Çfarë është një sistem i menaxhimit të baterisë?

Përkufizimi

Sistemi i menaxhimit të baterisë (BMS) është teknologji e dedikuar për mbikëqyrjen e një pakete baterie, e cila është një montim i qelizave të baterisë, të organizuar elektrikisht në konfigurimin e matricës së një rreshti x kolonë për të mundësuar shpërndarjen e diapazonit të synuar të tensionit dhe rrymës për një kohëzgjatje kohore kundër skenarët e pritshëm të ngarkesës.Mbikëqyrja që ofron një BMS zakonisht përfshin:

• Monitorimi i baterisë
• Sigurimi i mbrojtjes së baterisë
• Vlerësimi i gjendjes funksionale të baterisë
• Duke optimizuar vazhdimisht performancën e baterisë
• Raportimi i statusit operacional te pajisjet e jashtme

Këtu, termi "bateri" nënkupton të gjithë paketën;megjithatë, funksionet e monitorimit dhe kontrollit zbatohen në mënyrë specifike për qelizat individuale, ose grupet e qelizave të quajtura module në montimin e përgjithshëm të paketës së baterisë.Qelizat e rikarikueshme me litium-jon kanë densitetin më të lartë të energjisë dhe janë zgjedhja standarde për paketat e baterive për shumë produkte të konsumit, nga laptopët te automjetet elektrike.Ndërsa performojnë në mënyrë të shkëlqyeshme, ato mund të jenë mjaft të pafalshme nëse operohen jashtë një zone funksionimi përgjithësisht të ngushtë të sigurt (SOA), me rezultate që variojnë nga komprometimi i performancës së baterisë deri te pasoja të drejtpërdrejta të rrezikshme.BMS sigurisht që ka një përshkrim sfidues të punës, dhe kompleksiteti i tij i përgjithshëm dhe shtrirja e mbikëqyrjes mund të përfshijë shumë disiplina si elektrike, dixhitale, kontrolluese, termike dhe hidraulike.

Si funksionojnë sistemet e menaxhimit të baterive?

Sistemet e menaxhimit të baterive nuk kanë një grup kriteresh fikse ose unike që duhet të miratohen.Shtrirja e dizajnit të teknologjisë dhe veçoritë e zbatuara në përgjithësi lidhen me:

• Kostot, kompleksiteti dhe madhësia e paketës së baterisë
• Aplikimi i baterisë dhe çdo shqetësim për sigurinë, jetëgjatësinë dhe garancinë
• Kërkesat e certifikimit nga rregullore të ndryshme qeveritare ku kostot dhe gjobat janë parësore nëse ekzistojnë masa të papërshtatshme të sigurisë funksionale

Ka shumë veçori të projektimit BMS, me menaxhimin e mbrojtjes së paketës së baterive dhe menaxhimin e kapacitetit që janë dy karakteristika thelbësore.Ne do të diskutojmë se si funksionojnë këto dy veçori këtu.Menaxhimi i mbrojtjes së paketës së baterisë ka dy fusha kryesore: mbrojtjen elektrike, që nënkupton mos lejimin e dëmtimit të baterisë nëpërmjet përdorimit jashtë SOA-së së saj, dhe mbrojtjen termike, e cila përfshin kontrollin pasiv dhe/ose aktiv të temperaturës për të ruajtur ose futur paketën në SOA-në e saj.

Mbrojtja e Menaxhimit Elektrik: Aktual

Monitorimi i rrymës së paketës së baterive dhe tensioneve të qelizave ose modulit është rruga drejt mbrojtjes elektrike.SOA elektrike e çdo qelize baterie është e lidhur nga rryma dhe voltazhi.Figura 1 ilustron një SOA tipike të qelizave litium-jon dhe një BMS i projektuar mirë do të mbrojë paketën duke parandaluar funksionimin jashtë vlerësimeve të qelizave të prodhuesit.Në shumë raste, zvogëlimi i mëtejshëm mund të zbatohet për të banuar brenda zonës së sigurt SOA në interes të promovimit të jetëgjatësisë së mëtejshme të baterisë.

