البته. فراتر رفتن از مفهوم اساسی BMS، درک بخش "بالانس‌کننده فعال هوشمند" مستلزم ورود به جزئیات فنی است. اینجاست که مهندسی واقعی اتفاق می‌افتد.
بیایید دانش فنی را به حوزه‌های کلیدی تقسیم کنیم: اصول اصلی، توپولوژی و مدار، سیستم‌های کنترل و ارتباطات و هوش.
1. اصول اصلی: "فعال" در بالانس فعال
هدف اساسی، انتقال انرژی از سلول‌های با شارژ بالاتر به سلول‌های با شارژ کمتر است.
• بالانس غیرفعال (خط پایه): انرژی اضافی از بالاترین سلول‌ها را به صورت گرما از طریق یک مقاومت (معمولاً در فاز شارژ CV) هدر می‌دهد. ساده و ارزان است اما ناکارآمد است، به خصوص برای بسته‌های بزرگ یا عدم تعادل زیاد.
• بالانس فعال (روش پیشرفته): انرژی را بین سلول‌ها منتقل می‌کند. این بسیار کارآمدتر است و می‌تواند در حین شارژ، دشارژ و حتی در حالت استراحت کار کند.
معیارهای کلیدی برای بالانس‌کننده‌های فعال:
• جریان بالانس: این مهم‌ترین مشخصه است. غیرفعال ممکن است 0.1-0.2A باشد، در حالی که بالانس‌کننده‌های فعال می‌توانند از 1A تا 20A+ متغیر باشند.
• راندمان: نسبت انرژی تحویل داده شده به سلول کم در مقابل انرژی گرفته شده از سلول زیاد. بالانس‌کننده‌های فعال خوب >90٪ راندمان دارند.
• جریان سکون: جریانی که خود بالانس‌کننده در حالت بیکار می‌کشد. یک BMS هوشمند باید جریان سکون بسیار کمی داشته باشد تا در هنگام ذخیره‌سازی، بسته را تخلیه نکند.
Enerkey فقط بر بالانس فعال تمرکز دارد، ما انواع مختلفی از بالانس‌کننده‌های فعال داریم، لطفاً در زیر مشاهده کنید:
2. توپولوژی و مدار: چگونه انرژی منتقل می‌شود
این قلب دانش فنی است. طرح‌های مدار مختلف از اجزای مختلفی برای انتقال انرژی استفاده می‌کنند.
توپولوژی‌های بالانس فعال رایج:
الف) خازنی (خازن سوئیچ‌دار / انتقال شارژ)
• اصل: از خازن‌های پرنده (یا آرایه‌ای از آن‌ها) برای "انتقال" شارژ بین سلول‌های مجاور استفاده می‌کند.
• فرآیند: یک خازن به یک سلول با ولتاژ بالا متصل شده و شارژ می‌شود. سپس قطع شده و به یک سلول با ولتاژ پایین‌تر متصل می‌شود و در آن تخلیه می‌شود. این عمل به سرعت تکرار می‌شود.
• مزایا: ساده، نسبتاً کم هزینه، بدون اجزای مغناطیسی.
• معایب: جریان بالانس با برابر شدن ولتاژ سلول‌ها کاهش می‌یابد. برای سلول‌های مجاور بهترین است. بالانس در یک رشته طولانی کند است.
• اجزای کلیدی: MOSFETها (به عنوان سوئیچ)، خازن‌ها.
ب) القایی (بر اساس مبدل DC-DC)
این رایج‌ترین و قدرتمندترین روش برای سیستم‌های با عملکرد بالا است. دو پیاده‌سازی اصلی وجود دارد:
• i) یک ترانسفورماتور برای هر جفت سلول (مبدل Flyback دو جهته)
o اصل: هر سلول (یا جفت سلول مجاور) دارای یک ترانسفورماتور کوچک است. انرژی در میدان مغناطیسی ترانسفورماتور از سلول زیاد ذخیره می‌شود و سپس به سلول کم آزاد می‌شود.
o مزایا: می‌تواند هر سلولی در بسته را با هر سلول دیگری بالانس کند، نه فقط همسایه‌ها. بسیار سریع و انعطاف‌پذیر.
o معایب: به دلیل وجود چندین ترانسفورماتور و مدارهای کنترل، پیچیده‌تر و گران‌تر است.
o اجزای کلیدی: ترانسفورماتورها، MOSFETها، دیودها، ICهای کنترل.
