பேக் உற்பத்தி செயல்முறை தொடர்: பேட்டரி பேக் BMS இன் முக்கிய செயல்பாடுகள், அமைப்பு கட்டமைப்பு மற்றும் வன்பொருள் கட்டமைப்பு

சக்தி பேட்டரி பேக்குகள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரி பேக்குகள் பொதுவாக டஜன் கணக்கான அல்லது நூற்றுக்கணக்கான உள் செல்களைக் கொண்டிருக்கும். இவ்வளவு பெரிய எண்ணிக்கையிலான செல்களை நிர்வகிக்க, பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்பு (BMS) ஒரு தவிர்க்க முடியாத முக்கிய தொழில்நுட்பமாக மாறியுள்ளது.

BMS என்பது பேட்டரி பேக்கின் "மூளை" என்று சொல்லலாம். அதன் செயல்பாடுகள் தனிநபர்கள் மற்றும் பேட்டரி பாதுகாப்பை உறுதி செய்தல், சக்தி அல்லது ஆற்றல் சேமிப்பு தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்தல் மற்றும் பேட்டரி ஆயுளை நீட்டித்தல் ஆகும்.

01 BMS இன் முக்கிய செயல்பாடுகள்

BMS இன் முக்கிய செயல்பாடு, பேட்டரி மின்னழுத்தம், வெப்பநிலை மற்றும் மின்னோட்டத்தை நிகழ்நேரத்தில் கண்காணித்தல், சார்ஜ் நிலை (SOC) மதிப்பீடு மற்றும் சமநிலை கட்டுப்பாடு மூலம் பேட்டரி செயல்திறனை மேம்படுத்துதல், அதே நேரத்தில் அதிக மின்னழுத்தம், அதிக மின்னோட்டம் மற்றும் அதிக வெப்பநிலை பாதுகாப்பு போன்ற பிழை பாதுகாப்பு செயல்பாடுகளையும் கொண்டுள்ளது.

செல்களின் நிலையை மதிப்பிடுவது BMS-ன் முக்கிய செயல்பாடாகும். இந்தச் செயல்பாட்டை அடைய அனலாக் ஃபிரண்ட்-எண்ட் (AFE) சிப் (மின்னழுத்தப் பெறுதலுக்காக), ஹால் சென்சார்கள் (மின்னோட்டப் பெறுதலுக்காக), NTC சென்சார்கள் (வெப்பநிலை பெறுதலுக்காக) மற்றும் பிற சென்சார்கள் (வாயு அழுத்தம், புகை போன்றவற்றைப் பெறுவதற்காக) தேவைப்படுகின்றன.

சமிக்ஞைகளைப் பெற்ற பிறகு, அவை மின்வேதியியல் மாதிரிகள் மற்றும் மேம்பட்ட மதிப்பீட்டு அல்காரிதம்களுடன் (Extended Kalman Filter, Sliding Mode Observer போன்றவை) இணைந்து, பேட்டரியின் State of Charge (SOC), State of Health (SOH), State of Power (SOP), State of Energy (SOE) மற்றும் State of Safety (SOS) ஆகியவற்றை நிகழ்நேரத்தில் மதிப்பிடுகின்றன.

இந்த நிலை அளவுருக்களின் அடிப்படையில்,

அ) பேட்டரி பேக்கிற்காக:

BMS பேட்டரியின் சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் பவரின் மேம்படுத்தலைக் கட்டுப்படுத்தி நிர்வகிக்கிறது, சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் கால அளவைக் கட்டுப்படுத்துகிறது, மேலும் பேட்டரியின் உள் நிலையை திறம்பட நிர்வகிக்க கட்டுப்பாட்டு கட்டளைகள், தொடர்பு மற்றும் கண்டறியும் செயல்பாடுகள் மூலம் தொடர்பு கொள்கிறது.

b) வெளிப்புற அமைப்புகளுக்கு:

தகவல்தொடர்பு மற்றும் கண்டறியும் செயல்பாடுகள் மூலம், BMS முக்கிய நிலைத் தகவலையும் கட்டுப்பாட்டு கட்டளைகளையும் வாகனத்திற்கும் சார்ஜருக்கும் பரப்புகிறது, பேட்டரிக்கும் வெளிப்புற அமைப்புகளுக்கும் இடையே ஒருங்கிணைந்த செயல்பாட்டை உறுதி செய்கிறது.

