سیستم مدیریت باتری خودروهای الکتریکی بخش مهمی از رسیدن ایمن از A به B است. اما چگونه به این امر دست می یابد؟
سوار وسیله نقلیه الکتریکی خود می شوید، آن را روشن می کنید و خوشه تعداد مایل هایی را که می توانید طی کنید به شما نشان می دهد. بر اساس این محدوده، شما تصمیم می گیرید که پیت استاپ هایی را که برای رسیدن به مقصد خود طی کنید، انتخاب می کنید، اما آیا تا به حال فکر کرده اید که وسیله نقلیه شما چگونه مسافتی را که می تواند طی کند محاسبه می کند؟
خوب، سیستم مدیریت باتری یا BMS به بسته باتری که وسیله نقلیه الکتریکی شما را نیرو می‌دهد و برد را برای شما تخمین می‌زند، توجه دارد. علاوه بر این، سیستم بر سلامت بسته باتری نظارت می کند و از ایمن بودن آن برای استفاده اطمینان حاصل می کند.
آشنایی با بسته‌های باتری و سلول‌های لیتیوم یونی
قبل از ورود به سیستم‌های مدیریت باتری، درک نحوه ساخت بسته‌های باتری ضروری است.
یک بسته باتری در یک وسیله نقلیه الکتریکی از سلول های لیتیوم یونی ساخته شده است و این سلول ها برای ایجاد یک ماژول بسته باتری به یکدیگر متصل می شوند. این ماژول ها بیشتر به ماژول های دیگر متصل می شوند تا یک بسته باتری ایجاد کنند. این طراحی مدولار به مدیریت موثر بسته باتری کمک می کند و قابلیت سرویس را بهبود می بخشد. با توجه به این معماری طراحی، سازنده بسته باتری می تواند یک ماژول معیوب را به جای تعویض کل بسته باتری جایگزین کند.
از نظر مزایا، سلول های لیتیوم یون چندین ویژگی مانند نسبت توان به وزن بالا، راندمان انرژی بالا، ویژگی های خود تخلیه کم و عملکرد خوب در دمای بالا را ارائه می دهند. با توجه به این ویژگی‌ها، سلول‌های لیتیوم یونی بهترین انتخاب برای خودروهای الکتریکی هستند، اما این باتری‌ها بی‌عیب نیستند و فناوری باتری‌های حالت جامد در تلاش است تا مشکلاتی را که با باتری‌های لیتیوم یونی پیش می‌آید حل کند.
نکته دیگری که در اینجا باید به آن توجه کرد این است که سلول های لیتیوم یونی تنها در صورتی می توانند مزایای ذکر شده در بالا را ارائه دهند که در محدوده های مشخصی کار کنند. در زیر مروری کوتاه بر این محدودیت های عملیاتی ارائه شده است.
- مشخصات ولتاژ: بسته باتری یک خودروی الکتریکی از چندین سلول لیتیوم یونی ساخته شده است. تسلا رودستر با 6831 سلول عرضه شد و هر کدام از این سلول‌ها باید در محدوده ولتاژ تعیین شده کار کنند. برای اکثر سلول ها، این محدوده بین 3.0 تا 4.1 ولت است. اگر سلول ها خارج از این محدوده استفاده شوند، عمر بسته باتری و عملکردی که ارائه می دهد بدتر می شود.
- محدودیت‌های دما: علاوه بر محدودیت‌های ولتاژ، دمای باتری‌های لیتیوم یونی نیز باید کنترل شود. برای اکثر سلول ها، این محدوده بین -4 تا 131 درجه فارنهایت (20- و 55 درجه سانتیگراد) است. اگر سلول ها خارج از این محدوده دما کار کنند، عملکرد و عمر بسته باتری می تواند به شدت کاهش یابد.
- کشش جریان: میزان جریان گرفته شده از سلول ها نیز باید نظارت شود. اگر مقدار جریان گرفته شده از سلول ها خارج از محدوده های تعیین شده باشد، عمر سلول ها به طور تصاعدی کاهش می یابد.
