બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ શું છે?

વ્યાખ્યા

બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ (BMS) એ બેટરી પેકની દેખરેખ માટે સમર્પિત ટેક્નોલોજી છે, જે બેટરી કોષોની એસેમ્બલી છે, જે વિદ્યુત રીતે એક પંક્તિ x કૉલમ મેટ્રિક્સ કન્ફિગરેશનમાં ગોઠવવામાં આવે છે જેથી વોલ્ટેજની લક્ષિત શ્રેણીની ડિલિવરી અને વિદ્યુતપ્રવાહના સમયગાળા માટે અપેક્ષિત લોડ દૃશ્યો.BMS જે દેખરેખ પ્રદાન કરે છે તેમાં સામાન્ય રીતે સમાવેશ થાય છે:

• બેટરી મોનીટરીંગ
• બેટરી રક્ષણ પૂરું પાડવું
• બેટરીની ઓપરેશનલ સ્થિતિનો અંદાજ
• બૅટરીના પ્રદર્શનને સતત ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું
• બાહ્ય ઉપકરણોને ઓપરેશનલ સ્થિતિની જાણ કરવી

અહીં, "બેટરી" શબ્દ સમગ્ર પેકને સૂચિત કરે છે;જો કે, મોનિટરિંગ અને કંટ્રોલ ફંક્શન્સ ખાસ કરીને વ્યક્તિગત કોષો અથવા કોષોના જૂથો પર લાગુ થાય છે જેને એકંદર બેટરી પેક એસેમ્બલીમાં મોડ્યુલ કહેવાય છે.લિથિયમ-આયન રિચાર્જેબલ કોષોમાં સૌથી વધુ ઉર્જા ઘનતા હોય છે અને તે લેપટોપથી લઈને ઇલેક્ટ્રિક વાહનો સુધીના ઘણા ગ્રાહક ઉત્પાદનો માટે બેટરી પેક માટે પ્રમાણભૂત પસંદગી છે.જ્યારે તેઓ શાનદાર પ્રદર્શન કરે છે, ત્યારે તેઓ સામાન્ય રીતે ચુસ્ત સલામત ઓપરેટિંગ એરિયા (SOA) ની બહાર ચલાવવામાં આવે તો તે ક્ષમાજનક હોઈ શકે છે, જેમાં બેટરીની કામગીરી સાથે ચેડા કરવાથી લઈને સંપૂર્ણ ખતરનાક પરિણામો સુધીના પરિણામો આવે છે.BMS ચોક્કસપણે એક પડકારજનક જોબ વર્ણન ધરાવે છે, અને તેની એકંદર જટિલતા અને દેખરેખ આઉટરીચ વિદ્યુત, ડિજિટલ, કંટ્રોલ, થર્મલ અને હાઇડ્રોલિક જેવી ઘણી વિદ્યાશાખાઓનો વિસ્તાર કરી શકે છે.

બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ્સ કેવી રીતે કામ કરે છે?

બૅટરી વ્યવસ્થાપન પ્રણાલીઓમાં માપદંડોનો કોઈ નિશ્ચિત અથવા અનન્ય સમૂહ નથી જે અપનાવવો આવશ્યક છે.ટેક્નોલૉજી ડિઝાઇનનો અવકાશ અને અમલમાં મૂકાયેલ સુવિધાઓ સામાન્ય રીતે આની સાથે સંબંધ ધરાવે છે:

• બેટરી પેકનો ખર્ચ, જટિલતા અને કદ
• બેટરીનો ઉપયોગ અને કોઈપણ સલામતી, આયુષ્ય અને વોરંટી સંબંધિત ચિંતાઓ
• વિવિધ સરકારી નિયમોમાંથી પ્રમાણપત્ર આવશ્યકતાઓ જ્યાં અપૂરતા કાર્યાત્મક સલામતી પગલાં સ્થાને હોય તો ખર્ચ અને દંડ સર્વોપરી છે

બેટરી પેક પ્રોટેક્શન મેનેજમેન્ટ અને કેપેસિટી મેનેજમેન્ટ બે આવશ્યક વિશેષતાઓ સાથે ઘણી BMS ડિઝાઇન સુવિધાઓ છે.અમે અહીં ચર્ચા કરીશું કે આ બે સુવિધાઓ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે.બેટરી પેક પ્રોટેક્શન મેનેજમેન્ટમાં બે મુખ્ય ક્ષેત્રો છે: ઇલેક્ટ્રિકલ પ્રોટેક્શન, જેનો અર્થ થાય છે કે તેના SOA બહારના ઉપયોગ દ્વારા બેટરીને નુકસાન ન થવા દેવું અને થર્મલ પ્રોટેક્શન, જેમાં પેકને તેના SOAમાં જાળવવા અથવા લાવવા માટે નિષ્ક્રિય અને/અથવા સક્રિય તાપમાન નિયંત્રણનો સમાવેશ થાય છે.

ઇલેક્ટ્રિકલ મેનેજમેન્ટ પ્રોટેક્શન: વર્તમાન

બેટરી પેક વર્તમાન અને સેલ અથવા મોડ્યુલ વોલ્ટેજનું નિરીક્ષણ કરવું એ વિદ્યુત સુરક્ષાનો માર્ગ છે.કોઈપણ બેટરી સેલનો વિદ્યુત SOA વર્તમાન અને વોલ્ટેજ દ્વારા બંધાયેલો છે.આકૃતિ 1 એક લાક્ષણિક લિથિયમ-આયન સેલ SOA દર્શાવે છે, અને સારી રીતે ડિઝાઇન કરેલ BMS ઉત્પાદકના સેલ રેટિંગની બહારની કામગીરીને અટકાવીને પેકને સુરક્ષિત કરશે.ઘણા કિસ્સાઓમાં, વધુ બેટરી આયુષ્યને પ્રોત્સાહન આપવાના હિતમાં SOA સેફ ઝોનમાં રહેવા માટે વધુ ડિરેટિંગ લાગુ કરી શકાય છે.