02 BMS இன் சிஸ்டம் கட்டமைப்பு

(1) மையப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் பரவலாக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகள்

மையப்படுத்தப்பட்ட BMS ஆனது மூன்று செயல்பாட்டு தொகுதிகளான - செல் கண்காணிப்பு அலகு (CMC), உயர் மின்னழுத்த கண்காணிப்பு அலகு (HVMU), மற்றும் பேட்டரி மேலாண்மை அலகு (BMU) - ஆகியவற்றை ஒரே சர்க்யூட் போர்டில் அல்லது ஒருங்கிணைந்த கன்ட்ரோலரில் ஒருங்கிணைத்து, ஒரு "ஒற்றைப் புள்ளி கட்டுப்பாட்டு" கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது.

மையப்படுத்தப்பட்ட BMS ஆனது ஒரு சிறிய அமைப்பு கட்டமைப்பு, குறைக்கப்பட்ட கேபிளிங், சிறிய இடம், மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த ஒட்டுமொத்த செலவை ஏற்படுத்துகிறது. இருப்பினும், உயர் மின்னழுத்த மற்றும் குறைந்த மின்னழுத்த தொகுதிகள் ஒரே சர்க்யூட் போர்டில் இருப்பதால், மின் தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் பாதுகாப்பு இடைவெளிகளுக்கு சிறப்பு கவனம் செலுத்தப்பட வேண்டும்.

பரவலாக்கப்பட்ட BMS, தனிப்பட்ட பேட்டரி தொகுதிகளுக்கு கையகப்படுத்தும் செயல்பாட்டை ஒப்படைக்கிறது. பல ஸ்லேவ் கண்ட்ரோல் யூனிட்கள் (CMCs) பரவலாக்கப்பட்ட மாதிரி எடுத்தல் மற்றும் ஆரம்ப தரவு செயலாக்கத்தை அடைகின்றன, அதே நேரத்தில் மாஸ்டர் கண்ட்ரோல் யூனிட் (BMU/BCU) அமைப்பு-நிலை மேலாண்மை மற்றும் திட்டமிடலுக்கு பொறுப்பாகும், இது "பல-புள்ளி கையகப்படுத்தல், மையப்படுத்தப்பட்ட செயலாக்கம்" கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது. இது பெரிய-திறன் கொண்ட பேட்டரி அமைப்புகளின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியும், அதாவது ஏராளமான கையகப்படுத்தும் சேனல்கள் மற்றும் பரவலான தொகுதி இடம்.

மேலே உள்ள படத்தில் இருந்து காணக்கூடியபடி, விநியோகிக்கப்பட்ட கட்டமைப்பு என்பது அடிப்படையில் நடுவில் ஒரு மேலாண்மை துணை அமைப்புகளின் அடுக்கைச் சேர்க்கிறது. இந்த சிறிய அமைப்புகள் முதன்மையாக செல்களின் ஒரு பகுதியிலிருந்து தகவல்களைச் சேகரிப்பதற்கு பொறுப்பாகும், பின்னர் ஒரு பஸ் வழியாக BMS கட்டுப்பாட்டுப் பலகைக்கு அதைத் தெரிவிக்கின்றன. BMS கட்டுப்பாட்டுப் பலகை பின்னர் விரிவான பாதுகாப்பு நடவடிக்கைகள், சார்ஜ் நிலை கணக்கீடுகள் மற்றும் தெரிவிக்கப்படும் தகவலின் அடிப்படையில் பிற மேலாண்மை செயல்பாடுகளை செயல்படுத்துகிறது.

சுருக்கமாகச் சொன்னால், இது ஒரு நிறுவனத்தின் அமைப்பு முறைக்கு ஒப்பானது. ஆட்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும் போது, பெரிய அளவிலான பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்புகளில் தட்டையான மேலாண்மை நம்பகத்தன்மையற்றதாகிவிடும். எனவே, முக்கிய மேலாண்மைப் பலகத்தின் சுமையைப் பகிர்ந்து கொள்ள, சில துணைப் பணிகள் சிறப்பு மேலாண்மைக்காக CSC தொகுதிகளுக்கு (Cell Supervision Circuits) ஒதுக்கப்படுகின்றன.

பரவலாக்கப்பட்ட BMS மேலும் பிரிக்கப்படலாம்: நட்சத்திர வகை பரவலாக்கப்பட்ட, பஸ் வகை பரவலாக்கப்பட்ட, மற்றும் டெய்சி-செயின் பரவலாக்கப்பட்ட.

