरुद्ध कूलिंग प्लेट रहिवासी.BMS संपूर्ण पॅकमधील तापमानाचे निरीक्षण करते आणि बॅटरीचे इष्टतम कार्यप्रदर्शन सुनिश्चित करण्यासाठी अरुंद तापमान श्रेणीमध्ये संपूर्ण बॅटरीचे तापमान राखण्यासाठी विविध वाल्व्ह उघडते आणि बंद करते.

क्षमता व्यवस्थापन

बॅटरी पॅकची क्षमता वाढवणे हे BMS प्रदान केलेल्या सर्वात महत्वाच्या बॅटरी परफॉर्मन्स वैशिष्ट्यांपैकी एक आहे.ही देखभाल न केल्यास, बॅटरी पॅक शेवटी निरुपयोगी होऊ शकतो.समस्येचे मूळ हे आहे की बॅटरी पॅक "स्टॅक" (सेल्सची मालिका) पूर्णपणे समान नाही आणि आंतरिकपणे गळती किंवा स्व-डिस्चार्ज दर किंचित भिन्न आहेत.गळती हा निर्मात्याचा दोष नसून बॅटरीच्या रसायनशास्त्राचे वैशिष्ट्य आहे, जरी मिनिटाच्या उत्पादन प्रक्रियेतील फरकांमुळे त्याचा सांख्यिकीयदृष्ट्या परिणाम होऊ शकतो.सुरुवातीला बॅटरी पॅकमध्ये चांगल्या प्रकारे जुळणारे सेल असू शकतात, परंतु कालांतराने, सेल-टू-सेल समानता केवळ सेल्फ-डिस्चार्जमुळेच नाही तर चार्ज/डिस्चार्ज सायकलिंग, वाढलेले तापमान आणि सामान्य कॅलेंडर वृद्धत्वामुळे देखील प्रभावित होते.हे समजून घेतल्यावर, लिथियम-आयन पेशी उत्कृष्ट कामगिरी करतात, परंतु घट्ट SOA बाहेर ऑपरेट केल्यास त्याऐवजी अक्षम्य असू शकतात अशी पूर्वीची चर्चा आठवा.आवश्यक विद्युत संरक्षणाबद्दल आम्ही पूर्वी शिकलो कारण लिथियम-आयन पेशी अति-चार्जिंगशी चांगले व्यवहार करत नाहीत.एकदा पूर्ण चार्ज झाल्यावर, ते आणखी विद्युतप्रवाह स्वीकारू शकत नाहीत, आणि त्यात ढकललेली कोणतीही अतिरिक्त ऊर्जा उष्णतेमध्ये प्रसारित होते, व्होल्टेज संभाव्यतः वेगाने वाढू शकते, संभाव्यतः धोकादायक पातळीपर्यंत.ही सेलसाठी निरोगी परिस्थिती नाही आणि ती कायम राहिल्यास कायमचे नुकसान आणि असुरक्षित ऑपरेटिंग परिस्थिती निर्माण करू शकते.

बॅटरी पॅक मालिका सेल अॅरे हे एकंदर पॅक व्होल्टेज ठरवते आणि कोणताही स्टॅक चार्ज करण्याचा प्रयत्न करताना समीप सेलमधील जुळत नसल्यामुळे संदिग्धता निर्माण होते.आकृती 3 असे का आहे ते दर्शविते.जर एखाद्याकडे पेशींचा पूर्णपणे संतुलित संच असेल, तर सर्व ठीक आहे कारण प्रत्येक समान पद्धतीने चार्ज होईल आणि वरच्या 4.0 व्होल्टेज कट-ऑफ थ्रेशोल्डवर पोहोचल्यावर चार्जिंग करंट कापला जाऊ शकतो.तथापि, असंतुलित परिस्थितीत, शीर्ष सेल त्याच्या चार्ज मर्यादेपर्यंत लवकर पोहोचेल आणि इतर अंतर्निहित पेशी पूर्ण क्षमतेने चार्ज होण्यापूर्वी लेगसाठी चार्जिंग करंट बंद करणे आवश्यक आहे.