લિથિયમ-આયન કોષો ડિસ્ચાર્જ કરતાં ચાર્જિંગ માટે અલગ વર્તમાન મર્યાદા ધરાવે છે, અને બંને સ્થિતિઓ ટૂંકા સમય માટે હોવા છતાં, ઉચ્ચ શિખર પ્રવાહોને નિયંત્રિત કરી શકે છે.બેટરી સેલ ઉત્પાદકો સામાન્ય રીતે પીક ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ વર્તમાન મર્યાદા સાથે મહત્તમ સતત ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ વર્તમાન મર્યાદાનો ઉલ્લેખ કરે છે.વર્તમાન સુરક્ષા પ્રદાન કરતું BMS ચોક્કસપણે મહત્તમ સતત પ્રવાહ લાગુ કરશે.જો કે, આ લોડ સ્થિતિમાં અચાનક ફેરફાર માટે જવાબદાર હોઈ શકે છે;ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રિક વાહનનું અચાનક પ્રવેગક.BMS વર્તમાનને એકીકૃત કરીને અને ડેલ્ટા સમય પછી, ઉપલબ્ધ કરંટને ઘટાડવાનો અથવા પેક કરંટને સંપૂર્ણ રીતે વિક્ષેપિત કરવાનો નિર્ણય કરીને પીક કરંટ મોનિટરિંગનો સમાવેશ કરી શકે છે.આ BMS ને અત્યંત વર્તમાન શિખરો માટે લગભગ ત્વરિત સંવેદનશીલતા ધરાવવાની પરવાનગી આપે છે, જેમ કે શોર્ટ-સર્કિટ સ્થિતિ કે જેણે કોઈપણ નિવાસી ફ્યુઝનું ધ્યાન ખેંચ્યું નથી, પરંતુ ઉચ્ચ શિખરોની માંગને પણ માફ કરી શકાય છે, જ્યાં સુધી તે અતિશય ન હોય ત્યાં સુધી લાંબી

ઇલેક્ટ્રિકલ મેનેજમેન્ટ પ્રોટેક્શન: વોલ્ટેજ

આકૃતિ 2 બતાવે છે કે લિથિયમ-આયન કોષ ચોક્કસ વોલ્ટેજ શ્રેણીની અંદર કાર્ય કરે છે.આ SOA સીમાઓ આખરે પસંદ કરેલ લિથિયમ-આયન કોષની આંતરિક રસાયણશાસ્ત્ર અને કોઈપણ સમયે કોષોના તાપમાન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવશે.તદુપરાંત, કોઈપણ બેટરી પેક વર્તમાન સાયકલિંગનો નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં અનુભવ કરે છે, લોડની માંગને કારણે ડિસ્ચાર્જ થાય છે અને વિવિધ ઉર્જા સ્ત્રોતોમાંથી ચાર્જ થાય છે, આ SOA વોલ્ટેજ મર્યાદાઓ સામાન્ય રીતે બેટરીના જીવનકાળને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે વધુ મર્યાદિત હોય છે.BMS એ જાણવું જોઈએ કે આ મર્યાદાઓ શું છે અને આ થ્રેશોલ્ડની નિકટતાના આધારે નિર્ણયો લેશે.ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ મર્યાદાની નજીક પહોંચે છે, ત્યારે BMS ચાર્જિંગ કરંટમાં ધીમે ધીમે ઘટાડો કરવાની વિનંતી કરી શકે છે, અથવા જો મર્યાદા પહોંચી જાય તો ચાર્જિંગ કરંટને એકસાથે બંધ કરવાની વિનંતી કરી શકે છે.જો કે, આ મર્યાદા સામાન્ય રીતે શટડાઉન થ્રેશોલ્ડ વિશે નિયંત્રણની બકબકને રોકવા માટે વધારાના આંતરિક વોલ્ટેજ હિસ્ટેરેસીસ વિચારણાઓ સાથે હોય છે.બીજી બાજુ, જ્યારે નીચા વોલ્ટેજની મર્યાદાની નજીક પહોંચે છે, ત્યારે BMS વિનંતી કરશે કે મુખ્ય સક્રિય વાંધાજનક લોડ્સ તેમની વર્તમાન માંગને ઘટાડે છે.ઇલેક્ટ્રિક વાહનના કિસ્સામાં, ટ્રેક્શન મોટરને ઉપલબ્ધ મંજૂર ટોર્કને ઘટાડીને આ હાથ ધરવામાં આવી શકે છે.અલબત્ત, BMS એ કાયમી નુકસાન અટકાવવા માટે બેટરી પેકનું રક્ષણ કરતી વખતે ડ્રાઈવર માટે સલામતીનું ધ્યાન સર્વોચ્ચ અગ્રતામાં રાખવું જોઈએ.

થર્મલ મેનેજમેન્ટ પ્રોટેક્શન: તાપમાન

ફેસ વેલ્યુ પર, એવું દેખાઈ શકે છે કે લિથિયમ-આયન કોષો વિશાળ તાપમાનની ઓપરેટિંગ શ્રેણી ધરાવે છે, પરંતુ નીચા તાપમાને બેટરીની એકંદર ક્ષમતા ઘટે છે કારણ કે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા દર નોંધપાત્ર રીતે ધીમો પડી જાય છે.નીચા તાપમાને ક્ષમતાના સંદર્ભમાં, તેઓ લીડ-એસિડ અથવા NiMh બેટરી કરતા વધુ સારી કામગીરી કરે છે;જો કે, તાપમાન વ્યવસ્થાપન સમજદારીપૂર્વક જરૂરી છે કારણ કે 0 °C (32 °F) થી નીચે ચાર્જ કરવું શારીરિક રીતે સમસ્યારૂપ છે.સબ-ફ્રીઝિંગ ચાર્જિંગ દરમિયાન એનોડ પર મેટાલિક લિથિયમની પ્લેટિંગની ઘટના બની શકે છે.આ કાયમી નુકસાન છે અને માત્ર ક્ષમતામાં ઘટાડો જ નથી કરતું, પરંતુ જો કંપન અથવા અન્ય તણાવપૂર્ણ પરિસ્થિતિઓને આધિન હોય તો કોષો નિષ્ફળતા માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે.BMS ગરમી અને ઠંડક દ્વારા બેટરી પેકના તાપમાનને નિયંત્રિત કરી શકે છે.

