• الخليط 001

ما هو نظام إدارة البطارية؟

تعريف

نظام إدارة البطارية (BMS) عبارة عن تقنية مخصصة للإشراف على حزمة البطارية ، وهي عبارة عن تجميع لخلايا البطارية ، منظم كهربائيًا في تكوين مصفوفة صف x عمود لتمكين توصيل النطاق المستهدف للجهد والتيار لمدة زمنية مقابل سيناريوهات الحمل المتوقعة.عادة ما يتضمن الإشراف الذي يوفره نظام إدارة المباني ما يلي:

  • مراقبة البطارية
  • توفير حماية للبطارية
  • تقدير حالة تشغيل البطارية
  • تحسين أداء البطارية باستمرار
  • الإبلاغ عن حالة التشغيل للأجهزة الخارجية

هنا ، يشير مصطلح "البطارية" إلى الحزمة بأكملها ؛ومع ذلك ، يتم تطبيق وظائف المراقبة والتحكم بشكل خاص على الخلايا الفردية ، أو مجموعات الخلايا التي تسمى الوحدات النمطية في مجموعة البطارية الكلية.تتميز خلايا ليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن بأعلى كثافة طاقة وهي الخيار القياسي لحزم البطاريات للعديد من المنتجات الاستهلاكية ، من أجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى السيارات الكهربائية.على الرغم من أنها تؤدي أداءً رائعًا ، إلا أنها قد لا ترحم إذا تم تشغيلها خارج منطقة تشغيل آمنة ضيقة بشكل عام (SOA) ، مع نتائج تتراوح من المساومة على أداء البطارية إلى عواقب وخيمة تمامًا.من المؤكد أن نظام إدارة المباني يحتوي على وصف وظيفي صعب ، وقد يشمل مدى تعقيده الشامل والإشراف على العديد من التخصصات مثل الكهربائية والرقمية والتحكم والحرارية والهيدروليكية.

كيف تعمل أنظمة إدارة البطارية؟

لا تحتوي أنظمة إدارة البطارية على مجموعة ثابتة أو فريدة من المعايير التي يجب اعتمادها.يرتبط نطاق تصميم التكنولوجيا والميزات المنفذة بشكل عام بما يلي:

  • تكاليف وتعقيد وحجم حزمة البطارية
  • تطبيق البطارية وأي مخاوف تتعلق بالسلامة والعمر والضمان
  • متطلبات الاعتماد من اللوائح الحكومية المختلفة حيث تكون التكاليف والعقوبات ذات أهمية قصوى في حالة وجود تدابير سلامة وظيفية غير كافية

هناك العديد من ميزات تصميم BMS ، مع اعتبار إدارة حماية حزمة البطارية وإدارة السعة ميزتين أساسيتين.سنناقش كيفية عمل هاتين الميزتين هنا.تشتمل إدارة حماية حزمة البطارية على مجالين رئيسيين: الحماية الكهربائية ، والتي تعني عدم السماح للبطارية بالتلف من خلال الاستخدام خارج SOA ، والحماية الحرارية ، والتي تتضمن التحكم السلبي و / أو النشط في درجة الحرارة للحفاظ على الحزمة أو إحضارها في SOA.

حماية الإدارة الكهربائية: التيار

إن مراقبة تيار حزمة البطارية والجهد الكهربائي للخلية أو الوحدة هو الطريق إلى الحماية الكهربائية.ترتبط بنية SOA الكهربائية لأي خلية بطارية بالتيار والجهد.يوضح الشكل 1 بنية SOA لخلية ليثيوم أيون نموذجية ، وسيحمي نظام BMS المصمم جيدًا الحزمة عن طريق منع التشغيل خارج تصنيفات خلايا الشركة المصنعة.في كثير من الحالات ، قد يتم تطبيق مزيد من الانقطاع عن الإقامة داخل المنطقة الآمنة SOA من أجل تعزيز عمر البطارية الإضافي.