Qelizat e litium-jonit kanë kufij të ndryshëm të rrymës për karikim sesa për shkarkim, dhe të dy mënyrat mund të trajtojnë rryma më të larta të pikut, megjithëse për periudha të shkurtra kohore.Prodhuesit e qelizave të baterisë zakonisht specifikojnë kufijtë maksimalë të rrymës së karikimit dhe shkarkimit të vazhdueshëm, së bashku me kufijtë maksimalë të rrymës së karikimit dhe shkarkimit.Një BMS që siguron mbrojtje aktuale me siguri do të aplikojë një rrymë maksimale të vazhdueshme.Megjithatë, kjo mund të paraprihet për të llogaritur një ndryshim të papritur të kushteve të ngarkesës;për shembull, nxitimi i papritur i një automjeti elektrik.Një BMS mund të inkorporojë monitorimin e rrymës së pikut duke integruar rrymën dhe kohën pas delta, duke vendosur ose të zvogëlojë rrymën e disponueshme ose të ndërpresë rrymën e paketës krejtësisht.Kjo lejon që BMS të zotërojë ndjeshmëri pothuajse të menjëhershme ndaj majave ekstreme të rrymës, të tilla si një gjendje e qarkut të shkurtër që nuk ka tërhequr vëmendjen e asnjë siguresash të banuar, por gjithashtu të jetë falës ndaj kërkesave të larta të pikut, për sa kohë që ato nuk janë të tepruara. gjatë.

Mbrojtja e Menaxhimit Elektrik: Tension

Figura 2 tregon se një qelizë litium-jon duhet të funksionojë brenda një diapazoni të caktuar tensioni.Këta kufij SOA përfundimisht do të përcaktohen nga kimia e brendshme e qelizës së përzgjedhur të litium-jonit dhe temperatura e qelizave në çdo kohë të caktuar.Për më tepër, meqenëse çdo paketë baterie përjeton një sasi të konsiderueshme të ciklit aktual, shkarkimin për shkak të kërkesave të ngarkesës dhe karikimit nga një shumëllojshmëri burimesh energjie, këto kufij të tensionit SOA zakonisht kufizohen më tej për të optimizuar jetëgjatësinë e baterisë.BMS duhet të dijë se cilat janë këto kufij dhe do të urdhërojë vendime bazuar në afërsinë me këto pragje.Për shembull, kur i afrohet kufirit të tensionit të lartë, një BMS mund të kërkojë një reduktim gradual të rrymës së karikimit, ose mund të kërkojë që rryma e karikimit të ndërpritet plotësisht nëse arrihet kufiri.Megjithatë, ky kufi zakonisht shoqërohet me konsiderata shtesë të histerezës së brendshme të tensionit për të parandaluar zhurmën e kontrollit rreth pragut të fikjes.Nga ana tjetër, kur i afrohet kufirit të tensionit të ulët, një BMS do të kërkojë që ngarkesat kryesore të dëmtimit aktiv të reduktojnë kërkesat e tyre aktuale.Në rastin e një automjeti elektrik, kjo mund të kryhet duke reduktuar çift rrotullues të lejuar të disponueshëm për motorin tërheqës.Natyrisht, BMS duhet t'i bëjë konsideratat e sigurisë për shoferin prioritetin më të lartë, ndërsa mbron paketën e baterisë për të parandaluar dëmtimin e përhershëm.

Mbrojtja e menaxhimit termik: Temperatura

Në vlerë nominale, mund të duket se qelizat e litium-jonit kanë një gamë të gjerë funksionimi të temperaturës, por kapaciteti i përgjithshëm i baterisë zvogëlohet në temperatura të ulëta, sepse ritmet e reaksioneve kimike ngadalësohen në mënyrë të jashtëzakonshme.Në lidhje me aftësinë në temperatura të ulëta, ato funksionojnë shumë më mirë se bateritë me acid plumbi ose NiMh;megjithatë, menaxhimi i temperaturës është me kujdes thelbësor pasi ngarkimi nën 0 °C (32 °F) është fizikisht problematik.Fenomeni i veshjes së litiumit metalik mund të ndodhë në anodë gjatë ngarkimit nën ngrirje.Ky është dëmtim i përhershëm dhe jo vetëm që rezulton në kapacitet të reduktuar, por qelizat janë më të prekshme ndaj dështimit nëse i nënshtrohen dridhjeve ose kushteve të tjera stresuese.Një BMS mund të kontrollojë temperaturën e paketës së baterisë përmes ngrohjes dhe ftohjes.

