बैटरी प्रबंधन प्रणाली क्या है?

परिभाषा

बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) एक बैटरी पैक की निगरानी के लिए समर्पित तकनीक है, जो बैटरी कोशिकाओं की एक असेंबली है, जो विद्युत रूप से एक पंक्ति x कॉलम मैट्रिक्स कॉन्फ़िगरेशन में व्यवस्थित होती है ताकि वोल्टेज की लक्षित सीमा और समय की अवधि के लिए वर्तमान की डिलीवरी को सक्षम किया जा सके। अपेक्षित लोड परिदृश्य।BMS द्वारा प्रदान की जाने वाली निगरानी में आमतौर पर शामिल हैं:

• बैटरी की निगरानी
• बैटरी सुरक्षा प्रदान करना
• बैटरी की परिचालन स्थिति का आकलन
• बैटरी प्रदर्शन को लगातार अनुकूलित करना
• बाहरी उपकरणों को परिचालन स्थिति की रिपोर्ट करना

यहाँ, "बैटरी" शब्द का तात्पर्य संपूर्ण पैक से है;हालाँकि, निगरानी और नियंत्रण कार्य विशेष रूप से व्यक्तिगत कोशिकाओं, या कोशिकाओं के समूहों पर लागू होते हैं जिन्हें समग्र बैटरी पैक असेंबली में मॉड्यूल कहा जाता है।लिथियम-आयन रिचार्जेबल सेल में सबसे अधिक ऊर्जा घनत्व होता है और लैपटॉप से ​​लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों तक कई उपभोक्ता उत्पादों के लिए बैटरी पैक के लिए मानक विकल्प हैं।हालांकि वे शानदार प्रदर्शन करते हैं, अगर आम तौर पर तंग सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र (एसओए) के बाहर संचालित किया जाता है, तो बैटरी के प्रदर्शन से समझौता करने से लेकर पूरी तरह से खतरनाक परिणामों तक के परिणामों के साथ वे क्षमाशील हो सकते हैं।बीएमएस के पास निश्चित रूप से एक चुनौतीपूर्ण नौकरी का विवरण है, और इसकी समग्र जटिलता और निरीक्षण आउटरीच विद्युत, डिजिटल, नियंत्रण, थर्मल और हाइड्रोलिक जैसे कई विषयों तक फैल सकता है।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली कैसे काम करती है?

बैटरी प्रबंधन प्रणालियों में कोई निश्चित या विशिष्ट मानदंड नहीं होता है जिसे अपनाया जाना चाहिए।प्रौद्योगिकी डिजाइन का दायरा और कार्यान्वित विशेषताएं आम तौर पर इसके साथ सहसंबद्ध होती हैं:

• बैटरी पैक की लागत, जटिलता और आकार
• बैटरी का उपयोग और कोई भी सुरक्षा, जीवनकाल और वारंटी संबंधी चिंताएं
• विभिन्न सरकारी विनियमों से प्रमाणन आवश्यकताएं जहां अपर्याप्त कार्यात्मक सुरक्षा उपाय होने पर लागत और दंड सर्वोपरि हैं

कई BMS डिज़ाइन सुविधाएँ हैं, जिनमें बैटरी पैक सुरक्षा प्रबंधन और क्षमता प्रबंधन दो आवश्यक सुविधाएँ हैं।हम यहां चर्चा करेंगे कि ये दोनों विशेषताएं यहां कैसे काम करती हैं।बैटरी पैक सुरक्षा प्रबंधन में दो प्रमुख क्षेत्र हैं: विद्युत सुरक्षा, जिसका अर्थ है कि बैटरी को इसके SOA के बाहर उपयोग के माध्यम से क्षतिग्रस्त नहीं होने देना, और थर्मल सुरक्षा, जिसमें पैक को अपने SOA में बनाए रखने या लाने के लिए निष्क्रिय और/या सक्रिय तापमान नियंत्रण शामिल है।

विद्युत प्रबंधन संरक्षण: वर्तमान

बैटरी पैक करंट और सेल या मॉड्यूल वोल्टेज की निगरानी विद्युत सुरक्षा का मार्ग है।किसी भी बैटरी सेल का विद्युत SOA करंट और वोल्टेज से बंधा होता है।चित्र 1 एक विशिष्ट लिथियम-आयन सेल SOA को दिखाता है, और एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया BMS निर्माता की सेल रेटिंग के बाहर ऑपरेशन को रोककर पैक की रक्षा करेगा।कई मामलों में, आगे बैटरी जीवनकाल को बढ़ावा देने के हित में SOA सुरक्षित क्षेत्र के भीतर रहने के लिए और व्युत्पन्न लागू किया जा सकता है।

