Endüstri Uygulaması
Ürün Tipi
Lityum Pil Yönetim Sistemleri Neden Bu Kadar Önemli?
Bilim ve teknolojinin artan yenilikleriyle birlikte lityum piller öne çıkıyor. Mobil cihazlardan güç ekipmanlarına ve enerji depolama ekipmanlarına kadar insanlar, lityum pillerin çekirdek pil yönetim sistemini gözden kaçırmışlardır. BMS pilin performansını, güvenliğini ve ömrünü garanti edebilir. Yüksek kaliteli bir BMS yalnızca gelişmekle kalmaz Performansı artırmanın yanı sıra potansiyel risklerden de kaçının. Bu BMS'in yeri doldurulamaz değeridir.
Daha sonra lityum iyon pilleri keşfetmek ve pil yönetim sistemlerinin rolünü anlamak için beni takip edin. BMS'in bileşenlerinden, BMS mimarisinden ve BMS'in gelişmiş türev fonksiyonlarından sizler için BMS'in sırlarını açığa çıkaracağım. Aynı zamanda, kullanıcı ihtiyaçlarına göre uygun bir pil yönetim sisteminin nasıl seçileceğini tartışacağım ve paradan tasarruf etmeniz için size güvenilir rehberlik sağlayacağım. Bekleyemiyorum.
Lityum İyon Pil Nedir?
Lityum-iyon pil hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır. Cep telefonlarından, dizüstü bilgisayarlardan elektrikli araçlara, taşınabilir güç bankalarından güneş enerjisi depolamaya kadar günümüzün en popüler şarj edilebilir pili olan bu bölümde, bu önemli teknolojiyi tam olarak anlamak için lityum pillerin avantajları ve özellikleri incelenecektir.
Ana özellikler ve avantajlar
1. Enerji yoğunluğu: Diğer pil bileşenleriyle karşılaştırıldığında, lityum iyon piller daha yüksek pil yoğunluğuna sahiptir, bu da daha küçük bir depolama alanında daha fazla enerjinin depolanabileceği anlamına gelir.
2. Ömrü: Lityum-iyon piller, kurşun-asit pillerden 10 kat daha uzun çevrim ömrüne sahiptir. BSL lityum piller, 3.500 şarj ve deşarj döngüsünden sonra bile kalan kapasitelerinin %80'ini koruyabilir ve uzun vadede daha güçlü değere sahiptir.
3. Bakım gerektirmez: Su veya asit eklenmesine ve düzenli bakım yapılmasına gerek yoktur; bu da kurşun asitli akülere kıyasla toplam sahip olma maliyetini azaltır.
4. Hızlı şarj ve deşarj: Lityum piller hızlı şarjı destekler, kurşun-asit pillere göre 5 kat daha hızlı şarj olur, daha az arıza süresine sahiptir ve yüksek deşarj, patlayıcı güç gerektiren uygulamalar için oldukça uygundur. Örneğin 72V gezi arabaları veya golf arabaları.
5. Daha hafif: Lityum piller, kurşun-asit pillerin yalnızca ¼'ü ağırlığındadır ancak daha fazla enerjiye ve daha fazla esnekliğe sahiptir.
6. Sıcaklık: Lityum piller aşırı hava koşullarında da normal şekilde çalışabilir. BSL piller -30°C (-22°F) ila 55°C (131°F) arasındaki sıcaklıklarda performans kaybı olmaksızın normal şekilde çalışabilir. Daha güçlü tempo hız esnekliği.
7. Deşarj derinliği: Lityum piller %90'lık sağlıklı bir deşarj oranıyla daha derin bir deşarj derinliğine sahipken, kurşun asitli bataryalar yalnızca %40-50'ye sahiptir.
