بیٹری مینجمنٹ سسٹم کیا ہے؟

تعریف

بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS) بیٹری پیک کی نگرانی کے لیے وقف ٹیکنالوجی ہے، جو کہ بیٹری سیلز کی ایک اسمبلی ہے، جو ایک قطار x کالم میٹرکس کنفیگریشن میں برقی طور پر منظم ہوتی ہے تاکہ مقررہ حد تک وولٹیج اور کرنٹ کی ڈیلیوری کو ممکن بنایا جا سکے۔ متوقع لوڈ کے منظرنامے۔BMS جو نگرانی فراہم کرتا ہے اس میں عام طور پر شامل ہیں:

• بیٹری کی نگرانی
• بیٹری کی حفاظت فراہم کرنا
• بیٹری کی آپریشنل حالت کا اندازہ لگانا
• بیٹری کی کارکردگی کو مسلسل بہتر بنانا
• بیرونی آلات کو آپریشنل اسٹیٹس کی اطلاع دینا

یہاں، "بیٹری" کی اصطلاح پورے پیک کو ظاہر کرتی ہے۔تاہم، نگرانی اور کنٹرول کے افعال خاص طور پر انفرادی خلیات، یا خلیات کے گروپوں پر لاگو ہوتے ہیں جنہیں بیٹری پیک اسمبلی میں ماڈیول کہتے ہیں۔لیتھیم آئن ریچارج ایبل سیلز میں توانائی کی کثافت سب سے زیادہ ہوتی ہے اور یہ لیپ ٹاپ سے لے کر الیکٹرک گاڑیوں تک بہت سی صارفین کی مصنوعات کے لیے بیٹری پیک کے لیے معیاری انتخاب ہیں۔اگرچہ وہ شاندار کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں، اگر وہ عام طور پر سخت محفوظ آپریٹنگ ایریا (SOA) سے باہر چلائے جائیں تو وہ ناقابل معافی ہو سکتے ہیں، جس کے نتائج بیٹری کی کارکردگی سے سمجھوتہ کرنے سے لے کر صریح خطرناک نتائج تک پہنچ سکتے ہیں۔بی ایم ایس کے پاس یقینی طور پر ایک مشکل کام کی تفصیل ہے، اور اس کی مجموعی پیچیدگی اور نگرانی کی رسائی بہت سے شعبوں جیسے الیکٹریکل، ڈیجیٹل، کنٹرول، تھرمل، اور ہائیڈرولک پر محیط ہو سکتی ہے۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم کیسے کام کرتے ہیں؟

بیٹری کے انتظام کے نظام میں معیار کا کوئی مقررہ یا منفرد سیٹ نہیں ہوتا ہے جسے اپنانا ضروری ہے۔ٹیکنالوجی کے ڈیزائن کا دائرہ کار اور لاگو کردہ خصوصیات عام طور پر اس کے ساتھ منسلک ہوتے ہیں:

• بیٹری پیک کی قیمت، پیچیدگی اور سائز
• بیٹری کا اطلاق اور کسی بھی حفاظت، عمر، اور وارنٹی کے خدشات
• مختلف سرکاری ضوابط سے سرٹیفیکیشن کے تقاضے جہاں ناکافی فعال حفاظتی اقدامات کی صورت میں لاگت اور جرمانے سب سے اہم ہوتے ہیں۔

بی ایم ایس ڈیزائن کی بہت سی خصوصیات ہیں، جس میں بیٹری پیک پروٹیکشن مینجمنٹ اور صلاحیت کا انتظام دو ضروری خصوصیات ہیں۔ہم یہاں بات کریں گے کہ یہ دو خصوصیات کیسے کام کرتی ہیں۔بیٹری پیک پروٹیکشن مینجمنٹ کے دو اہم میدان ہیں: برقی تحفظ، جس کا مطلب ہے کہ بیٹری کو اس کے SOA سے باہر استعمال کے ذریعے نقصان نہ پہنچنے دینا، اور تھرمل تحفظ، جس میں پیک کو برقرار رکھنے یا اس کے SOA میں لانے کے لیے غیر فعال اور/یا فعال درجہ حرارت کا کنٹرول شامل ہے۔

الیکٹریکل مینجمنٹ پروٹیکشن: کرنٹ

بیٹری پیک کرنٹ اور سیل یا ماڈیول وولٹیجز کی نگرانی برقی تحفظ کا راستہ ہے۔کسی بھی بیٹری سیل کا برقی SOA کرنٹ اور وولٹیج کا پابند ہوتا ہے۔شکل 1 ایک عام لیتھیم آئن سیل SOA کی وضاحت کرتا ہے، اور ایک اچھی طرح سے ڈیزائن کیا گیا BMS مینوفیکچرر کے سیل ریٹنگ سے باہر آپریشن کو روک کر پیک کی حفاظت کرے گا۔بہت سے معاملات میں، مزید ڈیریٹنگ کا اطلاق SOA سیف زون کے اندر رہنے کے لیے کیا جا سکتا ہے تاکہ بیٹری کی مزید عمر کو فروغ دیا جا سکے۔