लिथियम-आयन कोशिकाओं में डिस्चार्जिंग की तुलना में चार्जिंग के लिए अलग-अलग वर्तमान सीमाएं होती हैं, और दोनों मोड कम समय अवधि के लिए उच्च शिखर धाराओं को संभाल सकते हैं।बैटरी सेल निर्माता आमतौर पर अधिकतम चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करंट लिमिट के साथ-साथ पीक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करंट लिमिट्स को निर्दिष्ट करते हैं।वर्तमान सुरक्षा प्रदान करने वाला एक बीएमएस निश्चित रूप से अधिकतम निरंतर वर्तमान लागू करेगा।हालांकि, यह लोड की स्थिति में अचानक बदलाव के कारण हो सकता है;उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रिक वाहन का अचानक त्वरण।एक बीएमएस या तो उपलब्ध करंट को कम करने या पैक करंट को पूरी तरह से बाधित करने का निर्णय लेते हुए, करंट को एकीकृत करके और डेल्टा समय के बाद पीक करंट मॉनिटरिंग को शामिल कर सकता है।यह बीएमएस को चरम वर्तमान चोटियों के लिए लगभग तात्कालिक संवेदनशीलता रखने की अनुमति देता है, जैसे शॉर्ट-सर्किट की स्थिति जिसने किसी भी निवासी फ़्यूज़ का ध्यान आकर्षित नहीं किया है, लेकिन उच्च शिखर मांगों को भी क्षमा कर रहा है, जब तक कि वे अत्यधिक न हों भी लंबा।

विद्युत प्रबंधन संरक्षण: वोल्टेज

चित्रा 2 से पता चलता है कि लिथियम-आयन सेल को एक निश्चित वोल्टेज रेंज के भीतर काम करना चाहिए।ये SOA सीमाएं अंततः चयनित लिथियम-आयन सेल के आंतरिक रसायन विज्ञान और किसी भी समय कोशिकाओं के तापमान द्वारा निर्धारित की जाएंगी।इसके अलावा, चूंकि किसी भी बैटरी पैक में वर्तमान साइकलिंग की एक महत्वपूर्ण मात्रा का अनुभव होता है, लोड की मांग के कारण निर्वहन और विभिन्न ऊर्जा स्रोतों से चार्ज होता है, ये SOA वोल्टेज सीमाएं आमतौर पर बैटरी जीवनकाल को अनुकूलित करने के लिए विवश होती हैं।बीएमएस को पता होना चाहिए कि ये सीमाएं क्या हैं और इन थ्रेसहोल्ड की निकटता के आधार पर निर्णय लेने का आदेश देगी।उदाहरण के लिए, उच्च वोल्टेज सीमा के करीब पहुंचने पर, एक बीएमएस चार्जिंग करंट को धीरे-धीरे कम करने का अनुरोध कर सकता है, या सीमा तक पहुंचने पर चार्जिंग करंट को पूरी तरह से समाप्त करने का अनुरोध कर सकता है।हालांकि, यह सीमा आमतौर पर शटडाउन थ्रेशोल्ड के बारे में नियंत्रण बकवास को रोकने के लिए अतिरिक्त आंतरिक वोल्टेज हिस्टैरिसीस विचारों के साथ होती है।दूसरी ओर, कम वोल्टेज की सीमा के करीब पहुंचने पर, एक बीएमएस अनुरोध करेगा कि प्रमुख सक्रिय आक्रामक भार उनकी वर्तमान मांगों को कम कर दें।इलेक्ट्रिक वाहन के मामले में, यह ट्रैक्शन मोटर के लिए उपलब्ध अनुमत टॉर्क को कम करके किया जा सकता है।बेशक, स्थायी क्षति को रोकने के लिए बैटरी पैक की सुरक्षा करते समय बीएमएस को चालक के लिए सुरक्षा संबंधी विचारों को सर्वोच्च प्राथमिकता देनी चाहिए।

थर्मल प्रबंधन संरक्षण: तापमान

अंकित मूल्य पर, ऐसा प्रतीत हो सकता है कि लिथियम-आयन कोशिकाओं में एक विस्तृत तापमान संचालन सीमा होती है, लेकिन समग्र बैटरी क्षमता कम तापमान पर कम हो जाती है क्योंकि रासायनिक प्रतिक्रिया दर उल्लेखनीय रूप से धीमी हो जाती है।कम तापमान पर क्षमता के संबंध में, वे लेड-एसिड या NiMh बैटरियों की तुलना में बहुत बेहतर प्रदर्शन करते हैं;हालांकि, तापमान प्रबंधन विवेकपूर्ण रूप से आवश्यक है क्योंकि 0 डिग्री सेल्सियस (32 डिग्री फारेनहाइट) से नीचे चार्ज करना शारीरिक रूप से समस्याग्रस्त है।सब-फ्रीजिंग चार्जिंग के दौरान एनोड पर धात्विक लिथियम के चढ़ाना की घटना हो सकती है।यह स्थायी क्षति है और न केवल कम क्षमता का परिणाम है, बल्कि कंपन या अन्य तनावपूर्ण स्थितियों के अधीन होने पर कोशिकाएं विफलता के प्रति अधिक संवेदनशील होती हैं।एक बीएमएस हीटिंग और कूलिंग के माध्यम से बैटरी पैक के तापमान को नियंत्रित कर सकता है।