- جریان شارژ: بسته باتری نیز باید در طول شارژ تحت نظارت باشد. این به این دلیل است که مقادیر زیادی جریان در مدت زمان کوتاهی به بسته باتری پمپ می شود و این معمولاً در هنگام شارژ سریع با استفاده از شارژرهای سطح 3 رخ می دهد. به دلیل جریان زیاد در بسته باتری، سلول ها می توانند بیش از حد شارژ شوند و باعث گرم شدن آنها و کاهش عمر و عملکرد سلول ها شود.
از آنجایی که برای عملکرد بهینه یک بسته باتری باید چندین پارامتر نظارت شود، به یک سیستم مدیریت باتری نیاز دارد. این سیستم مدیریت یک دستگاه محاسباتی است که بر چندین ویژگی هر سلول نظارت می کند و اطمینان می دهد که بسته باتری در محدوده های مشخص شده کار می کند.
اگر سلول ها در محدوده های تعیین شده کار نکنند چه اتفاقی می افتد؟
اگر سلول های یک بسته باتری در دمای بالا کار کنند یا جریان زیادی از آنها گرفته شود، پدیده ای به نام فرار حرارتی می تواند رخ دهد.
ببینید، یک باتری لیتیوم یونی انرژی را از طریق یک سری واکنش های شیمیایی تامین می کند. این واکنش‌ها گرما تولید می‌کنند و اگر باتری‌ها در محدوده مناسب کار نکنند، مقدار گرمای تولید شده توسط این واکنش‌ها به صورت تصاعدی بالا می‌رود.
به دلیل این افزایش تولید گرما، سلول ها می توانند آتش بگیرند و باعث واکنش زنجیره ای در بسته باتری شوند. بنابراین، نظارت بر دمای هر سلول برای جلوگیری از فرار حرارتی ضروری است.
سیستم مدیریت باتری چگونه کار می کند و چه کاری انجام می دهد؟
سیستم مدیریت باتری کامپیوتری است که به چندین سنسور متصل است. این سنسورها ولتاژ، جریان و دمای هر سلول را کنترل می کنند و آن را به BMS ارسال می کنند.
سپس سیستم مدیریت باتری این داده ها را تجزیه و تحلیل می کند تا اطمینان حاصل شود که هر سلول در محدوده های تعیین شده عمل می کند. اگر اینطور نیست، پس سعی می کند مشکل را حل کند.
اگر سلول‌های داخل بسته باتری خیلی داغ باشند، BMS سیستم خنک‌کننده را مدیریت می‌کند تا دمای بسته باتری را کاهش دهد.
در صورت تغییر در ولتاژ سلول، سیستم مدیریت باتری تعادل سلول را انجام می دهد. برای متعادل کردن سلول ها، انرژی را از یک سلول به سلول دیگر منتقل می کند تا اطمینان حاصل شود که همه سلول ها در یک سطح ولتاژ کار می کنند.
علاوه بر وظایف ذکر شده در بالا، BMS اطلاعاتی را که دریافت می کند برای محاسبه وضعیت شارژ و سلامت باتری، گزارش می گیرد.
چگونه یک سیستم مدیریت باتری محدوده را محاسبه می کند؟
یکی از سنسورهای متصل به BMS میزان جریان ورودی و خروجی از بسته باتری را اندازه گیری می کند. بر اساس این داده‌ها، سیستم مدیریت باتری میزان جریان بسته باتری و میزان مسافتی که وسیله نقلیه شما می‌تواند طی کند را تخمین می‌زند و اضطراب شما را دور نگه می‌دارد.
آیا سیستم های مدیریت باتری واقعا مورد نیاز هستند؟
سیستم مدیریت باتری در یک وسیله نقلیه الکتریکی هر سلول در بسته باتری را از نزدیک نظارت می کند. این تضمین می کند که بسته باتری برای استفاده ایمن است و اگر سلول ها به درستی کار نمی کنند از خودرو محافظت می کند.
علاوه بر این، محدوده ای را که وسیله نقلیه می تواند طی کند را تخمین می زند و به بهبود چرخه عمر کلی بسته باتری کمک می کند. بنابراین، یک سیستم مدیریت باتری بخش مهمی از یک وسیله نقلیه الکتریکی است و یک سیستم مدیریت باتری خوب می تواند عمر یک وسیله نقلیه الکتریکی را چندین سال بهبود بخشد.