بطاريات الليثيوم أيون ونظام إدارة البطارية أصبحت بطاريات الليثيوم أيون حجر الزاوية في التكنولوجيا الحديثة ، حيث تعمل على تشغيل كل شيء من الإلكترونيات المحمولة إلى المعدات الصناعية واسعة النطاق والسيارات الكهربائية. إنها توفر مزايا كبيرة مقارنة بكيمياء البطاريات القديمة مثل حمض الرصاص ، بما في ذلك كثافة الطاقة العالية ، والوزن الأخف ، والكفاءة الأكبر ، وقدرات الشحن الأسرع ، وعمر أطول ، ونظام إدارة البطارية (BMS). ومع ذلك ، فإن هذا الأداء المتقدم يأتي مع حساسيات متأصلة. تكون خلايا الليثيوم أيون معرضة بشكل خاص للتلف إذا تم تشغيلها خارج معلمات الجهد والتيار ودرجة الحرارة المحددة ، والمعروفة مجتمعة باسم منطقة التشغيل الآمنة (SOA). يمكن أن يؤدي التشغيل خارج SOA هذا إلى انخفاض الأداء ، وتقليل العمر الافتراضي ، والأهم من ذلك أنه يشكل مخاطر كبيرة على السلامة ، بما في ذلك الهروب الحراري والحريق. للتخفيف من هذه المخاطر وتسخير الإمكانات الكاملة لتقنية الليثيوم أيون ، من الضروري وجود نظام تحكم ومراقبة متطور: نظام إدارة البطارية ، أو BMS. غالبا ما يشار إليها باسم "دماغ" حزمة بطارية الليثيوم أيون ، وهي عبارة عن مجموعة من الأجهزة والبرامج المتكاملة المصممة للإشراف على أداء حزمة البطارية وسلامتها وإدارتها. والغرض الأساسي منها ثلاثي الأبعاد: ضمان عمل حزمة البطارية بأمان ، وتحسين أدائها ، وزيادة عمرها الافتراضي. ستقوم هذه المقالة ب ... - شركة آية للتكنولوجيا المحدودة
ホームページ عنّا الأحداث والأخبار نظام إدارة البطارية (BMS) لبطاريات الليثيوم أيون: النواة الأساسية للأداء والسلامة
أصبحت بطاريات الليثيوم أيون حجر الزاوية في التكنولوجيا الحديثة ، حيث تعمل على تشغيل كل شيء من الإلكترونيات المحمولة إلى المعدات الصناعية واسعة النطاق والسيارات الكهربائية.
إنها توفر مزايا كبيرة مقارنة بكيمياء البطاريات القديمة مثل حمض الرصاص ، بما في ذلك كثافة الطاقة العالية ، والوزن الأخف ، والكفاءة الأكبر ، وقدرات الشحن الأسرع ، وعمر أطول ، ونظام إدارة البطارية (BMS). ومع ذلك ، فإن هذا الأداء المتقدم يأتي مع حساسيات متأصلة.
تكون خلايا الليثيوم أيون معرضة بشكل خاص للتلف إذا تم تشغيلها خارج معلمات الجهد والتيار ودرجة الحرارة المحددة ، والمعروفة مجتمعة باسم منطقة التشغيل الآمنة (SOA).
يمكن أن يؤدي التشغيل خارج SOA هذا إلى انخفاض الأداء ، وتقليل العمر الافتراضي ، والأهم من ذلك أنه يشكل مخاطر كبيرة على السلامة ، بما في ذلك الهروب الحراري والحريق.
للتخفيف من هذه المخاطر وتسخير الإمكانات الكاملة لتقنية الليثيوم أيون ، من الضروري وجود نظام تحكم ومراقبة متطور: نظام إدارة البطارية ، أو BMS.
غالبا ما يشار إليها باسم "دماغ" حزمة بطارية الليثيوم أيون ، وهي عبارة عن مجموعة من الأجهزة والبرامج المتكاملة المصممة للإشراف على أداء حزمة البطارية وسلامتها وإدارتها.
والغرض الأساسي منها ثلاثي الأبعاد: ضمان عمل حزمة البطارية بأمان ، وتحسين أدائها ، وزيادة عمرها الافتراضي.