महसूस किया गया थर्मल प्रबंधन पूरी तरह से बैटरी पैक के आकार और लागत और प्रदर्शन उद्देश्यों, बीएमएस के डिजाइन मानदंड और उत्पाद इकाई पर निर्भर है, जिसमें लक्षित भौगोलिक क्षेत्र (जैसे अलास्का बनाम हवाई) पर विचार शामिल हो सकता है।हीटर प्रकार के बावजूद, बाहरी एसी पावर स्रोत से ऊर्जा खींचने के लिए आम तौर पर अधिक प्रभावी होता है, या आवश्यकता पड़ने पर हीटर को संचालित करने के लिए एक वैकल्पिक निवासी बैटरी का उद्देश्य होता है।हालांकि, अगर इलेक्ट्रिक हीटर में मामूली करंट ड्रॉ होता है, तो प्राथमिक बैटरी पैक से ऊर्जा को गर्म करने के लिए साइफ़ोन किया जा सकता है।यदि एक थर्मल हाइड्रोलिक सिस्टम लागू किया जाता है, तो शीतलक को गर्म करने के लिए एक इलेक्ट्रिक हीटर का उपयोग किया जाता है जिसे पंप किया जाता है और पूरे पैक असेंबली में वितरित किया जाता है।

BMS डिज़ाइन इंजीनियरों के पास निस्संदेह अपने डिज़ाइन ट्रेड के ट्रिक्स हैं जो पैक में ऊष्मा ऊर्जा को प्रवाहित करते हैं।उदाहरण के लिए, क्षमता प्रबंधन के लिए समर्पित बीएमएस के अंदर विभिन्न पावर इलेक्ट्रॉनिक्स को चालू किया जा सकता है।जबकि प्रत्यक्ष हीटिंग के रूप में कुशल नहीं है, यह परवाह किए बिना लीवरेज किया जा सकता है।लिथियम-आयन बैटरी पैक के प्रदर्शन के नुकसान को कम करने के लिए कूलिंग विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।उदाहरण के लिए, शायद दी गई बैटरी 20 डिग्री सेल्सियस पर बेहतर ढंग से संचालित होती है;यदि पैक का तापमान 30 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो इसकी प्रदर्शन क्षमता को 20% तक कम किया जा सकता है।यदि पैक को लगातार चार्ज किया जाता है और 45 डिग्री सेल्सियस (113 डिग्री फारेनहाइट) पर रिचार्ज किया जाता है, तो प्रदर्शन हानि 50% तक बढ़ सकती है।बैटरी जीवन समय से पहले बुढ़ापा और गिरावट से भी ग्रस्त हो सकता है यदि लगातार अत्यधिक गर्मी उत्पादन के संपर्क में आता है, खासकर फास्ट चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्र के दौरान।शीतलन आमतौर पर दो तरीकों से प्राप्त किया जाता है, निष्क्रिय या सक्रिय, और दोनों तकनीकों को नियोजित किया जा सकता है।निष्क्रिय शीतलन बैटरी को ठंडा करने के लिए वायु प्रवाह की गति पर निर्भर करता है।एक इलेक्ट्रिक वाहन के मामले में, इसका मतलब है कि यह बस सड़क से नीचे जा रहा है।हालांकि, यह प्रतीत होने की तुलना में अधिक परिष्कृत हो सकता है, क्योंकि वायु गति सेंसर को वायु प्रवाह को अधिकतम करने के लिए रणनीतिक रूप से ऑटो-एडजस्ट डिफ्लेक्टिव एयर डैम में एकीकृत किया जा सकता है।एक सक्रिय तापमान-नियंत्रित पंखे का कार्यान्वयन कम गति पर या जब वाहन रुक गया हो, मदद कर सकता है, लेकिन यह सब केवल आसपास के परिवेश के तापमान के साथ पैक को बराबर कर सकता है।चिलचिलाती गर्मी की स्थिति में, यह प्रारंभिक पैक तापमान को बढ़ा सकता है।थर्मल हाइड्रोलिक सक्रिय शीतलन को एक पूरक प्रणाली के रूप में डिजाइन किया जा सकता है, और आमतौर पर एक निर्दिष्ट मिश्रण अनुपात के साथ एथिलीन-ग्लाइकॉल शीतलक का उपयोग करता है, जो पाइप / होसेस, वितरण मैनिफोल्ड, एक क्रॉस-फ्लो हीट एक्सचेंजर (रेडिएटर) के माध्यम से एक इलेक्ट्रिक मोटर-चालित पंप के माध्यम से परिचालित होता है। , और बैटरी पैक असेंबली के खिलाफ कूलिंग प्लेट निवासी।एक बीएमएस पूरे पैक में तापमान की निगरानी करता है, और इष्टतम बैटरी प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए एक संकीर्ण तापमान सीमा के भीतर समग्र बैटरी के तापमान को बनाए रखने के लिए विभिन्न वाल्व खोलता और बंद करता है।