تعريف

تتمتع خلايا الليثيوم أيون بحدود تيار مختلفة للشحن عن تلك الخاصة بالتفريغ ، ويمكن لكلا الوضعين التعامل مع تيارات ذروة أعلى ، وإن كان ذلك لفترات زمنية قصيرة.عادةً ما يحدد مصنعو خلايا البطارية الحد الأقصى لحدود الشحن والتفريغ المستمرة ، جنبًا إلى جنب مع حدود ذروة الشحن والتفريغ الحالية.إن نظام BMS الذي يوفر الحماية الحالية سيطبق بالتأكيد أقصى تيار مستمر.ومع ذلك ، قد يكون هذا مسبوقًا لمراعاة التغيير المفاجئ في ظروف التحميل ؛على سبيل المثال ، التسارع المفاجئ لسيارة كهربائية.قد تتضمن BMS مراقبة تيار الذروة من خلال دمج التيار وبعد وقت دلتا ، واتخاذ قرار إما بتقليل التيار المتاح أو مقاطعة تيار الحزمة تمامًا.هذا يسمح لـ BMS بامتلاك حساسية فورية تقريبًا للقمم الحالية الشديدة ، مثل حالة قصر الدائرة التي لم تلفت انتباه أي صمامات مقيمة ، ولكنها أيضًا تتسامح مع متطلبات الذروة العالية ، طالما أنها ليست مفرطة بالنسبة لها أيضًا طويل.

حماية الإدارة الكهربائية: الجهد

يوضح الشكل 2 أن خلية أيون الليثيوم يجب أن تعمل ضمن نطاق جهد معين.سيتم تحديد حدود SOA هذه في النهاية من خلال الكيمياء الجوهرية لخلية الليثيوم أيون المختارة ودرجة حرارة الخلايا في أي وقت.علاوة على ذلك ، نظرًا لأن أي حزمة بطارية تواجه قدرًا كبيرًا من التدوير الحالي والتفريغ بسبب متطلبات التحميل والشحن من مجموعة متنوعة من مصادر الطاقة ، فإن حدود جهد SOA هذه عادةً ما تكون مقيدة بشكل أكبر لتحسين عمر البطارية.يجب أن يعرف نظام إدارة المباني ما هي هذه الحدود وسيصدر قرارات بناءً على القرب من هذه العتبات.على سبيل المثال ، عند الاقتراب من حد الجهد العالي ، قد يطلب نظام إدارة المباني (BMS) تخفيضًا تدريجيًا لتيار الشحن ، أو قد يطلب إنهاء تيار الشحن تمامًا إذا تم الوصول إلى الحد الأقصى.ومع ذلك ، فإن هذا الحد عادة ما يكون مصحوبًا باعتبارات تخلفية إضافية للجهد الداخلي لمنع ثرثرة التحكم حول عتبة الإغلاق.من ناحية أخرى ، عند الاقتراب من حد الجهد المنخفض ، سيطلب نظام إدارة المباني أن تقلل الأحمال المخالفة النشطة الرئيسية من مطالبها الحالية.في حالة السيارة الكهربائية ، يمكن تنفيذ ذلك عن طريق تقليل عزم الدوران المسموح به المتاح لمحرك الجر.بالطبع ، يجب على BMS جعل اعتبارات السلامة للسائق أولوية قصوى مع حماية حزمة البطارية لمنع حدوث تلف دائم.

حماية الإدارة الحرارية: درجة الحرارة

بالقيمة الاسمية ، قد يبدو أن خلايا أيون الليثيوم لها نطاق تشغيل واسع لدرجة الحرارة ، لكن سعة البطارية الإجمالية تتضاءل في درجات الحرارة المنخفضة لأن معدلات التفاعل الكيميائي تتباطأ بشكل ملحوظ.فيما يتعلق بالقدرة في درجات الحرارة المنخفضة ، فإنها تعمل بشكل أفضل بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية أو بطاريات NiMh ؛ومع ذلك ، فإن إدارة درجة الحرارة ضرورية بشكل حكيم لأن الشحن أقل من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) يمثل مشكلة جسدية.يمكن أن تحدث ظاهرة طلاء الليثيوم المعدني على الأنود أثناء الشحن بالتجميد الفرعي.يعد هذا ضررًا دائمًا ولا يؤدي فقط إلى انخفاض السعة ، ولكن الخلايا تكون أكثر عرضة للفشل إذا تعرضت للاهتزاز أو غيره من الظروف المجهدة.يمكن لـ BMS التحكم في درجة حرارة حزمة البطارية من خلال التسخين والتبريد.