لتیم آئن سیلز چارج کرنے کے لیے خارج ہونے والے مادہ کے مقابلے میں مختلف موجودہ حدود رکھتے ہیں، اور دونوں موڈز اعلیٰ چوٹی کے کرنٹ کو سنبھال سکتے ہیں، اگرچہ مختصر وقت کے لیے۔بیٹری سیل مینوفیکچررز عام طور پر زیادہ سے زیادہ مسلسل چارجنگ اور ڈسچارج کرنٹ کی حدوں کے ساتھ ساتھ چوٹی چارجنگ اور ڈسچارج کرنٹ کی حد بھی بتاتے ہیں۔موجودہ تحفظ فراہم کرنے والا BMS یقینی طور پر زیادہ سے زیادہ مسلسل کرنٹ کا اطلاق کرے گا۔تاہم، اس سے پہلے بوجھ کے حالات میں اچانک تبدیلی کا سبب بن سکتا ہے۔مثال کے طور پر، ایک برقی گاڑی کا اچانک تیز ہونا۔ایک BMS کرنٹ کو مربوط کرکے اور ڈیلٹا ٹائم کے بعد، دستیاب کرنٹ کو کم کرنے یا پیک کرنٹ کو مکمل طور پر روکنے کا فیصلہ کر کے چوٹی کرنٹ کی نگرانی کو شامل کر سکتا ہے۔یہ بی ایم ایس کو انتہائی موجودہ چوٹیوں کے لیے تقریباً فوری طور پر حساسیت رکھنے کی اجازت دیتا ہے، جیسے کہ شارٹ سرکٹ کی حالت جس نے کسی بھی رہائشی فیوز کی توجہ حاصل نہیں کی ہے، بلکہ اعلیٰ چوٹی کے مطالبات کو بھی معاف کر سکتے ہیں، جب تک کہ وہ بہت زیادہ نہ ہوں۔ طویل

الیکٹریکل مینجمنٹ پروٹیکشن: وولٹیج

شکل 2 سے پتہ چلتا ہے کہ ایک لتیم آئن سیل کو ایک مخصوص وولٹیج کی حد کے اندر کام کرنا چاہیے۔یہ SOA حدود بالآخر منتخب کردہ لتیم آئن سیل کی اندرونی کیمسٹری اور کسی بھی وقت سیل کے درجہ حرارت سے طے کی جائیں گی۔مزید برآں، چونکہ کسی بھی بیٹری پیک میں موجودہ سائیکلنگ، لوڈ ڈیمانڈ کی وجہ سے ڈسچارج اور توانائی کے مختلف ذرائع سے چارج ہونے کی کافی مقدار کا تجربہ ہوتا ہے، اس لیے یہ SOA وولٹیج کی حدیں عام طور پر بیٹری کی عمر کو بہتر بنانے کے لیے مزید محدود ہوتی ہیں۔BMS کو معلوم ہونا چاہیے کہ یہ حدود کیا ہیں اور ان حدوں کی قربت کی بنیاد پر فیصلوں کا حکم دے گی۔مثال کے طور پر، ہائی وولٹیج کی حد تک پہنچنے پر، بی ایم ایس چارجنگ کرنٹ میں بتدریج کمی کی درخواست کر سکتا ہے، یا حد تک پہنچنے پر چارج کرنٹ کو مکمل طور پر ختم کرنے کی درخواست کر سکتا ہے۔تاہم، اس حد کے ساتھ عام طور پر اضافی اندرونی وولٹیج ہسٹریسس پر غور کیا جاتا ہے تاکہ شٹ ڈاؤن کی حد کے بارے میں کنٹرول چیٹر کو روکا جا سکے۔دوسری طرف، کم وولٹیج کی حد تک پہنچنے پر، ایک BMS درخواست کرے گا کہ کلیدی فعال ناگوار بوجھ اپنے موجودہ مطالبات کو کم کر دیں۔الیکٹرک گاڑی کے معاملے میں، یہ کرشن موٹر کو دستیاب ٹارک کو کم کر کے کیا جا سکتا ہے۔بلاشبہ، BMS کو بیٹری پیک کی حفاظت کرتے ہوئے ڈرائیور کے لیے حفاظت کو سب سے زیادہ ترجیح دینا چاہیے تاکہ مستقل نقصان کو روکا جا سکے۔

تھرمل مینجمنٹ پروٹیکشن: درجہ حرارت

قیمت کے لحاظ سے، یہ ظاہر ہو سکتا ہے کہ لیتھیم آئن خلیات کا درجہ حرارت آپریٹنگ رینج وسیع ہے، لیکن کم درجہ حرارت پر بیٹری کی مجموعی صلاحیت کم ہو جاتی ہے کیونکہ کیمیائی رد عمل کی شرح نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔کم درجہ حرارت پر صلاحیت کے حوالے سے، وہ لیڈ ایسڈ یا NiMh بیٹریوں سے بہت بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔تاہم، درجہ حرارت کا انتظام احتیاط سے ضروری ہے کیونکہ 0 °C (32 °F) سے کم چارج کرنا جسمانی طور پر پریشانی کا باعث ہے۔سب فریزنگ چارجنگ کے دوران انوڈ پر دھاتی لتیم چڑھانے کا رجحان رونما ہو سکتا ہے۔یہ مستقل نقصان ہے اور اس کے نتیجے میں نہ صرف صلاحیت میں کمی واقع ہوتی ہے، بلکہ خلیات اگر کمپن یا دیگر دباؤ والے حالات کا نشانہ بنتے ہیں تو ان کی ناکامی کا زیادہ خطرہ ہوتا ہے۔BMS حرارتی اور ٹھنڈک کے ذریعے بیٹری پیک کے درجہ حرارت کو کنٹرول کر سکتا ہے۔