क्षमता प्रबंधन

बैटरी पैक क्षमता को अधिकतम करना यकीनन सबसे महत्वपूर्ण बैटरी प्रदर्शन सुविधाओं में से एक है जो एक बीएमएस प्रदान करता है।यदि यह रखरखाव नहीं किया जाता है, तो बैटरी पैक अंततः खुद को बेकार कर सकता है।समस्या की जड़ यह है कि एक बैटरी पैक "स्टैक" (कोशिकाओं की श्रृंखला सरणी) पूरी तरह से समान नहीं है और आंतरिक रूप से थोड़ा अलग रिसाव या स्व-निर्वहन दर है।रिसाव एक निर्माता दोष नहीं है बल्कि एक बैटरी रसायन विशेषता है, हालांकि यह मिनट निर्माण प्रक्रिया भिन्नताओं से सांख्यिकीय रूप से प्रभावित हो सकता है।प्रारंभ में एक बैटरी पैक में अच्छी तरह से मेल खाने वाले सेल हो सकते हैं, लेकिन समय के साथ, सेल-टू-सेल समानता न केवल स्व-निर्वहन के कारण, बल्कि चार्ज/डिस्चार्ज साइकलिंग, ऊंचा तापमान और सामान्य कैलेंडर उम्र बढ़ने से भी प्रभावित होती है।उस समझ के साथ, पहले की चर्चा को याद करें कि लिथियम-आयन कोशिकाएं शानदार प्रदर्शन करती हैं, लेकिन एक तंग SOA के बाहर संचालित होने पर यह अक्षम्य हो सकती हैं।हमने पहले आवश्यक विद्युत सुरक्षा के बारे में सीखा क्योंकि लिथियम-आयन सेल ओवर-चार्जिंग के साथ अच्छा व्यवहार नहीं करते हैं।एक बार पूरी तरह से चार्ज होने के बाद, वे किसी भी अधिक करंट को स्वीकार नहीं कर सकते हैं, और इसमें धकेली गई कोई भी अतिरिक्त ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, वोल्टेज संभावित रूप से तेजी से बढ़ रहा है, संभवतः खतरनाक स्तर तक।यह सेल के लिए एक स्वस्थ स्थिति नहीं है और अगर यह जारी रहती है तो स्थायी क्षति और असुरक्षित संचालन की स्थिति पैदा कर सकती है।

बैटरी पैक श्रृंखला सेल सरणी वह है जो समग्र पैक वोल्टेज को निर्धारित करती है, और आसन्न कोशिकाओं के बीच बेमेल किसी भी स्टैक को चार्ज करने का प्रयास करते समय एक दुविधा पैदा करता है।चित्र 3 दिखाता है कि ऐसा क्यों है।यदि किसी के पास कोशिकाओं का पूरी तरह से संतुलित सेट है, तो सब ठीक है क्योंकि प्रत्येक समान फैशन में चार्ज होगा, और ऊपरी 4.0 वोल्टेज कट-ऑफ थ्रेशोल्ड तक पहुंचने पर चार्जिंग करंट को काटा जा सकता है।हालांकि, असंतुलित परिदृश्य में, शीर्ष सेल अपनी चार्ज सीमा तक जल्दी पहुंच जाएगा, और अन्य अंतर्निहित कोशिकाओं को पूरी क्षमता से चार्ज करने से पहले चार्जिंग करंट को लेग के लिए समाप्त करने की आवश्यकता होती है।