Menaxhimi termik i realizuar varet tërësisht nga madhësia dhe kostoja e paketës së baterisë dhe objektivat e performancës, kriteret e projektimit të BMS dhe njësia e produktit, të cilat mund të përfshijnë konsiderimin e rajonit gjeografik të synuar (p.sh. Alaska kundrejt Hawaii).Pavarësisht nga lloji i ngrohësit, përgjithësisht është më efektive të merret energji nga një burim i jashtëm rryme AC ose nga një bateri alternative e banuar që synon të përdorë ngrohësin kur është e nevojshme.Megjithatë, nëse ngrohësi elektrik ka një tërheqje modeste të rrymës, energjia nga paketa kryesore e baterisë mund të merret për t'u ngrohur vetë.Nëse zbatohet një sistem hidraulik termik, atëherë përdoret një ngrohës elektrik për të ngrohur ftohësin i cili pompohet dhe shpërndahet në të gjithë montimin e paketës.

Inxhinierët e projektimit BMS padyshim që kanë truket e tregtisë së tyre të projektimit për të rrjedhur energjinë e nxehtësisë në paketë.Për shembull, elektronikë të ndryshëm të energjisë brenda BMS të dedikuara për menaxhimin e kapacitetit mund të aktivizohen.Megjithëse nuk është aq efikas sa ngrohja direkte, ajo mund të përdoret pavarësisht.Ftohja është veçanërisht jetike për të minimizuar humbjen e performancës së një pakete baterie litium-jon.Për shembull, ndoshta një bateri e caktuar funksionon në mënyrë optimale në 20°C;nëse temperatura e paketimit rritet në 30°C, efikasiteti i performancës së saj mund të reduktohet deri në 20%.Nëse paketa karikohet dhe rikarikohet vazhdimisht në 45°C (113°F), humbja e performancës mund të rritet në 50%.Jetëgjatësia e baterisë gjithashtu mund të vuajë nga plakja dhe degradimi i parakohshëm nëse ekspozohet vazhdimisht ndaj gjenerimit të tepërt të nxehtësisë, veçanërisht gjatë cikleve të karikimit dhe shkarkimit të shpejtë.Ftohja zakonisht arrihet me dy metoda, pasive ose aktive, dhe të dyja teknikat mund të përdoren.Ftohja pasive mbështetet në lëvizjen e rrjedhës së ajrit për të ftohur baterinë.Në rastin e një automjeti elektrik, kjo nënkupton që ai thjesht po lëviz në rrugë.Megjithatë, mund të jetë më i sofistikuar nga sa duket, pasi sensorët e shpejtësisë së ajrit mund të integrohen për të rregulluar në mënyrë strategjike automatikisht digat e ajrit defektues për të maksimizuar rrjedhën e ajrit.Zbatimi i një ventilatori aktiv të kontrolluar nga temperatura mund të ndihmojë në shpejtësi të ulëta ose kur automjeti është ndalur, por gjithçka që mund të bëjë është thjesht të barazojë paketën me temperaturën e ambientit përreth.Në rast të një dite të nxehtë përvëluese, kjo mund të rrisë temperaturën fillestare të paketimit.Ftohja aktive hidraulike termike mund të projektohet si një sistem plotësues dhe zakonisht përdor ftohësin etilen-glikol me një raport të caktuar përzierjeje, i cili qarkullohet nëpërmjet një pompe të drejtuar nga motori elektrik përmes gypave / zorrëve, kolektorëve shpërndarës, një shkëmbyes nxehtësie me rrjedhje të kryqëzuar (radiator) , dhe pllakë ftohëse rezistente ndaj montimit të paketës së baterisë.Një BMS monitoron temperaturat në të gjithë paketën dhe hap dhe mbyll valvola të ndryshme për të ruajtur temperaturën e përgjithshme të baterisë brenda një intervali të ngushtë temperaturash për të siguruar performancën optimale të baterisë.