ستتعمق هذه المقالة في عالم نظام إدارة المباني ، واستكشاف وظائفه الحيوية ، والتأكيد على أهميته لكل من السلامة والأداء ، وشرح مبادئه التشغيلية والتقنيات الرئيسية ، وتحديد بنى الأنظمة المختلفة ، ومناقشة تطبيقاته واسعة النطاق ، والتطرق إلى دور البيانات والتشخيص وتقنيات التصميم المتقدمة في تطويرها.
يهدف هذا إلى تزويد محترفي التصنيع والمهندسين وأي شخص مهتم بتكنولوجيا البطاريات بفهم واضح وشامل لهذا المكون المهم.
في جوهرها ، BMS هي تقنية مخصصة للإشراف على حزمة البطارية. بينما نشير غالبا إلى إدارة "البطارية" ، يتم تطبيق وظائف المراقبة والتحكم الفعلية على مستوى خلايا البطارية الفردية أو مجموعات الخلايا المعروفة باسم الوحدات النمطية داخل مجموعة العبوة الأكبر. يتضمن الإشراف الذي يوفره BMS عادة مراقبة حالة البطارية ، وتوفير الحماية ، وتقدير حالتها التشغيلية ، وتحسين الأداء باستمرار ، والإبلاغ عن البيانات إلى الأجهزة الخارجية.
يتكون نظام إدارة البطارية النموذجي عادة من مكونات وظيفية رئيسية ، يلعب كل منها دورا حيويا في حماية بطارية الليثيوم أيون من المشكلات المحتملة. هذه الوظائف أكثر شمولا بكثير من تلك الخاصة بموازن البطارية الأبسط.
مراقبة المعلمة:يتتبع نظام إدارة المباني باستمرار معلمات التشغيل الهامة لحزمة البطارية.
مراقبة جهد الخلية:إنه يراقب جهد ليس فقط حزمة البطارية بأكملها ، ولكن الأهم من ذلك ، جهد كل خلية أو وحدة داخل العبوة. هذا أمر بالغ الأهمية لأن الضرر يمكن أن يحدث إذا كانت الخلايا مشحونة بشكل زائد (الجهد مرتفع جدا) أو مفرطة التفريغ (الجهد منخفض جدا). يمكن أن يؤدي التشغيل خارج حدود الجهد هذه ، وخاصة الحد الأعلى أثناء الشحن ، إلى ارتفاع سريع في الجهد ومستويات يحتمل أن تكون خطيرة. يجب أن يعرف BMS هذه الحدود وقرارات القيادة بناء على القرب من هذه العتبات.
المراقبة الحالية:يراقب BMS التيار المتدفق إلى (الشحن) والخروج من (تفريغ) حزمة البطارية. خلايا الليثيوم أيون لها حدود مختلفة لشحن وتفريغ التيارات ، وعلى الرغم من أنها تستطيع التعامل مع تيارات الذروة الأعلى لفترات قصيرة ، يتم تحديد حدود التيار المستمر من قبل الشركات المصنعة. يطبق BMS هذه الحدود ، وأحيانا يتضمن مراقبة ذروة التيار للتعامل مع تغيرات الحمل المفاجئة أو اكتشاف ظروف ماس كهربائى.
مراقبة درجة الحرارة:تعد مراقبة درجة حرارة حزمة البطارية أو الوحدات الفردية أمرا ضروريا. تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على أداء بطارية الليثيوم أيون وعمرها الافتراضي وسلامتها. يمكن أن يؤدي التشغيل خارج نطاقات درجات الحرارة المحددة إلى تقليل السعة ، وتسريع الشيخوخة ، وفي الأوقات القصوى ، يؤدي إلى الهروب الحراري في أقصى حدوده.
هذه وظيفة مهمة لحزم البطاريات متعددة الخلايا. يمكن أن يكون لخلايا البطارية ، حتى من نفس دفعة التصنيع ، اختلافات طفيفة في السعة.
بمرور الوقت ، تؤدي هذه الاختلافات ، التي تتفاقم بسبب التفريغ الذاتي ، ودورة الشحن / التفريغ ، وتأثيرات درجة الحرارة ، والشيخوخة ، إلى اختلافات من خلية إلى أخرى في حالة الشحن (SOC).
تعني العبوة غير المتوازنة أن بعض الخلايا تصل إلى حدود الشحن أو التفريغ الكاملة قبل غيرها.
هذا يحد من السعة الإجمالية القابلة للاستخدام للحزمة (سعة العبوة محدودة بأضعف خلية) ويمكن أن يؤدي إلى الشيخوخة المبكرة للخلايا الأقوى حيث ينهي BMS الشحن أو التفريغ بناء على حدود الخلية الفردية.