बीएमएस वह है जो इस मामले में दिन, या बैटरी पैक में कदम रखता है और बचाता है।यह कैसे काम करता है यह दिखाने के लिए, एक प्रमुख परिभाषा को स्पष्ट करने की आवश्यकता है।किसी निश्चित समय पर किसी सेल या मॉड्यूल का स्टेट-ऑफ-चार्ज (एसओसी) पूरी तरह चार्ज होने पर कुल चार्ज के सापेक्ष उपलब्ध चार्ज के समानुपाती होता है।इस प्रकार, 50% एसओसी पर रहने वाली बैटरी का अर्थ है कि यह 50% चार्ज है, जो कि योग्यता के ईंधन गेज आंकड़े के समान है।BMS क्षमता प्रबंधन पैक असेंबली में प्रत्येक स्टैक में SOC की भिन्नता को संतुलित करने के बारे में है।चूंकि एसओसी सीधे मापने योग्य मात्रा नहीं है, इसलिए इसका अनुमान विभिन्न तकनीकों द्वारा लगाया जा सकता है, और संतुलन योजना आम तौर पर दो मुख्य श्रेणियों में आती है, निष्क्रिय और सक्रिय।विषयों के कई रूप हैं, और प्रत्येक प्रकार के पेशेवरों और विपक्ष हैं।यह तय करना बीएमएस डिज़ाइन इंजीनियर पर निर्भर है कि दिए गए बैटरी पैक और उसके अनुप्रयोग के लिए कौन सा इष्टतम है।निष्क्रिय संतुलन को लागू करना सबसे आसान है, साथ ही सामान्य संतुलन अवधारणा की व्याख्या करना है।निष्क्रिय विधि स्टैक में प्रत्येक सेल को सबसे कमजोर सेल के समान चार्ज करने की अनुमति देती है।अपेक्षाकृत कम धारा का उपयोग करते हुए, यह चार्जिंग चक्र के दौरान उच्च एसओसी कोशिकाओं से थोड़ी मात्रा में ऊर्जा को बंद कर देता है ताकि सभी कोशिकाएं अपने अधिकतम एसओसी पर चार्ज हो जाएं।चित्र 4 दिखाता है कि यह बीएमएस द्वारा कैसे पूरा किया जाता है।यह प्रत्येक सेल की निगरानी करता है और प्रत्येक सेल के समानांतर एक ट्रांजिस्टर स्विच और एक उचित आकार के डिस्चार्ज रेसिस्टर का लाभ उठाता है।जब बीएमएस को होश आता है कि दी गई सेल अपनी चार्ज सीमा के करीब पहुंच रही है, तो वह इसके चारों ओर अतिरिक्त करंट को ऊपर-नीचे फैशन में नीचे की अगली सेल में ले जाएगी।

संतुलन प्रक्रिया के समापन बिंदु, पहले और बाद में, चित्र 5 में दिखाए गए हैं। संक्षेप में, एक बीएमएस निम्नलिखित तरीकों में से एक में पैक करंट से भिन्न चार्जिंग करंट देखने के लिए स्टैक में सेल या मॉड्यूल को अनुमति देकर बैटरी स्टैक को संतुलित करता है:

• सबसे अधिक चार्ज किए गए सेल से चार्ज को हटाना, जो ओवरचार्जिंग को रोकने के लिए अतिरिक्त चार्जिंग करंट के लिए हेडरूम देता है, और कम चार्ज वाले सेल को अधिक चार्जिंग करंट प्राप्त करने की अनुमति देता है
• सबसे अधिक चार्ज किए गए सेल के आसपास कुछ या लगभग सभी चार्जिंग करंट का पुनर्निर्देशन, जिससे कम चार्ज की गई कोशिकाओं को लंबे समय तक चार्जिंग करंट प्राप्त करने की अनुमति मिलती है

बैटरी प्रबंधन प्रणाली के प्रकार

बैटरी प्रबंधन प्रणाली सरल से लेकर जटिल तक होती है और "बैटरी की देखभाल" करने के अपने प्रमुख निर्देश को प्राप्त करने के लिए विभिन्न तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला को अपना सकती है।हालांकि, इन प्रणालियों को उनकी टोपोलॉजी के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है, जो इस बात से संबंधित है कि वे बैटरी पैक में कोशिकाओं या मॉड्यूल पर कैसे स्थापित और संचालित होते हैं।

केंद्रीकृत बीएमएस वास्तुकला

बैटरी पैक असेंबली में एक केंद्रीय बीएमएस है।सभी बैटरी पैकेज सीधे केंद्रीय बीएमएस से जुड़े होते हैं।केंद्रीकृत बीएमएस की संरचना चित्र 6 में दिखाई गई है। केंद्रीकृत बीएमएस के कुछ फायदे हैं।यह अधिक कॉम्पैक्ट है, और यह सबसे किफायती हो जाता है क्योंकि केवल एक बीएमएस है।हालांकि, एक केंद्रीकृत बीएमएस के नुकसान हैं।चूँकि सभी बैटरियाँ सीधे BMS से जुड़ी होती हैं, BMS को सभी बैटरी पैकेजों से जुड़ने के लिए बहुत सारे पोर्ट की आवश्यकता होती है।यह बड़े बैटरी पैक में बहुत सारे तारों, केबलिंग, कनेक्टर्स आदि का अनुवाद करता है, जो समस्या निवारण और रखरखाव दोनों को जटिल बनाता है।

मॉड्यूलर बीएमएस टोपोलॉजी

एक केंद्रीकृत कार्यान्वयन के समान, बीएमएस को कई डुप्लिकेट मॉड्यूल में विभाजित किया गया है, प्रत्येक में तारों के एक समर्पित बंडल और बैटरी स्टैक के आसन्न असाइन किए गए हिस्से से कनेक्शन हैं।चित्र 7 देखें। कुछ मामलों में, ये बीएमएस सबमॉड्यूल प्राथमिक बीएमएस मॉड्यूल निरीक्षण के तहत रह सकते हैं जिसका कार्य सबमॉड्यूल की स्थिति की निगरानी करना और परिधीय उपकरणों के साथ संचार करना है।दोहराए गए प्रतिरूपकता के लिए धन्यवाद, समस्या निवारण और रखरखाव आसान है, और बड़े बैटरी पैक का विस्तार सीधा है।नकारात्मक पक्ष यह है कि कुल लागत थोड़ी अधिक है, और आवेदन के आधार पर डुप्लिकेट अप्रयुक्त कार्यक्षमता हो सकती है।