અનુભૂતિ થર્મલ મેનેજમેન્ટ સંપૂર્ણપણે બેટરી પેકના કદ અને કિંમત અને કામગીરીના ઉદ્દેશ્યો, BMS ના ડિઝાઇન માપદંડો અને ઉત્પાદન એકમ પર આધારિત છે, જેમાં લક્ષિત ભૌગોલિક પ્રદેશ (દા.ત. અલાસ્કા વિરુદ્ધ હવાઈ)નો સમાવેશ થઈ શકે છે.હીટરના પ્રકારને ધ્યાનમાં લીધા વિના, તે સામાન્ય રીતે બાહ્ય AC પાવર સ્ત્રોતમાંથી ઉર્જા મેળવવા માટે વધુ અસરકારક છે, અથવા જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે હીટરને સંચાલિત કરવાના હેતુથી વૈકલ્પિક નિવાસી બેટરી.જો કે, જો ઈલેક્ટ્રિક હીટરમાં સાધારણ વર્તમાન ડ્રો હોય, તો પ્રાથમિક બેટરી પેકમાંથી ઉર્જા પોતાને ગરમ કરવા માટે લઈ શકાય છે.જો થર્મલ હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ લાગુ કરવામાં આવે છે, તો શીતકને ગરમ કરવા માટે ઇલેક્ટ્રિક હીટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જે પમ્પ કરવામાં આવે છે અને સમગ્ર પેક એસેમ્બલીમાં વિતરિત કરવામાં આવે છે.

BMS ડિઝાઇન ઇજનેરો નિઃશંકપણે પેકમાં ગરમી ઊર્જાને ટ્રિકલ કરવા માટે તેમના ડિઝાઇન વેપારની યુક્તિઓ ધરાવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, ક્ષમતા વ્યવસ્થાપન માટે સમર્પિત BMS ની અંદર વિવિધ પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ચાલુ કરી શકાય છે.ડાયરેક્ટ હીટિંગ જેટલું કાર્યક્ષમ ન હોવા છતાં, તેને ધ્યાનમાં લીધા વિના તેનો લાભ લઈ શકાય છે.લિથિયમ-આયન બેટરી પેકની કામગીરીની ખોટને ઘટાડવા માટે ઠંડક ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે.ઉદાહરણ તરીકે, કદાચ આપેલ બેટરી 20°C પર શ્રેષ્ઠ રીતે કાર્ય કરે છે;જો પેકનું તાપમાન 30°C સુધી વધે છે, તો તેની કાર્યક્ષમતા 20% જેટલી ઘટાડી શકાય છે.જો પેક સતત ચાર્જ કરવામાં આવે છે અને 45°C (113°F) પર રિચાર્જ કરવામાં આવે છે, તો કાર્યક્ષમતાનું નુકસાન 50% સુધી વધી શકે છે.જો સતત વધુ પડતી ગરમી ઉત્પન્ન થાય છે, ખાસ કરીને ઝડપી ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ ચક્ર દરમિયાન, બેટરી જીવન અકાળે વૃદ્ધત્વ અને અધોગતિથી પણ પીડાય છે.ઠંડક સામાન્ય રીતે બે પદ્ધતિઓ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે, નિષ્ક્રિય અથવા સક્રિય, અને બંને તકનીકોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.નિષ્ક્રિય ઠંડક બેટરીને ઠંડુ કરવા માટે હવાના પ્રવાહની હિલચાલ પર આધાર રાખે છે.ઈલેક્ટ્રિક વાહનના કિસ્સામાં, આનો અર્થ એ થાય છે કે તે ફક્ત રસ્તા પરથી આગળ વધી રહ્યું છે.જો કે, તે દેખાય છે તેના કરતાં વધુ અત્યાધુનિક હોઈ શકે છે, કારણ કે હવાના પ્રવાહને મહત્તમ કરવા માટે એર સ્પીડ સેન્સર્સ વ્યૂહાત્મક રીતે ઓટો-એડજસ્ટ ડિફ્લેક્ટિવ એર ડેમને સંકલિત કરી શકાય છે.સક્રિય તાપમાન-નિયંત્રિત ચાહકનો અમલ નીચી ઝડપે અથવા જ્યારે વાહન બંધ થઈ જાય ત્યારે મદદ કરી શકે છે, પરંતુ આ બધું ફક્ત આસપાસના આસપાસના તાપમાન સાથે પેકને બરાબર કરવા માટે કરી શકે છે.સળગતા ગરમ દિવસની ઘટનામાં, આ પ્રારંભિક પેક તાપમાનમાં વધારો કરી શકે છે.થર્મલ હાઇડ્રોલિક સક્રિય ઠંડકને પૂરક પ્રણાલી તરીકે ડિઝાઇન કરી શકાય છે, અને સામાન્ય રીતે ઇથિલિન-ગ્લાયકોલ શીતકનો ચોક્કસ મિશ્રણ ગુણોત્તર સાથે ઉપયોગ કરે છે, જે પાઈપો/હોઝ, ડિસ્ટ્રિબ્યુશન મેનીફોલ્ડ્સ, ક્રોસ-ફ્લો હીટ એક્સ્ચેન્જર (રેડિએટર) દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક મોટર-ચાલિત પંપ દ્વારા પરિભ્રમણ કરે છે. , અને બેટરી પેક એસેમ્બલી સામે ઠંડક પ્લેટ નિવાસી.A BMS સમગ્ર પૅકમાં તાપમાનનું નિરીક્ષણ કરે છે, અને શ્રેષ્ઠ બેટરી પ્રદર્શનની ખાતરી કરવા માટે એક સાંકડી તાપમાન શ્રેણીમાં એકંદર બેટરીનું તાપમાન જાળવવા માટે વિવિધ વાલ્વ ખોલે છે અને બંધ કરે છે.