Menaxhimi i Kapaciteteve

Maksimizimi i kapacitetit të paketës së baterisë është padyshim një nga karakteristikat më jetike të performancës së baterisë që ofron një BMS.Nëse kjo mirëmbajtje nuk kryhet, një paketë baterie përfundimisht mund të bëhet e padobishme.Rrënja e problemit është se një "grumbull" i paketës së baterive (seri i serisë së qelizave) nuk është krejtësisht i barabartë dhe në thelb ka paksa të ndryshme rrjedhjeje ose nivele vetë-shkarkimi.Rrjedhja nuk është një defekt i prodhuesit, por një karakteristikë kimike e baterisë, megjithëse mund të ndikohet statistikisht nga ndryshimet e vogla të procesit të prodhimit.Fillimisht, një paketë baterie mund të ketë qeliza të përputhura mirë, por me kalimin e kohës, ngjashmëria qelizë me qelizë degradohet më tej, jo vetëm për shkak të vetë-shkarkimit, por edhe për shkak të ciklit të ngarkimit/shkarkimit, temperaturës së ngritur dhe plakjes së përgjithshme të kalendarit.Me këtë të kuptuar, kujtoni më herët diskutimin se qelizat litium-jon performojnë në mënyrë të shkëlqyer, por mund të jenë mjaft të pafalshme nëse operohen jashtë një SOA të ngushtë.Ne mësuam më parë për mbrojtjen e nevojshme elektrike sepse qelizat e litium-jonit nuk përballen mirë me mbingarkimin.Pasi të ngarkohen plotësisht, ata nuk mund të pranojnë më rrymë dhe çdo energji shtesë e shtyrë në të shndërrohet në nxehtësi, me tension që potencialisht rritet shpejt, ndoshta në nivele të rrezikshme.Nuk është një situatë e shëndetshme për qelizën dhe mund të shkaktojë dëmtime të përhershme dhe kushte të pasigurta funksionimi nëse vazhdon.

Gama e qelizave të serisë së paketës së baterive është ajo që përcakton tensionin e përgjithshëm të paketës dhe mospërputhja midis qelizave ngjitur krijon një dilemë kur përpiqeni të ngarkoni çdo pirg.Figura 3 tregon pse është kështu.Nëse dikush ka një grup qelizash të balancuar në mënyrë të përsosur, gjithçka është në rregull pasi secila do të ngarkohet në mënyrë të barabartë dhe rryma e karikimit mund të ndërpritet kur të arrihet pragu i sipërm i ndërprerjes së tensionit 4.0.Megjithatë, në skenarin e çekuilibruar, qeliza e sipërme do të arrijë kufirin e saj të karikimit herët dhe rryma e karikimit duhet të ndërpritet për këmbën përpara se qelizat e tjera themelore të ngarkohen me kapacitet të plotë.