प्राथमिक/अधीनस्थ बीएमएस

वैचारिक रूप से मॉड्यूलर टोपोलॉजी के समान, हालांकि, इस मामले में, दास केवल माप की जानकारी को रिले करने के लिए अधिक प्रतिबंधित हैं, और मास्टर गणना और नियंत्रण के साथ-साथ बाहरी संचार के लिए समर्पित है।इसलिए, जबकि मॉड्यूलर प्रकारों की तरह, लागत कम हो सकती है क्योंकि दासों की कार्यक्षमता कम ओवरहेड और कम अप्रयुक्त सुविधाओं के साथ सरल हो जाती है।

वितरित बीएमएस वास्तुकला

अन्य टोपोलॉजी से काफी अलग, जहां इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर मॉड्यूल में इनकैप्सुलेटेड होते हैं जो संलग्न तारों के बंडलों के माध्यम से कोशिकाओं को इंटरफेस करते हैं।एक वितरित बीएमएस निगरानी की जा रही सेल या मॉड्यूल पर सीधे रखे गए नियंत्रण बोर्ड पर सभी इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेयर को शामिल करता है।यह कुछ सेंसर तारों और आसन्न बीएमएस मॉड्यूल के बीच संचार तारों के लिए केबलिंग के थोक को कम करता है।नतीजतन, प्रत्येक बीएमएस अधिक आत्म-निहित है, और आवश्यकतानुसार संगणना और संचार को संभालता है।हालांकि, इस स्पष्ट सादगी के बावजूद, यह एकीकृत रूप समस्या निवारण और रखरखाव को संभावित रूप से समस्याग्रस्त बना देता है, क्योंकि यह शील्ड मॉड्यूल असेंबली के अंदर गहराई से रहता है।लागत भी अधिक होती है क्योंकि समग्र बैटरी पैक संरचना में अधिक बीएमएस होते हैं।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली का महत्व

एक बीएमएस में कार्यात्मक सुरक्षा का सर्वोच्च महत्व है।पर्यवेक्षी नियंत्रण के तहत किसी भी सेल या मॉड्यूल के वोल्टेज, करंट और तापमान को परिभाषित SOA सीमा से अधिक होने से रोकने के लिए चार्जिंग और डिस्चार्जिंग ऑपरेशन के दौरान यह महत्वपूर्ण है।यदि सीमा को लंबे समय तक पार किया जाता है, तो न केवल संभावित रूप से महंगे बैटरी पैक से समझौता किया जाता है, बल्कि खतरनाक थर्मल भगोड़ा स्थितियां भी उत्पन्न हो सकती हैं।इसके अलावा, लिथियम-आयन कोशिकाओं की सुरक्षा और कार्यात्मक सुरक्षा के लिए कम वोल्टेज थ्रेशोल्ड सीमाओं की भी कड़ाई से निगरानी की जाती है।यदि ली-आयन बैटरी इस लो-वोल्टेज अवस्था में रहती है, तो कॉपर डेन्ड्राइट अंततः एनोड पर विकसित हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्व-निर्वहन दर बढ़ सकती है और संभावित सुरक्षा चिंताएँ बढ़ सकती हैं।लिथियम-आयन संचालित प्रणालियों की उच्च ऊर्जा घनत्व एक ऐसी कीमत पर आती है जो बैटरी प्रबंधन त्रुटि के लिए बहुत कम जगह छोड़ती है।बीएमएस और लिथियम-आयन सुधारों के लिए धन्यवाद, यह आज उपलब्ध सबसे सफल और सुरक्षित बैटरी केमिस्ट्री में से एक है।