8. Çevresel faydalar: Lityum-iyon piller sıfır kirlilik yaratıyor ve her geçen gün daha fazla şirket kurşun-asit pilleri bırakıp lityum pillere geçiyor ve küresel sürdürülebilir yeşil sıfır karbon emisyonlarına olağanüstü katkılar sağlıyor.
Lityum pil uygulamaları
1. Elektrikli araçlar: elektrikli arabalar, forkliftler, golf arabaları , Karavanlar.
2. Taşınabilir elektronik cihazlar: cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, dronlar vb.
3. Tıbbi ekipman: kalp pilleri ve diğer tıbbi ekipmanlar.
4. Yenilenebilir enerji depolama: güneş pilleri. Fotovoltaik sistemler.
5. Acil durum güç yedeklemesi: UPS acil durum güç sistemi
6. Uzaktan izleme torsiyon sistemi: Lityum iyon piller düşük kendi kendine deşarj oranlarına ve uzun kullanım ömrüne sahiptir; bu da onları uzak alan izleme ve alarm sistemleri için daha uygun hale getirir.
7. Hareket etmeye yardımcı cihazlar: elektrikli bisikletler ve elektrikli tekerlekli sandalyeler.
Pil yönetim sisteminin (BMS) rolü
Pil paketinin beyni olan BMS, lityum pillerin güvenliği, performansı ve ömrü için güçlü bir garantidir. Pilin optimum sıcaklık, akım ve voltaj aralığında çalışmasını sağlar, pilin bütünlüğünü gerçek zamanlı olarak izleyip korur ve kullanıcı güvenliği için güvenilir garanti sağlar.
Temel işlevler
1. İzleme
BMS, gün boyunca her pilin durumunu sürekli olarak izler: voltaj, akım ve sıcaklık. Bu gerçek zamanlı veri toplama, pil takımının proaktif bir şekilde yönetilmesi için çok önemlidir çünkü optimum performans için herhangi bir zamanda ayarlamalar yapılmasına olanak tanır.
2. Koruma
Akü yönetim sistemi, akü hücrelerinin hasar ve arızalardan korunmasında önemli bir rol oynar. Aşırı sıcaklık koşullarını yönetin ve bağlantıları ve kısa devreleri tespit edin.
Altı ana koruma sağlayın:
• Şarj koruması
• Boşaltma koruması
• Aşırı ısınma koruması
• Kısa devre koruması
• Aşırı akım koruması
• Denge koruması
Bu korumalar sayesinde BMS, pillerin güvenliğini ve güç kaynağı ekipmanının genel güvenilirliğini artırabilir.
3. Durum tespiti
Pil yönetim sistemi pilin şarj durumunu (SOC) ve sağlık durumunu (SOH) algılayabilir
Örneğin SOC, kalan pil gücünü görüntüleyebilir ve kalan mesafeyi veya güç kaynağı süresini tahmin edebilir. SOH, pil sağlık durumunu tespit edebilir ve olası pil sorunlarını mümkün olduğu kadar erken tespit edebilir; bu da herhangi bir arıza meydana gelmeden önce önleme ve bakımın uygulanmasına yardımcı olur.
4. Termal yönetim
BMS, pil takımının termal durumunun tespit edilmesinde hayati bir rol oynar. BMS, gerçek zamanlı izleme ve soğutma stratejilerini uygulayarak aşırı ısınma riskini etkili bir şekilde önleyebilir. Aşırı ısınma, pil ömrünü önemli ölçüde azaltabilir ve ciddi durumlarda termal kaçaklara neden olabilir. BMS, termal kaçakları önlemek amacıyla yangınları soğutmak veya otomatik olarak söndürmek için kullanılabilir.
Termal kaçak, pil sıcaklığının yükselmeye devam ettiği ve kontrol edilemediği yıkıcı bir reaksiyondur. Genellikle pilin kısa devresinden kaynaklanır. Kısa devre meydana geldiğinde akım sınırsız olarak akar ve ısı üretir.