احساس شدہ تھرمل مینجمنٹ مکمل طور پر بیٹری پیک کے سائز اور لاگت اور کارکردگی کے مقاصد، BMS کے ڈیزائن کے معیار، اور پروڈکٹ یونٹ پر منحصر ہے، جس میں ہدف شدہ جغرافیائی خطہ (مثلاً الاسکا بمقابلہ ہوائی) پر غور کیا جا سکتا ہے۔ہیٹر کی قسم سے قطع نظر، یہ عام طور پر کسی بیرونی AC پاور سورس، یا ضرورت پڑنے پر ہیٹر کو چلانے کے لیے متبادل رہائشی بیٹری سے توانائی حاصل کرنا زیادہ موثر ہے۔تاہم، اگر الیکٹرک ہیٹر میں معمولی کرنٹ ڈرا ہے، تو پرائمری بیٹری پیک سے توانائی خود کو گرم کرنے کے لیے نکالی جا سکتی ہے۔اگر تھرمل ہائیڈرولک نظام لاگو کیا جاتا ہے، تو کولنٹ کو گرم کرنے کے لیے ایک الیکٹرک ہیٹر استعمال کیا جاتا ہے جسے پمپ کرکے پیک اسمبلی میں تقسیم کیا جاتا ہے۔

BMS ڈیزائن انجینئروں کے پاس بلاشبہ گرمی کی توانائی کو پیک میں شامل کرنے کے لیے اپنے ڈیزائن کی تجارت کی ترکیبیں ہیں۔مثال کے طور پر، صلاحیت کے انتظام کے لیے وقف کردہ BMS کے اندر مختلف پاور الیکٹرانکس کو آن کیا جا سکتا ہے۔اگرچہ براہ راست ہیٹنگ کی طرح موثر نہیں ہے، اس سے قطع نظر اس کا فائدہ اٹھایا جا سکتا ہے۔لتیم آئن بیٹری پیک کی کارکردگی کے نقصان کو کم کرنے کے لیے کولنگ خاص طور پر ضروری ہے۔مثال کے طور پر، شاید ایک دی گئی بیٹری 20 ° C پر بہترین طریقے سے کام کرتی ہے۔اگر پیک کا درجہ حرارت 30 ° C تک بڑھ جاتا ہے، تو اس کی کارکردگی کی کارکردگی 20% تک کم ہو سکتی ہے۔اگر پیک کو مسلسل چارج کیا جاتا ہے اور 45°C (113°F) پر ری چارج کیا جاتا ہے، تو کارکردگی کا نقصان 50% تک بڑھ سکتا ہے۔بیٹری کی زندگی وقت سے پہلے بڑھاپے اور انحطاط کا شکار ہو سکتی ہے اگر مسلسل ضرورت سے زیادہ گرمی پیدا کرنے کا سامنا کرنا پڑتا ہے، خاص طور پر تیز چارجنگ اور ڈسچارجنگ سائیکلوں کے دوران۔کولنگ عام طور پر دو طریقوں سے حاصل کی جاتی ہے، غیر فعال یا فعال، اور دونوں تکنیکوں کو استعمال کیا جا سکتا ہے۔غیر فعال کولنگ بیٹری کو ٹھنڈا کرنے کے لیے ہوا کے بہاؤ کی حرکت پر انحصار کرتی ہے۔الیکٹرک گاڑی کے معاملے میں، اس کا مطلب یہ ہے کہ یہ بس سڑک پر چل رہی ہے۔تاہم، یہ ظاہر ہونے سے کہیں زیادہ نفیس ہوسکتا ہے، کیونکہ ہوا کے بہاؤ کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ایئر اسپیڈ سینسر کو اسٹریٹجک طور پر خودکار طور پر ڈیفلیکٹیو ایئر ڈیموں کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے مربوط کیا جا سکتا ہے۔ایک فعال درجہ حرارت پر قابو پانے والے پنکھے کا نفاذ کم رفتار پر یا گاڑی کے رک جانے پر مدد کر سکتا ہے، لیکن یہ سب کچھ صرف ارد گرد کے محیطی درجہ حرارت کے ساتھ پیک کو برابر کرنا ہے۔شدید گرم دن کی صورت میں، یہ پیک کے ابتدائی درجہ حرارت کو بڑھا سکتا ہے۔تھرمل ہائیڈرولک ایکٹو کولنگ کو ایک تکمیلی نظام کے طور پر ڈیزائن کیا جا سکتا ہے، اور عام طور پر ایک مخصوص مرکب تناسب کے ساتھ ایتھیلین-گلائکول کولنٹ کا استعمال کرتا ہے، جو پائپ/ہوزز، ڈسٹری بیوشن مینی فولڈز، کراس فلو ہیٹ ایکسچینجر (ریڈی ایٹر) کے ذریعے الیکٹرک موٹر سے چلنے والے پمپ کے ذریعے گردش کرتا ہے۔ ، اور بیٹری پیک اسمبلی کے خلاف کولنگ پلیٹ رہائشی۔ایک BMS پورے پیک میں درجہ حرارت کی نگرانی کرتا ہے، اور بیٹری کی بہترین کارکردگی کو یقینی بنانے کے لیے ایک تنگ درجہ حرارت کی حد کے اندر مجموعی بیٹری کے درجہ حرارت کو برقرار رکھنے کے لیے مختلف والوز کو کھولتا اور بند کرتا ہے۔

