बैटरी प्रबंधन प्रणाली

एक बैटरी प्रबंधन प्रणाली (BMS) कोई भी इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली है जो एक फिर से चार्ज करने लायक संप्रहार (इलेक्ट्रोकेमिकल सेल या बैटरी का संकुल) का प्रबंधन करती है, जैसे कि बैटरी को उसके सुरक्षित संचालन क्षेत्र के बाहर संचालन से बचाकर।, इसकी स्थिति की निगरानी करना, द्वितीयक डेटा की गणना करना, उस डेटा की रिपोर्ट करना, उसके वातावरण को नियंत्रित करना, उसे प्रमाणित करना और / या बैटरी को संतुलित करना। बाहरी संचार बस (कंप्यूटिंग) के साथ बैटरी प्रबंधन प्रणाली के साथ मिलकर बनाया गया बैटरी पैक एक स्मार्ट बैटरी पैक है। स्मार्ट बैटरी पैक को स्मार्ट बैटरी चार्जर द्वारा चार्ज किया जाना चाहिए।

मॉनिटर
एक BMS बैटरी की स्थिति की निगरानी कर सकता है जैसा कि विभिन्न मदों द्वारा दर्शाया गया है, जैसे:


 * वोल्टेज: कुल वोल्टेज, व्यक्तिगत कोशिकाओं के वोल्टेज, या आवधिक नल का वोल्टेज
 * तापमान: औसत तापमान, शीतलक सेवन तापमान, शीतलक उत्पादन तापमान, या व्यक्तिगत कोशिकाओं का तापमान
 * शीतलक प्रवाह: तरल ठंडा बैटरी के लिए
 * विद्युत प्रवाह: बैटरी में या बाहर करंट
 * व्यक्तिगत कोशिकाओं का स्वास्थ्य
 * कोशिकाओं की बैटरी संतुलन

इलेक्ट्रिक वाहन प्रणाली: ऊर्जा वसूली

 * BMS पुनर्प्राप्त ऊर्जा (यानी, पुनर्योजी ब्रेक से) को वापस बैटरी पैक में पुनर्निर्देशित करके बैटरी के रिचार्जिंग को नियंत्रित करेगा (आमतौर पर कई बैटरी मॉड्यूल से बना होता है, प्रत्येक कई कोशिकाओं से बना होता है)।

बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली या तो निष्क्रिय या सक्रिय हो सकती है, और शीतलन माध्यम या तो हवा, तरल या चरण परिवर्तन का कोई रूप हो सकता है। इसकी सादगी में एयर कूलिंग फायदेमंद है। इस तरह की प्रणालियां निष्क्रिय हो सकती हैं, जो केवल आसपास की हवा के संवहन पर निर्भर करती हैं, या एयरफ्लो के लिए प्रशंसकों का उपयोग करके सक्रिय हो सकती हैं। व्यावसायिक रूप से, Honda Insight और Toyota Prius दोनों ही अपने बैटरी सिस्टम के सक्रिय एयर कूलिंग का उपयोग करती हैं। एयर कूलिंग का प्रमुख नुकसान इसकी अक्षमता है। शीतलन तंत्र को संचालित करने के लिए बड़ी मात्रा में शक्ति का उपयोग किया जाना चाहिए, सक्रिय तरल शीतलन से कहीं अधिक। कूलिंग मैकेनिज्म के अतिरिक्त घटक भी BMS में वजन जोड़ते हैं, जिससे परिवहन के लिए उपयोग की जाने वाली बैटरियों की दक्षता कम हो जाती है।

लिक्विड कूलिंग में एयर कूलिंग की तुलना में अधिक प्राकृतिक कूलिंग क्षमता होती है क्योंकि लिक्विड कूलेंट में हवा की तुलना में अधिक तापीय चालकता होती है। बैटरियों को या तो सीधे शीतलक में डुबोया जा सकता है या शीतलक सीधे बैटरी से संपर्क किए बिना BMS के माध्यम से प्रवाहित हो सकता है। कूलिंग चैनलों की बढ़ी हुई लंबाई के कारण अप्रत्यक्ष कूलिंग में बीएमएस में बड़े थर्मल ग्रेडियेंट बनाने की क्षमता है। सिस्टम के माध्यम से शीतलक को तेजी से पंप करके इसे कम किया जा सकता है, पंपिंग गति और थर्मल स्थिरता के बीच एक ट्रेडऑफ़ बना सकता है।

गणना
इसके अतिरिक्त, एक BMS निम्न मदों के आधार पर मूल्यों की गणना कर सकता है, जैसे:
 * वोल्टेज: न्यूनतम और अधिकतम सेल वोल्टेज
 * चार्ज की स्थिति (SoC) या डिस्चार्ज की गहराई (DoD), बैटरी के चार्ज स्तर को इंगित करने के लिए
 * स्वास्थ्य की स्थिति (एसओएच), मूल क्षमता के % के रूप में बैटरी की शेष क्षमता का विभिन्न प्रकार से परिभाषित माप
 * बिजली की स्थिति (SoP), वर्तमान बिजली के उपयोग, तापमान और अन्य स्थितियों को देखते हुए एक निर्धारित समय अंतराल के लिए उपलब्ध बिजली की मात्रा
 * सुरक्षा की स्थिति (एसओएस)
 * चार्ज वर्तमान सीमा (CCL) के रूप में अधिकतम चार्ज करंट
 * निर्वहन वर्तमान सीमा (DCL) के रूप में अधिकतम डिस्चार्ज करंट
 * ऊर्जा [kWh] पिछले चार्ज या चार्ज चक्र के बाद से वितरित
 * एक सेल का आंतरिक प्रतिबाधा (ओपन सर्किट वोल्टेज निर्धारित करने के लिए)
 * चार्ज [आह] वितरित या संग्रहीत (कभी-कभी इस सुविधा को कूलम्ब काउंटर कहा जाता है)
 * पहले उपयोग के बाद से वितरित कुल ऊर्जा
 * पहले उपयोग के बाद से कुल परिचालन समय
 * चक्रों की कुल संख्या
 * तापमान निगरानी
 * हवा या तरल ठंडा बैटरी के लिए शीतलक प्रवाह