நட்சத்திர வகை பரவலாக்கப்பட்ட: BMU மையமாக அமைந்துள்ளது, ஒவ்வொரு CMC யும் ஒரு தனிப்பட்ட தொடர்பு இணைப்பு வழியாக நேரடியாக BMU உடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த அமைப்பு வலுவான குறுக்கீடு எதிர்ப்புத் திறனுடன் தனிப்பட்ட தொடர்பு இணைப்புகளை வழங்குகிறது. இருப்பினும், இதற்கு ஒரு பஸ் செறிவு தொகுதி தேவைப்படுகிறது, இது வயரிங் மற்றும் இடைமுக மேலாண்மையை ஒப்பீட்டளவில் சிக்கலாக்குகிறது.

Bus-type Distributed: பல CMC-கள் CAN பஸ் (தற்போது மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் BMS தொடர்பு முறை) வழியாக BMU உடன் தொடர்பு கொள்கின்றன. அனைத்து CMC-களும் பஸ்ஸைப் பகிர்வதால், முனைகளுக்கு இடையிலான மின் நுகர்வு ஒப்பீட்டளவில் சமநிலையில் இருக்கும். இருப்பினும், இந்த அமைப்பு பஸ்ஸின் ஆரோக்கியத்தை பெரிதும் சார்ந்துள்ளது; பஸ் தோல்வியுற்றால், ஒட்டுமொத்த தொடர்பு தடைபடலாம்.

Daisy-chain Distributed: பல CMC-கள் ஒரு சங்கிலியில் தொடர்ச்சியாக இணைக்கப்பட்டுள்ளன, தரவு இணைப்பு வழியாக BMU-க்கு படிப்படியாக அனுப்பப்படுகிறது. இந்த அமைப்பு ஒரு எளிய தொடர்பு இணைப்பை வழங்குகிறது, வயரிங் வளங்களைச் சேமிக்கிறது. இது பல தொகுதிகள் மற்றும் தெளிவாக அடுக்கப்பட்ட பேட்டரி அமைப்பு கொண்ட அமைப்புகளுக்கு ஏற்றது.

(2) செயல்பாட்டு அடுக்குகள்

மாடுலாரிட்டி, அளவிடுதல் மற்றும் உயர் நம்பகத்தன்மையை உறுதி செய்வதற்காக, BMS பொதுவாக மூன்று அடுக்குகளாகப் பிரிக்கப்படலாம், இது கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

a) இயற்பியல் அடுக்கு (Physical Layer): பேட்டரி இயங்கும் போது மின்னழுத்தம், மின்னோட்டம், மேற்பரப்பு வெப்பநிலை போன்ற நேரடியாக அளவிடக்கூடிய வெளிப்புற நிலைகளை பெறுவதற்கு பொறுப்பாகும், மேலும் மேல் அடுக்குகளுக்கு தரவு ஆதரவை வழங்குகிறது.

b) மைய அடுக்கு (Core Layer): மாதிரிகள் மற்றும் அல்காரிதம்கள் மூலம் SOC மற்றும் உள் செல் வெப்பநிலை போன்ற பேட்டரியின் உள் அளவிட முடியாத நிலைகளை மதிப்பிடுவதற்கு பொறுப்பாகும். இது அமைப்பின் முக்கிய பகுதியாகும்.

c) மேலாண்மை அடுக்கு (Management Layer): மைய அடுக்கு வழங்கும் உள் நிலை தகவல்களைப் பயன்படுத்தி, பேட்டரியின் சார்ஜிங்/டிஸ்சார்ஜிங்கை நியாயமான முறையில் நிர்வகிப்பதற்கும், எதிர்கால இயக்க நிலைமைகளை கணிப்பதற்கும், பாதுகாப்பான மற்றும் திறமையான பேட்டரி செயல்பாட்டை உறுதி செய்வதற்கும் பயன்படுகிறது.

03 BMS-ன் வன்பொருள் கட்டமைப்பு

பிஎம்எஸ் வன்பொருள் கட்டமைப்பு அதன் அமைப்பு செயல்பாடுகளின் இயற்பியல் தாங்கியாகும். வன்பொருள் வடிவமைப்பு நேரடியாக அமைப்பின் துல்லியம், நம்பகத்தன்மை மற்றும் செலவை பாதிக்கிறது. ஒரு வழக்கமான பிஎம்எஸ் வன்பொருள் வடிவமைப்பு பரவலாக்கப்பட்ட கட்டமைப்பை ஏற்றுக்கொள்கிறது, முக்கியமாக மாஸ்டர் கண்ட்ரோல் யூனிட் (பிஎம்யூ), ஸ்லேவ் கண்ட்ரோல் யூனிட்கள் (சிஎஸ்சி), சென்சார் நெட்வொர்க்குகள் மற்றும் ஆக்சுவேஷன்/பாதுகாப்பு சுற்றுகள் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது.