صلاحیت کا انتظام

بیٹری پیک کی گنجائش کو زیادہ سے زیادہ کرنا ایک بی ایم ایس فراہم کرنے والی بیٹری کی کارکردگی کی سب سے اہم خصوصیات میں سے ایک ہے۔اگر یہ دیکھ بھال نہیں کی جاتی ہے تو، بیٹری پیک بالآخر خود کو بیکار کر سکتا ہے۔مسئلے کی جڑ یہ ہے کہ بیٹری پیک "اسٹیک" (سیریز کی سیلز) بالکل برابر نہیں ہے اور اندرونی طور پر اس میں رساو یا خود خارج ہونے کی شرح قدرے مختلف ہے۔رساو ایک مینوفیکچرر کی خرابی نہیں ہے بلکہ بیٹری کی کیمسٹری کی خصوصیت ہے، حالانکہ یہ اعدادوشمار کے لحاظ سے منٹ کی تیاری کے عمل کی مختلف حالتوں سے متاثر ہو سکتی ہے۔ابتدائی طور پر بیٹری پیک میں اچھی طرح سے مماثل خلیات ہو سکتے ہیں، لیکن وقت گزرنے کے ساتھ، سیل سے سیل کی مماثلت مزید گرتی ہے، نہ صرف خود خارج ہونے کی وجہ سے، بلکہ چارج/ڈسچارج سائیکلنگ، بلند درجہ حرارت، اور عام کیلنڈر کی عمر بڑھنے سے بھی متاثر ہوتی ہے۔اس بات کو سمجھنے کے ساتھ، اس سے پہلے کی بحث کو یاد کریں کہ لتیم آئن خلیات شاندار کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں، لیکن اگر سخت SOA کے باہر کام کیا جائے تو وہ ناقابل معافی ہو سکتے ہیں۔ہم نے پہلے سے ضروری برقی تحفظ کے بارے میں سیکھا ہے کیونکہ لیتھیم آئن خلیات زیادہ چارجنگ کے ساتھ اچھی طرح سے کام نہیں کرتے ہیں۔ایک بار مکمل چارج ہونے کے بعد، وہ مزید کرنٹ کو قبول نہیں کر سکتے، اور اس میں ڈالی جانے والی کوئی بھی اضافی توانائی گرمی میں منتقل ہو جاتی ہے، وولٹیج ممکنہ طور پر تیزی سے بڑھنے کے ساتھ، ممکنہ طور پر خطرناک سطح تک پہنچ جاتی ہے۔یہ سیل کے لیے صحت مند صورت حال نہیں ہے اور اگر یہ جاری رہتی ہے تو مستقل نقصان اور غیر محفوظ آپریٹنگ حالات کا سبب بن سکتی ہے۔

بیٹری پیک سیریز سیل اری وہ ہے جو مجموعی پیک وولٹیج کا تعین کرتی ہے، اور کسی بھی اسٹیک کو چارج کرنے کی کوشش کرتے وقت ملحقہ خلیات کے درمیان مماثلت ایک مخمصہ پیدا کرتی ہے۔شکل 3 سے پتہ چلتا ہے کہ ایسا کیوں ہے۔اگر کسی کے پاس خلیات کا بالکل متوازن سیٹ ہے، تو سب ٹھیک ہے کیونکہ ہر ایک یکساں انداز میں چارج ہو جائے گا، اور جب اوپری 4.0 وولٹیج کٹ آف تھریشولڈ تک پہنچ جائے تو چارج کرنٹ کو کاٹ دیا جا سکتا ہے۔تاہم، غیر متوازن منظر نامے میں، سب سے اوپر کا سیل اپنی چارج کی حد کو جلد پہنچ جائے گا، اور چارج کرنٹ کو ٹانگ کے لیے ختم کرنے کی ضرورت ہے اس سے پہلے کہ دیگر بنیادی خلیوں کو پوری صلاحیت پر چارج کیا جائے۔