التعريف 2

تعتمد الإدارة الحرارية المحققة كليًا على حجم وتكلفة حزمة البطارية وأهداف الأداء ، ومعايير تصميم BMS ، ووحدة المنتج ، والتي قد تشمل النظر في المنطقة الجغرافية المستهدفة (مثل ألاسكا مقابل هاواي).بغض النظر عن نوع السخان ، يكون من الأكثر فعالية بشكل عام سحب الطاقة من مصدر طاقة تيار متردد خارجي ، أو بطارية مقيمة بديلة مصممة لتشغيل السخان عند الحاجة.ومع ذلك ، إذا كان السخان الكهربائي يحتوي على تيار متواضع ، فيمكن سحب الطاقة من حزمة البطارية الأساسية لتسخين نفسها.إذا تم تنفيذ نظام هيدروليكي حراري ، فسيتم استخدام سخان كهربائي لتسخين المبرد الذي يتم ضخه وتوزيعه في جميع أنحاء مجموعة العبوة.

لا شك أن مهندسي تصميم BMS لديهم حيل في تجارة التصميم الخاصة بهم لتقطير الطاقة الحرارية في العبوة.على سبيل المثال ، يمكن تشغيل العديد من إلكترونيات الطاقة داخل BMS المخصصة لإدارة السعة.في حين أنها ليست فعالة مثل التدفئة المباشرة ، يمكن الاستفادة منها بغض النظر.يعد التبريد أمرًا حيويًا بشكل خاص لتقليل فقد أداء حزمة بطارية ليثيوم أيون.على سبيل المثال ، ربما تعمل بطارية معينة على النحو الأمثل عند 20 درجة مئوية ؛إذا زادت درجة حرارة العبوة إلى 30 درجة مئوية ، يمكن تقليل كفاءة أدائها بنسبة تصل إلى 20٪.إذا تم شحن العبوة وإعادة شحنها باستمرار عند 45 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت) ، فقد يرتفع فقد الأداء إلى 50٪.يمكن أن يعاني عمر البطارية أيضًا من الشيخوخة المبكرة والتدهور إذا تعرضت باستمرار لتوليد حرارة مفرطة ، خاصة أثناء دورات الشحن والتفريغ السريع.يتم التبريد عادة بطريقتين ، سلبية أو نشطة ، ويمكن استخدام كلتا الطريقتين.التبريد السلبي يعتمد على حركة تدفق الهواء لتبريد البطارية.في حالة السيارة الكهربائية ، فهذا يعني أنها تتحرك ببساطة على الطريق.ومع ذلك ، قد يكون أكثر تعقيدًا مما يبدو ، حيث يمكن دمج مستشعرات سرعة الهواء لضبط سدود الهواء المنحرفة بشكل استراتيجي لزيادة تدفق الهواء إلى أقصى حد.يمكن أن يساعد استخدام مروحة نشطة يتم التحكم في درجة حرارتها في السرعات المنخفضة أو عند توقف السيارة ، ولكن كل هذا يمكن أن يفعله هو مجرد موازنة الحزمة مع درجة الحرارة المحيطة المحيطة.في حالة وجود يوم حار شديد الحرارة ، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة درجة حرارة العبوة الأولية.يمكن تصميم التبريد النشط الهيدروليكي الحراري كنظام تكميلي ، وعادةً ما يستخدم مبرد إيثيلين جليكول مع نسبة خليط محددة ، يتم تدويره عبر مضخة تعمل بمحرك كهربائي عبر الأنابيب / الخراطيم ، ومشعب التوزيع ، ومبادل حراري متقاطع التدفق (المبرد) ، ولوحة التبريد الموجودة مقابل مجموعة البطارية.يراقب BMS درجات الحرارة عبر العبوة ، ويفتح ويغلق الصمامات المختلفة للحفاظ على درجة حرارة البطارية الإجمالية ضمن نطاق درجة حرارة ضيق لضمان الأداء الأمثل للبطارية.