يستخدم نظام إدارة المباني الموازنة لضمان أن الخلايا الموجودة في حزمة البطارية تتمتع بحالة شحن متساوية.
تقدير حالة الشحن (SOC):
يقدر BMS الطاقة الكهربائية المتبقية للبطارية ويتبعها ، ويعمل مثل مقياس الوقود. يقوم بذلك عن طريق التتبع المستمر لكمية الطاقة التي تدخل الحزمة وتخرج منها ومراقبة جهد الخلية. في حين أن SOC غير قابل للقياس بشكل مباشر ، إلا أن BMS يقدرها باستخدام تقنيات مختلفة.
تقييم الحالة الصحية (SOH):
يجمع نظام إدارة المباني البيانات على مدى عمر البطارية والتي يمكن استخدامها لتقييم صحتها العامة ومستوى تدهورها.
الكشف عن الأعطال والتعامل معها:
يمكن ل BMS اكتشاف الحالات غير الطبيعية مثل السراويل الداخلية أو التوصيلات المفكوكة وتنفيذ تدابير الحماية.
التواصل مع الأنظمة الخارجية:
يقوم نظام إدارة المباني بالإبلاغ عن البيانات الهامة ومعلومات الحالة إلى الأجهزة الخارجية مثل أجهزة الشحن أو المحولات أو معدات التحميل أو شاشات العرض أو أنظمة الاتصالات عن بعد المتكاملة.
الأهمية التي لا غنى عنها لنظام إدارة المباني
إن وجود نظام إدارة المباني القوي ليس مفيدا فقط. إنه أمر بالغ الأهمية للتشغيل الآمن والموثوق والفعال لحزم بطاريات الليثيوم أيون ، خاصة في التطبيقات المعقدة مثل المعدات الصناعية والسيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة.
ضمان السلامة:يشار إلى هذا على نطاق واسع على أنه الأهمية القصوى ل BMS. تحتوي بطاريات الليثيوم أيون ، على الرغم من مزايا أدائها ، على إلكتروليت سائل قابل للاشتعال.
يمكن أن يكون لتشغيلها خارج منطقة التشغيل الآمنة الضيقة (SOA) عواقب وخيمة. BMS هي الوصي الأساسي ضد هذه المخاطر من خلال:
منع الشحن الزائد والإفراط في التفريغ ، مما قد يؤدي إلى إتلاف الخلايا بشكل دائم ويؤدي إلى الهروب الحراري.
الحماية من درجات الحرارة القصوى. تعمل الحرارة الزائدة ، خاصة أثناء الشحن / التفريغ السريع ، على تسريع التدهور ويمكن أن تؤدي إلى هروب حراري - حريق مستدام ذاتيا ، وغالبا ما يكون غير قابل للإطفاء.
تجعل درجات الحرارة الباردة ، خاصة أقل من 0 درجة مئوية ، الشحن خطيرا بسبب خطر طلاء الليثيوم المعدني على الأنود ، مما يتسبب في تلف دائم وزيادة مخاوف تتعلق بالسلامة. يراقب نظام إدارة المباني درجة الحرارة ويديرها بنشاط.
الحماية من التيارات الزائدة والدوائر القصيرة ، والتي تمثل أيضا مخاطر كبيرة للهروب الحراري.
اتخاذ إجراءات وقائية فورية، مثل إيقاف تشغيل البطارية، عند اكتشاف ظروف غير آمنة.
إن خاصية الإغلاق المفاجئ لبطاريات الليثيوم أيون عند تصريفها ، على عكس التلاشي التدريجي لحمض الرصاص ، هي نتيجة لحماية BMS للخلايا من حالات الجهد المنخفض الضارة.
إطالة عمر البطارية وتعزيز الموثوقية: يلعب نظام إدارة المباني دورا مهما في زيادة العمر التشغيلي وموثوقية حزمة البطارية.
من خلال منع التشغيل خارج SOA (حدود الجهد والتيار ودرجة الحرارة) ، يحمي BMS الخلايا من الظروف التي تسبب الشيخوخة المبكرة والتدهور.
تمنع الموازنة الفعالة للبطارية الخلايا الفردية من الإجهاد المفرط بسبب عدم التطابق ، مما يضمن أن العبوة بأكملها تتقدم في العمر بشكل أكثر اتساقا ولا يقتصر العمر الافتراضي على خلية واحدة ضعيفة.