BMS وہ ہے جو دن کو بچاتا ہے، یا اس معاملے میں بیٹری پیک۔یہ بتانے کے لیے کہ یہ کیسے کام کرتا ہے، ایک کلیدی تعریف بیان کرنے کی ضرورت ہے۔ایک مقررہ وقت پر سیل یا ماڈیول کا اسٹیٹ آف چارج (SOC) مکمل چارج ہونے پر کل چارج کے مقابلے میں دستیاب چارج کے متناسب ہے۔اس طرح، ایک بیٹری جو 50% SOC پر رہتی ہے اس کا مطلب یہ ہے کہ یہ 50% چارج ہے، جو کہ قابلیت کے فیول گیج کے اعداد و شمار کے مترادف ہے۔BMS کی صلاحیت کا انتظام پیک اسمبلی میں ہر اسٹیک میں SOC کے تغیرات کو متوازن کرنے کے بارے میں ہے۔چونکہ SOC براہ راست قابل پیمائش مقدار نہیں ہے، اس لیے اس کا اندازہ مختلف تکنیکوں سے لگایا جا سکتا ہے، اور خود توازن کی اسکیم عام طور پر دو اہم زمروں میں آتی ہے، غیر فعال اور فعال۔تھیمز کی بہت سی تبدیلیاں ہیں، اور ہر قسم کے فائدے اور نقصانات ہیں۔یہ فیصلہ کرنا BMS ڈیزائن انجینئر پر منحصر ہے کہ دیئے گئے بیٹری پیک اور اس کے اطلاق کے لیے کون سا بہترین ہے۔غیر فعال توازن لاگو کرنے کے ساتھ ساتھ عام توازن کے تصور کی وضاحت کرنے کے لئے سب سے آسان ہے۔غیر فعال طریقہ اسٹیک میں ہر سیل کو سب سے کمزور سیل کے طور پر ایک ہی چارج کرنے کی صلاحیت کی اجازت دیتا ہے.نسبتاً کم کرنٹ کا استعمال کرتے ہوئے، یہ چارجنگ سائیکل کے دوران ہائی ایس او سی سیلز سے تھوڑی سی توانائی کو شٹل کرتا ہے تاکہ تمام خلیے اپنے زیادہ سے زیادہ ایس او سی پر چارج ہوں۔شکل 4 یہ بتاتا ہے کہ یہ BMS کے ذریعے کیسے پورا ہوتا ہے۔یہ ہر سیل پر نظر رکھتا ہے اور ہر سیل کے ساتھ متوازی طور پر ٹرانزسٹر سوئچ اور مناسب سائز کے ڈسچارج ریزسٹر کا فائدہ اٹھاتا ہے۔جب BMS محسوس کرتا ہے کہ ایک دیا ہوا سیل اپنی چارج کی حد تک پہنچ رہا ہے، تو یہ اوپر سے نیچے کے انداز میں اپنے ارد گرد اضافی کرنٹ کو نیچے اگلے سیل تک لے جائے گا۔

بیلنسنگ پروسیس اینڈ پوائنٹس، پہلے اور بعد میں، شکل 5 میں دکھائے گئے ہیں۔ خلاصہ یہ ہے کہ، بی ایم ایس بیٹری اسٹیک کو بیلنس کرتا ہے اسٹیک میں موجود سیل یا ماڈیول کو مندرجہ ذیل طریقوں میں سے کسی ایک طریقے سے پیک کرنٹ سے مختلف چارجنگ کرنٹ دیکھنے کی اجازت دے کر:

• سب سے زیادہ چارج شدہ سیلز سے چارج کو ہٹانا، جو اضافی چارجنگ کرنٹ کے لیے ہیڈ روم فراہم کرتا ہے تاکہ اوور چارجنگ کو روکا جا سکے، اور کم چارج والے سیلز کو زیادہ چارج کرنٹ حاصل کرنے کی اجازت ملتی ہے۔
• سب سے زیادہ چارج شدہ سیلز کے ارد گرد کچھ یا تقریباً تمام چارجنگ کرنٹ کی ری ڈائریکشن، اس طرح کم چارج شدہ سیلز کو طویل عرصے تک چارج کرنٹ حاصل کرنے کی اجازت ملتی ہے۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹمز کی اقسام

بیٹری کے انتظام کے نظام کی حد سادہ سے پیچیدہ تک ہوتی ہے اور "بیٹری کا خیال رکھنے" کی اپنی بنیادی ہدایت کو حاصل کرنے کے لیے مختلف ٹیکنالوجیز کی وسیع رینج کو اپنا سکتے ہیں۔تاہم، ان سسٹمز کو ان کی ٹوپولوجی کی بنیاد پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے، جس کا تعلق اس بات سے ہے کہ وہ بیٹری پیک کے سیلز یا ماڈیولز پر کیسے انسٹال اور کام کرتے ہیں۔

سنٹرلائزڈ بی ایم ایس آرکیٹیکچر

بیٹری پیک اسمبلی میں ایک مرکزی BMS ہے۔تمام بیٹری پیکج مرکزی BMS سے براہ راست جڑے ہوئے ہیں۔مرکزی BMS کی ساخت کو شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔ مرکزی BMS کے کچھ فوائد ہیں۔یہ زیادہ کمپیکٹ ہے، اور یہ سب سے زیادہ کفایتی ہوتا ہے کیونکہ صرف ایک BMS ہے۔تاہم، مرکزی BMS کے نقصانات ہیں۔چونکہ تمام بیٹریاں براہ راست BMS سے جڑی ہوئی ہیں، اس لیے BMS کو تمام بیٹری پیکجوں کے ساتھ مربوط ہونے کے لیے بہت ساری بندرگاہوں کی ضرورت ہے۔یہ بڑے بیٹری پیک میں بہت ساری تاروں، کیبلنگ، کنیکٹرز وغیرہ کا ترجمہ کرتا ہے، جو خرابیوں کا سراغ لگانا اور دیکھ بھال دونوں کو پیچیدہ بناتا ہے۔