إدارة القدرات

يمكن القول إن زيادة سعة حزمة البطارية إلى الحد الأقصى هي إحدى ميزات أداء البطارية الأكثر حيوية التي يوفرها نظام إدارة المباني.إذا لم يتم إجراء هذه الصيانة ، فقد تصبح حزمة البطارية نفسها عديمة الفائدة في النهاية.جذر المشكلة هو أن حزمة البطارية "المكدس" (مجموعة سلسلة من الخلايا) ليست متساوية تمامًا ولها في جوهرها معدلات تسريب أو تفريغ ذاتي مختلفة قليلاً.التسرب ليس عيبًا في الشركة المصنعة ولكنه خاصية كيميائية للبطارية ، على الرغم من أنه قد يتأثر إحصائيًا من الاختلافات الدقيقة في عملية التصنيع.في البداية ، قد تحتوي حزمة البطارية على خلايا متطابقة جيدًا ، ولكن بمرور الوقت ، يتدهور التشابه بين خلية وأخرى ، ليس فقط بسبب التفريغ الذاتي ، ولكن أيضًا متأثرًا بدورة الشحن / التفريغ ، وارتفاع درجة الحرارة ، وتقادم التقويم العام.مع هذا المفهوم ، تذكر في وقت سابق المناقشة التي مفادها أن خلايا أيون الليثيوم تؤدي أداءً رائعًا ، ولكن يمكن أن تكون لا ترحم إذا تم تشغيلها خارج SOA محكمة.لقد تعلمنا سابقًا عن الحماية الكهربائية المطلوبة لأن خلايا أيونات الليثيوم لا تتعامل بشكل جيد مع الشحن الزائد.بمجرد شحنها بالكامل ، لا يمكنها قبول المزيد من التيار ، وأي طاقة إضافية يتم دفعها إليه تتحول إلى حرارة ، مع احتمال ارتفاع الجهد بسرعة ، وربما إلى مستويات خطيرة.إنه ليس وضعًا صحيًا للخلية ويمكن أن يسبب ضررًا دائمًا وظروف تشغيل غير آمنة إذا استمرت.

مجموعة خلايا سلسلة حزمة البطارية هي ما يحدد الجهد الإجمالي للحزمة ، وعدم التطابق بين الخلايا المجاورة يخلق معضلة عند محاولة شحن أي مكدس.يوضح الشكل 3 سبب ذلك.إذا كان لدى المرء مجموعة متوازنة تمامًا من الخلايا ، فكل شيء على ما يرام حيث سيتم شحن كل منها بطريقة متساوية ، ويمكن قطع تيار الشحن عند الوصول إلى عتبة قطع الجهد العليا 4.0.ومع ذلك ، في السيناريو غير المتوازن ، ستصل الخلية العلوية إلى حد الشحن الخاص بها مبكرًا ، ويجب إنهاء تيار الشحن للساق قبل شحن الخلايا الأساسية الأخرى بكامل طاقتها.