الحفاظ على البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة المثلى (يشار إليها غالبا باسم "منطقة Goldilocks" ، مثل 30-35 درجة مئوية) يحمي الأداء ويعزز العمر الافتراضي الأطول.
تحسين الأداء والسعة القابلة للاستخدام:
تعد موازنة البطارية أمرا أساسيا لإطلاق العنان لإمكانات الأداء الكاملة لحزمة الليثيوم أيون.
من خلال معادلة حالة الشحن (SOC) عبر جميع الخلايا أو الوحدات ، يضمن BMS أن العبوة يمكنها توفير أقصى سعة وقوة مصممة ، مما يمنع الطاقة القابلة للاستخدام من التقييد بقيود أضعف الخلايا.
بالمقارنة مع تقنيات البطاريات مثل حمض الرصاص ، والتي تتطلب صيانة يدوية منتظمة مثل الري ، وفحوصات الأس الهيدروجيني ، ومعادلة التحكم في درجة الحرارة ، فإن BMS يعمل على أتمتة العديد من وظائف المراقبة والحماية لبطاريات الليثيوم أيون.
هذا يقلل بشكل كبير من عبء الإدارة الداخلية ، ويقلل من وقت تعطل الصيانة ، ويقلل من تكاليف العمالة المرتبطة بها. يمكن أن تشير بيانات BMS أيضا إلى المشكلات المحتملة ، مما يسمح بالصيانة الاستباقية قبل حدوث الأعطال الكارثية.
كيف يعمل نظام إدارة المجلس: الآليات الرئيسية
يتطلب فهم الوظائف الأساسية لنظام إدارة المباني النظر في الآليات الكامنة وراء عملياتها ، لا سيما فيما يتعلق بالحماية الكهربائية والإدارة الحرارية وإدارة السعة.
الحماية الكهربائية (التيار والجهد): ينفذ نظام إدارة المباني الحماية الكهربائية من خلال المراقبة المستمرة لمستويات التيار والجهد مقابل حدود منطقة التشغيل الآمنة (SOA) المحددة.
عند الاقتراب من حد الجهد العالي أثناء الشحن ، قد يطلب BMS تخفيضا تدريجيا لتيار الشحن أو ينهيه تماما.
وبالمثل ، عند الاقتراب من حد الجهد المنخفض أثناء التفريغ ، يمكنه طلب أحمال متصلة لتقليل متطلباتها الحالية.
على سبيل المثال ، في السيارة الكهربائية ، قد يتضمن ذلك تقليل عزم الدوران المتاح للمحرك.
غالبا ما يشتمل نظام إدارة المباني على التباطؤ حول عتبات الجهد لمنع التبديل السريع أو "الثرثرة".
للحماية الحالية ، يفرض نظام إدارة المباني حدودا قصوى للتيار المستمر ويمكنه دمج التيار على مدى فترات قصيرة للكشف عن القمم القصوى والتفاعل معها ، مثل تلك التي تسببها ماس كهربائى ، مع الاستمرار في التسامح مع متطلبات الذروة العالية التي ليست مفرطة في المدة.
الإدارة الحرارية:تعد إدارة درجة الحرارة أمرا حيويا نظرا لتأثيرها على الأداء والعمر الافتراضي والسلامة.
تدفئه:في حين أن بطاريات الليثيوم أيون تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المنخفضة من بعض الكيمياء الأخرى ، إلا أن سعتها تتضاءل ، والشحن أقل من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) أمر خطير بشكل خاص بسبب خطر حدوث تلف دائم من طلاء الليثيوم. يمكن ل BMS التحكم في التسخين لرفع درجة حرارة حزمة البطارية.
يمكن القيام بذلك باستخدام الطاقة من مصدر تيار متردد خارجي ، أو بطارية منفصلة مخصصة للتدفئة ، أو عن طريق سحب الطاقة من العبوة الأساسية إذا كان سحب السخان متواضعا.
قد تستخدم الأنظمة الحرارية الهيدروليكية سخانا كهربائيا لتسخين سائل التبريد المتداول عبر العبوة.
قد يستخدم مهندسو تصميم BMS أيضا حيلا مثل تنشيط إلكترونيات الطاقة الداخلية المرتبطة بإدارة السعة لتوليد بعض الحرارة.
يعد شحن الخلايا المتجمدة ضارا ، لذلك يضمن نظام إدارة المباني درجة الحرارة كافية قبل السماح بالشحن ، وخاصة الشحن السريع ، والذي قد يكون مقيدا أقل من 5 درجات مئوية.