BMS është ajo që hyn dhe kursen ditën, ose paketën e baterisë në këtë rast.Për të treguar se si funksionon kjo, duhet të shpjegohet një përkufizim kyç.Gjendja e karikimit (SOC) e një qelize ose moduli në një kohë të caktuar është proporcionale me ngarkesën e disponueshme në lidhje me ngarkesën totale kur është plotësisht e karikuar.Kështu, një bateri që qëndron në 50% SOC nënkupton se është 50% e ngarkuar, gjë që është e ngjashme me një shifër të meritës së matësit të karburantit.Menaxhimi i kapacitetit të BMS ka të bëjë me balancimin e variacionit të SOC në çdo pirg në montimin e paketës.Meqenëse SOC nuk është një sasi e matshme drejtpërdrejt, ajo mund të vlerësohet me teknika të ndryshme dhe vetë skema e balancimit përgjithësisht ndahet në dy kategori kryesore, pasive dhe aktive.Ka shumë variacione temash, dhe secili lloj ka të mirat dhe të këqijat.I takon inxhinierit të projektimit BMS të vendosë se cila është optimale për paketën e caktuar të baterisë dhe aplikimin e saj.Balancimi pasiv është më i lehtë për t'u zbatuar, si dhe për të shpjeguar konceptin e përgjithshëm të balancimit.Metoda pasive lejon që çdo qelizë në pirg të ketë të njëjtin kapacitet të ngarkuar si qeliza më e dobët.Duke përdorur një rrymë relativisht të ulët, ai transferon një sasi të vogël energjie nga qelizat e larta SOC gjatë ciklit të karikimit, në mënyrë që të gjitha qelizat të ngarkojnë në maksimum SOC.Figura 4 ilustron se si kjo realizohet nga BMS.Ai monitoron çdo qelizë dhe përdor një ndërprerës tranzistor dhe një rezistencë shkarkimi me madhësi të përshtatshme paralelisht me secilën qelizë.Kur BMS ndjen se një qelizë e caktuar po i afrohet kufirit të ngarkimit të saj, ajo do të drejtojë rrymën e tepërt rreth saj në qelizën tjetër më poshtë në një mënyrë nga lart-poshtë.

Pikat përfundimtare të procesit të balancimit, para dhe pas, janë paraqitur në Figurën 5. Si përmbledhje, një BMS balancon një grumbull baterie duke lejuar një qelizë ose modul në një pirg të shohë një rrymë karikimi të ndryshme nga rryma e paketës në një nga mënyrat e mëposhtme:

• Heqja e ngarkesës nga qelizat më të ngarkuara, gjë që u jep hapësirë ​​për rrymë shtesë karikimi për të parandaluar mbingarkimin dhe lejon qelizat më pak të ngarkuara të marrin më shumë rrymë karikimi
• Ridrejtimi i disa ose pothuajse të gjithë rrymës së karikimit rreth qelizave më të ngarkuara, duke lejuar kështu qelizat më pak të ngarkuara të marrin rrymë karikimi për një kohë më të gjatë

Llojet e sistemeve të menaxhimit të baterive

Sistemet e menaxhimit të baterive variojnë nga të thjeshtat në komplekse dhe mund të përqafojnë një gamë të gjerë teknologjish të ndryshme për të arritur direktivën e tyre kryesore për të "kujdesur për baterinë".Sidoqoftë, këto sisteme mund të kategorizohen bazuar në topologjinë e tyre, e cila lidhet me mënyrën se si ato janë instaluar dhe funksionojnë në qelizat ose modulet në të gjithë paketën e baterisë.

Arkitekturë e centralizuar BMS

Ka një BMS qendrore në montimin e paketës së baterisë.Të gjitha paketat e baterive lidhen drejtpërdrejt me BMS-në qendrore.Struktura e një BMS të centralizuar është paraqitur në Figurën 6. BMS e centralizuar ka disa përparësi.Është më kompakt dhe ka tendencë të jetë më ekonomike pasi ka vetëm një BMS.Megjithatë, ka disavantazhe të një BMS të centralizuar.Meqenëse të gjitha bateritë lidhen drejtpërdrejt me BMS, BMS ka nevojë për shumë porte për t'u lidhur me të gjitha paketat e baterive.Kjo përkthehet në shumë tela, kabllo, lidhës, etj. në paketa të mëdha baterish, gjë që ndërlikon zgjidhjen e problemeve dhe mirëmbajtjen.