Isı dahili pile zarar vererek akımın artmasına ve ısı üretmeye devam etmesine neden olur. Bu geri bildirim döngüsü pile ciddi şekilde zarar verebilir ve hatta alev alabilir veya patlayabilir.
BMS, akü hücrelerinin sıcaklığını izleyerek ve termal kaçak olasılığını önlemek için dahili yangın söndürme sistemine dayalı olarak harekete geçerek aküyü kapsamlı bir şekilde koruyabilir.
5. Performans Optimizasyonu
BMS, elektrik ve termal yönetim yoluyla pil takımı içindeki hücrelerin dengesini sağlar. Bu denge sağlandığında pil kapasitesi ve performansı maksimuma çıkacak.
6. Raporlama:
BMS, pilin çalışmasıyla ilgili önemli bilgileri harici cihazlara sağlar. Bu zamanında bilgi sayesinde pil etkin bir şekilde kullanılabilir ve bakımı yapılabilir.
Bir BMS'nin Temel Bileşenleri
1. Algılama elemanı
• Gerilim sensörü
Gerilim izleme cihazları, her akü hücresinin voltajının izlenmesinin ayrılmaz bir parçasıdır. Pil güvenliği ve verimliliği, uyumlu voltaj seviyelerinin korunmasına bağlıdır. Gerilim cihazları her akü hücresinin gerilim farkını ölçer. Akü yönetim sistemi (BMS), akü voltajlarını yakından izleyerek hücre dengeleme işlemlerini gerçekleştirerek aküdeki tüm hücrelerin eşit şekilde şarj ve deşarj olmasını sağlar. Ayrıca şarj durumunu (SOC) hesaplar ve bataryayı, bataryaya zarar verebilecek aşırı şarj veya derin deşarjdan korur.
• Akım sensörü
Mevcut izleme birçok nedenden dolayı önemlidir. İlk olarak, Coulomb sayımı adı verilen bir teknikle akımı zaman içinde entegre ederek SOC'yi hesaplar. Ayrıca aşırı akım veya kısa devre gibi anormal durumların tespit edilmesine yardımcı olarak koruyucu önlemlerin uygulanabilmesini sağlar. Mevcut akım sensörleri arasında Hall etkisi sensörleri, şönt dirençler ve akım transformatörleri bulunur. BMS ayarlarında Hall etkisi sensörleri yaygın olarak kullanılır çünkü hem AC hem de DC akımları ölçme esnekliğine sahiptirler ve sensör ile akım taşıyan iletken arasında elektriksel izolasyon sağlarlar.
• Sıcaklık sensörü
Termal sensörler akü sıcaklık koşullarını izlemek için kullanılır. Piller çalışırken ısı üretirler ve termal ortamları verimliliklerini büyük ölçüde etkileyebilir. Ayrıca aşırı ısınma, termal kaçak adı verilen, pilin arızalanmasına ve hatta yangına neden olabilecek tehlikeli bir duruma yol açabilir. Bu sorunlar, termokupllar ve termistörler de dahil olmak üzere sıcaklık sensörlerinin pil takımına stratejik olarak yerleştirilmesiyle çözülebilir. Temel olarak, tek tek hücrelerin sıcaklığını ve pil takımını çevreleyen ortam sıcaklığını ölçerler. Pil yönetim sistemi (BMS), bu sensörlerden veri toplayarak akıllı kararlar alabilmektedir. Bu kararlar, güvenli termal koşulları korumak için soğutma sistemlerinin etkinleştirilmesini veya şarj ve deşarj oranlarının ayarlanmasını içerebilir.
2.Pil Denetleyicisi
Piller BMS çerçevesinin önemli bir bileşenidir. Çoklu pil operasyonlarını merkezi bir işlem birimi ve karar verme merkezi olarak koordine eder. Önceden tanımlanmış kontrol algoritmalarına dayanan bu bileşen, çeşitli sensörlerden toplanan verileri işler ve pilin optimum performans ve güvenliği sürdürmesini sağlamak için harekete geçer. Mikrodenetleyiciler veya dijital sinyal işlemcileri (DSP'ler), genellikle pil kontrol ünitelerinde pil monitörleri ve koruyucularla birlikte kullanılır.