تبريد:يتطلب تقليل فقدان الأداء ومنع الشيخوخة المبكرة بسبب الحرارة الزائدة التبريد.
يمكن أن يكون التبريد سلبيا ، بالاعتماد على تدفق الهواء المحيط (مثل السيارة الكهربائية المتحركة) ، والذي يمكن تعزيزه بميزات مثل مستشعرات سرعة الهواء وسدود الهواء ذات الضبط التلقائي.
التبريد النشط شائع أيضا ، حيث يتضمن المراوح (التي يمكنها معادلة درجة حرارة العبوة مع البيئة المحيطة) أو الأنظمة الهيدروليكية الحرارية التي تقوم بتدوير سائل التبريد من خلال مبادل حراري وألواح تبريد ملامسة لوحدات البطارية.
يراقب نظام إدارة المباني درجات الحرارة عبر العبوة ويتحكم في عناصر التسخين والتبريد (مثل صمامات الفتح / الإغلاق في النظام الهيدروليكي) للحفاظ على البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة المثلى الضيق ، مثل 30-35 درجة مئوية.
إدارة القدرات (الموازنة):يتمثل جوهر إدارة السعة في معادلة حالة الشحن (SOC) عبر مجموعة البطاريات.
تعتبر مجموعات حزم البطارية ، التي تشكلت عن طريق توصيل الخلايا في سلسلة ، ضرورية لتحقيق جهد العبوة الكلي المطلوب.
يؤدي عدم تطابق SOCs بين الخلايا في المكدس إلى خلق معضلة أثناء الشحن: تصل الخلية التي تحتوي على أعلى SOC إلى حد الجهد أولا ، مما يجبر BMS على إنهاء الشحن لهذا القسم قبل امتلاء الخلايا الأخرى ، مما يترك سعة العبوة محدودة بأضعف خلية.
التوازن السلبي:هذه هي الطريقة الأبسط. يتضمن تصريف كمية صغيرة من الطاقة من الخلايا ذات SOC الأعلى ، عادة أثناء دورة الشحن ، باستخدام مفتاح ترانزستور ومقاوم تفريغ بالتوازي مع كل خلية.
عندما يكتشف BMS خلية تقترب من حد الشحن الخاص بها ، فإنه يقوم بتحويل التيار حول تلك الخلية ، مما يسمح للخلايا الأقل شحنة تحتها بالاستمرار في تلقي تيار الشحن.
هذه الطريقة تخفض جميع الخلايا بشكل فعال إلى مستوى أضعف خلية ، مما يضمن شحنها بالتساوي من تلك النقطة. على الرغم من سهولة التنفيذ ، إلا أنها تهدر الطاقة كحرارة.
التوازن النشط:هذه الطريقة أكثر تعقيدا. بدلا من تبديد الطاقة الزائدة من خلايا SOC العالية ، فإنها تعيد توزيع تلك الشحنة على الخلايا ذات SOC المنخفض.
تهدف طرق الموازنة السلبية والنشطة إلى التأكد من أن الخلية أو الوحدة ترى تيار شحن مختلف عن تيار الحزمة الكلي ، إما عن طريق إزالة الشحنة من الخلايا الأكثر شحنا (إعطاء مساحة للآخرين) أو عن طريق إعادة توجيه الشحنة حول الخلايا الأكثر شحنا (السماح للآخرين بالشحن لفترة أطول).
يعد التوازن الفعال أمرا بالغ الأهمية لزيادة عمر الدورة والقدرة القابلة للاستخدام لحزمة البطارية.
BMS مقابل موازن البطارية: من المهم التمييز بين نظام إدارة البطارية الكامل وموازنات البطاريات الأبسط.
قد تستخدم بعض بطاريات الليثيوم أيون ، خاصة في التطبيقات الأقل تطلبا مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، موازنات البطاريات.
عادة ما يكون لهذه وظائف محدودة ، حيث تعمل في المقام الأول على تحسين جهد الخلية وتوفير الحماية الأساسية من التيار الزائد / المنخفض أثناء الشحن.
والغرض الرئيسي منها هو ضمان أن تتمتع الخلايا بحالة شحن متساوية. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى نظام إدارة المباني الشامل لتطبيقات مثل المعدات الصناعية.
