ایمنی باتری به سیستم‌های مدیریت و ماژول‌های مدار وابسته است.

مقدمه

در جامعه مدرن، باتری ها تبدیل به منبع اصلی انرژی شده اند که دستگاه ها و سیستم های مختلفی را از وسایل الکترونیکی قابل حمل گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی و راه حل های ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ تغذیه می کنند.با این حالبرای اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد باتری ها در حالی که به حداکثر رساندن پتانسیل آنها،سیستم های مدیریت باتری (BMS) و ماژول های مدار محافظت (PCM) به عنوان محافظ های حیاتی ظاهر شده انداین سیستم ها به عنوان محافظ عمل می کنند، به طور مداوم از باتری ها نظارت و محافظت می کنند تا شرایط عملیاتی مطلوب را حفظ کنند.

فصل اول: تکنولوژی باتری و چالش ها

1.1 انواع و ویژگی های باتری

باتری ها انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و بر اساس الکترولیت های آنها انواع مختلفی دارند:

• باتری های سرب اسید:مقرون به صرفه اما دارای تراکم انرژی پایین، اندازه بزرگ، عمر چرخه محدود و حاوی سرب خطرناک برای محیط زیست هستند.
• باتری های نیکل کادمیوم:چگالي انرژي بالاتري نسبت به اسيد سرب با طول عمر چرخه ي طولاني تر، اما حاوی کادميوم سمی هستند و از اثر حافظه رنج مي برند.
• باطری های نیکل فلزی هیدرید:چگالی انرژی بهبود یافته بدون اثر حافظه و تاثیر کمتر بر محیط زیست، اما با هزینه بالاتر.
• باتری های لیتیوم یون:چگالی انرژی بالا، اندازه فشرده، وزن کم، عمر چرخه طولانی و هیچ اثر حافظه ای در حال حاضر بیشترین نوع باتری مورد استفاده قرار می گیرد.
• باتری های پلیمر لیتیوم:انواع پیشرفته لیتیوم یون با الکترولیت های جامد / ژل که ایمنی و عوامل فرم انعطاف پذیر را افزایش می دهند، اگرچه گران تر هستند.

1.2 چالش های باتری

با وجود پیشرفت های تکنولوژیکی، باتری ها با چالش های قابل توجهی روبرو هستند:

• خطرات ایمنی:احتمال گرم شدن بیش از حد، مدار کوتاه یا انفجار در هنگام شارژ/افزایش، به ویژه با باتری های با چگالی انرژی بالا.
• مدت عمر محدود:کاهش ظرفیت از طریق چرخه های شارژ در نهایت منجر به شکست می شود.
• محدودیت های عملکرد:تراکم انرژی، تراکم قدرت و نرخ شارژ/افزایش نیاز به بهبود برای کاربردهای متنوع دارد.
• هزینه های بالا:به خصوص برای باتری های با تراکم انرژی بالا، محدود کردن پذیرش در برخی از بخش ها.
• تاثیرات زیست محیطی:تولید، استفاده و دفع می تواند بدون کنترل مناسب باعث آلودگی شود.

1.3 نقش حیاتی BMS و PCM

BMS و PCM این چالش ها را با:

• افزایش ایمنی از طریق نظارت در زمان واقعی بر ولتاژ، جریان و درجه حرارت
• افزایش طول عمر از طریق استراتژی های شارژ بهینه شده و تعادل سلول
• بهبود عملکرد از طریق کنترل دقیق شارژ / تخلیه
• کاهش هزینه ها با به حداقل رساندن فرکانس تعویض
• حفاظت از محیط زیست از طریق فرآیند های بازیافت بهتر

فصل ۲: سیستم های مدیریت باتری (BMS)

2.1 تعریف و کارکرد

BMS یک سیستم الکترونیکی پیشرفته است که نظارت، کنترل و مدیریت عملکرد باتری را با این توابع اصلی انجام می دهد:

• نظارت بر ولتاژ / جریان / دمای
• تخمین وضعیت بار (SOC) و وضعیت سلامت (SOH)
• تعادل سلول
• حفاظت از ولتاژ بیش از حد، ولتاژ پایین، جریان بیش از حد و گرم شدن بیش از حد
• ارتباطات و ثبت اطلاعات

2.2 معماری سیستم

اجزای معمول BMS عبارتند از:

• ماژول جمع آوری داده های Front-end
• ماژول کنترل اصلی
• ماژول تعادل
• ماژول حفاظت
• رابط ارتباطی

2.3 فن آوری های تعادل

دو روش اصلی تعادل:

• تعادل منفعل:انرژی اضافی را از طریق مقاومت ها منتشر می کند (هزینه ای موثر اما ناکارآمد)
• تعادل فعال:انتقال انرژی بین سلول ها با استفاده از خازن ها / محرک ها (کارایی بالاتر اما گران تر)

2.4 روش های تخمین SOC

تکنیک های کلیدی برای محاسبه هزینه دولت:

• شمارش کولوم (ساده اما مستعد خطا)
• برآورد بر اساس ولتاژ (که تحت تاثیر درجه حرارت/مقاومت قرار می گیرد)
• فیلتر کردن کالمان (دقیقی اما محاسباتی فشرده)

2.5 روش های تخمین SOH

روش های ارزیابی سلامت شامل:

• اندازه گیری مقاومت داخلی
• آزمایش ظرفیت
• شمارش چرخه

2.6 BMS فعال: افزایش عملکرد

سیستم های BMS فعال قابلیت plug-and-play را با مزایای زیر ارائه می دهند:

• تا ۳۰ درصد طول عمر باتری بیشتر
• کاهش هزینه های طراحی
• فاکتورهای فرم فشرده
• شارژ سریعتر
• افزایش قابلیت اطمینان و ایمنی

این سیستم ها دارای جریان تعادل بالا (25 × سیستم های سنتی) و معماری ماژولار برای پیکربندی ولتاژ انعطاف پذیر هستند.

2.7 BMS منفعل: جایگزین مقرون به صرفه

سیستم های منفعل از تعادل مقاومت استفاده می کنند:

• هزینه کمتر با الکترونیک ساده تر
• ظرفیت تعادل محدود
• نیاز به مدیریت مناسب حرارتی

فصل سوم: ماژول های مدار محافظ (PCM)

3.1 تعریف و کارکرد

PCM حفاظت از باتری را بدون ویژگی های پیشرفته BMS مانند تعادل یا ارتباطات فراهم می کند.

3.2 ویژگی های حفاظت از هسته

• قطع ولتاژ بالا/کم
• حفاظت از جریان بیش از حد
• حفاظت حرارتی

3.3 معماری سیستم

اجزای معمول PCM شامل:

• مدارهای سنجش ولتاژ / جریان / دمای
• منطق کنترل حفاظت
• عناصر سوئیچ MOSFET

فصل ۴: مقایسه BMS و PCM

4.1 تفاوت های عملکردی

BMS مدیریت جامع را ارائه می دهد در حالی که PCM بر حفاظت اساسی تمرکز دارد.

4.2 سناریوهای کاربرد

BMS مناسب برنامه های کاربردی با عملکرد بالا (EV ها، ذخیره سازی شبکه) در حالی که PCM به الکترونیک مصرفی خدمت می کند.

4.3 رابطه

BMS شامل عملکرد PCM است، که بر پایه حفاظت آن ساخته شده است.

فصل پنجم: زمینه های کاربرد

5.1 وسایل نقلیه الکتریکی

BMS ایمنی را تضمین می کند، طول عمر را افزایش می دهد و عملکرد EV را بهینه می کند.

5.2 سیستم های ذخیره انرژی

BMS کارایی را افزایش می دهد و امکان ادغام شبکه هوشمند را فراهم می کند.

5.3 الکترونیک قابل حمل

PCM حفاظت اساسی برای دستگاه های مصرف کننده را فراهم می کند.

فصل ششم: روند آینده

• افزایش دقت و قابلیت اطمینان
• ویژگی های پیشرفته هوشمند (خودآموزش، نگهداری پیش بینی)
• کاهش هزینه ها و مصرف برق
• تراکم یکپارچه سازی بالاتر

فصل 7: نتیجه گیری

BMS و PCM برای عملیات باتری ایمن و کارآمد در سراسر صنایع بسیار مهم هستند. با پیشرفت تکنولوژی، این سیستم ها به سمت دقت بیشتر، هوش و هزینه موثرتر تکامل می یابند.حمایت از راه حل های انرژی پایدار.