बैटरी पैक का प्रदर्शन बीएमएस की अगली सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है, और इसमें विद्युत और थर्मल प्रबंधन शामिल है।समग्र बैटरी क्षमता को विद्युत रूप से अनुकूलित करने के लिए, पैक में सभी कोशिकाओं को संतुलित करने की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि पूरे असेंबली में आसन्न कोशिकाओं का एसओसी लगभग बराबर है।यह असाधारण रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि न केवल इष्टतम बैटरी क्षमता को महसूस किया जा सकता है, बल्कि यह सामान्य गिरावट को रोकने में मदद करता है और संभावित हॉटस्पॉट को कमजोर कोशिकाओं से अधिक चार्ज करने से कम करता है।लिथियम-आयन बैटरियों को कम वोल्टेज सीमा से कम डिस्चार्ज से बचना चाहिए, क्योंकि इससे स्मृति प्रभाव और महत्वपूर्ण क्षमता हानि हो सकती है।विद्युत रासायनिक प्रक्रियाएं तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती हैं, और बैटरी कोई अपवाद नहीं हैं।जब पर्यावरण का तापमान गिरता है, तो क्षमता और उपलब्ध बैटरी ऊर्जा काफ़ी कम हो जाती है।नतीजतन, एक बीएमएस एक बाहरी इन-लाइन हीटर संलग्न कर सकता है, जो एक इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी पैक की तरल शीतलन प्रणाली, या टर्न-ऑन निवासी हीटर प्लेट्स पर रहता है, जो एक हेलीकॉप्टर या अन्य में शामिल पैक के मॉड्यूल के नीचे स्थापित होते हैं। हवाई जहाज।इसके अतिरिक्त, चूंकि फ्रिजिड लिथियम-आयन कोशिकाओं को चार्ज करना बैटरी जीवन प्रदर्शन के लिए हानिकारक है, इसलिए पहले बैटरी के तापमान को पर्याप्त रूप से बढ़ाना महत्वपूर्ण है।अधिकांश लिथियम-आयन सेल 5 डिग्री सेल्सियस से कम होने पर तेजी से चार्ज नहीं हो सकते हैं और 0 डिग्री सेल्सियस से कम होने पर चार्ज नहीं किया जाना चाहिए।विशिष्ट परिचालन उपयोग के दौरान इष्टतम प्रदर्शन के लिए, बीएमएस थर्मल प्रबंधन अक्सर यह सुनिश्चित करता है कि बैटरी ऑपरेशन के एक संकीर्ण गोल्डीलॉक्स क्षेत्र (जैसे 30 - 35 डिग्री सेल्सियस) के भीतर संचालित हो।यह प्रदर्शन की सुरक्षा करता है, लंबे जीवन को बढ़ावा देता है, और एक स्वस्थ, विश्वसनीय बैटरी पैक को बढ़ावा देता है।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली के लाभ

एक संपूर्ण बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली, जिसे अक्सर बीईएसएस कहा जाता है, दसियों, सैकड़ों, या यहां तक ​​कि हजारों लिथियम-आयन कोशिकाओं से बना हो सकता है, जो अनुप्रयोग के आधार पर रणनीतिक रूप से एक साथ पैक की जाती हैं।इन प्रणालियों की वोल्टेज रेटिंग 100V से कम हो सकती है, लेकिन 800V जितनी अधिक हो सकती है, जिसमें पैक आपूर्ति धाराएं 300A या उससे अधिक तक हो सकती हैं।उच्च वोल्टेज पैक का कोई भी कुप्रबंधन एक जीवन-धमकी, विनाशकारी आपदा को ट्रिगर कर सकता है।नतीजतन, इसलिए सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए बीएमएस बिल्कुल महत्वपूर्ण हैं।बीएमएस के लाभों को संक्षेप में निम्नानुसार किया जा सकता है।