يراقب BMS العديد من المعلمات الأكثر أهمية ، بما في ذلك التغيرات في درجات الحرارة والحالة الحقيقية للشحن ، وليس فقط الجهد أثناء الشحن.
بالمقارنة مع الموازن البسيط ، تم تصميم BMS لإدارة درجة الحرارة وعادات الشحن وحالة الشحن ، مما يوفر إمكانات حماية وإدارة أوسع بكثير.
يرتبط نطاق التصميم والميزات المنفذة لنظام إدارة المباني بتكلفة حزمة البطارية وتعقيدها وحجمها ، بالإضافة إلى متطلبات سلامة التطبيق وعمره الافتراضي والاعتماد.
يمكن تصنيف أنظمة إدارة البطارية بناء على بنيتها المادية والإلكترونية ، أو الطوبولوجيا ، والتي تحدد كيفية توصيل وحدات المراقبة والتحكم بخلايا البطارية أو الوحدات النمطية.
العمارة المركزية:في هذا المخطط ، توجد وحدة BMS رئيسية واحدة في مجموعة حزمة البطارية. جميع خلايا البطارية أو الوحدات النمطية متصلة مباشرة بهذه الوحدة المركزية.
مزايا:تميل هذه البنية إلى أن تكون أكثر إحكاما وغالبا ما تكون النهج الأكثر اقتصادا ، حيث لا يوجد سوى نظام رئيسي واحد.
مساوئ:بالنسبة لحزم البطاريات الكبيرة ، يتطلب توصيل جميع الخلايا أو الوحدات الفردية مباشرة بنقطة واحدة أسلاكا وكابلات وموصلات واسعة النطاق ، مما قد يعقد التجميع واستكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة.
العمارة المعيارية:تشبه في المفهوم النظام المركزي ، لكن وظيفة BMS مقسمة إلى عدة وحدات مكررة. يتم تعيين كل وحدة لجزء مجاور من مجموعة البطاريات ولها حزمة من الأسلاك والتوصيلات. قد تعمل هذه الوحدات الفرعية تحت إشراف وحدة BMS الأساسية التي تراقب حالتها وتتواصل خارجيا.
مزايا:تعمل الطبيعة المعيارية على تبسيط استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة مقارنة بنظام مركزي بالكامل. كما أنه من السهل أيضا توسيع نطاق هذه البنية لحزم البطاريات الأكبر.
مساوئ:عادة ما تكون التكاليف الإجمالية أعلى قليلا بسبب ازدواجية الأجهزة. قد تكون هناك أيضا وظائف مكررة لا يتم استخدامها بالكامل في جميع التطبيقات.
العمارة الأساسية / التابعة (السيد / العبد):هذا مشابه من الناحية المفاهيمية للطوبولوجيا المعيارية ولكن مع تسلسل هرمي واضح وتقسيم العمل. تركز الوحدات التابعة أو "العبيد" بشكل أساسي على نقل معلومات القياس من الخلايا أو الوحدات. تتعامل الوحدة الأساسية أو "الرئيسية" المركزية مع الحساب الرئيسي ومنطق التحكم والتواصل مع الأنظمة الخارجية.
مزايا:نظرا لأن وحدات التابع أبسط (القياس بشكل أساسي) ، يمكن أن تكون التكاليف الإجمالية أقل من نظام معياري بالكامل. يمكن أن يحتوي هذا الهيكل أيضا على نفقات عامة أقل وميزات أقل غير مستخدمة.
الهندسة المعمارية الموزعة:هذا الطوبولوجيا مختلفة بشكل كبير. بدلا من الوحدات المركزية أو شبه المركزية مع حزم من الأسلاك التي تمتد إلى الخلايا ، يتم دمج الأجهزة والبرامج الإلكترونية مباشرة على لوحة تحكم موضوعة على الخلية أو الوحدة التي تتم مراقبتها أو داخلها.
مزايا:يقلل هذا النهج بشكل كبير من الأسلاك ، ولا يتطلب سوى عدد قليل من أسلاك الاستشعار والاتصالات بين وحدات BMS الموزعة المجاورة. كل وحدة أكثر اكتفاء ذاتيا ، حيث تتعامل مع حساباتها واتصالاتها المحلية.
مساوئ:يمكن أن تجعل الطبيعة المتكاملة ، التي غالبا ما تكون موجودة في أعماق مجموعة الوحدة المحمية ، استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة مشكلة. تميل التكاليف أيضا إلى أن تكون أعلى نظرا لوجود المزيد من وحدات BMS الفردية في جميع أنحاء هيكل حزمة البطارية.