• Pil Monitörü ve Koruyucu
Akü monitörü akünün voltajını, akımını ve sıcaklığını sürekli olarak izler. Bu bilgiyi kullanarak pilin şarj durumunu, sağlık durumunu ve genel sağlığını belirleyebilirsiniz. Pil monitörü tarafından bir anormallik tespit edildiğinde pil koruyucusu yanıt verir. Hasarı önlemek için koruyucu, akünün bağlantısını kesmek veya şarj/deşarj oranını değiştirmek gibi uygun önlemleri alarak akünün aşırı şarj edilmesini veya aşırı boşalmasını önler.
• Kontrol Algoritması
Algoritma, batarya yönetim sisteminin (BMS) akıllı kararlar almasına yardımcı olan bir dizi kural ve matematiksel modeldir. Bu algoritmaları tasarlarken pil kimyası, kullanım amacı ve istenen performans özelliklerinin tümü dikkate alınmalıdır. Çok karmaşık olabilirler ve tüm faktörleri dikkate alacak şekilde dikkatle tasarlanmışlardır. Örneğin, bir kontrol algoritması, aşırı şarjı önlemek için pil tam şarja yaklaştığında şarj akımının dinamik olarak nasıl ayarlanması gerektiğini belirleyebilir. Şarj durumunu (SOC) belirlemek için başka bir algoritma, voltaj ve akım sensörlerinden gelen verileri kullanabilir. Pillerin verimli ve güvenli bir şekilde çalışabilmesi için bu algoritmaların etkili olması gerekmektedir.
• Mikrodenetleyici veya Dijital Sinyal İşlemcisi (DSP)
Mikrodenetleyiciler veya dijital sinyal işlemcileri (DSP'ler), pil denetleyicisinin kalbidir. Kontrol algoritması bu bileşen tarafından yürütülür. Mikrodenetleyicilerin çok yönlülüğü ve entegrasyon kolaylığı, onları son derece popüler bir genel amaçlı işlemci haline getirmektedir. Veri toplama, iletişim kurma ve kontrol algoritmalarını yürütmenin yanı sıra birçok başka görevi de yerine getirme yeteneğine sahiptirler. Öte yandan DSP, sayısal işlemde üstün olan özel bir işlemcidir. DSP'ler özellikle yüksek hızlı veri işleme gerektiren belirli uygulamalar için tercih edilebilir. Mikrodenetleyiciler ve DSP'ler sonuçta BMS'nin ve uygulamasının özel ihtiyaçlarına göre seçilir.
3.İletişim Arayüzleri
İletişim arayüzleri bir BMS'nin temel bileşenleridir ve cihazlarla veya diğer sistemlerle bilgi alışverişine olanak tanır. İletişim arayüzleri veri kaydı, raporlama ve iletişim protokollerini içerir.
İletişim Protokolleri
Bir BMS'deki cihazlar arasındaki veri formatı ve alışverişi iletişim protokolleri tarafından kontrol edilir. Bu protokoller, cihazların birbirini anlayabilmesi ve başarılı bir şekilde iletişim kurabilmesi için gereklidir. Tipik BMS uygulamaları şunları içerir:
• Denetleyici Alanı Ağı (CAN): Otomotiv uygulamalarında sıklıkla kullanılır. Gerçek zamanlı iletişimi destekler ve iyi bir güvenilirliğe ve dayanıklılığa sahiptir.
• Entegre Devreler Arası (I2C): Gömülü sistemlerde I2C genellikle düşük hızlı çevre birimlerini bağlamak için kullanılır. Genellikle kısa mesafelerde iletişim kuran tek cihazlar için kullanılır.