• कार्यात्मक सुरक्षा।हाथ नीचे, बड़े प्रारूप लिथियम-आयन बैटरी पैक के लिए, यह विशेष रूप से विवेकपूर्ण और आवश्यक है।लेकिन लैपटॉप में इस्तेमाल होने वाले छोटे प्रारूप भी आग पकड़ने और भारी नुकसान पहुंचाने के लिए जाने जाते हैं।लिथियम-आयन संचालित सिस्टम को शामिल करने वाले उत्पादों के उपयोगकर्ताओं की व्यक्तिगत सुरक्षा बैटरी प्रबंधन त्रुटि के लिए बहुत कम जगह छोड़ती है।
• जीवन काल और विश्वसनीयता।बैटरी पैक सुरक्षा प्रबंधन, विद्युत और थर्मल, यह सुनिश्चित करता है कि सभी कोशिकाओं का उपयोग घोषित SOA आवश्यकताओं के भीतर किया जाता है।यह नाजुक निरीक्षण सुनिश्चित करता है कि आक्रामक उपयोग और तेजी से चार्जिंग और डिस्चार्जिंग साइकिलिंग के खिलाफ कोशिकाओं का ध्यान रखा जाता है, और अनिवार्य रूप से एक स्थिर प्रणाली में परिणाम होता है जो संभावित रूप से कई वर्षों की विश्वसनीय सेवा प्रदान करेगा।
• प्रदर्शन और रेंज।बीएमएस बैटरी पैक क्षमता प्रबंधन, जहां सेल-टू-सेल बैलेंसिंग को पैक असेंबली में आसन्न कोशिकाओं के एसओसी को बराबर करने के लिए नियोजित किया जाता है, इष्टतम बैटरी क्षमता को महसूस करने की अनुमति देता है।इस बीएमएस सुविधा के बिना सेल्फ-डिस्चार्ज, चार्ज/डिस्चार्ज साइकलिंग, तापमान प्रभाव और सामान्य उम्र बढ़ने में भिन्नता के कारण, एक बैटरी पैक अंततः खुद को बेकार कर सकता है।
• निदान, डेटा संग्रह, और बाहरी संचार।निरीक्षण कार्यों में सभी बैटरी कोशिकाओं की निरंतर निगरानी शामिल है, जहां डेटा लॉगिंग का उपयोग निदान के लिए स्वयं किया जा सकता है, लेकिन अक्सर असेंबली में सभी कोशिकाओं के एसओसी का अनुमान लगाने के लिए गणना के कार्य के लिए उद्देश्य होता है।इस जानकारी का उपयोग एल्गोरिदम को संतुलित करने के लिए किया जाता है, लेकिन सामूहिक रूप से बाहरी उपकरणों और डिस्प्ले पर रिले किया जा सकता है ताकि उपलब्ध निवासी ऊर्जा को इंगित किया जा सके, वर्तमान उपयोग के आधार पर अपेक्षित सीमा या सीमा/आजीवन का अनुमान लगाया जा सके और बैटरी पैक के स्वास्थ्य की स्थिति प्रदान की जा सके।
• लागत और वारंटी में कमी।एक बीएमएस को बीईएसएस में शामिल करने से लागत बढ़ जाती है, और बैटरी पैक महंगे और संभावित रूप से खतरनाक होते हैं।सिस्टम जितना अधिक जटिल होगा, सुरक्षा आवश्यकताएं उतनी ही अधिक होंगी, जिसके परिणामस्वरूप अधिक BMS ओवरसाइट उपस्थिति की आवश्यकता होगी।लेकिन कार्यात्मक सुरक्षा, जीवनकाल और विश्वसनीयता, प्रदर्शन और सीमा, निदान, आदि के संबंध में बीएमएस की सुरक्षा और निवारक रखरखाव गारंटी देता है कि यह वारंटी से संबंधित लागतों सहित समग्र लागत को कम करेगा।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली और सिनोप्सिस

बीएमएस डिजाइन के लिए सिमुलेशन एक मूल्यवान सहयोगी है, खासकर जब हार्डवेयर विकास, प्रोटोटाइप और परीक्षण के भीतर डिजाइन चुनौतियों की खोज और उन्हें संबोधित करने के लिए लागू किया जाता है।खेलने में एक सटीक लिथियम-आयन सेल मॉडल के साथ, बीएमएस आर्किटेक्चर का सिमुलेशन मॉडल वर्चुअल प्रोटोटाइप के रूप में मान्यता प्राप्त निष्पादन योग्य विनिर्देश है।इसके अलावा, सिमुलेशन विभिन्न बैटरी और पर्यावरण संचालन परिदृश्यों के खिलाफ बीएमएस निरीक्षण कार्यों के वेरिएंट की दर्द रहित जांच की अनुमति देता है।कार्यान्वयन के मुद्दों को बहुत जल्दी खोजा और जांचा जा सकता है, जो वास्तविक हार्डवेयर प्रोटोटाइप पर कार्यान्वयन से पहले प्रदर्शन और कार्यात्मक सुरक्षा सुधारों को सत्यापित करने की अनुमति देता है।यह विकास के समय को कम करता है और यह सुनिश्चित करने में मदद करता है कि पहला हार्डवेयर प्रोटोटाइप मजबूत होगा।इसके अलावा, भौतिक रूप से यथार्थवादी एम्बेडेड सिस्टम अनुप्रयोगों में प्रयोग किए जाने पर, सबसे खराब स्थिति परिदृश्यों सहित कई प्रमाणीकरण परीक्षण, बीएमएस और बैटरी पैक के आयोजित किए जा सकते हैं।

सिनोप्सिस सेबरआरडीबीएमएस और बैटरी पैक डिजाइन और विकास में रुचि रखने वाले इंजीनियरों को सशक्त बनाने के लिए व्यापक विद्युत, डिजिटल, नियंत्रण और थर्मल हाइड्रोलिक मॉडल पुस्तकालय प्रदान करता है।कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और विभिन्न बैटरी रसायन प्रकारों के लिए बुनियादी डेटाशीट स्पेक्स और माप वक्र से मॉडल को जल्दी से उत्पन्न करने के लिए उपकरण उपलब्ध हैं।सांख्यिकीय, तनाव और दोष विश्लेषण समग्र बीएमएस विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए सीमा क्षेत्रों सहित ऑपरेटिंग क्षेत्र के स्पेक्ट्रम में सत्यापन की अनुमति देता है।इसके अलावा, कई डिज़ाइन उदाहरण पेश किए जाते हैं ताकि उपयोगकर्ता किसी प्रोजेक्ट को जम्पस्टार्ट कर सकें और सिमुलेशन से आवश्यक उत्तरों तक जल्दी पहुंच सकें।