عملکرد BMS چیست؟

سیستم مدیریت باتری (BMS) هر سیستم الکترونیکی است که یک باتری قابل شارژ (سلول یا بسته باتری) را مدیریت می کند، مانند محافظت از باتری در برابر عملکرد خارج از منطقه کار امن، نظارت بر وضعیت آن، محاسبه داده های ثانویه، گزارش آن داده ها، کنترل محیط آن، احراز هویت و/یا متعادل کردن آن.

یک بسته باتری ساخته شده همراه با یک سیستم مدیریت باتری با یک گذرگاه داده ارتباطی خارجی، یک بسته باتری هوشمند است.بسته باتری هوشمند باید توسط یک شارژر باتری هوشمند شارژ شود.

حفاظت

یک BMS ممکن است با جلوگیری از عملکرد باتری در خارج از باتری خود، از آن محافظت کندمنطقه عملیاتی امن، مانند:

• شارژ بیش از حد
• تخلیه بیش از حد
• جریان بیش از حد در هنگام شارژ
• جریان بیش از حد در هنگام تخلیه
• ولتاژ بیش از حد در طول شارژ، به ویژه برایاسید سرب،لیتیوم یونوLiFePO4سلول ها
• کمبود ولتاژ در هنگام تخلیه، به ویژه برای سلول های Li-ion و LiFePO4 مهم است
• دمای بیش از حد
• شارژ در دمای پایین
• فشار بیش از حد (NiMHباتری)
• خطای زمین یا تشخیص جریان نشتی (نظارت سیستم مبنی بر اینکه باتری ولتاژ بالا به طور الکتریکی از هر جسم رسانایی قابل لمس برای استفاده مانند بدنه خودرو جدا شده است)

BMS ممکن است از عملکرد خارج از منطقه عملیاتی ایمن باتری با موارد زیر جلوگیری کند:

• از جمله داخلیتعویض(مثل یکرلهیاmosfet) که در صورتی باز می شود که باتری در خارج از منطقه کار امن خود کار کند
• درخواست از دستگاه‌هایی که باتری به آن‌ها متصل است برای کاهش یا حتی توقف استفاده یا شارژ باتری.
• کنترل فعال محیط، مانند بخاری، فن، تهویه مطبوع یا خنک کننده مایع

متعادل کردن

برای به حداکثر رساندن ظرفیت باتری و جلوگیری از کم‌شارژی موضعی یا شارژ بیش از حد، BMS ممکن است به طور فعال اطمینان حاصل کند که تمام سلول‌هایی که باتری را تشکیل می‌دهند، از طریق بالانس کردن، در یک ولتاژ یا حالت شارژ نگه داشته می‌شوند.BMS می تواند سلول ها را با موارد زیر متعادل کند:

• اتلافانرژیاز پر بارترین سلول ها با اتصال آنها به aبار(مانند از طریق منفعلتنظیم کننده)
• جابجایی انرژی از سلول های پر بار به سلول های کم بار (متعادل کننده ها)
• کاهش جریان شارژ تا حد کافی پایین که به سلول‌های با شارژ کامل آسیب نرساند، در حالی که سلول‌های دارای بار کمتر ممکن است به شارژ ادامه دهند (در مورد سلول‌های شیمی لیتیوم صدق نمی‌کند)

اتصال باتری به مدار بار

یک BMS همچنین ممکن است دارای یک سیستم پیش شارژ باشد که به روشی ایمن برای اتصال باتری به بارهای مختلف و حذف جریان های هجومی بیش از حد به خازن ها اجازه می دهد.

اتصال به بارها معمولاً از طریق رله های الکترومغناطیسی به نام کنتاکتور کنترل می شود.مدار پیش شارژ می تواند هر دو مقاومت قدرت باشد که به صورت سری به بارها متصل می شوند تا زمانی که خازن ها شارژ شوند.متناوبا، الفمنبع تغذیه حالت سوئیچاتصال موازی به بارها می تواند برای شارژ ولتاژ مدار بار تا سطحی به اندازه کافی نزدیک به ولتاژ باتری استفاده شود تا امکان بسته شدن کنتاکتورهای بین باتری و مدار بار وجود داشته باشد.یک BMS ممکن است مداری داشته باشد که می تواند بررسی کند که آیا یک رله قبل از شارژ اولیه (مثلاً به دلیل جوشکاری) بسته شده است تا از وقوع جریان های هجومی جلوگیری کند.

ارتباط

کنترل‌کننده مرکزی یک BMS به صورت داخلی با سخت‌افزار خود که در سطح سلولی کار می‌کند، یا به صورت خارجی با سخت‌افزار سطح بالا مانند لپ‌تاپ یاHMI.