ક્ષમતા વ્યવસ્થાપન

બૅટરી પૅકની ક્ષમતાને મહત્તમ બનાવવી એ સૌથી મહત્ત્વપૂર્ણ બૅટરી પર્ફોર્મન્સ ફિચર્સ પૈકી એક છે જે BMS પ્રદાન કરે છે.જો આ જાળવણી કરવામાં ન આવે તો, બેટરી પેક આખરે પોતાને નકામું રેન્ડર કરી શકે છે.સમસ્યાનું મૂળ એ છે કે બેટરી પેક "સ્ટેક" (કોષોની શ્રેણી) સંપૂર્ણપણે સમાન નથી અને આંતરિક રીતે થોડો અલગ લિકેજ અથવા સ્વ-ડિસ્ચાર્જ દર ધરાવે છે.લીકેજ એ ઉત્પાદકની ખામી નથી પરંતુ બેટરી રસાયણશાસ્ત્રની લાક્ષણિકતા છે, જોકે તે મિનિટ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાની વિવિધતાઓથી આંકડાકીય રીતે પ્રભાવિત થઈ શકે છે.શરૂઆતમાં બેટરી પેકમાં સારી રીતે મેળ ખાતા કોષો હોઈ શકે છે, પરંતુ સમય જતાં, સેલ-ટુ-સેલ સમાનતા વધુ ઘટતી જાય છે, માત્ર સ્વ-ડિસ્ચાર્જને કારણે જ નહીં, પરંતુ ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ સાયકલિંગ, એલિવેટેડ તાપમાન અને સામાન્ય કૅલેન્ડર વૃદ્ધત્વને કારણે પણ અસર થાય છે.તે સમજવા સાથે, અગાઉની ચર્ચાને યાદ કરો કે લિથિયમ-આયન કોષો શાનદાર રીતે કાર્ય કરે છે, પરંતુ જો ચુસ્ત SOA ની બહાર ચલાવવામાં આવે તો તે માફ ન કરી શકાય તેવું બની શકે છે.અમે જરૂરી વિદ્યુત સુરક્ષા વિશે અગાઉ શીખ્યા કારણ કે લિથિયમ-આયન કોષો વધુ ચાર્જિંગ સાથે સારી રીતે વ્યવહાર કરતા નથી.એકવાર સંપૂર્ણ ચાર્જ થઈ ગયા પછી, તેઓ વધુ વર્તમાન સ્વીકારી શકતા નથી, અને તેમાં દબાણ કરવામાં આવેલી કોઈપણ વધારાની ઊર્જા ગરમીમાં ટ્રાન્સમ્યુટ થાય છે, વોલ્ટેજ સંભવિત રીતે ઝડપથી વધી શકે છે, સંભવતઃ ખતરનાક સ્તરે જાય છે.તે કોષ માટે તંદુરસ્ત પરિસ્થિતિ નથી અને જો તે ચાલુ રહે તો તે કાયમી નુકસાન અને અસુરક્ષિત ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓનું કારણ બની શકે છે.

બેટરી પેક સીરીઝ સેલ એરે એ એકંદર પેક વોલ્ટેજને નિર્ધારિત કરે છે, અને કોઈપણ સ્ટેકને ચાર્જ કરવાનો પ્રયાસ કરતી વખતે અડીને આવેલા કોષો વચ્ચે મેળ ન ખાતો હોવાને કારણે મૂંઝવણ ઊભી થાય છે.આકૃતિ 3 બતાવે છે કે આવું કેમ છે.જો કોઈની પાસે કોષોનો સંપૂર્ણ સંતુલિત સમૂહ હોય, તો બધું બરાબર છે કારણ કે દરેક સમાન રીતે ચાર્જ થશે, અને જ્યારે ઉપલા 4.0 વોલ્ટેજ કટ-ઓફ થ્રેશોલ્ડ પર પહોંચી જાય ત્યારે ચાર્જિંગ કરંટ કાપી શકાય છે.જો કે, અસંતુલિત સ્થિતિમાં, ટોચનો કોષ તેની ચાર્જ મર્યાદા પર વહેલો પહોંચી જશે, અને અન્ય અંતર્ગત કોષો સંપૂર્ણ ક્ષમતા પર ચાર્જ કરવામાં આવે તે પહેલાં પગ માટે ચાર્જિંગ વર્તમાનને સમાપ્ત કરવાની જરૂર છે.