• Seri Çevresel Arayüz (SPI): SPI gömülü sistemler için uygundur ve kısa mesafeli iletişim için kullanılır. I2C protokolünden daha hızlıdır ve bu nedenle yüksek hız gereksinimi olan uygulamalarda kullanılır.
• Modbus: Endüstriyel ortamlarda sıklıkla kullanılır. Avantajı, aynı ağa bağlı birden fazla cihaz arasında iletişim kurabilmesidir.
• RS-485: RS-485, 1980'lerin ortasında ortaya çıkmaya başlayan ve orijinal olarak endüstriyel uygulamalar için geliştirilen bir seri iletişim protokolüdür. Telekomünikasyon Endüstrisi Birliği ve Elektronik Endüstrileri Birliği tarafından ortaklaşa yayınlanmaktadır.
• Bluetooth: Verileri akıllı telefonlar ve mobil cihazlar gibi kişisel cihazlara ileten bir kablosuz iletişim teknolojisi.
Veri Kaydı ve Raporlama
BMS, belirli bir süre boyunca voltaj, akım, sıcaklık ve SOC ile ilgili verileri kaydeder. Bu, performans analizini ve potansiyel risklerin giderilmesini kolaylaştırır.
Bu verilerin diğer sistem ve cihazlara gönderilmesiyle raporlama süreci dışsallaştırılır. Örneğin SOC, bir BMS aracılığıyla elektrikli bir aracın gösterge panosunda görüntülenebilir, böylece sürücü güç seviyesini ve tahmini kilometreyi istediği zaman görebilir. Endüstriyel uygulamalarda BMS, izleme ve kontrol için merkezi bir kontrol sistemine veri sağlayabilir.
4.Koruma Devreleri
Akü sisteminin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için koruma devresi BMS'nin çok önemli bir parçasıdır. Potansiyel olarak zararlı veya tehlikeli durumları önlemek için pilin durumunu sürekli olarak izler ve gerçek zamanlı olarak ayarlama yapar veya müdahale eder.
BMS'de dört ana güvenlik özelliği vardır:
• Aşırı şarj koruması
• Aşırı deşarj koruması
• Kısa devre koruması
• Termal koruma
5.Dengeleme Devreleri
Dengeleme devresi BMS çerçevesinin temel bir bileşenidir. Çok hücreli bir pil paketinde, pil paketindeki tüm hücrelerin aynı şarj durumuna (SOC) sahip olmasını sağlamak için hücre dengeleme önemlidir. Bu, optimum performansı sağlamanın yanı sıra pil paketinin dayanıklılığını ve güvenilirliğini de artırır.
• Pasif Dengeleme:
Pasif dengeleme, fazla enerjinin daha yüksek SOC'ye sahip hücrelerden daha yüksek SOC'ye sahip daha düşük şarjlı hücrelere ısı şeklinde dağıtılmasını içerir.
• Aktif Dengeleme:
Pasif dengelemenin aksine aktif dengeleme, yükü serbest bırakmak yerine hücreler arasında yeniden dağıtır. Aktif dengelemede DC-DC dönüştürücüler, indüktörler ve kapasitörler kullanılır. Aktif dengeleme sırasında enerji, daha yüksek SOC'ye sahip hücrelerden daha düşük SOC'ye sahip hücrelere aktarılır.
Pil Yönetim Sistemi Türleri
1.Merkezi BMS Mimarlık
Akü düzeneğinde yalnızca bir adet merkezi BMS bulunur ve tüm akü paketleri doğrudan merkezi olana bağlanır.
Avantajları:
Kompakt ve ucuz.
Dezavantajları:
Pillerin tümü BMS'ye bağlı olduğundan çok sayıda bağlantı noktası bağlantısı vardır. gerekli yani var birçok Daha sonraki bakım için uygun olmayan kablo demeti kabloları.