Topologjia modulare BMS

Ngjashëm me një implementim të centralizuar, BMS ndahet në disa module të dyfishta, secili me një paketë të dedikuar telash dhe lidhjesh në një pjesë të caktuar ngjitur të një pirg baterie.Shih Figurën 7. Në disa raste, këto nënmodule BMS mund të qëndrojnë nën mbikëqyrjen parësore të modulit BMS, funksioni i të cilit është të monitorojë statusin e nënmoduleve dhe të komunikojë me pajisjet periferike.Falë modularitetit të dyfishtë, zgjidhja e problemeve dhe mirëmbajtja është më e lehtë dhe shtrirja në paketa më të mëdha baterish është e thjeshtë.Ana negative është se kostot e përgjithshme janë pak më të larta dhe mund të ketë funksionalitet të pashfrytëzuar të dyfishta në varësi të aplikacionit.

BMS parësore/nënrenditëse

Konceptualisht i ngjashëm me topologjinë modulare, megjithatë, në këtë rast, skllevërit janë më të kufizuar vetëm në transmetimin e informacionit të matjes, dhe masteri i kushtohet llogaritjes dhe kontrollit, si dhe komunikimit të jashtëm.Pra, ndërsa si llojet modulare, kostot mund të jenë më të ulëta pasi funksionaliteti i skllevërve priret të jetë më i thjeshtë, me gjasa më pak shpenzime dhe më pak karakteristika të papërdorura.

Arkitektura BMS e shpërndarë

Shumë e ndryshme nga topologjitë e tjera, ku hardueri dhe softueri elektronik janë të kapsuluar në module që ndërlidhen me qelizat përmes tufave të instalimeve elektrike të bashkangjitura.Një BMS e shpërndarë përfshin të gjithë harduerin elektronik në një tabelë kontrolli të vendosur direkt në qelizën ose modulin që monitorohet.Kjo lehtëson pjesën më të madhe të kabllove në disa tela sensorë dhe tela komunikimi midis moduleve BMS ngjitur.Rrjedhimisht, çdo BMS është më i pavarur dhe trajton llogaritjet dhe komunikimet sipas nevojës.Megjithatë, pavarësisht nga kjo thjeshtësi e dukshme, kjo formë e integruar e bën zgjidhjen e problemeve dhe mirëmbajtjen potencialisht problematike, pasi ajo qëndron thellë brenda një asambleje të modulit mbrojtës.Kostot gjithashtu priren të jenë më të larta pasi ka më shumë BMS në strukturën e përgjithshme të paketës së baterisë.

Rëndësia e sistemeve të menaxhimit të baterive

Siguria funksionale është e rëndësisë më të madhe në një BMS.Është thelbësore gjatë funksionimit të karikimit dhe shkarkimit, të parandaloni tejkalimin e kufijve të përcaktuar të SOA nga tensioni, rryma dhe temperatura e çdo qelize ose moduli nën kontrollin mbikëqyrës.Nëse kufijtë tejkalohen për një kohë të gjatë, jo vetëm që komprometohet një paketë baterie potencialisht e shtrenjtë, por mund të pasojnë kushte të rrezikshme të largimit termik.Për më tepër, kufijtë e pragut të tensionit më të ulët monitorohen gjithashtu me rigorozitet për mbrojtjen e qelizave litium-jon dhe sigurinë funksionale.Nëse bateria Li-jon qëndron në këtë gjendje të tensionit të ulët, dendritet e bakrit përfundimisht mund të rriten në anodë, gjë që mund të rezultojë në nivele të larta të vetëshkarkimit dhe të ngrejë shqetësime të mundshme sigurie.Dendësia e lartë e energjisë e sistemeve me energji litium-jon vjen me një çmim që lë pak hapësirë ​​për gabimet e menaxhimit të baterisë.Falë BMS-ve dhe përmirësimeve të litium-jonit, kjo është një nga kimitë më të suksesshme dhe më të sigurta të baterive të disponueshme sot.