(1) மாஸ்டர் கண்ட்ரோல் யூனிட்

முக்கிய கட்டுப்பாட்டு எம்சியு: ஏஎஸ்ஐஎல்-டி செயல்பாட்டு பாதுகாப்பு நிலையை ஆதரிக்கும் உயர் செயல்திறன் செயலி.

நினைவகம்: ஃபிளாஷ் நினைவகம் அளவுரு உள்ளமைவுகள் மற்றும் பிழை பதிவுகளை சேமிக்கிறது; ரேம் நிகழ்நேர தரவு இடையகப்படுத்தலுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

தனிமைப்படுத்தப்பட்ட மின்சாரம்: டிசி/டிசி தனிமைப்படுத்தல் தொகுதி வழியாக பிஎம்யு-க்கு மின்சாரம் வழங்குகிறது (உள்ளீட்டு மின்னழுத்தம் பெரும்பாலும் 12V/24V, வெளியீடு 3.3V/5V).

தொடர்பு இடைமுகங்கள்: கேன் டிரான்ஸ்ஸீவர்கள், ஈதர்நெட் பிஹை சிப்கள்.

(2) ஸ்லேவ் கண்ட்ரோல் யூனிட்கள்

ஏஎஃப்இ சிப்கள்: தொடர்ச்சியாக இணைக்கப்பட்ட செல்களை கண்காணிப்பதற்கான பிரத்யேக அனலாக் ஃபிரண்ட்-எண்ட் சிப்கள்.

மின்னழுத்த மாதிரி சுற்று: மல்டிப்ளெக்சர் ஸ்விட்ச் + துல்லியமான ADC, இரைச்சலைக் குறைக்க வேறுபட்ட மாதிரி முறையைப் பயன்படுத்துகிறது.

வெப்பநிலை கையகப்படுத்தல் சுற்று: NTC தெர்மிஸ்டர் + மின்னழுத்த பிரிப்பான் நெட்வொர்க், அல்லது டிஜிட்டல் வெப்பநிலை சென்சார்கள்.

சமநிலை சுற்று: செயலற்ற சமநிலை: MOSFET + சக்தி மின்தடை; செயலில் சமநிலை: இருவழி DC/DC அல்லது மின்தேக்கி வரிசைகள்.

(3) சென்சார்கள்

ஹால் சென்சார்கள்: தொடர்பு இல்லாத அளவீடு, துல்லியம் ±0.5% (மொத்த மின்னோட்டத்தைக் கண்டறியப் பயன்படுகிறது).

ஷண்ட் மின்தடைகள்: குறைந்த விலை மின்னோட்டக் கண்டறிதல் தீர்வு, வேறுபட்ட பெருக்கியுடன் இணைக்கும்போது ±0.5% துல்லியத்தை அடைகிறது.

வெப்பநிலை சென்சார்கள்: செல் மேற்பரப்புகள், பஸ்பார்கள் மற்றும் வெப்ப மூழ்கிகள் போன்ற முக்கிய இடங்களில் வைக்கப்படும் NTC/PTC சென்சார்கள்.

(4) செயல்படுத்துதல் மற்றும் பாதுகாப்பு சுற்றுகள்

ரிலேக்கள் மற்றும் ப்ரீ-சார்ஜ் சர்க்யூட்:

முக்கிய ரிலேக்கள்: பேட்டரி பேக்கின் சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் சர்க்யூட்டைக் கட்டுப்படுத்தும் உயர்-வோல்டேஜ் DC ரிலேக்கள்.

ப்ரீ-சார்ஜ் சர்க்யூட்: பவர் ஆன் செய்யும் போது அதிகப்படியான மின்னோட்டத்தைத் தடுக்க, மென்மையான தொடக்கத்திற்காக ப்ரீ-சார்ஜ் ரெசிஸ்டர் + காண்டாக்டரைப் பயன்படுத்துகிறது.

ஃப்யூஸ்கள் மற்றும் சர்க்யூட் பிரேக்கர்கள்:

முக்கிய ஃப்யூஸ்: ஷார்ட்-சர்க்யூட் பிழை பாதுகாப்பிற்கான வேகமான வகை.

இரண்டாம் நிலை பாதுகாப்பு: உள்ளூர் அதிகப்படியான மின்னோட்டத்தைத் தடுக்க மீட்டமைக்கக்கூடிய ஃப்யூஸ்கள் (PPTC).