يعتمد اختيار المخطط بشكل كبير على المتطلبات المحددة لحزمة البطارية والتطبيق المقصود منها ، وتحقيق التوازن بين العوامل مثل الحجم والتكلفة واحتياجات الأداء وسهولة الصيانة.
نظرا لدورها الحاسم في السلامة والأداء والعمر الافتراضي ، تعد تقنية BMS جزءا لا يتجزأ من النشر الناجح لبطاريات الليثيوم أيون عبر مجموعة واسعة من الصناعات والتطبيقات.
المعدات الصناعية:أصبحت بطاريات الليثيوم أيون التي تعمل بنظام BMS شائعة بشكل متزايد في معدات مناولة المواد مثل الرافعات الشوكية الموازنة ، والرافعات الشوكية ذات 3 عجلات ، والرافعات الشوكية ذات الممرات الضيقة ، والدراجين الطرفيين ، والدراجين المركزيين ، ومقابس البليت اللاسلكية. كما أنها ضرورية في المركبات الموجهة الآلية (AGVs) والروبوتات المتنقلة المستقلة (AMRs) المستخدمة في التصنيع والخدمات اللوجستية. يعمل نظام إدارة المباني في هذه التطبيقات على تبسيط إدارة الأسطول من خلال توفير بيانات للصيانة الوقائية وتتبع أنماط الاستخدام وتمكين المراقبة عن بعد لاكتشاف المشكلات المحتملة مبكرا.
السيارات الكهربائية (EVs):من سيارات الركاب إلى المركبات التجارية ومعدات الدعم الأرضي للمطارات (GSE) مثل الجرارات الارتدادية واللوادر ذات الحزام وقاطرات الأمتعة ، يعد BMS أمرا أساسيا. إنه يدير التفاعلات المعقدة بين حزمة البطارية والمحرك ونظام الشحن ، مما يضمن السلامة في ظل ظروف القيادة والشحن الديناميكية وتحسين النطاق. تعتبر إدارة درجة الحرارة ، وخاصة التبريد الحراري الهيدروليكي ، مهمة بشكل خاص في حزم بطاريات EV عالية الطاقة.
أنظمة تخزين الطاقة المتجددة:تعتبر BMSs حيوية في دمج بطاريات الليثيوم أيون مع مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، سواء للأنظمة السكنية خارج الشبكة أو المنشآت الشمسية الصناعية واسعة النطاق وأنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS). يمكن أن تتضمن هذه الأنظمة عبوات ذات جهد وتيارات عالية جدا ، مما يجعل السلامة الوظيفية التي تديرها BMS أمرا بالغ الأهمية.
تطبيقات الهاتف المحمول والترفيهية:تحظى بطاريات الليثيوم أيون المزودة بنظام BMS بشعبية في المركبات الترفيهية والشاحنات الصغيرة والتطبيقات البحرية المختلفة مثل المراكب الشراعية ومحركات التصيد وزوارق الكاياك. يضمن نظام إدارة المباني توصيلا موثوقا للطاقة وشحنا آمنا من مصادر مختلفة في ظروف بيئية يحتمل أن تكون متطلبة.
الإلكترونيات الاستهلاكية:أثناء استخدام موازنات أبسط في بعض الأحيان ، غالبا ما تتضمن الإلكترونيات الشخصية الأكثر تقدما مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة درجة من إدارة البطارية لمراقبة الشحن وتوفير معلومات مقياس الوقود وتوفير الحماية الأساسية. حتى في هذه التنسيقات الأصغر ، يمكن أن يؤدي سوء الإدارة إلى أضرار جسيمة أو نشوب حريق.
في جميع هذه التطبيقات ، يترجم BMS كثافة الطاقة المتأصلة وأداء كيمياء الليثيوم أيون إلى حلول طاقة عملية وموثوقة وآمنة.
الجوانب المتقدمة:البيانات والتشخيص والتصميم
بالإضافة إلى وظائف الحماية والإدارة الأساسية ، يعمل نظام إدارة المباني أيضا كمصدر مهم للبيانات ويمكن دعمه بتقنيات هندسية متقدمة.
جمع البيانات وتشخيصها:يراقب نظام إدارة المباني الشامل البيانات ويسجلها باستمرار من جميع خلايا البطارية والحزمة ككل.