التعريف 3إن نظام إدارة المباني هو ما يتدخل ويحفظ اليوم ، أو حزمة البطارية في هذه الحالة.لإظهار كيفية عمل هذا ، يجب شرح تعريف رئيسي.تتناسب حالة الشحن (SOC) لخلية أو وحدة نمطية في وقت معين مع الشحنة المتاحة بالنسبة إلى إجمالي الشحن عند الشحن بالكامل.وبالتالي ، فإن البطارية التي توجد عند 50٪ SOC تعني أنها مشحونة بنسبة 50٪ ، وهو ما يشبه رقم مقياس الوقود للجدارة.تدور إدارة سعة BMS حول موازنة تباين SOC عبر كل مكدس في تجميع الحزمة.نظرًا لأن SOC ليست كمية قابلة للقياس بشكل مباشر ، يمكن تقديرها من خلال تقنيات مختلفة ، وينقسم مخطط التوازن نفسه عمومًا إلى فئتين رئيسيتين ، سلبي ونشط.هناك العديد من الأشكال المختلفة للموضوعات ، ولكل نوع مزايا وعيوب.الأمر متروك لمهندس تصميم BMS ليقرر أيهما مثالي لحزمة البطارية المحددة وتطبيقها.التوازن السلبي هو الأسهل في التنفيذ ، وكذلك لشرح مفهوم التوازن العام.تسمح الطريقة السلبية لكل خلية في المكدس بأن يكون لها نفس السعة المشحونة مثل أضعف خلية.باستخدام تيار منخفض نسبيًا ، فإنه ينقل كمية صغيرة من الطاقة من خلايا SOC العالية أثناء دورة الشحن بحيث يتم شحن جميع الخلايا إلى الحد الأقصى من SOC.يوضح الشكل 4 كيف يتم تحقيق ذلك بواسطة BMS.تراقب كل خلية وتستفيد من مفتاح ترانزستور ومقاوم تفريغ بحجم مناسب بالتوازي مع كل خلية.عندما تستشعر BMS أن خلية معينة تقترب من حد الشحن الخاص بها ، فإنها ستوجه التيار الزائد حولها إلى الخلية التالية أدناه بطريقة من أعلى إلى أسفل.

التعريف 4

نقاط نهاية عملية الموازنة ، قبل وبعد ، موضحة في الشكل 5. باختصار ، يوازن نظام إدارة المباني (BMS) كومة بطارية عن طريق السماح لخلية أو وحدة في كومة برؤية تيار شحن مختلف عن تيار الحزمة بإحدى الطرق التالية:

  • إزالة الشحن من الخلايا الأكثر شحنًا ، مما يوفر مساحة أعلى لتيار الشحن الإضافي لمنع الشحن الزائد ، ويسمح للخلايا الأقل شحنًا باستقبال المزيد من تيار الشحن
  • إعادة توجيه بعض أو كل تيار الشحن تقريبًا حول الخلايا الأكثر شحنًا ، مما يسمح للخلايا الأقل شحنًا بتلقي تيار الشحن لفترة أطول من الوقت

التعريف 5

أنواع أنظمة إدارة البطارية

تتراوح أنظمة إدارة البطارية من البسيط إلى المعقد ويمكن أن تتضمن مجموعة واسعة من التقنيات المختلفة لتحقيق التوجيه الأساسي الخاص بها "للعناية بالبطارية".ومع ذلك ، يمكن تصنيف هذه الأنظمة بناءً على طوبولوجيتها ، والتي تتعلق بكيفية تثبيتها وتشغيلها على الخلايا أو الوحدات النمطية عبر حزمة البطارية.

هندسة BMS المركزية

يحتوي على BMS مركزي واحد في مجموعة البطارية.جميع حزم البطاريات متصلة مباشرة بـ BMS المركزية.يظهر هيكل نظام إدارة المباني المركزي في الشكل 6. يتمتع نظام إدارة المباني المركزي ببعض المزايا.إنه أكثر إحكاما ، ويميل إلى أن يكون أكثر اقتصادا لأنه لا يوجد سوى BMS واحد.ومع ذلك ، هناك عيوب في نظام إدارة المباني المركزي.نظرًا لأن جميع البطاريات متصلة بـ BMS مباشرةً ، يحتاج نظام BMS إلى الكثير من المنافذ للاتصال بجميع حزم البطاريات.يُترجم هذا إلى الكثير من الأسلاك والكابلات والموصلات وما إلى ذلك في حزم البطاريات الكبيرة ، مما يعقد كلاً من استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة.

التعريف 6

طوبولوجيا BMS المعيارية

على غرار التنفيذ المركزي ، ينقسم نظام إدارة المباني إلى عدة وحدات مكررة ، كل منها مزود بحزمة مخصصة من الأسلاك والتوصيلات بجزء مخصص مجاور من حزمة البطارية.انظر الشكل 7. في بعض الحالات ، قد توجد وحدات BMS الفرعية هذه تحت إشراف وحدة BMS الأولية التي تتمثل وظيفتها في مراقبة حالة الوحدات الفرعية والتواصل مع المعدات الطرفية.بفضل الوحدة النمطية المكررة ، أصبح استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة أسهل ، كما أن التوسع في حزم البطاريات الأكبر أمر سهل.الجانب السلبي هو أن التكاليف الإجمالية أعلى قليلاً ، وقد تكون هناك وظائف مكررة غير مستخدمة حسب التطبيق.