ماڈیولر BMS ٹوپولوجی

ایک مرکزی نفاذ کی طرح، بی ایم ایس کو کئی ڈپلیکیٹڈ ماڈیولز میں تقسیم کیا گیا ہے، ہر ایک میں تاروں کا ایک وقف شدہ بنڈل اور بیٹری اسٹیک کے ملحقہ تفویض کردہ حصے سے کنکشن ہوتا ہے۔تصویر 7 دیکھیں۔ بعض صورتوں میں، یہ BMS ذیلی ماڈیول ایک بنیادی BMS ماڈیول کی نگرانی کے تحت رہ سکتے ہیں جس کا کام ذیلی ماڈیولز کی حالت کی نگرانی کرنا اور پردیی آلات کے ساتھ بات چیت کرنا ہے۔نقل شدہ ماڈیولریٹی کی بدولت، ٹربل شوٹنگ اور دیکھ بھال آسان ہے، اور بڑے بیٹری پیک تک توسیع سیدھی ہے۔منفی پہلو یہ ہے کہ مجموعی طور پر اخراجات قدرے زیادہ ہیں، اور درخواست کے لحاظ سے غیر استعمال شدہ فعالیت کو نقل کیا جا سکتا ہے۔

پرائمری/ ماتحت بی ایم ایس

تصوراتی طور پر ماڈیولر ٹوپولوجی سے ملتا جلتا ہے، تاہم، اس معاملے میں، غلام صرف پیمائش کی معلومات کو ریلے کرنے تک زیادہ محدود ہیں، اور ماسٹر حساب اور کنٹرول کے ساتھ ساتھ بیرونی مواصلات کے لیے وقف ہے۔لہذا، جب کہ ماڈیولر اقسام کی طرح، لاگت کم ہوسکتی ہے کیونکہ غلاموں کی فعالیت آسان ہوتی ہے، ممکنہ طور پر کم اوور ہیڈ اور کم غیر استعمال شدہ خصوصیات کے ساتھ۔

تقسیم شدہ بی ایم ایس آرکیٹیکچر

دیگر ٹوپولوجیز سے کافی مختلف، جہاں الیکٹرانک ہارڈویئر اور سافٹ ویئر ان ماڈیولز میں سمیٹے ہوئے ہیں جو منسلک وائرنگ کے بنڈلوں کے ذریعے خلیات سے انٹرفیس کرتے ہیں۔ایک تقسیم شدہ BMS تمام الیکٹرانک ہارڈویئر کو ایک کنٹرول بورڈ پر شامل کرتا ہے جو براہ راست سیل یا ماڈیول پر رکھا جاتا ہے جس کی نگرانی کی جا رہی ہے۔یہ چند سینسر تاروں اور ملحقہ BMS ماڈیولز کے درمیان مواصلاتی تاروں تک کیبلنگ کا بڑا حصہ کم کرتا ہے۔نتیجتاً، ہر BMS زیادہ خود ساختہ ہے، اور ضرورت کے مطابق حسابات اور مواصلات کو سنبھالتا ہے۔تاہم، اس واضح سادگی کے باوجود، یہ مربوط شکل خرابیوں کا سراغ لگانا اور دیکھ بھال کو ممکنہ طور پر مشکل بناتی ہے، کیونکہ یہ شیلڈ ماڈیول اسمبلی کے اندر گہرائی میں رہتا ہے۔قیمتیں بھی زیادہ ہوتی ہیں کیونکہ بیٹری پیک کے مجموعی ڈھانچے میں زیادہ BMSs ہوتے ہیں۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم کی اہمیت

BMS میں فنکشنل سیفٹی سب سے زیادہ اہمیت کی حامل ہے۔یہ چارجنگ اور ڈسچارجنگ آپریشن کے دوران بہت اہم ہے، تاکہ کسی بھی سیل یا ماڈیول کے سپروائزری کنٹرول کے وولٹیج، کرنٹ، اور درجہ حرارت کو مقررہ SOA کی حد سے تجاوز کرنے سے روکا جا سکے۔اگر لمبے عرصے تک حدود سے تجاوز کیا جاتا ہے، تو نہ صرف ممکنہ طور پر مہنگے بیٹری پیک سے سمجھوتہ کیا جاتا ہے، بلکہ خطرناک تھرمل رن وے حالات پیدا ہو سکتے ہیں۔مزید برآں، لتیم آئن خلیوں کے تحفظ اور فعال حفاظت کے لیے کم وولٹیج کی حد کی بھی سخت نگرانی کی جاتی ہے۔اگر لی آئن بیٹری اس کم وولٹیج کی حالت میں رہتی ہے تو، تانبے کے ڈینڈرائٹس بالآخر اینوڈ پر بڑھ سکتے ہیں، جس کے نتیجے میں خود خارج ہونے والے مادہ کی شرح میں اضافہ ہو سکتا ہے اور ممکنہ حفاظتی خدشات بڑھ سکتے ہیں۔لیتھیم آئن سے چلنے والے نظاموں کی اعلی توانائی کی کثافت اس قیمت پر آتی ہے جس سے بیٹری کے انتظام میں خرابی کی بہت کم گنجائش رہ جاتی ہے۔BMSs، اور لتیم آئن کی بہتری کی بدولت، یہ آج دستیاب سب سے کامیاب اور محفوظ بیٹری کیمسٹریوں میں سے ایک ہے۔