مجموعة البيانات الغنية هذه ، بما في ذلك المعلومات التفصيلية عن الجهد والتيار ودرجة الحرارة و SOC وأنماط الاستخدام ، لا تقدر بثمن.
يتم استخدامه داخليا بواسطة BMS للتحكم في الوقت الفعلي (مثل خوارزميات التوازن أو تقدير الحالة) ولكنه أيضا مهم للتشخيص الخارجي واستكشاف المشكلات المحتملة وإصلاحها وفهم سلوك البطارية بمرور الوقت.
يمكن أن تفيد هذه البيانات استراتيجيات الصيانة التنبؤية ، مما يساعد في تحديد المشكلات قبل أن تصبح كارثية.
التكامل مع الأنظمة الخارجية والمراقبة عن بعد: يسمح إقران BMS بأنظمة خارجية مثل وحدات الاتصالات عن بعد بالوصول إلى البيانات التي تم جمعها عن بعد ، غالبا عبر السحابة.
يتيح ذلك المراقبة في الوقت الفعلي لصحة البطارية وحالتها لأساطيل كاملة أو أنظمة الطاقة الموزعة.
توفر المراقبة عن بعد رؤى حول أنماط استخدام المعدات وعادات الشحن ، مما يسمح لمديري العمليات باتخاذ قرارات مستنيرة لتحسين الاستخدام وتقليل التكاليف وزيادة وقت التشغيل إلى أقصى حد.
المحاكاة والتصميم في تطوير BMS: يتطلب التعقيد والدور الحاسم في السلامة لتصميم BMS عمليات هندسية صارمة.
تعد أدوات المحاكاة حليفا قيما في استكشاف ومعالجة تحديات التصميم أثناء تطوير الأجهزة والنماذج الأولية والاختبار.
باستخدام نماذج دقيقة لخلايا الليثيوم أيون وبنية BMS المقترحة ، يمكن للمهندسين إنشاء "نموذج أولي افتراضي".
يسمح ذلك بالتحقيق غير المؤلم في وظائف الإشراف المختلفة على BMS واختبار النظام مقابل مجموعة متنوعة من سيناريوهات التشغيل البيئية والبطارية ، بما في ذلك حالات الحافة الصعبة وأسوأ الظروف ، قبل وقت طويل من بناء الأجهزة المادية.
تساعد المحاكاة في اكتشاف مشكلات التنفيذ والتحقيق فيها مبكرا ، والتحقق من الأداء والسلامة الوظيفية ، وتقليل وقت التطوير ، وزيادة الثقة في أن النماذج الأولية للأجهزة ستكون قوية وموثوقة.
توفر منصات المحاكاة المتقدمة مكتبات واسعة من النماذج للمكونات الكهربائية والرقمية والتحكم والحرارية الهيدروليكية ، جنبا إلى جنب مع أدوات التحليلات الإحصائية والإجهاد والأعطال.
نظام إدارة بطارية الليثيوم أيون هو أكثر بكثير من مجرد دائرة واقية. يجعل "الدماغ" المتطور تقنية الليثيوم أيون عالية الأداء قابلة للتطبيق وآمنة لتطبيقات لا حصر لها.
تعد قدرتها على المراقبة المستمرة للمعلمات الرئيسية ، وتقدير الحالات بدقة ، وموازنة طاقات الخلايا ، وإدارة الظروف الحرارية ، واكتشاف الأعطال ، والتواصل مع الأنظمة الخارجية أمرا أساسيا للتخفيف من الحساسيات المتأصلة في كيمياء الليثيوم أيون.
من خلال ضمان التشغيل ضمن الحدود الآمنة ، وتحسين عمليات الشحن والتفريغ ، والحفاظ على توازن الخلية ، يساهم نظام إدارة المباني بشكل مباشر في سلامة حزمة البطارية ، ويحسن أدائها وقدرتها القابلة للاستخدام ، ويطيل عمرها التشغيلي بشكل كبير.
من تشغيل المركبات الصناعية والسيارات الكهربائية إلى تمكين تخزين الطاقة المتجددة والأجهزة المحمولة ، تعتمد موثوقية وسلامة بطاريات الليثيوم أيون بشكل شبه كامل على فعالية نظام إدارة البطارية الخاص بها.
مع استمرار تطور تقنية الليثيوم أيون وإيجاد تطبيقات جديدة ، سينمو دور وتطور BMS فقط ، مما يزيد من ترسيخ مكانتها كمكون أساسي.