التعريف 7

الأساسي / الثانوي BMS

من الناحية المفاهيمية ، تشبه الطوبولوجيا المعيارية ، ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يقتصر العبيد على مجرد نقل معلومات القياس ، ويكرس المعلم نفسه للحساب والتحكم ، فضلاً عن الاتصال الخارجي.لذلك ، بينما مثل الأنواع المعيارية ، قد تكون التكاليف أقل لأن وظائف العبيد تميل إلى أن تكون أبسط ، مع احتمال أقل من النفقات العامة وعدد أقل من الميزات غير المستخدمة.

التعريف 8

الهندسة المعمارية BMS الموزعة

تختلف اختلافًا كبيرًا عن الهياكل الأخرى ، حيث يتم تغليف الأجهزة والبرامج الإلكترونية في وحدات تتفاعل مع الخلايا عبر حزم الأسلاك المتصلة.يشتمل نظام BMS الموزع على جميع الأجهزة الإلكترونية الموجودة على لوحة التحكم الموضوعة مباشرة على الخلية أو الوحدة النمطية التي تتم مراقبتها.هذا يخفف الجزء الأكبر من الكابلات إلى عدد قليل من أسلاك الاستشعار وأسلاك الاتصال بين وحدات BMS المجاورة.وبالتالي ، فإن كل BMS يكون أكثر احتواءًا ذاتيًا ، ويتعامل مع الحسابات والاتصالات كما هو مطلوب.ومع ذلك ، على الرغم من هذه البساطة الواضحة ، فإن هذا النموذج المتكامل يجعل استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة مشكلة محتملة ، حيث إنه يتواجد بعمق داخل مجموعة وحدة الدرع.تميل التكاليف أيضًا إلى أن تكون أعلى نظرًا لوجود المزيد من BMS في الهيكل العام لحزمة البطارية.

التعريف 9

أهمية أنظمة إدارة البطارية

السلامة الوظيفية لها أهمية قصوى في BMS.من الأهمية بمكان أثناء عملية الشحن والتفريغ منع الجهد والتيار ودرجة حرارة أي خلية أو وحدة تحت المراقبة الإشرافية من تجاوز حدود SOA المحددة.إذا تم تجاوز الحدود لفترة من الوقت ، فلن يتم اختراق حزمة البطاريات باهظة الثمن فحسب ، بل يمكن أن تترتب على ذلك ظروف انحراف حراري خطيرة.علاوة على ذلك ، يتم أيضًا مراقبة حدود عتبة الجهد المنخفض بدقة لحماية خلايا الليثيوم أيون والسلامة الوظيفية.إذا بقيت بطارية Li-ion في حالة الجهد المنخفض ، يمكن أن تنمو التشعبات النحاسية في النهاية على الأنود ، مما قد يؤدي إلى ارتفاع معدلات التفريغ الذاتي ويثير مخاوف محتملة تتعلق بالسلامة.تأتي كثافة الطاقة العالية للأنظمة التي تعمل بالليثيوم أيون بسعر لا يترك مجالًا كبيرًا لخطأ إدارة البطارية.بفضل BMSs ، وتحسينات الليثيوم أيون ، يعد هذا أحد أكثر كيميائيات البطاريات نجاحًا وأمانًا المتاحة اليوم.