BMS એ છે જે આગળ વધે છે અને દિવસ બચાવે છે, અથવા આ કિસ્સામાં બેટરી પેક.આ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે બતાવવા માટે, મુખ્ય વ્યાખ્યા સમજાવવાની જરૂર છે.આપેલ સમયે સેલ અથવા મોડ્યુલનું સ્ટેટ-ઓફ-ચાર્જ (SOC) સંપૂર્ણ ચાર્જ થવા પર કુલ ચાર્જની તુલનામાં ઉપલબ્ધ ચાર્જના પ્રમાણસર છે.આમ, બેટરી કે જે 50% SOC પર રહે છે તે સૂચવે છે કે તે 50% ચાર્જ થાય છે, જે યોગ્યતાના ફ્યુઅલ ગેજ આકૃતિ સમાન છે.BMS ક્ષમતા વ્યવસ્થાપન એ પેક એસેમ્બલીમાં દરેક સ્ટેકમાં SOC ની વિવિધતાને સંતુલિત કરવા વિશે છે.એસઓસી સીધી રીતે માપી શકાય તેવી માત્રા નથી, તેથી તેનો અંદાજ વિવિધ તકનીકો દ્વારા કરી શકાય છે, અને સંતુલન યોજના પોતે સામાન્ય રીતે બે મુખ્ય શ્રેણીઓમાં આવે છે, નિષ્ક્રિય અને સક્રિય.થીમ્સની ઘણી વિવિધતાઓ છે, અને દરેક પ્રકારના ગુણદોષ છે.આપેલ બેટરી પેક અને તેની એપ્લિકેશન માટે કયું શ્રેષ્ઠ છે તે નક્કી કરવાનું BMS ડિઝાઇન એન્જિનિયર પર છે.નિષ્ક્રિય સંતુલન અમલમાં મૂકવું સૌથી સરળ છે, તેમજ સામાન્ય સંતુલન ખ્યાલ સમજાવવા માટે.નિષ્ક્રિય પદ્ધતિ સ્ટેકમાંના દરેક કોષને સૌથી નબળા કોષ જેટલી જ ચાર્જ ક્ષમતા ધરાવવાની મંજૂરી આપે છે.પ્રમાણમાં નીચા પ્રવાહનો ઉપયોગ કરીને, તે ચાર્જિંગ ચક્ર દરમિયાન ઉચ્ચ SOC કોષોમાંથી ઊર્જાનો એક નાનો જથ્થો શટલ કરે છે જેથી કરીને તમામ કોષો તેમના મહત્તમ SOC પર ચાર્જ થાય.આકૃતિ 4 સમજાવે છે કે આ BMS દ્વારા કેવી રીતે પરિપૂર્ણ થાય છે.તે દરેક કોષનું નિરીક્ષણ કરે છે અને દરેક કોષની સમાંતર ટ્રાન્ઝિસ્ટર સ્વીચ અને યોગ્ય કદના ડિસ્ચાર્જ રેઝિસ્ટરનો લાભ લે છે.જ્યારે BMS એ અનુભવે છે કે આપેલ કોષ તેની ચાર્જ મર્યાદાની નજીક પહોંચી રહ્યો છે, ત્યારે તે તેની આસપાસના વધારાના પ્રવાહને ઉપરથી નીચેની ફેશનમાં નીચેના કોષમાં લઈ જશે.

સંતુલન પ્રક્રિયાના અંતિમ બિંદુઓ, પહેલા અને પછી, આકૃતિ 5 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. સારાંશમાં, BMS બેટરી સ્ટેકને સંતુલિત કરે છે અને સ્ટેકમાંના સેલ અથવા મોડ્યુલને નીચેનામાંથી એક રીતે પેક કરંટ કરતાં અલગ ચાર્જિંગ કરંટ જોવાની મંજૂરી આપે છે:

• સૌથી વધુ ચાર્જ થયેલા કોષોમાંથી ચાર્જ દૂર કરવું, જે ઓવરચાર્જિંગને રોકવા માટે વધારાના ચાર્જિંગ વર્તમાન માટે હેડરૂમ આપે છે અને ઓછા ચાર્જ થયેલા કોષોને વધુ ચાર્જિંગ કરંટ પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે.
• સૌથી વધુ ચાર્જ થયેલા કોષોની આસપાસ કેટલાક અથવા લગભગ તમામ ચાર્જિંગ વર્તમાનનું પુનઃનિર્દેશન, જેનાથી ઓછા ચાર્જ થયેલા કોષોને લાંબા સમય સુધી ચાર્જિંગ કરંટ પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી મળે છે.

બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ્સના પ્રકાર

બૅટરી વ્યવસ્થાપન પ્રણાલીઓ સરળથી જટિલ સુધીની શ્રેણી ધરાવે છે અને "બેટરીનું ધ્યાન રાખવા" માટેના તેમના મુખ્ય નિર્દેશને પ્રાપ્ત કરવા માટે વિવિધ તકનીકોની વિશાળ શ્રેણીને સ્વીકારી શકે છે.જો કે, આ સિસ્ટમોને તેમની ટોપોલોજીના આધારે વર્ગીકૃત કરી શકાય છે, જે સમગ્ર બેટરી પેકમાં કોષો અથવા મોડ્યુલો પર કેવી રીતે ઇન્સ્ટોલ થાય છે અને કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેનાથી સંબંધિત છે.

કેન્દ્રિય BMS આર્કિટેક્ચર

બેટરી પેક એસેમ્બલીમાં એક કેન્દ્રીય BMS ધરાવે છે.તમામ બેટરી પેકેજો સીધા જ કેન્દ્રીય BMS સાથે જોડાયેલા છે.કેન્દ્રિય BMS ની રચના આકૃતિ 6 માં દર્શાવવામાં આવી છે. કેન્દ્રિય BMS ના કેટલાક ફાયદા છે.તે વધુ કોમ્પેક્ટ છે, અને માત્ર એક BMS હોવાથી તે સૌથી વધુ આર્થિક હોય છે.જો કે, કેન્દ્રિય BMS ના ગેરફાયદા છે.બધી બેટરી BMS સાથે સીધી જોડાયેલ હોવાથી, BMS ને તમામ બેટરી પેકેજો સાથે જોડવા માટે ઘણા બધા પોર્ટની જરૂર પડે છે.આ મોટા બેટરી પેકમાં ઘણા બધા વાયર, કેબલિંગ, કનેક્ટર્સ વગેરેમાં અનુવાદ કરે છે, જે મુશ્કેલીનિવારણ અને જાળવણી બંનેને જટિલ બનાવે છે.

મોડ્યુલર BMS ટોપોલોજી

કેન્દ્રિય અમલીકરણની જેમ, BMS ને કેટલાક ડુપ્લિકેટ મોડ્યુલોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, દરેકમાં વાયરના સમર્પિત બંડલ અને બેટરી સ્ટેકના અડીને સોંપાયેલ ભાગ સાથે જોડાણો હોય છે.આકૃતિ 7 જુઓ. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, આ BMS સબમોડ્યુલ્સ પ્રાથમિક BMS મોડ્યુલ દેખરેખ હેઠળ રહી શકે છે જેનું કાર્ય સબમોડ્યુલ્સની સ્થિતિનું નિરીક્ષણ કરવાનું અને પેરિફેરલ સાધનો સાથે વાતચીત કરવાનું છે.ડુપ્લિકેટ મોડ્યુલરિટી માટે આભાર, મુશ્કેલીનિવારણ અને જાળવણી સરળ છે, અને મોટા બેટરી પેક પર વિસ્તરણ સીધું છે.નુકસાન એ છે કે એકંદર ખર્ચ થોડો વધારે છે, અને એપ્લિકેશનના આધારે ડુપ્લિકેટ ન વપરાયેલ કાર્યક્ષમતા હોઈ શકે છે.