بیٹری پیک کی کارکردگی BMS کی اگلی سب سے اہم خصوصیت ہے، اور اس میں الیکٹریکل اور تھرمل مینجمنٹ شامل ہے۔بیٹری کی مجموعی صلاحیت کو برقی طور پر بہتر بنانے کے لیے، پیک میں موجود تمام سیلز کا متوازن ہونا ضروری ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ پورے اسمبلی میں ملحقہ سیلز کا SOC تقریباً مساوی ہے۔یہ غیر معمولی طور پر اہم ہے کیونکہ نہ صرف بیٹری کی زیادہ سے زیادہ صلاحیت کو محسوس کیا جا سکتا ہے، بلکہ یہ عام انحطاط کو روکنے میں مدد کرتا ہے اور ممکنہ ہاٹ سپاٹ کو کمزور خلیوں کو زیادہ چارج کرنے سے کم کرتا ہے۔لیتھیم آئن بیٹریوں کو کم وولٹیج کی حد سے نیچے خارج ہونے سے گریز کرنا چاہیے، کیونکہ اس کے نتیجے میں میموری کے اثرات اور صلاحیت میں نمایاں کمی ہو سکتی ہے۔الیکٹرو کیمیکل عمل درجہ حرارت کے لیے انتہائی حساس ہیں، اور بیٹریاں بھی اس سے مستثنیٰ نہیں ہیں۔جب ماحولیاتی درجہ حرارت گر جاتا ہے، صلاحیت اور دستیاب بیٹری توانائی نمایاں طور پر بند ہو جاتی ہے۔نتیجتاً، ایک BMS ایک بیرونی ان لائن ہیٹر لگا سکتا ہے جو کہ ایک الیکٹرک گاڑی کے بیٹری پیک کے مائع کولنگ سسٹم پر رہتا ہے، یا ٹرن آن ریذیڈنٹ ہیٹر پلیٹس جو کہ ہیلی کاپٹر یا دیگر میں شامل پیک کے ماڈیولز کے نیچے نصب ہیں۔ ہوائی جہازمزید برآں، چونکہ فرجڈ لتیم آئن سیلز کو چارج کرنا بیٹری کی زندگی کی کارکردگی کے لیے نقصان دہ ہے، اس لیے یہ ضروری ہے کہ پہلے بیٹری کے درجہ حرارت کو کافی حد تک بڑھایا جائے۔زیادہ تر لتیم آئن سیلز اس وقت تیزی سے چارج نہیں ہو سکتے جب وہ 5°C سے کم ہوں اور جب وہ 0°C سے کم ہوں تو انہیں بالکل بھی چارج نہیں کیا جانا چاہیے۔عام آپریشنل استعمال کے دوران بہترین کارکردگی کے لیے، بی ایم ایس تھرمل مینجمنٹ اکثر اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ بیٹری گولڈی لاکس کے تنگ علاقے (مثلاً 30 – 35 °C) کے اندر کام کرے۔یہ کارکردگی کی حفاظت کرتا ہے، لمبی زندگی کو فروغ دیتا ہے، اور ایک صحت مند، قابل اعتماد بیٹری پیک کو فروغ دیتا ہے۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم کے فوائد

ایک پورا بیٹری انرجی سٹوریج سسٹم، جسے اکثر BESS کہا جاتا ہے، ایپلی کیشن کے لحاظ سے دسیوں، سیکڑوں، یا حتیٰ کہ ہزاروں لیتھیم آئن سیلوں سے مل کر بنایا جا سکتا ہے۔ان سسٹمز کی وولٹیج کی درجہ بندی 100V سے کم ہو سکتی ہے، لیکن یہ 800V تک زیادہ ہو سکتی ہے، جس میں پیک سپلائی کرنٹ 300A یا اس سے زیادہ ہو سکتے ہیں۔ہائی وولٹیج پیک کی کوئی بھی بدانتظامی جان لیوا، تباہ کن تباہی کا باعث بن سکتی ہے۔نتیجتاً، اس لیے محفوظ آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے BMSs بالکل اہم ہیں۔بی ایم ایس کے فوائد کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے۔