ارتباطات خارجی سطح بالا ساده هستند و از چندین روش استفاده می کنند

• انواع مختلفارتباطات سریالی.
• اتوبوس CANارتباطات، معمولا در محیط های خودرو استفاده می شود.
• انواع مختلفارتباطات بی سیم.

BMSهای متمرکز ولتاژ پایین عمدتاً هیچ ارتباط داخلی ندارند.

BMS های توزیع شده یا ماژولار باید از ارتباطات کنترل کننده سلول داخلی سطح پایین (معماری مدولار) یا کنترل کننده-کنترل کننده (معماری توزیع شده) استفاده کنند.این نوع ارتباطات به خصوص برای سیستم های ولتاژ بالا دشوار است.مشکل تغییر ولتاژ بین سلول ها است.سیگنال زمین سلول اول ممکن است صدها ولت بالاتر از سیگنال زمین سلول دیگر باشد.جدای از پروتکل های نرم افزاری، دو راه شناخته شده برای ارتباط سخت افزاری برای سیستم های تغییر ولتاژ وجود دارد:عایق نوریوارتباطات بی سیم.محدودیت دیگر برای ارتباطات داخلی حداکثر تعداد سلول است.برای معماری ماژولار، اکثر سخت افزارها به حداکثر 255 گره محدود می شوند.برای سیستم های ولتاژ بالا زمان جستجوی همه سلول ها محدودیت دیگری است که حداقل سرعت اتوبوس را محدود می کند و برخی از گزینه های سخت افزاری را از دست می دهد.هزینه سیستم‌های مدولار مهم است، زیرا ممکن است با قیمت سلول قابل مقایسه باشد. ترکیب محدودیت‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری چند گزینه برای ارتباطات داخلی ایجاد می‌کند:

• ارتباطات سریال ایزوله
• ارتباطات سریال بی سیم

برای دور زدن محدودیت های برق کابل های USB موجود به دلیل گرمای ناشی از جریان الکتریکی، پروتکل های ارتباطی درشارژرهای تلفن همراهبرای مذاکره در مورد ولتاژ بالا توسعه یافته اند که پرکاربردترین آنها هستندشارژ سریع کوالکامومدیاتک پمپ اکسپرس."VOOCتوسط Oppo (همچنین با نام "Dash Charge" با "OnePlus") با هدف کاهش گرمای تولید شده در دستگاه از تبدیل داخلی ولتاژ بالا به ولتاژ شارژ ترمینال باتری، جریان را به جای ولتاژ افزایش می دهد. با کابل‌های USB موجود ناسازگار است و به کابل‌های USB با جریان بالا با سیم‌های مسی ضخیم‌تر متکی است.تحویل برق USBهدف استاندارد پروتکل مذاکره جهانی در دستگاه‌های حداکثر 240 وات است.

محاسبات

علاوه بر این، یک BMS ممکن است مقادیر را بر اساس موارد زیر محاسبه کند، مانند:استناد مورد نیاز است]

• ولتاژ: حداقل و حداکثر ولتاژ سلول
• حالت شارژ(SoC) یاعمق تخلیه(DoD)، برای نشان دادن سطح شارژ باتری
• وضعیت سلامت(SoH)، اندازه گیری متفاوتی از ظرفیت باقی مانده باتری به عنوان درصد ظرفیت اولیه
• دولت قدرت(SoP)، مقدار توان موجود برای یک بازه زمانی تعریف شده با توجه به مصرف برق فعلی، دما و سایر شرایط
• وضعیت ایمنی (SOS)
• حداکثر جریان شارژ به صورت aمحدودیت جریان شارژ(CCL)
• حداکثر جریان تخلیه به صورت aحد جریان تخلیه(DCL)
• انرژی [کیلووات ساعت] تحویل شده از آخرین شارژ یا چرخه شارژ
• امپدانس داخلی یک سلول (برای تعیین ولتاژ مدار باز)
• شارژ [Ah] تحویل یا ذخیره می شود (گاهی اوقات این ویژگی نامیده می شودشمارنده کولن)
• کل انرژی تحویل شده از اولین استفاده
• کل زمان کارکرد از اولین استفاده
• تعداد کل چرخه ها
• مانیتورینگ دما
• جریان خنک کننده برای باتری های خنک شده با هوا یا مایع

نظارت کنید

یک BMS ممکن است وضعیت باتری را که با موارد مختلف نشان داده می شود، نظارت کند، مانند:

• ولتاژ: ولتاژ کل، ولتاژ سلول های جداگانه، یا ولتاژ شیرهای دوره ای
• درجه حرارت: دمای متوسط، دمای ورودی مایع خنک‌کننده، دمای خروجی مایع خنک‌کننده یا دمای سلول‌های جداگانه
• جریان خنک کننده: برای باتری های مایع خنک می شود
• جاری: جریان داخل یا خارج از باتری
• سلامت تک تک سلول ها
• حالت تعادلاز سلول ها