BMS हे पाऊल उचलते आणि दिवस वाचवते, किंवा या प्रकरणात बॅटरी पॅक.हे कसे कार्य करते हे दर्शविण्यासाठी, मुख्य व्याख्या स्पष्ट करणे आवश्यक आहे.दिलेल्या वेळी सेल किंवा मॉड्युलचे स्टेट-ऑफ-चार्ज (SOC) पूर्ण चार्ज झाल्यावर एकूण चार्जशी संबंधित उपलब्ध शुल्काच्या प्रमाणात असते.अशाप्रकारे, 50% SOC वर राहणाऱ्या बॅटरीचा अर्थ असा होतो की ती 50% चार्ज झाली आहे, जी गुणवत्तेच्या इंधन गेज आकृतीसारखी आहे.BMS क्षमता व्यवस्थापन हे पॅक असेंब्लीमधील प्रत्येक स्टॅकमध्ये SOC च्या भिन्नतेमध्ये संतुलन राखण्यासाठी आहे.SOC ही थेट मोजता येणारी मात्रा नसल्यामुळे, विविध तंत्रांद्वारे त्याचा अंदाज लावला जाऊ शकतो आणि बॅलन्सिंग स्कीम स्वतःच सामान्यतः निष्क्रिय आणि सक्रिय अशा दोन मुख्य श्रेणींमध्ये मोडते.थीममध्ये अनेक भिन्नता आहेत आणि प्रत्येक प्रकारात साधक आणि बाधक आहेत.दिलेल्या बॅटरी पॅकसाठी कोणता इष्टतम आहे आणि त्याचा वापर करणे हे BMS डिझाईन अभियंत्यावर अवलंबून आहे.पॅसिव्ह बॅलन्सिंग हे अंमलात आणण्यासाठी तसेच सामान्य बॅलन्सिंग संकल्पना स्पष्ट करण्यासाठी सर्वात सोपा आहे.निष्क्रिय पद्धत स्टॅकमधील प्रत्येक सेलला सर्वात कमकुवत सेल सारखीच चार्ज क्षमता ठेवण्याची परवानगी देते.तुलनेने कमी विद्युत् प्रवाह वापरून, ते चार्जिंग सायकल दरम्यान उच्च SOC पेशींमधून थोड्या प्रमाणात ऊर्जा शटल करते जेणेकरून सर्व पेशी त्यांच्या कमाल SOC वर चार्ज होतील.आकृती 4 हे BMS द्वारे कसे पूर्ण केले जाते हे स्पष्ट करते.हे प्रत्येक सेलचे निरीक्षण करते आणि प्रत्येक सेलच्या समांतर ट्रान्झिस्टर स्विच आणि योग्य आकाराच्या डिस्चार्ज रेझिस्टरचा लाभ घेते.जेव्हा BMS ला जाणवते की दिलेला सेल त्याच्या चार्ज मर्यादेच्या जवळ येत आहे, तेव्हा तो त्याच्या सभोवतालचा जास्तीचा प्रवाह वरच्या-खालील पद्धतीने खालील सेलकडे नेईल.

बॅलन्सिंग प्रोसेस एंडपॉइंट्स, आधी आणि नंतर, आकृती 5 मध्ये दर्शविले आहेत. सारांश, BMS बॅटरी स्टॅकमध्ये सेल किंवा मॉड्यूलला खालीलपैकी एका मार्गाने पॅक करंटपेक्षा भिन्न चार्जिंग करंट पाहण्याची परवानगी देऊन संतुलित करते:

• सर्वाधिक चार्ज झालेल्या सेलमधून चार्ज काढून टाकणे, जे जास्त चार्जिंग टाळण्यासाठी अतिरिक्त चार्जिंग करंटसाठी हेडरूम देते आणि कमी चार्ज झालेल्या सेलना अधिक चार्जिंग करंट प्राप्त करण्यास अनुमती देते
• सर्वाधिक चार्ज झालेल्या सेलच्या आसपास काही किंवा जवळजवळ सर्व चार्जिंग करंटचे पुनर्निर्देशन, ज्यामुळे कमी चार्ज झालेल्या पेशींना जास्त काळ चार्जिंग करंट मिळू शकतो.

बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीचे प्रकार

बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टीमची श्रेणी साध्या ते जटिल पर्यंत असते आणि "बॅटरीची काळजी घ्या" हे त्यांचे मुख्य निर्देश साध्य करण्यासाठी विविध तंत्रज्ञानाच्या विस्तृत श्रेणीचा स्वीकार करू शकतात.तथापि, या प्रणालींचे त्यांच्या टोपोलॉजीच्या आधारावर वर्गीकरण केले जाऊ शकते, जे ते कसे स्थापित केले जातात आणि बॅटरी पॅकवरील सेल किंवा मॉड्यूल्सवर कसे कार्य करतात याच्याशी संबंधित आहेत.