يعد أداء حزمة البطارية ثاني أهم ميزة في نظام إدارة المباني ، وهذا يتضمن الإدارة الكهربائية والحرارية.لتحسين السعة الإجمالية للبطارية كهربائياً ، يجب أن تكون جميع الخلايا في العبوة متوازنة ، مما يعني أن SOC للخلايا المجاورة في جميع أنحاء التجميع متكافئة تقريبًا.هذا مهم للغاية لأنه لا يمكن فقط تحقيق السعة المثلى للبطارية ، ولكنه يساعد على منع التدهور العام ويقلل من النقاط الفعالة المحتملة من الشحن الزائد للخلايا الضعيفة.يجب أن تتجنب بطاريات الليثيوم أيون التفريغ بأقل من حدود الجهد المنخفض ، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى تأثيرات الذاكرة وفقدان كبير في السعة.العمليات الكهروكيميائية شديدة التأثر بالحرارة ، والبطاريات ليست استثناء.عندما تنخفض درجة الحرارة البيئية ، تتدهور السعة وطاقة البطارية المتاحة بشكل كبير.وبالتالي ، قد يشرك نظام إدارة المباني (BMS) سخانًا خارجيًا داخليًا موجودًا ، على سبيل المثال ، نظام التبريد السائل لحزمة بطارية السيارة الكهربائية ، أو لوحات سخان مقيمة مثبتة أسفل وحدات حزمة مدمجة داخل طائرة هليكوبتر أو غيرها الطائرات.بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن شحن خلايا الليثيوم أيون المتجمدة يضر بأداء عمر البطارية ، فمن المهم أولاً رفع درجة حرارة البطارية بشكل كافٍ.لا يمكن شحن معظم خلايا الليثيوم أيون بسرعة عندما تكون أقل من 5 درجات مئوية ولا يجب شحنها على الإطلاق عندما تكون أقل من 0 درجة مئوية.للحصول على الأداء الأمثل أثناء الاستخدام التشغيلي النموذجي ، غالبًا ما تضمن الإدارة الحرارية لـ BMS أن البطارية تعمل داخل منطقة Goldilocks الضيقة للتشغيل (على سبيل المثال 30-35 درجة مئوية).هذا يحمي الأداء ، ويعزز عمر أطول ، ويعزز حزمة بطارية صحية وموثوقة.

فوائد أنظمة إدارة البطارية

يمكن أن يتكون نظام تخزين طاقة البطارية بالكامل ، والذي يشار إليه غالبًا باسم BESS ، من عشرات أو مئات أو حتى آلاف خلايا الليثيوم أيون المعبأة معًا بشكل استراتيجي ، اعتمادًا على التطبيق.قد يكون لهذه الأنظمة تصنيف جهد أقل من 100 فولت ، ولكن يمكن أن يصل إلى 800 فولت ، مع تيارات إمداد العبوة التي تصل إلى 300 أمبير أو أكثر.أي سوء إدارة لحزمة الجهد العالي يمكن أن يؤدي إلى كارثة كارثية تهدد الحياة.وبالتالي ، فإن أنظمة إدارة المباني ضرورية للغاية لضمان التشغيل الآمن.يمكن تلخيص فوائد BMSs على النحو التالي.