• ii) ترانسفورماتور چند سیم‌پیچی (تک هسته‌ای)
o اصل: یک ترانسفورماتور با یک سیم‌پیچ اولیه برای کل بسته و یک سیم‌پیچ ثانویه برای هر سلول.
o مزایا: می‌تواند تمام سلول‌ها را همزمان بالانس کند. بسیار ظریف و بالقوه مقرون به صرفه برای تعداد سلول‌های زیاد.
o معایب: طراحی و ساخت ترانسفورماتور پیچیده. خرابی ترانسفورماتور واحد، کل سیستم بالانس را غیرفعال می‌کند.
o اجزای کلیدی: ترانسفورماتور چند سیم‌پیچی سفارشی، MOSFETها.
ج) مبدل DC-DC با باس ذخیره انرژی
• اصل: از یک مبدل DC-DC دو جهته برای گرفتن انرژی از بالاترین سلول‌ها و ریختن آن روی یک "باس" مشترک (که می‌تواند کل بسته یا یک خازن ذخیره‌سازی اختصاصی باشد) استفاده می‌کند. مبدل دیگری سپس انرژی را از این باس می‌گیرد تا سلول‌های کم را تغذیه کند.
• مزایا: بسیار انعطاف‌پذیر، می‌تواند مقادیر زیادی انرژی را بین هر سلولی منتقل کند.
• معایب: بالاترین پیچیدگی و هزینه.
3. سیستم کنترل و الگوریتم‌ها: بخش "هوشمند"
یک بالانس‌کننده "احمق" فقط روشن می‌شود. یک بالانس‌کننده هوشمند تصمیم می‌گیرد چه زمانی، چگونه و برای چه مدت بالانس کند.
• راه‌انداز بالانس:
o اختلاف ولتاژ: رایج‌ترین روش. هنگامی که اختلاف ولتاژ بین بالاترین و پایین‌ترین سلول از یک آستانه تعیین شده (به عنوان مثال، 10mV) فراتر رفت، بالانس را شروع کنید.
o اختلاف حالت شارژ (SoC): پیشرفته‌تر و دقیق‌تر. از یک فیلتر کالمن یا شمارش کولن برای تخمین محتوای انرژی واقعی هر سلول استفاده می‌کند و بر اساس SoC بالانس می‌کند. این برتر است زیرا ولتاژ می‌تواند یک شاخص گمراه‌کننده تحت بار باشد.
• استراتژی بالانس:
o بالانس بالا: انرژی را از بالاترین سلول‌ها تا سطح سلول‌های دیگر تخلیه می‌کند.
o بالانس پایین: انرژی را به پایین‌ترین سلول‌ها تا سطح سلول‌های دیگر اضافه می‌کند. (کمتر در بالانس فعال رایج است).
o بالانس متوسط: انرژی را منتقل می‌کند تا تمام سلول‌ها را به میانگین ولتاژ/SoC بسته برساند.
• حلقه‌های کنترل PID: جریان بالانس فقط روشن/خاموش نمی‌شود. یک سیستم هوشمند از یک کنترل‌کننده متناسب-انتگرالی-مشتق (PID) برای تعدیل نرم قدرت بالانس استفاده می‌کند و از افزایش و نوسان بیش از حد جلوگیری می‌کند.
4. ارتباطات و یکپارچه‌سازی سیستم
یک BMS هوشمند در خلاء عمل نمی‌کند.
• میکروکنترلر (MCU): مغز. الگوریتم‌های بالانس را اجرا می‌کند، پارامترهای سلول را نظارت می‌کند و ارتباطات را مدیریت می‌کند.
o ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال): کیفیت ADC MCU برای اندازه‌گیری دقیق ولتاژ که اساس بالانس خوب است، حیاتی است.