Performanca e paketës së baterisë është tipari tjetër më i rëndësishëm i një BMS, dhe kjo përfshin menaxhimin elektrik dhe termik.Për të optimizuar elektrikisht kapacitetin e përgjithshëm të baterisë, kërkohet që të gjitha qelizat në paketë të balancohen, gjë që nënkupton se SOC e qelizave ngjitur në të gjithë montimin janë afërsisht ekuivalente.Kjo është jashtëzakonisht e rëndësishme sepse jo vetëm që mund të realizohet kapaciteti optimal i baterisë, por ndihmon në parandalimin e degradimit të përgjithshëm dhe redukton pikat e nxehta të mundshme nga mbingarkimi i qelizave të dobëta.Bateritë litium-jon duhet të shmangin shkarkimin nën kufijtë e tensionit të ulët, pasi kjo mund të rezultojë në efekte të kujtesës dhe humbje të konsiderueshme të kapacitetit.Proceset elektrokimike janë shumë të ndjeshme ndaj temperaturës, dhe bateritë nuk bëjnë përjashtim.Kur temperatura e mjedisit bie, kapaciteti dhe energjia e disponueshme e baterisë zvogëlohen ndjeshëm.Rrjedhimisht, një BMS mund të angazhojë një ngrohës të jashtëm në linjë që qëndron, të themi, në sistemin e ftohjes së lëngshme të një pakete baterie automjeti elektrik, ose ndezjen e pllakave të ngrohësit që janë instaluar poshtë moduleve të një pakete të inkorporuar brenda një helikopteri ose ndonjë tjetër. avion.Për më tepër, meqenëse karikimi i qelizave të ftohta të litium-jonit është i dëmshëm për performancën e jetëgjatësisë së baterisë, është e rëndësishme që fillimisht të ngrihet mjaftueshëm temperatura e baterisë.Shumica e qelizave litium-jon nuk mund të karikohen shpejt kur janë më pak se 5°C dhe nuk duhet të karikohen fare kur janë nën 0°C.Për performancën optimale gjatë përdorimit tipik operacional, menaxhimi termik BMS shpesh siguron që një bateri të funksionojë brenda një rajoni të ngushtë operimi Goldilocks (p.sh. 30 – 35°C).Kjo mbron performancën, promovon jetë më të gjatë dhe nxit një paketë baterie të shëndetshme dhe të besueshme.

Përfitimet e sistemeve të menaxhimit të baterive

Një sistem i tërë i ruajtjes së energjisë së baterisë, shpesh i referuar si BESS, mund të përbëhet nga dhjetëra, qindra apo edhe mijëra qeliza litium-jon të paketuara në mënyrë strategjike së bashku, në varësi të aplikacionit.Këto sisteme mund të kenë një vlerësim të tensionit më të vogël se 100 V, por mund të jenë deri në 800 V, me rrymat e furnizimit të paketave që variojnë deri në 300 A ose më shumë.Çdo keqmenaxhimi i një pakete të tensionit të lartë mund të shkaktojë një fatkeqësi katastrofike kërcënuese për jetën.Për rrjedhojë, BMS-të janë absolutisht kritike për të siguruar funksionimin e sigurt.Përfitimet e BMS-ve mund të përmblidhen si më poshtë.