  • السلامة الوظيفية.يدويًا ، بالنسبة لحزم بطاريات الليثيوم أيون كبيرة الحجم ، يعد هذا أمرًا حصيفًا وضروريًا بشكل خاص.ولكن حتى الأشكال الأصغر المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، على سبيل المثال ، من المعروف أنها تشتعل وتتسبب في أضرار جسيمة.لا تترك السلامة الشخصية لمستخدمي المنتجات التي تتضمن أنظمة تعمل بالليثيوم أيون مجالًا كبيرًا لخطأ إدارة البطارية.
  • مدى الحياة والموثوقية.تضمن إدارة حماية حزمة البطارية ، الكهربائية والحرارية ، استخدام جميع الخلايا ضمن متطلبات SOA المعلنة.يضمن هذا الإشراف الدقيق العناية بالخلايا ضد الاستخدام العدواني والشحن السريع والتفريغ السريع ، ويؤدي حتماً إلى نظام مستقر من المحتمل أن يوفر سنوات عديدة من الخدمة الموثوقة.
  • الأداء والمدى.تسمح إدارة سعة حزمة بطارية BMS ، حيث يتم استخدام التوازن من خلية إلى خلية لموازنة SOC للخلايا المجاورة عبر مجموعة العبوات ، بتحقيق السعة المثلى للبطارية.بدون ميزة BMS هذه لحساب الاختلافات في التفريغ الذاتي ، ودورة الشحن / التفريغ ، وتأثيرات درجة الحرارة ، والشيخوخة العامة ، يمكن أن تجعل حزمة البطارية نفسها عديمة الفائدة في النهاية.
  • التشخيص وجمع البيانات والاتصالات الخارجية.تتضمن مهام الإشراف المراقبة المستمرة لجميع خلايا البطارية ، حيث يمكن استخدام تسجيل البيانات بمفرده للتشخيص ، ولكن غالبًا ما يتم تخصيصه لمهمة الحساب لتقدير SOC لجميع الخلايا في التجميع.يتم الاستفادة من هذه المعلومات لموازنة الخوارزميات ، ولكن يمكن نقلها بشكل جماعي إلى أجهزة وشاشات خارجية للإشارة إلى الطاقة المقيمة المتاحة ، وتقدير النطاق المتوقع أو النطاق / العمر بناءً على الاستخدام الحالي ، وتوفير حالة صحة حزمة البطارية.
  • تخفيض التكلفة والضمان.يضيف إدخال BMS في BESS التكاليف ، وحزم البطاريات باهظة الثمن ومن المحتمل أن تكون خطرة.كلما كان النظام أكثر تعقيدًا ، زادت متطلبات السلامة ، مما أدى إلى الحاجة إلى وجود المزيد من الرقابة على خدمات إدارة المباني.لكن الحماية والصيانة الوقائية لنظام إدارة المباني فيما يتعلق بالسلامة الوظيفية والعمر والموثوقية والأداء والمدى والتشخيصات ، وما إلى ذلك ، يضمن أنها ستخفض التكاليف الإجمالية ، بما في ذلك تلك المتعلقة بالضمان.

أنظمة إدارة البطارية و Synopsys

تعد المحاكاة حليفًا قيمًا لتصميم BMS ، لا سيما عند تطبيقها لاستكشاف تحديات التصميم ومعالجتها في تطوير الأجهزة والنماذج الأولية والاختبار.مع وجود نموذج خلية ليثيوم أيون دقيق قيد التشغيل ، فإن نموذج المحاكاة لهندسة BMS هو المواصفات القابلة للتنفيذ المعترف بها كنموذج أولي افتراضي.بالإضافة إلى ذلك ، تسمح المحاكاة بإجراء تحقيق غير مؤلم في المتغيرات الخاصة بوظائف الإشراف على نظام إدارة المباني مقابل سيناريوهات التشغيل المختلفة للبطارية والبيئة.يمكن اكتشاف مشكلات التنفيذ والتحقيق فيها في وقت مبكر جدًا ، مما يسمح بالتحقق من تحسينات الأداء والسلامة الوظيفية قبل التنفيذ على النموذج الأولي للأجهزة.هذا يقلل من وقت التطوير ويساعد على ضمان أن يكون النموذج الأولي للأجهزة قويًا.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء العديد من اختبارات المصادقة ، بما في ذلك أسوأ سيناريوهات الحالة ، لنظام إدارة المباني وحزمة البطارية عند ممارستها في تطبيقات نظام مضمنة واقعية ماديًا.

سينوبسيس SaberRDتقدم مكتبات نماذج هيدروليكية كهربائية ، ورقمية ، وتحكمية ، وحرارية واسعة النطاق لتمكين المهندسين المهتمين في BMS وتصميم حزمة البطاريات وتطويرها.تتوفر الأدوات لإنشاء نماذج بسرعة من مواصفات ورقة البيانات الأساسية ومنحنيات القياس للعديد من الأجهزة الإلكترونية وأنواع كيميائية مختلفة للبطاريات.تسمح التحليلات الإحصائية والتحليلات المتعلقة بالإجهاد والأخطاء بالتحقق عبر أطياف منطقة التشغيل ، بما في ذلك المناطق الحدودية ، لضمان موثوقية BMS الشاملة.علاوة على ذلك ، يتم تقديم العديد من أمثلة التصميم لتمكين المستخدمين من بدء مشروع ما والوصول بسرعة إلى الإجابات المطلوبة من المحاكاة.


الوقت ما بعد: 15 أغسطس - 2022