نقش BMS (سیستم مدیریت باتری) در باتری لیتیوم چیست؟

توابع اصلی سیستم مدیریت باتری

یک سیستم مدیریت باتری (BMS) مانند مغزی است که کنترل می‌کند چگونه بسته‌های باتری لیتیوم-یون کار می‌کنند. این سیستم به طور مداوم بر عوامل مهمی نظیر ولتاژ، جریان و دما در هر سلول تکی در بسته باتری نظارت دارد. با کنترل دقیق چرخه‌های شارژ و رهاشدن باتری، از وضعیت‌های خطرناک جلوگیری می‌کند که در آن ولتاژ بیش از حد بالا می‌رود. اگر ولتاژ بیش از حد بالا رود، ممکن است منجر به یک حالت خطرناک به نام فرار حرارتی شود. BMS از الگوریتم‌های پیشرفته استفاده می‌کند تا به صورت زنده مقدار شارژ باقیمانده در باتری (State of Charge یا SOC) و سلامت باتری (State of Health یا SOH) را محاسبه کند. این کار کمک می‌کند تا زمان نیاز به نگهداری پیش‌بینی شود، که به نوبه خود احتمالات شکست‌های غیرمنتظره را کاهش می‌دهد، به ویژه در محیط‌های صنعتی که باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

افزایش ایمنی از طریق کنترل ولتاژ و دمای

سیستم‌های مدیریت باتری مدرن چند لایه محافظت دارند. وقتی تشخیص می‌دهند که ولتاژ بیش از حد نوسان می‌کند و از تحمل قابل قبول ۲٪ مثبت یا منفی خارج می‌شود، به طور خودکار بسته باتری را قطع می‌کنند. این برای جلوگیری از هرگونه مشکل است. همچنین، سنسورهای حرارتی بسیار دقیق در BMS وجود دارد. این سنسورها می‌توانند تغییرات دما در بین ماژول‌های باتری را با دقت ۰٫۵ درجه سانتیگراد اندازه‌گیری کنند و زمانی که افزایش دما را تشخیص می‌دهند، قبل از اینکه گرما به سطح بحرانی برسد، سیستم‌های سردکننده را فعال می‌کنند. این ویژگی‌های ایمنی بسیار مهم هستند، به ویژه در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی با چگالی بالا. در این گونه سیستم‌ها، اگر مشکلی در پخش گرما پیش آید، می‌تواند کل نصب را تحت تأثیر قرار دهد و مشکلات جدی ایجاد کند.

افزایش طول عمر باتری از طریق تعادل سلول‌ها

یکی از مشکلات رایج در بسته‌های باتری این است که فولت میان سلول‌های باتری جداگانه متفاوت می‌تواند باشد. این موضوع می‌تواند ظرفیت باتری را در سیستم‌هایی که به طور مناسب توازن یافته نیستند، بین ۱۵ تا ۳۰٪ کاهش دهد. اما فناوری تعادل سلولی پویا در BMS می‌تواند این مشکل را حل کند. ماژول‌های تعادل فعال در BMS می‌توانند انرژی را بین سلول‌ها به صورت بسیار کارآمد منتقل کنند، که کارایی آن بیش از ۹۲٪ است. این کار می‌کند تا تمام سلول‌ها در بهترین سطح شارژ قرار گیرند. هنگامی که باتری به طور عمیق شارژ معکوس می‌شود، این فرآیند همچنین کمک می‌کند تا تشکیل لیتیوم پلاستینگ کاهش یابد. نسبت به پیکربندی‌های باتری که این نوع مدیریت را ندارند، می‌تواند تا ۴۰٪ بیشتر از عمر چرخه باتری را حفظ کند، که به این معناست که باتری بیشتر می‌تواند شارژ و شارژ معکوس شود قبل از اینکه خرج شود.

بهینه‌سازی عملکرد در شرایط استثنایی

معماری سیستم‌های مدیریت باتری پیشرفته واقعاً هوشمند هستند. آنها می‌توانند با تنظیم قدرت به صورت هوشمندانه، به چالش‌های محیطی مختلف تنظیم شوند. برای مثال، وقتی خیلی سرد است، کمتر از صفر درجه سلسیوس، سیستم BMS جریان شارژ را به طور تدریج کاهش می‌دهد. این کار برای جلوگیری از تجمع فلز لیتیوم روی آنود سلول‌های باتری انجام می‌شود. در کاربردهای بلند ارتفاع، سیستم BMS مکانیسم‌های تنفس تعادل فشار دارد. این مکانیسم‌ها کمک می‌کنند تا واکنش‌های الکتروشیمیایی در باتری ثابت نگهداری شود. با این ویژگی‌هایی که می‌توانند به شرایط مختلف تنظیم شوند، باتری می‌تواند به طور قابل اعتماد در دامنه‌ای گسترده از دماهای -40 درجه سلسیوس تا +85 درجه سلسیوس کار کند. این موضوع آن را مناسب کاربردهایی مانند فضاپیما و ذخیره‌سازی انرژی در مناطق سرد قطبی می‌کند.

رویکردهای پیاده‌سازی برای حداکثر کارایی

اگر می‌خواهید یک سیستم BMS را به درستی ادغام کنید، باید مطمئن شوید که مشخصات سیستم با ویژگی‌های شیمی باتری هماهنگ باشند. به عنوان مثال، پیکربندی‌های باتری لیتیوم آهن فسفات (LFP) نیاز به نظارت دقیق‌تر ولتاژ نسبت به سلول‌های نیکل منگنز kobalt (NMC) دارند. هنگام نصب BMS، برخی از بهترین روش‌ها وجود دارد که باید دنبال کرد. یکی از آن‌ها استفاده از عایق‌سازی گالوانیک بین مدارهای اندازه‌گیری و خطوط توان است. این کار کمک می‌کند تا چیزی که به آن اختلال حلقه زمینی گفته می‌شود جلوگیری شود. همچنین، باید به طور منظم فرم‌واره BMS را به روز کنید. این کار مطمئن می‌کند که BMS همواره سازگار با نحوه پیر شدن باتری در طول زمان باشد. با انجام این کار، می‌توانید دقت اندازه‌گیری را طی تمام عمر محصول در حدود 1٪ نگهداری کنید.

بهترین روش‌ها برای نگهداری و حل مشکلات

برای نگهداری از کارکرد خوب سیستم BMS، باید تعمیرات پیشگیرانه‌ای انجام دهید. یکی از کارها بررسی کالیبراسیون BMS هر سه ماهه با استفاده از منابع مرجع دقیق است. این کار کمک می‌کند تا مطمئن شوید حسگرهای موجود در BMS دقیق عمل می‌کنند. همچنین می‌توانید داده‌های تاریخچه باتری را به منظور شارژ و دیشارژ آن تحلیل کنید. این کار می‌تواند به شما کمک کند تا علائم اولیه زوال یک سلول را حدود ۶ تا ۱۲ ماه قبل از شکست کامل تشخیص دهید. وقتی مشکلی در BMS وجود دارد، مراحل رایج حل مشکل وجود دارد. به عنوان مثال، می‌توانید مقاومت پایانی CAN bus را بررسی کرده و جستجوی هر کاهش در مقاومت عایق زیر ۱۰۰Ω/V را انجام دهید. اگر مقاومت عایق به این شکل کاهش یابد، اغلب نشانه ورود رطوبت به سیستم یا مشکل در شکست مواد عایق در کاربردهای ولتاژ بالا است.