પ્રાથમિક / ગૌણ BMS

વૈચારિક રીતે મોડ્યુલર ટોપોલોજી જેવું જ છે, જો કે, આ કિસ્સામાં, સ્લેવ માત્ર માપન માહિતી રિલે કરવા માટે વધુ પ્રતિબંધિત છે, અને માસ્ટર ગણતરી અને નિયંત્રણ તેમજ બાહ્ય સંચાર માટે સમર્પિત છે.તેથી, જ્યારે મોડ્યુલર પ્રકારોની જેમ, ખર્ચ ઓછો હોઈ શકે છે કારણ કે ગુલામોની કાર્યક્ષમતા વધુ સરળ હોય છે, સંભવતઃ ઓછા ઓવરહેડ અને ઓછા ન વપરાયેલ લક્ષણો સાથે.

BMS આર્કિટેક્ચરનું વિતરણ કર્યું

અન્ય ટોપોલોજીઓથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે, જ્યાં ઇલેક્ટ્રોનિક હાર્ડવેર અને સોફ્ટવેર મોડ્યુલોમાં સમાવિષ્ટ છે જે જોડાયેલ વાયરિંગના બંડલ્સ દ્વારા કોષો સાથે ઇન્ટરફેસ કરે છે.વિતરિત BMS એ નિયંત્રણ બોર્ડ પરના તમામ ઇલેક્ટ્રોનિક હાર્ડવેરને સમાવિષ્ટ કરે છે જે સીધા સેલ અથવા મોડ્યુલ પર મૂકવામાં આવે છે જેનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે.આ અમુક સેન્સર વાયર અને અડીને આવેલા BMS મોડ્યુલો વચ્ચેના સંચાર વાયરને મોટાભાગની કેબલિંગને દૂર કરે છે.પરિણામે, દરેક BMS વધુ સ્વ-સમાયેલ છે, અને જરૂરીયાત મુજબ ગણતરીઓ અને સંદેશાવ્યવહારનું સંચાલન કરે છે.જો કે, આ સ્પષ્ટ સરળતા હોવા છતાં, આ સંકલિત સ્વરૂપ મુશ્કેલીનિવારણ અને જાળવણીને સંભવિત રીતે સમસ્યારૂપ બનાવે છે, કારણ કે તે શિલ્ડ મોડ્યુલ એસેમ્બલીની અંદર રહે છે.એકંદર બેટરી પેક સ્ટ્રક્ચરમાં વધુ BMSs હોવાને કારણે ખર્ચ પણ વધુ હોય છે.

બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ્સનું મહત્વ

BMS માં કાર્યાત્મક સલામતી સૌથી વધુ મહત્વ ધરાવે છે.ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ ઓપરેશન દરમિયાન, સુપરવાઇઝરી નિયંત્રણ હેઠળના કોઈપણ સેલ અથવા મોડ્યુલના વોલ્ટેજ, વર્તમાન અને તાપમાનને નિર્ધારિત SOA મર્યાદા ઓળંગતા અટકાવવા માટે તે મહત્વપૂર્ણ છે.જો સમયની લંબાઈ માટે મર્યાદા ઓળંગવામાં આવે, તો માત્ર સંભવિત ખર્ચાળ બેટરી પેક સાથે ચેડા થાય છે, પરંતુ ખતરનાક થર્મલ ભાગેડુ સ્થિતિઓ પરિણમી શકે છે.વધુમાં, લિથિયમ-આયન કોષોના રક્ષણ અને કાર્યાત્મક સલામતી માટે નીચા વોલ્ટેજ થ્રેશોલ્ડ મર્યાદાઓનું પણ સખત નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે.જો લિ-આયન બેટરી આ લો-વોલ્ટેજ સ્થિતિમાં રહે છે, તો કોપર ડેંડ્રાઈટ્સ આખરે એનોડ પર ઉગી શકે છે, જે એલિવેટેડ સેલ્ફ-ડિસ્ચાર્જ રેટમાં પરિણમી શકે છે અને શક્ય સલામતી ચિંતાઓ ઊભી કરી શકે છે.લિથિયમ-આયન સંચાલિત સિસ્ટમ્સની ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા એવી કિંમતે આવે છે કે જે બેટરી મેનેજમેન્ટ ભૂલ માટે થોડી જગ્યા છોડે છે.BMSs અને લિથિયમ-આયન સુધારાઓ માટે આભાર, આ આજે ઉપલબ્ધ સૌથી સફળ અને સલામત બેટરી રસાયણશાસ્ત્રોમાંની એક છે.