2.Modüler BMS Topolojisi
Merkezi bir BMS'ye benzer şekilde, modüler bir BMS, her biri bitişik akü paketlerine bağlanmak için kendi kablo demetine sahip olan birden fazla tekrar eden modüle bölünmüştür. Bu BMS alt modülleri, alt modüllerin durumunun izlenmesinden ve çevresel cihazlarla iletişim kurmaktan sorumlu olan bir ana BMS modülü tarafından izlenebilir.
Avantajları:
Modülerlik, sorun giderme ve bakım için daha elverişlidir ve aynı zamanda pil paketini genişletmek de uygundur.
Dezavantajları:
Daha yüksek toplam maliyet ve farklı uygulamalar nedeniyle kullanılmayan yinelenen işlevler olabilir.
3.Ana/Köle BMS
Modüler topolojiye benzer şekilde, yardımcı cihazlar ölçüm bilgilerinin iletilmesiyle sınırlıdır; ana cihaz ise hesaplama, kontrol ve harici iletişimden sorumludur. Modüler tipe benzer olmasına rağmen, bağımlı cihazlar daha basit işlevselliğe, potansiyel olarak daha az ek yüke ve daha az kullanılmayan özelliğe sahip olma eğilimindedir.
4. Dağıtılmış BMS Mimarisi
Dağıtılmış bir BMS'de tüm elektronik donanım, yerleştirilen pil veya modül üzerindeki bir kontrol panosuna entegre edilir. Birkaç sensör hattına ve bitişik BMS modülleri arasındaki iletişim hatlarına giden kablolamanın çoğunu basitleştirir.
Avantajları:
Her BMS bağımsızdır ve hesaplamaları ve iletişimleri kendi başına gerçekleştirebilir.
Dezavantajları:
Bu entegrasyon biçimi, korumalı modül tertibatının derinliklerinde yer aldığından sorun giderme ve bakım zor olabilir. Genel akü paketi yapısında daha fazla BMS bulunması nedeniyle maliyetler de daha yüksek olma eğilimindedir.
BSLBATT'ın Li-ion BMS Sistemlerinde Uygulanması.
Yeni bulut platformu teknolojisi, BMS aracılığıyla temel bilgileri görüntüleyebiliyor
Temel bilgiler
Aracın proje bilgilerini, BMS yazılım ve donanım bilgilerini, operasyon istatistiklerini vb. içerir.
Gerçek zamanlı durum
Aracın çalışıp çalışmadığını, akü hücresi voltajı, sıcaklığı vb. dahil olmak üzere aracın gerçek zamanlı çalışma bilgilerine göz atabilirsiniz.
Konum bilgisi
Aracın gerçek zamanlı konum bilgilerine göz atabilir ve aracın hareket yörüngesini zamana göre görüntülemeyi destekleyebilirsiniz.
BMS yapılandırması
BMS durum takibine ve arıza analizine yardımcı olan çeşitli BMS parametrelerinin mevcut kalibrasyon değerlerini görüntüleyin
Operasyon geçmişi
Aracın her şarj ve deşarj yörüngesini kaydedin
Arıza geçmişi
Aracın her arıza verisini kaydedin, zamana, arıza türüne/seviyesine vb. göre sıralamayı destekleyin.
Yükseltme geçmişi
İster havadan 0TA yükseltmesi ister yerinde CAN yükseltmesi olsun, BMS yazılımının her güncellemesi kaydedilecek ve çevrimiçi sorgulamayı destekleyecek, böylece yazılımın tam yaşam döngüsü izlenebilirliği gerçekleştirilecektir.
Ekipman değişikliği
Dağıtılmış yapıya sahip BMS sistemi için her bir köle değişimi gerçek zamanlı olarak tespit edilecek ve kaydedilecektir.
Veri aktarımı
BMS terminali, çalışma sırasında periyodik olarak bulut platformuna çalışma verilerini gönderir