• فنکشنل سیفٹیہاتھ نیچے، بڑے فارمیٹ لیتھیم آئن بیٹری پیک کے لیے، یہ خاص طور پر سمجھدار اور ضروری ہے۔لیکن لیپ ٹاپ میں استعمال ہونے والے چھوٹے فارمیٹس کو بھی آگ لگنے اور بہت زیادہ نقصان پہنچانے کے لیے جانا جاتا ہے۔لیتھیم آئن سے چلنے والے سسٹمز کو شامل کرنے والے پروڈکٹس کے صارفین کی ذاتی حفاظت میں بیٹری مینجمنٹ کی غلطی کی بہت کم گنجائش باقی رہ جاتی ہے۔
• زندگی کی مدت اور وشوسنییتا.بیٹری پیک پروٹیکشن مینجمنٹ، الیکٹریکل اور تھرمل، اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ تمام سیلز کا استعمال اعلان کردہ SOA کی ضروریات کے اندر ہو۔یہ نازک نگرانی اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ سیلز کا جارحانہ استعمال اور تیز رفتار چارجنگ اور ڈسچارجنگ سائیکلنگ کے خلاف خیال رکھا جاتا ہے، اور لامحالہ اس کا نتیجہ ایک مستحکم نظام کی صورت میں نکلتا ہے جو ممکنہ طور پر کئی سالوں کی قابل اعتماد سروس فراہم کرے گا۔
• کارکردگی اور رینج۔BMS بیٹری پیک کی صلاحیت کا انتظام، جہاں پورے پیک اسمبلی میں ملحقہ سیلز کے SOC کو برابر کرنے کے لیے سیل ٹو سیل بیلنسنگ کا استعمال کیا جاتا ہے، بیٹری کی بہترین صلاحیت کو حاصل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔اس BMS فیچر کے بغیر سیلف ڈسچارج، چارج/ڈسچارج سائیکلنگ، درجہ حرارت کے اثرات، اور عمر بڑھنے میں تغیرات کے لیے، بیٹری پیک بالآخر خود کو بیکار بنا سکتا ہے۔
• تشخیص، ڈیٹا اکٹھا کرنا، اور بیرونی مواصلات۔نگرانی کے کاموں میں بیٹری کے تمام خلیوں کی مسلسل نگرانی شامل ہے، جہاں ڈیٹا لاگنگ کو خود تشخیص کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن اکثر اس کام کا مقصد اسمبلی میں موجود تمام خلیوں کے SOC کا تخمینہ لگانا ہوتا ہے۔یہ معلومات الگورتھم کو متوازن کرنے کے لیے لیوریج کی جاتی ہے، لیکن اجتماعی طور پر بیرونی آلات اور ڈسپلے پر ریلے کیا جا سکتا ہے تاکہ دستیاب رہائشی توانائی کی نشاندہی کی جا سکے، موجودہ استعمال کی بنیاد پر متوقع حد یا رینج/زندگی کا اندازہ لگایا جا سکے، اور بیٹری پیک کی صحت کی حالت فراہم کی جا سکے۔
• لاگت اور وارنٹی میں کمی۔BESS میں BMS کا تعارف لاگت میں اضافہ کرتا ہے، اور بیٹری پیک مہنگے اور ممکنہ طور پر خطرناک ہوتے ہیں۔نظام جتنا پیچیدہ ہوگا، حفاظتی تقاضے اتنے ہی زیادہ ہوں گے، جس کے نتیجے میں مزید BMS نگرانی کی ضرورت ہوگی۔لیکن فعال حفاظت، عمر اور وشوسنییتا، کارکردگی اور رینج، تشخیص وغیرہ کے حوالے سے BMS کا تحفظ اور حفاظتی دیکھ بھال اس بات کی ضمانت دیتا ہے کہ یہ وارنٹی سے متعلق اخراجات سمیت مجموعی اخراجات کو کم کرے گا۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹمز اور Synopsys

تخروپن BMS ڈیزائن کے لیے ایک قابل قدر اتحادی ہے، خاص طور پر جب ہارڈ ویئر کی ترقی، پروٹو ٹائپنگ، اور ٹیسٹنگ میں ڈیزائن کے چیلنجوں کو تلاش کرنے اور ان سے نمٹنے کے لیے لاگو کیا جاتا ہے۔کھیل میں ایک درست لیتھیم آئن سیل ماڈل کے ساتھ، BMS فن تعمیر کا سمولیشن ماڈل ایک قابل عمل تصریح ہے جسے ورچوئل پروٹو ٹائپ کے طور پر تسلیم کیا جاتا ہے۔اس کے علاوہ، تخروپن مختلف بیٹری اور ماحولیاتی آپریشن کے منظرناموں کے خلاف BMS نگرانی کے افعال کی مختلف قسموں کی بغیر تکلیف دہ تحقیقات کی اجازت دیتا ہے۔نفاذ کے مسائل کو بہت جلد دریافت کیا جا سکتا ہے اور ان کی چھان بین کی جا سکتی ہے، جس سے حقیقی ہارڈویئر پروٹو ٹائپ پر عمل درآمد سے پہلے کارکردگی اور فعال حفاظتی بہتری کی تصدیق کی جا سکتی ہے۔یہ ترقی کے وقت کو کم کرتا ہے اور اس بات کو یقینی بنانے میں مدد کرتا ہے کہ پہلا ہارڈویئر پروٹو ٹائپ مضبوط ہوگا۔اس کے علاوہ، جسمانی طور پر حقیقت پسندانہ ایمبیڈڈ سسٹم ایپلی کیشنز میں استعمال ہونے پر بی ایم ایس اور بیٹری پیک کے بہت سے تصدیقی ٹیسٹ، بشمول بدترین صورت حال، منعقد کیے جا سکتے ہیں۔

Synopsys SaberRDBMS اور بیٹری پیک ڈیزائن اور ترقی میں دلچسپی رکھنے والے انجینئرز کو بااختیار بنانے کے لیے وسیع الیکٹریکل، ڈیجیٹل، کنٹرول، اور تھرمل ہائیڈرولک ماڈل لائبریریاں پیش کرتا ہے۔بہت سے الیکٹرانک آلات اور بیٹری کیمسٹری کی مختلف اقسام کے لیے بنیادی ڈیٹا شیٹ چشموں اور پیمائش کے منحنی خطوط سے تیزی سے ماڈل تیار کرنے کے لیے ٹولز دستیاب ہیں۔اعداد و شمار، تناؤ، اور غلطی کے تجزیے آپریٹنگ ریجن کے اسپیکٹرموں بشمول باؤنڈری ایریاز میں تصدیق کی اجازت دیتے ہیں تاکہ BMS کی مجموعی اعتبار کو یقینی بنایا جا سکے۔مزید برآں، بہت ساری ڈیزائن مثالیں پیش کی جاتی ہیں تاکہ صارفین کو ایک پروجیکٹ کو جمپ سٹارٹ کرنے کے قابل بنایا جا سکے اور نقلی سے مطلوبہ جوابات تک پہنچ سکیں۔