केंद्रीकृत बीएमएस आर्किटेक्चर

बॅटरी पॅक असेंब्लीमध्ये एक केंद्रीय BMS आहे.सर्व बॅटरी पॅकेज केंद्रीय BMS शी थेट जोडलेले आहेत.केंद्रीकृत BMS ची रचना आकृती 6 मध्ये दर्शविली आहे. केंद्रीकृत BMS चे काही फायदे आहेत.हे अधिक कॉम्पॅक्ट आहे, आणि फक्त एक BMS असल्यामुळे ते सर्वात किफायतशीर आहे.तथापि, केंद्रीकृत बीएमएसचे तोटे आहेत.सर्व बॅटरी BMS शी थेट जोडलेल्या असल्याने, BMS ला सर्व बॅटरी पॅकेजेसशी जोडण्यासाठी अनेक पोर्ट्सची आवश्यकता असते.हे मोठ्या बॅटरी पॅकमध्ये अनेक वायर, केबलिंग, कनेक्टर इ. मध्ये भाषांतरित करते, जे समस्यानिवारण आणि देखभाल या दोन्ही गोष्टींना गुंतागुंत करते.

मॉड्यूलर बीएमएस टोपोलॉजी

केंद्रीकृत अंमलबजावणी प्रमाणेच, BMS अनेक डुप्लिकेट मॉड्यूल्समध्ये विभागले गेले आहे, प्रत्येकामध्ये वायर्सचा समर्पित बंडल आणि बॅटरी स्टॅकच्या समीप नियुक्त केलेल्या भागाशी जोडणी आहे.आकृती 7 पहा. काही प्रकरणांमध्ये, हे BMS सबमॉड्यूल प्राथमिक BMS मॉड्यूल निरीक्षणाखाली असू शकतात ज्याचे कार्य सबमॉड्यूल्सच्या स्थितीचे निरीक्षण करणे आणि परिधीय उपकरणांशी संवाद साधणे आहे.डुप्लिकेट केलेल्या मॉड्यूलरिटीबद्दल धन्यवाद, समस्यानिवारण आणि देखभाल करणे सोपे आहे आणि मोठ्या बॅटरी पॅकसाठी विस्तार करणे सोपे आहे.नकारात्मक बाजू म्हणजे एकूण खर्च किंचित जास्त आहेत आणि अनुप्रयोगाच्या आधारावर डुप्लिकेट न वापरलेली कार्यक्षमता असू शकते.

प्राथमिक/गौण BMS

संकल्पनात्मकपणे मॉड्यूलर टोपोलॉजी प्रमाणेच, तथापि, या प्रकरणात, गुलाम फक्त मोजमाप माहिती रिले करण्यासाठी अधिक प्रतिबंधित आहेत आणि मास्टर गणना आणि नियंत्रण तसेच बाह्य संप्रेषणासाठी समर्पित आहे.तर, मॉड्युलर प्रकारांप्रमाणे, खर्च कमी असू शकतो कारण गुलामांची कार्यक्षमता अधिक सोपी असते, ज्यामध्ये कमी ओव्हरहेड आणि कमी न वापरलेली वैशिष्ट्ये असतात.

वितरित बीएमएस आर्किटेक्चर

इतर टोपोलॉजीजपेक्षा लक्षणीय भिन्न, जेथे इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेअर आणि सॉफ्टवेअर मॉड्यूल्समध्ये एन्कॅप्स्युलेट केले जातात जे संलग्न वायरिंगच्या बंडलद्वारे सेलशी इंटरफेस करतात.वितरीत BMS सर्व इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेअर थेट सेल किंवा मॉड्यूलवर ठेवलेल्या कंट्रोल बोर्डवर समाविष्ट करते ज्याचे परीक्षण केले जात आहे.हे काही सेन्सर वायर्स आणि लगतच्या BMS मॉड्युलमधील कम्युनिकेशन वायर्सना केबलिंगचा मोठा भाग कमी करते.परिणामी, प्रत्येक BMS अधिक स्वयंपूर्ण आहे आणि आवश्यकतेनुसार गणना आणि संप्रेषणे हाताळते.तथापि, हे उघड साधेपणा असूनही, हे एकात्मिक स्वरूप समस्यानिवारण आणि देखभाल संभाव्यतः समस्याप्रधान बनवते, कारण ते शील्ड मॉड्यूल असेंबलीमध्ये खोलवर असते.एकूण बॅटरी पॅक संरचनेत अधिक BMS असल्याने खर्च देखील जास्त असतो.

बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीचे महत्त्व

बीएमएसमध्ये कार्यात्मक सुरक्षितता सर्वोच्च महत्त्वाची आहे.चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग ऑपरेशन दरम्यान, पर्यवेक्षी नियंत्रणाखाली असलेल्या कोणत्याही सेल किंवा मॉड्यूलचे व्होल्टेज, करंट आणि तापमान परिभाषित SOA मर्यादा ओलांडण्यापासून रोखण्यासाठी हे महत्त्वपूर्ण आहे.जर मर्यादा जास्त काळ ओलांडली गेली, तर केवळ संभाव्य महागड्या बॅटरी पॅकशीच तडजोड केली जात नाही तर धोकादायक थर्मल पळून जाण्याची परिस्थिती उद्भवू शकते.शिवाय, लिथियम-आयन पेशींच्या संरक्षणासाठी आणि कार्यात्मक सुरक्षिततेसाठी कमी व्होल्टेज थ्रेशोल्ड मर्यादा देखील कठोरपणे निरीक्षण केले जातात.जर ली-आयन बॅटरी या कमी-व्होल्टेज स्थितीत राहिली तर, तांबे डेंड्राइट्स अखेरीस एनोडवर वाढू शकतात, ज्यामुळे भारदस्त स्वयं-डिस्चार्ज दर आणि संभाव्य सुरक्षा चिंता वाढू शकतात.लिथियम-आयन पॉवर सिस्टमची उच्च उर्जा घनता अशा किंमतीवर येते ज्यामुळे बॅटरी व्यवस्थापन त्रुटीसाठी फारच कमी जागा उरते.BMSs आणि लिथियम-आयन सुधारणांबद्दल धन्यवाद, हे आज उपलब्ध असलेल्या सर्वात यशस्वी आणि सुरक्षित बॅटरी रसायनांपैकी एक आहे.

बॅटरी पॅकचे कार्यप्रदर्शन हे बीएमएसचे पुढील सर्वोच्च महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे आणि यामध्ये इलेक्ट्रिकल आणि थर्मल व्यवस्थापनाचा समावेश आहे.एकूण बॅटरी क्षमता इलेक्ट्रिकली ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी, पॅकमधील सर्व सेल संतुलित असणे आवश्यक आहे, जे असे सूचित करते की संपूर्ण असेंब्लीमध्ये समीप सेलचे SOC अंदाजे समतुल्य आहेत.हे अपवादात्मकपणे महत्त्वाचे आहे कारण केवळ इष्टतम बॅटरी क्षमताच लक्षात येऊ शकत नाही, परंतु हे सामान्य ऱ्हास टाळण्यास मदत करते आणि कमकुवत पेशींना जास्त चार्ज करण्यापासून संभाव्य हॉटस्पॉट कमी करते.लिथियम-आयन बॅटरींनी कमी व्होल्टेज मर्यादेपेक्षा कमी डिस्चार्ज टाळले पाहिजे, कारण यामुळे मेमरी इफेक्ट्स आणि लक्षणीय क्षमता कमी होऊ शकते.इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया तापमानास अत्यंत संवेदनाक्षम असतात आणि बॅटरी अपवाद नाहीत.जेव्हा पर्यावरणीय तापमान कमी होते, तेव्हा क्षमता आणि उपलब्ध बॅटरी ऊर्जा लक्षणीयरीत्या बंद होते.परिणामी, एक BMS बाह्य इन-लाइन हीटर गुंतवू शकते जे इलेक्ट्रिक वाहन बॅटरी पॅकच्या लिक्विड कूलिंग सिस्टमवर किंवा हेलिकॉप्टरमध्ये किंवा इतर पॅकच्या मॉड्यूल्सच्या खाली स्थापित केलेले टर्न-ऑन रेसिडेंट हीटर प्लेट्सवर असते. विमानयाव्यतिरिक्त, फ्रिजिड लिथियम-आयन पेशींचे चार्जिंग बॅटरीच्या कार्यक्षमतेसाठी हानिकारक असल्याने, प्रथम बॅटरीचे तापमान पुरेसे वाढवणे महत्वाचे आहे.बहुतेक लिथियम-आयन पेशी 5°C पेक्षा कमी असताना जलद चार्ज होऊ शकत नाहीत आणि जेव्हा ते 0°C पेक्षा कमी असतात तेव्हा अजिबात चार्ज होऊ नये.ठराविक ऑपरेशनल वापरादरम्यान इष्टतम कार्यक्षमतेसाठी, BMS थर्मल मॅनेजमेंट अनेकदा हे सुनिश्चित करते की बॅटरी ऑपरेशनच्या अरुंद गोल्डीलॉक्स प्रदेशात कार्यरत आहे (उदा. 30 - 35°C).हे कार्यक्षमतेचे रक्षण करते, दीर्घ आयुष्याला प्रोत्साहन देते आणि निरोगी, विश्वासार्ह बॅटरी पॅकला प्रोत्साहन देते.

बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीचे फायदे

एक संपूर्ण बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली, ज्याला सहसा BESS म्हणून संबोधले जाते, अनुप्रयोगावर अवलंबून, दहापट, शेकडो किंवा हजारो लिथियम-आयन पेशी एकत्रितपणे एकत्रित केले जाऊ शकतात.या प्रणालींचे व्होल्टेज रेटिंग 100V पेक्षा कमी असू शकते, परंतु 300A किंवा त्याहून अधिक पॅक सप्लाय करंटसह ते 800V इतके जास्त असू शकते.उच्च व्होल्टेज पॅकच्या कोणत्याही गैरव्यवस्थापनामुळे जीवघेणा, आपत्तीजनक आपत्ती उद्भवू शकते.परिणामी, सुरक्षित ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी BMSs पूर्णपणे महत्त्वपूर्ण आहेत.BMS चे फायदे खालीलप्रमाणे सारांशित केले जाऊ शकतात.

• कार्यात्मक सुरक्षा.हात खाली, मोठ्या स्वरूपातील लिथियम-आयन बॅटरी पॅकसाठी, हे विशेषतः विवेकपूर्ण आणि आवश्यक आहे.परंतु लॅपटॉपमध्ये वापरल्या जाणार्‍या लहान स्वरूपांना आग लागण्यासाठी आणि प्रचंड नुकसान होण्यासाठी ओळखले जाते.लिथियम-आयन पॉवर सिस्टम समाविष्ट करणार्‍या उत्पादनांच्या वापरकर्त्यांच्या वैयक्तिक सुरक्षेमुळे बॅटरी व्यवस्थापन त्रुटीसाठी फारशी जागा उरते.
• आयुर्मान आणि विश्वसनीयता.बॅटरी पॅक संरक्षण व्यवस्थापन, इलेक्ट्रिकल आणि थर्मल, हे सुनिश्चित करते की सर्व सेल सर्व घोषित SOA आवश्यकतांमध्ये वापरल्या जातात.हे नाजूक निरीक्षण हे सुनिश्चित करते की पेशींचा आक्रमक वापर आणि वेगवान चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग सायकलिंगपासून काळजी घेतली जाते आणि अपरिहार्यपणे एक स्थिर प्रणाली बनते जी संभाव्यपणे अनेक वर्षांची विश्वसनीय सेवा प्रदान करेल.
• कामगिरी आणि श्रेणी.BMS बॅटरी पॅक क्षमता व्यवस्थापन, जेथे सेल-टू-सेल बॅलेंसिंग संपूर्ण पॅक असेंब्लीमध्ये समीप असलेल्या सेलच्या SOC समान करण्यासाठी वापरले जाते, इष्टतम बॅटरी क्षमता प्राप्त करण्यास अनुमती देते.सेल्फ-डिस्चार्ज, चार्ज/डिस्चार्ज सायकलिंग, तापमान प्रभाव आणि सामान्य वृद्धत्व यातील फरकांसाठी या BMS वैशिष्ट्याशिवाय, बॅटरी पॅक शेवटी निरुपयोगी ठरू शकतो.
• डायग्नोस्टिक्स, डेटा कलेक्शन आणि एक्सटर्नल कम्युनिकेशन.पर्यवेक्षण कार्यांमध्ये सर्व बॅटरी सेलचे सतत निरीक्षण समाविष्ट असते, जेथे डेटा लॉगिंगचा वापर स्वतःच निदानासाठी केला जाऊ शकतो, परंतु बहुतेक वेळा असेंब्लीमधील सर्व सेलच्या SOC चा अंदाज लावण्यासाठी गणनेचे कार्य केले जाते.अल्गोरिदम संतुलित करण्यासाठी या माहितीचा लाभ घेतला जातो, परंतु एकत्रितपणे बाह्य उपकरणे आणि डिस्प्लेवर रिले केले जाऊ शकते जेणेकरुन उपलब्ध निवासी उर्जा सूचित करा, सध्याच्या वापरावर आधारित अपेक्षित श्रेणी किंवा श्रेणी/आयुष्यकाळाचा अंदाज लावा आणि बॅटरी पॅकच्या आरोग्याची स्थिती प्रदान करा.
• खर्च आणि हमी कपात.BESS मध्ये BMS चा परिचय खर्च वाढवतो आणि बॅटरी पॅक महाग आणि संभाव्य धोकादायक असतात.प्रणाली जितकी अधिक क्लिष्ट असेल तितकी सुरक्षितता आवश्यकता जास्त असेल, परिणामी अधिक BMS निरीक्षण उपस्थितीची आवश्यकता असेल.परंतु कार्यात्मक सुरक्षितता, आयुर्मान आणि विश्वासार्हता, कार्यप्रदर्शन आणि श्रेणी, निदान इत्यादींबाबत बीएमएसचे संरक्षण आणि प्रतिबंधात्मक देखभाल हमी देते की ते वॉरंटीशी संबंधित खर्चासह एकूण खर्च कमी करेल.

बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टम्स आणि सिनॉप्सी

सिम्युलेशन हे BMS डिझाइनसाठी एक मौल्यवान सहयोगी आहे, विशेषत: जेव्हा हार्डवेअर विकास, प्रोटोटाइपिंग आणि चाचणीमधील डिझाइन आव्हाने शोधण्यासाठी आणि त्यांचे निराकरण करण्यासाठी लागू केले जाते.प्लेमध्ये अचूक लिथियम-आयन सेल मॉडेलसह, BMS आर्किटेक्चरचे सिम्युलेशन मॉडेल हे व्हर्च्युअल प्रोटोटाइप म्हणून ओळखले जाणारे एक्झिक्युटेबल स्पेसिफिकेशन आहे.याव्यतिरिक्त, सिम्युलेशन विविध बॅटरी आणि पर्यावरणीय ऑपरेशन परिस्थितींविरूद्ध BMS निरीक्षण कार्यांच्या प्रकारांची वेदनारहित तपासणी करण्यास परवानगी देते.अंमलबजावणी समस्या खूप लवकर शोधल्या जाऊ शकतात आणि तपासल्या जाऊ शकतात, जे वास्तविक हार्डवेअर प्रोटोटाइपवर अंमलबजावणी करण्यापूर्वी कार्यप्रदर्शन आणि कार्यात्मक सुरक्षा सुधारणा सत्यापित करण्यास अनुमती देते.यामुळे विकासाचा वेळ कमी होतो आणि पहिला हार्डवेअर प्रोटोटाइप मजबूत असेल याची खात्री करण्यात मदत होते.याशिवाय, शारीरिकदृष्ट्या वास्तववादी एम्बेडेड सिस्टम ऍप्लिकेशन्समध्ये व्यायाम केल्यावर BMS आणि बॅटरी पॅकच्या सर्वात वाईट परिस्थितीसह अनेक प्रमाणीकरण चाचण्या घेतल्या जाऊ शकतात.

Synopsys SaberRDBMS आणि बॅटरी पॅक डिझाइन आणि विकासामध्ये स्वारस्य असलेल्या अभियंत्यांना सक्षम करण्यासाठी विस्तृत इलेक्ट्रिकल, डिजिटल, कंट्रोल आणि थर्मल हायड्रॉलिक मॉडेल लायब्ररी ऑफर करते.अनेक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी आणि विविध प्रकारच्या बॅटरी रसायनशास्त्रासाठी मूलभूत डेटाशीट चष्मा आणि मापन वक्रांमधून द्रुतपणे मॉडेल तयार करण्यासाठी साधने उपलब्ध आहेत.एकूण BMS विश्वासार्हता सुनिश्चित करण्यासाठी सांख्यिकीय, तणाव आणि दोष विश्लेषणे ऑपरेटिंग प्रदेशाच्या स्पेक्ट्रममध्ये, सीमा क्षेत्रांसह, पडताळणीची परवानगी देतात.शिवाय, वापरकर्त्यांना प्रोजेक्ट जंपस्टार्ट करण्यासाठी आणि सिम्युलेशनमधून आवश्यक उत्तरांपर्यंत त्वरीत पोहोचण्यासाठी अनेक डिझाइन उदाहरणे दिली जातात.