كيفية بناء نظام فعال لإدارة البطاريات (BMS)

عند تصميم دائرة مراقبة لنظام جديد يعمل بالبطاريات، فإن تحسين التكلفة وقابلية التصنيع مهمة بالغة الأهمية. تتمثل الخطوة الأولى في تحديد الهيكل المفضل للنظام ووضع البطاريات والمكونات الإلكترونية المرتبطة بها. بمجرد أن يصبح الهيكل الأساسي واضحًا، يتمثل التحدي التالي في إجراء مقايضات في طوبولوجيا الدائرة لتحسين الاتصالات والوصلات البينية.

تأثير حجم البطارية على تصميم نظام الطاقة

يؤثر حجم البطارية بشكل مباشر على الهيكل العام لنظام الطاقة. يجب على المصممين أن يقرروا ما إذا كانوا سيستخدمون العديد من البطاريات الصغيرة لتلائم وحدة بطارية معقدة أو حزمة بطاريات، أو ما إذا كانوا سيختارون بطاريات أكبر، والتي قد تكون مقيدة بقيود الوزن والحجم. على سبيل المثال، في تصميم السيارات، قد يتم توزيع البطاريات عبر مساحات مختلفة في السيارة، مما يزيد من الاستفادة من المساحة إلى أقصى حد في حال تم تركيب البطارية.

الوصلات البينية بين نظام إدارة البطارية وإشارات الاختبار

لا يحتاج نظام إدارة البطارية الفعال (BMS) إلى مراعاة ليس فقط البطارية نفسها ولكن أيضًا الوصلات البينية بين البطاريةوالوحدة، ونظام إدارة المباني، وواجهة التطبيق النهائي للاختبار وإشارات القياس عن بُعد. في كثير من الحالات، يتم دمج دوائر الحصول على البيانات داخل وحدة أو حزمة البطارية بحيث يمكن حمل المعلومات الهامة، مثل معرّفات الإنتاج وبيانات المعايرة ومواصفات الاستخدام، مع مكونات قابلة للاستبدال، مما يقلل من عدد الأسلاك ذات الجهد العالي في مجموعة الأسلاك.

نقاط قياس البطارية وتصميم طوبولوجيا الأجهزة

في تطبيقات السيارات، قد يحتاج نظام إدارة المباني إلى دعم أكثر من 100 نقطة قياس، وسيحدد التصميم المعياري للنظام عدد البطاريات التي يمكن لكل نظام دارة قياسها. لضمان السلامة, البطارية وغالبًا ما تكون مقسمة إلى مجموعتين فرعيتين على الأقل ومعزولة عن طريق "مقابس الخدمة"، مما يضمن بقاء الجهد أقل من 200 فولت أثناء ظروف العطل، مما يقلل من خطر حدوث صدمة كهربائية لموظفي الإصلاح.

القياس عن بُعد ونقل البيانات

في نظام إدارة المباني عالي الكفاءة، يتم استخدام دوائر القياس عن بُعد وبروتوكول ناقل CAN للاتصال الداخلي بين الوحدات. وهذا يقلل من معدل نقل البيانات ويخفف من مشاكل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). يسمح بروتوكول ناقل CAN للعديد من المعالجات الصغيرة في النظام بمشاركة مهام الحوسبة، مما يحسن من كفاءة النظام وموثوقيته بشكل عام.

إدارة درجة الحرارة وموازنة سعة البطارية

تُعد موازنة سعة البطارية أمرًا بالغ الأهمية لنظام إدارة البطاريات، خاصةً بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون. يمكن أن يؤدي عدم التوازن إلى مشاكل في إدارة الحرارة، مما يؤثر على الأداء على المدى الطويل. يحتاج المصممون إلى مراعاة توزيع مجسات درجة الحرارة لربط حالة شحن البطارية بدقة مع قراءات الجهد.

المراقبة الفعالة للبطارية والحصول على البيانات

على سبيل المثال، تُعد الدائرة المتكاملة لمراقبة حزمة البطارية LTC6803 مكونًا أساسيًا مثاليًا لنظام إدارة البطاريات. يوفر هذا الدارات المتكاملة وظيفة الحصول على البيانات متعددة القنوات، مما يتيح قياس الجهد الفعال للبطاريات، إلى جانب قياسات إضافية لدرجة الحرارة وإشارات المعايرة وتيار الحمل.

كفاءة الطاقة والفعالية من حيث التكلفة في أنظمة إدارة البطاريات

ويتمثل أحد التحسينات المهمة في LTC6803 في قدرته على أن يتم تشغيله مباشرةً بواسطة حزمة البطارية، مما يعزز كفاءة النظام وفعالية التكلفة. من خلال إجراء قياسات ADC دقيقة وتحسين التحكم في تيار البطارية، يقلل LTC6803 من استهلاك طاقة البطارية ويمنع اختلال السعة الناجم عن تيارات البطارية غير المتطابقة.

الخاتمة

ينطوي تصميم نظام إدارة المباني على العديد من العوامل المعقدة، خاصةً تلك التي تؤثر مباشرةً على تغليف النظام وهيكله. وبعد النظر بعناية في التصاميم الميكانيكية والدوائر الإلكترونية وتدفق المعلومات، يمكن أن يؤدي استخدام حلول الحصول على البيانات القابلة للتطوير مثل منصة LTC6803 إلى تحسين أداء النظام وفعالية التكلفة بشكل كبير.