બૅટરી પૅકનું પ્રદર્શન એ BMS નું આગામી સર્વોચ્ચ મહત્ત્વનું લક્ષણ છે, અને તેમાં ઇલેક્ટ્રિકલ અને થર્મલ મેનેજમેન્ટનો સમાવેશ થાય છે.એકંદર બેટરી ક્ષમતાને ઇલેક્ટ્રિકલી ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે, પેકમાંના તમામ કોષોને સંતુલિત કરવા જરૂરી છે, જે સૂચવે છે કે સમગ્ર એસેમ્બલીમાં અડીને આવેલા કોષોની SOC લગભગ સમકક્ષ છે.આ અસાધારણ રીતે મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે માત્ર શ્રેષ્ઠ બેટરી ક્ષમતાને જ પ્રાપ્ત કરી શકાતી નથી, પરંતુ તે સામાન્ય અધોગતિને રોકવામાં મદદ કરે છે અને નબળા કોષોને વધુ ચાર્જ કરવાથી સંભવિત હોટસ્પોટ્સ ઘટાડે છે.લિથિયમ-આયન બેટરીઓએ નીચા વોલ્ટેજની મર્યાદાથી નીચે ડિસ્ચાર્જ કરવાનું ટાળવું જોઈએ, કારણ કે આના પરિણામે મેમરી પ્રભાવો અને ક્ષમતામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થઈ શકે છે.ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ તાપમાન માટે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે, અને બેટરી પણ તેનો અપવાદ નથી.જ્યારે પર્યાવરણીય તાપમાનમાં ઘટાડો થાય છે, ત્યારે ક્ષમતા અને ઉપલબ્ધ બેટરી ઉર્જા નોંધપાત્ર રીતે બંધ થાય છે.પરિણામે, બીએમએસ એક બાહ્ય ઇન-લાઇન હીટરને સંલગ્ન કરી શકે છે જે ઇલેક્ટ્રિક વાહન બેટરી પેકની લિક્વિડ કૂલિંગ સિસ્ટમ અથવા ટર્ન-ઓન રેસિડેન્ટ હીટર પ્લેટ્સ પર રહે છે જે હેલિકોપ્ટર અથવા અન્યમાં સમાવિષ્ટ પેકના મોડ્યુલની નીચે ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે. વિમાનવધુમાં, ફ્રિજિડ લિથિયમ-આયન કોશિકાઓનું ચાર્જિંગ બેટરી જીવન કાર્યક્ષમતા માટે હાનિકારક હોવાથી, પહેલા બેટરીના તાપમાનને પૂરતા પ્રમાણમાં વધારવું મહત્વપૂર્ણ છે.મોટાભાગના લિથિયમ-આયન કોષો જ્યારે 5°C કરતા ઓછા હોય ત્યારે ઝડપથી ચાર્જ થઈ શકતા નથી અને જ્યારે તેઓ 0°C કરતા ઓછા હોય ત્યારે બિલકુલ ચાર્જ ન થવા જોઈએ.સામાન્ય ઓપરેશનલ વપરાશ દરમિયાન શ્રેષ્ઠ કામગીરી માટે, BMS થર્મલ મેનેજમેન્ટ ઘણીવાર સુનિશ્ચિત કરે છે કે બેટરી ઓપરેશનના સાંકડા ગોલ્ડીલોક્સ પ્રદેશમાં કાર્ય કરે છે (દા.ત. 30 - 35 ° સે).આ પ્રદર્શનને સુરક્ષિત કરે છે, લાંબા આયુષ્યને પ્રોત્સાહન આપે છે અને તંદુરસ્ત, વિશ્વસનીય બેટરી પેકને પ્રોત્સાહન આપે છે.

બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ્સના ફાયદા

એક આખી બેટરી એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ, જેને ઘણીવાર BESS તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે એપ્લિકેશનના આધારે, દસ, સેંકડો અથવા હજારો લિથિયમ-આયન કોષો વ્યૂહાત્મક રીતે એકસાથે પેક કરી શકાય છે.આ સિસ્ટમોનું વોલ્ટેજ રેટિંગ 100V કરતાં ઓછું હોઈ શકે છે, પરંતુ 800V જેટલું ઊંચું હોઈ શકે છે, જેમાં પેક સપ્લાય કરંટ 300A કે તેથી વધુ હોય છે.ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પેકનું કોઈપણ ગેરવહીવટ જીવન માટે જોખમી, આપત્તિજનક આપત્તિનું કારણ બની શકે છે.પરિણામે, તેથી સુરક્ષિત કામગીરી સુનિશ્ચિત કરવા માટે BMS એકદમ મહત્વપૂર્ણ છે.BMS ના ફાયદા નીચે મુજબ સારાંશ આપી શકાય છે.