• پروتکل‌های ارتباطی:
o CAN Bus (شبکه کنترل‌کننده): استاندارد صنعتی. در EVها، سیستم‌های ذخیره انرژی استفاده می‌شود. مقاوم، مقاوم در برابر نویز و به چندین دستگاه اجازه می‌دهد تا ارتباط برقرار کنند.
o UART/RS485: رایج برای DIY و سیستم‌های کوچکتر (اغلب آنچه برنامه‌های "Smart BMS" از طریق بلوتوث استفاده می‌کنند).
o SMBus / I2C: برای ارتباط بین تراشه‌های داخلی یا با شارژرهای هوشمند استفاده می‌شود.
• ثبت داده‌ها: یک BMS هوشمند داده‌ها (حداقل/حداکثر ولتاژ سلول، دماها، زمان بالانس، کدهای خطا) را ثبت می‌کند که برای تشخیص و نگهداری پیش‌بینی‌کننده بسیار ارزشمند است.
مشخصات فنی کلیدی برای تجزیه و تحلیل یک بالانس‌کننده فعال هوشمند:
هنگام ارزیابی یک BMS، به این مشخصات توجه کنید:
1. توپولوژی: خازنی؟ القایی؟ (القایی به طور کلی برای نیازهای جریان بالا برتر است).
2. حداکثر جریان بالانس پیوسته: به عنوان مثال، "5A". این قدرت آن را به شما می‌گوید.
3. راندمان بالانس: به عنوان مثال، ">92%".
4. روش بالانس: چه زمانی بالانس می‌کند؟ (شارژ/دشارژ/ایستا و بر اساس ولتاژ/SoC).
5. دقت اندازه‌گیری ولتاژ: به عنوان مثال، "±2mV". برای بالانس دقیق حیاتی است.
6. رابط ارتباطی: CAN، UART، بلوتوث؟
7. جریان سکون: به عنوان مثال، "<200µA".
ملاحظات عملی:
• دفع گرما: انتقال 5-10A جریان گرما تولید می‌کند. BMS باید طراحی حرارتی مناسبی داشته باشد (سینک‌های حرارتی، ریختن مس PCB).
• EMI/EMC: سوئیچینگ با فرکانس بالای بالانس‌کننده‌های فعال می‌تواند تداخل الکترومغناطیسی ایجاد کند. طراحی خوب شامل محافظ و فیلتر برای مطابقت با استانداردهای نظارتی است.
• تحمل خطا: اگر یک MOSFET سوئیچینگ اتصال کوتاه شود، چه اتفاقی می‌افتد؟ طرح‌های خوب شامل محافظت برای جلوگیری از اتصال کوتاه فاجعه‌بار یک سلول است.
به طور خلاصه، "بالانس‌کننده فعال هوشمند" یک سیستم الکترونیک قدرت پیچیده است. این سیستم، طراحی مبدل DC-DC با فرکانس بالا، اندازه‌گیری آنالوگ دقیق، الگوریتم‌های کنترل پیشرفته و پروتکل‌های ارتباطی قوی را برای به حداکثر رساندن عملکرد، ایمنی و طول عمر یک بسته باتری ترکیب می‌کند. برای عمیق‌تر شدن، توصیه می‌کنم توپولوژی‌های مبدل DC-DC (به ویژه Flyback و Buck-Boost) و سیستم‌های کنترل تعبیه‌شده را مطالعه کنید.
Enerkey فناوری بالانس فعال هوشمند را برای باتری‌های لیتیومی در پهپادها توسعه داده است، از جمله برد بالانس فعال خازن Fit، یک فناوری ثبت شده. این فناوری همچنین برای محافظت و مدیریت بسته‌های باتری ذخیره انرژی در دستگاه‌های پزشکی، بسته‌های باتری ذخیره انرژی خانگی و محافظت در برابر جریان برگشتی موازی برای بسته‌های باتری در تجهیزات زیرساخت‌های مخابراتی استفاده می‌شود.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