• Siguria Funksionale.Poshtë, për paketat e baterive litium-jon me format të madh, kjo është veçanërisht e kujdesshme dhe thelbësore.Por edhe formate më të vogla të përdorura, të themi, në laptopë, dihet se marrin flakë dhe shkaktojnë dëme të mëdha.Siguria personale e përdoruesve të produkteve që përfshijnë sisteme me energji litium-jon lë pak hapësirë ​​për gabime në menaxhimin e baterisë.
• Jetëgjatësia dhe besueshmëria.Menaxhimi i mbrojtjes së paketës së baterive, elektrike dhe termike, siguron që të gjitha qelizat të përdoren të gjitha brenda kërkesave të deklaruara SOA.Kjo mbikëqyrje delikate siguron që qelizat të kujdesen kundër përdorimit agresiv dhe karikimit dhe shkarkimit të shpejtë të çiklizmit, dhe në mënyrë të pashmangshme rezulton në një sistem të qëndrueshëm që potencialisht do të ofrojë shumë vite shërbim të besueshëm.
• Performanca dhe Gama.Menaxhimi i kapacitetit të paketës së baterisë BMS, ku balancimi qelizë-qelizë përdoret për të barazuar SOC-në e qelizave ngjitur përgjatë montimit të paketës, lejon realizimin e kapacitetit optimal të baterisë.Pa këtë veçori BMS për të llogaritur ndryshimet në vetë-shkarkimin, ciklin e ngarkimit/shkarkimit, efektet e temperaturës dhe plakjen e përgjithshme, një paketë baterie përfundimisht mund të bëhet e padobishme.
• Diagnostifikimi, mbledhja e të dhënave dhe komunikimi i jashtëm.Detyrat e mbikëqyrjes përfshijnë monitorimin e vazhdueshëm të të gjitha qelizave të baterisë, ku regjistrimi i të dhënave mund të përdoret vetë për diagnostikim, por shpesh synohet në detyrën për llogaritjen për të vlerësuar SOC të të gjitha qelizave në montim.Ky informacion përdoret për algoritmet e balancimit, por së bashku mund të transmetohet në pajisjet dhe ekranet e jashtme për të treguar energjinë e disponueshme të rezidentit, për të vlerësuar diapazonin e pritur ose diapazonin/jetën e pritshme bazuar në përdorimin aktual dhe për të siguruar gjendjen e shëndetit të paketës së baterisë.
• Ulje e kostos dhe garancisë.Futja e një BMS në një BESS shton kostot dhe paketat e baterive janë të shtrenjta dhe potencialisht të rrezikshme.Sa më i komplikuar të jetë sistemi, aq më të larta janë kërkesat e sigurisë, duke rezultuar në nevojën për më shumë prani të mbikëqyrjes së BMS.Por mbrojtja dhe mirëmbajtja parandaluese e një BMS në lidhje me sigurinë funksionale, jetëgjatësinë dhe besueshmërinë, performancën dhe gamën, diagnostikimin, etj. garanton se do të ulë kostot e përgjithshme, duke përfshirë ato që lidhen me garancinë.

Sistemet e Menaxhimit të Baterive dhe Synopsys

Simulimi është një aleat i vlefshëm për dizajnin BMS, veçanërisht kur zbatohet për të eksploruar dhe adresuar sfidat e dizajnit brenda zhvillimit të harduerit, prototipit dhe testimit.Me një model të saktë të qelizave litium-jon në lojë, modeli i simulimit të arkitekturës BMS është specifikimi i ekzekutueshëm i njohur si prototipi virtual.Përveç kësaj, simulimi lejon hetimin pa dhimbje të varianteve të funksioneve të mbikëqyrjes BMS kundrejt skenarëve të ndryshëm të funksionimit të baterive dhe mjedisit.Çështjet e zbatimit mund të zbulohen dhe hetohen shumë herët, gjë që lejon që përmirësimet e performancës dhe të sigurisë funksionale të verifikohen përpara zbatimit në prototipin e vërtetë të harduerit.Kjo redukton kohën e zhvillimit dhe ndihmon për të siguruar që prototipi i parë i harduerit do të jetë i fortë.Përveç kësaj, shumë teste vërtetimi, duke përfshirë skenarët e rasteve më të këqija, mund të kryhen për BMS dhe paketën e baterisë kur ushtrohen në aplikacione të integruara fizikisht realiste.

Synopsys SaberRDofron biblioteka të gjera të modeleve hidraulike elektrike, dixhitale, kontrolli dhe termike për të fuqizuar inxhinierët e interesuar në projektimin dhe zhvillimin e BMS dhe paketave të baterive.Mjetet janë të disponueshme për të gjeneruar shpejt modele nga specifikat bazë të fletës së të dhënave dhe kthesat e matjes për shumë pajisje elektronike dhe lloje të ndryshme të kimisë së baterive.Analizat statistikore, stresi dhe defektet lejojnë verifikimin në të gjithë spektrat e rajonit operativ, duke përfshirë zonat kufitare, për të siguruar besueshmërinë e përgjithshme të BMS.Për më tepër, shumë shembuj dizajni ofrohen për t'u mundësuar përdoruesve të fillojnë një projekt dhe të arrijnë shpejt përgjigjet e nevojshme nga simulimi.