• કાર્યાત્મક સલામતી.હેન્ડ્સ ડાઉન, મોટા ફોર્મેટ લિથિયમ-આયન બેટરી પેક માટે, આ ખાસ કરીને સમજદાર અને આવશ્યક છે.પરંતુ લેપટોપમાં ઉપયોગમાં લેવાતા નાના ફોર્મેટ પણ આગ પકડવા અને ભારે નુકસાન પહોંચાડવા માટે જાણીતા છે.લિથિયમ-આયન સંચાલિત સિસ્ટમ્સ સમાવિષ્ટ ઉત્પાદનોના વપરાશકર્તાઓની વ્યક્તિગત સલામતી બેટરી મેનેજમેન્ટ ભૂલ માટે થોડી જગ્યા છોડે છે.
• આયુષ્ય અને વિશ્વસનીયતા.બેટરી પેક પ્રોટેક્શન મેનેજમેન્ટ, ઇલેક્ટ્રિકલ અને થર્મલ, એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે તમામ કોષોનો ઉપયોગ જાહેર કરાયેલી SOA જરૂરિયાતોમાં થાય છે.આ નાજુક દેખરેખ સુનિશ્ચિત કરે છે કે આક્રમક ઉપયોગ અને ઝડપી ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ સાયકલિંગ સામે કોષોનું ધ્યાન રાખવામાં આવે છે અને અનિવાર્યપણે સ્થિર સિસ્ટમમાં પરિણમે છે જે સંભવિતપણે ઘણા વર્ષોની વિશ્વસનીય સેવા પ્રદાન કરશે.
• પ્રદર્શન અને શ્રેણી.BMS બેટરી પેક ક્ષમતા વ્યવસ્થાપન, જ્યાં સેલ-ટુ-સેલ સંતુલન એ પેક એસેમ્બલીમાં અડીને આવેલા કોષોના એસઓસીને સમાન બનાવવા માટે કાર્યરત છે, તે મહત્તમ બેટરી ક્ષમતાને સાકાર કરવાની મંજૂરી આપે છે.સ્વ-ડિસ્ચાર્જ, ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ સાયકલિંગ, તાપમાનની અસરો અને સામાન્ય વૃદ્ધત્વમાં વિવિધતા માટે જવાબદાર આ BMS સુવિધા વિના, બેટરી પેક આખરે પોતાને નકામું બનાવી શકે છે.
• ડાયગ્નોસ્ટિક્સ, ડેટા કલેક્શન અને એક્સટર્નલ કોમ્યુનિકેશન.દેખરેખના કાર્યોમાં તમામ બેટરી કોષોની સતત દેખરેખનો સમાવેશ થાય છે, જ્યાં ડાયગ્નોસ્ટિક્સ માટે ડેટા લોગિંગનો ઉપયોગ જાતે કરી શકાય છે, પરંતુ ઘણી વખત એસેમ્બલીમાંના તમામ કોષોના એસઓસીનો અંદાજ કાઢવા માટે ગણતરી માટેના કાર્યનો હેતુ છે.આ માહિતીને સંતુલિત અલ્ગોરિધમ્સ માટે લીવરેજ કરવામાં આવે છે, પરંતુ સામૂહિક રીતે બાહ્ય ઉપકરણો અને ડિસ્પ્લે પર રીલે કરી શકાય છે જેથી ઉપલબ્ધ રહેઠાણ ઉર્જા સૂચવવામાં આવે, વર્તમાન વપરાશના આધારે અપેક્ષિત શ્રેણી અથવા શ્રેણી/આજીવનનો અંદાજ લગાવી શકાય અને બેટરી પેકની આરોગ્યની સ્થિતિ પ્રદાન કરી શકાય.
• ખર્ચ અને વોરંટી ઘટાડો.BESS માં BMS ની રજૂઆત ખર્ચમાં વધારો કરે છે, અને બેટરી પેક મોંઘા અને સંભવિત જોખમી છે.સિસ્ટમ જેટલી જટીલ છે, સલામતીની જરૂરિયાતો જેટલી વધારે છે, પરિણામે વધુ BMS દેખરેખની હાજરીની જરૂર છે.પરંતુ કાર્યાત્મક સલામતી, આયુષ્ય અને વિશ્વસનીયતા, કામગીરી અને શ્રેણી, ડાયગ્નોસ્ટિક્સ વગેરે સંબંધિત BMS નું રક્ષણ અને નિવારક જાળવણી બાંયધરી આપે છે કે તે વોરંટી સંબંધિત ખર્ચ સહિત એકંદર ખર્ચને ઘટાડશે.

બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ્સ અને સિનોપ્સિસ

BMS ડિઝાઇન માટે સિમ્યુલેશન એક મૂલ્યવાન સાથી છે, ખાસ કરીને જ્યારે હાર્ડવેર ડેવલપમેન્ટ, પ્રોટોટાઇપિંગ અને ટેસ્ટિંગમાં ડિઝાઇન પડકારોની શોધખોળ અને તેને ઉકેલવા માટે લાગુ કરવામાં આવે છે.રમતમાં ચોક્કસ લિથિયમ-આયન સેલ મોડેલ સાથે, BMS આર્કિટેક્ચરનું સિમ્યુલેશન મોડલ વર્ચ્યુઅલ પ્રોટોટાઇપ તરીકે ઓળખાતા એક્ઝિક્યુટેબલ સ્પષ્ટીકરણ છે.વધુમાં, સિમ્યુલેશન વિવિધ બેટરી અને પર્યાવરણીય કામગીરીના દૃશ્યો સામે BMS દેખરેખ કાર્યોના પ્રકારોની પીડારહિત તપાસની પરવાનગી આપે છે.અમલીકરણ મુદ્દાઓ ખૂબ જ વહેલામાં શોધી શકાય છે અને તેની તપાસ કરી શકાય છે, જે વાસ્તવિક હાર્ડવેર પ્રોટોટાઇપ પર અમલીકરણ પહેલાં કામગીરી અને કાર્યાત્મક સલામતી સુધારણાઓને ચકાસવાની મંજૂરી આપે છે.આ વિકાસ સમય ઘટાડે છે અને પ્રથમ હાર્ડવેર પ્રોટોટાઇપ મજબૂત હશે તેની ખાતરી કરવામાં મદદ કરે છે.આ ઉપરાંત, જ્યારે ભૌતિક રીતે વાસ્તવિક એમ્બેડેડ સિસ્ટમ એપ્લિકેશન્સમાં કસરત કરવામાં આવે ત્યારે BMS અને બેટરી પેકના સૌથી ખરાબ સંજોગો સહિત ઘણા પ્રમાણીકરણ પરીક્ષણો હાથ ધરવામાં આવી શકે છે.

સિનોપ્સિસ સાબરઆરડીBMS અને બેટરી પેક ડિઝાઇન અને વિકાસમાં રસ ધરાવતા ઇજનેરોને સશક્ત બનાવવા માટે વ્યાપક ઇલેક્ટ્રિકલ, ડિજિટલ, કંટ્રોલ અને થર્મલ હાઇડ્રોલિક મોડલ લાઇબ્રેરીઓ પ્રદાન કરે છે.ઘણા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો અને વિવિધ બેટરી રસાયણશાસ્ત્રના પ્રકારો માટે મૂળભૂત ડેટાશીટ સ્પેક્સ અને માપન વળાંકોમાંથી ઝડપથી મોડેલો બનાવવા માટે સાધનો ઉપલબ્ધ છે.એકંદર BMS વિશ્વસનીયતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે આંકડાકીય, તાણ અને ખામી વિશ્લેષણ ઓપરેટિંગ ક્ષેત્રના સ્પેક્ટ્રમમાં પરવાનગીની ચકાસણી કરે છે, જેમાં સરહદી વિસ્તારો પણ સામેલ છે.વધુમાં, વપરાશકર્તાઓને પ્રોજેક્ટને જમ્પસ્ટાર્ટ કરવા અને સિમ્યુલેશનમાંથી જરૂરી જવાબો સુધી ઝડપથી પહોંચવા માટે સક્ષમ કરવા માટે ઘણા ડિઝાઇન ઉદાહરણો ઓફર કરવામાં આવે છે.