संचार
बीएमएस का केंद्रीय नियंत्रक आंतरिक रूप से अपने हार्डवेयर के साथ एक सेल स्तर पर संचालित होता है, या बाहरी रूप से उच्च स्तरीय हार्डवेयर जैसे लैपटॉप या प्रयोक्ता इंटरफ़ेस के साथ संचार करता है। उच्च स्तरीय बाहरी संचार सरल हैं और कई विधियों का उपयोग करते हैं: कम वोल्टेज केंद्रीकृत BMS में ज्यादातर कोई आंतरिक संचार नहीं होता है।
 * विभिन्न प्रकार के धारावाहिक संचार।
 * कैन बस संचार, आमतौर पर मोटर वाहन वातावरण में उपयोग किया जाता है।
 * विभिन्न प्रकार के वायरलेस संचार।

वितरित या मॉड्यूलर BMSes को कुछ निम्न स्तर के आंतरिक सेल-कंट्रोलर (मॉड्यूलर आर्किटेक्चर) या कंट्रोलर-कंट्रोलर (डिस्ट्रीब्यूटेड आर्किटेक्चर) संचार का उपयोग करना चाहिए। इस प्रकार के संचार कठिन हैं, विशेष रूप से उच्च वोल्टेज प्रणालियों के लिए। समस्या कोशिकाओं के बीच वोल्टेज बदलाव है। पहला सेल ग्राउंड सिग्नल अन्य सेल ग्राउंड सिग्नल की तुलना में सैकड़ों वोल्ट अधिक हो सकता है। सॉफ्टवेयर प्रोटोकॉल के अलावा, वोल्टेज शिफ्टिंग सिस्टम, ऑप्टो आइसोलेटर | ऑप्टिकल-आइसोलेटर और वायरलेस संचार के लिए हार्डवेयर संचार के दो ज्ञात तरीके हैं। आंतरिक संचार के लिए एक और प्रतिबंध कोशिकाओं की अधिकतम संख्या है। मॉड्यूलर आर्किटेक्चर के लिए अधिकांश हार्डवेयर अधिकतम 255 नोड्स तक सीमित है। उच्च वोल्टेज सिस्टम के लिए सभी सेल की मांग का समय एक और प्रतिबंध है, न्यूनतम बस गति को सीमित करना और कुछ हार्डवेयर विकल्प खोना। मॉड्यूलर सिस्टम की लागत महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसकी तुलना सेल की कीमत से की जा सकती है। आंतरिक संचार के लिए कुछ विकल्पों में हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर प्रतिबंधों के संयोजन का परिणाम होता है:
 * पृथक धारावाहिक संचार
 * वायरलेस सीरियल संचार

विद्युत प्रवाह से गर्मी के कारण मौजूदा यूएसबी केबलों की बिजली सीमाओं को बायपास करने के लिए, मोबाइल फ़ोन का चार्जर्स में उच्च वोल्टेज पर बातचीत के लिए कार्यान्वित संचार प्रोटोकॉल विकसित किए गए हैं, जिनमें से सबसे व्यापक रूप से क्वालकॉम क्विक चार्ज और मीडियाटेक पंप एक्सप्रेस का उपयोग किया जाता है। ओप्पो द्वारा VOOC (वनप्लस के साथ डैश चार्ज के रूप में भी ब्रांडेड) डिवाइस में उत्पन्न गर्मी को आंतरिक रूप से बैटरी के टर्मिनल चार्जिंग वोल्टेज में परिवर्तित करने के उद्देश्य से वोल्टेज के बजाय वर्तमान को बढ़ाता है, जो इसे मौजूदा यूएसबी के साथ असंगत बनाता है। केबल और तदनुसार मोटे तांबे के तारों के साथ विशेष उच्च-वर्तमान यूएसबी केबल पर निर्भर करता है। हाल ही में, USB पॉवर डिलीवरी मानक का उद्देश्य 240 वाट तक के उपकरणों में एक सार्वभौमिक बातचीत प्रोटोकॉल है।

सुरक्षा
BMS अपनी बैटरी को उसके सुरक्षित संचालन क्षेत्र के बाहर संचालन से रोक कर उसकी सुरक्षा कर सकता है, जैसे:
 * ओवर-चार्जिंग
 * ओवर-डिस्चार्जिंग
 * चार्जिंग के दौरान ओवर-करंट
 * डिस्चार्ज के दौरान ओवर-करंट
 * चार्जिंग के दौरान ओवर-वोल्टेज, विशेष रूप से लेड-एसिड, ली-आयन और लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी सेल के लिए महत्वपूर्ण
 * डिस्चार्जिंग के दौरान अंडर-वोल्टेज, विशेष रूप से ली-आयन और LiFePO4 कोशिकाओं के लिए महत्वपूर्ण
 * ज्यादा तापमान
 * कम तापमान में चार्ज करना
 * अधिक दबाव (एनआईएमएच बैटरी)
 * ग्राउंड फॉल्ट या लीकेज करंट डिटेक्शन (सिस्टम मॉनिटरिंग कि हाई वोल्टेज बैटरी किसी भी प्रवाहकीय वस्तु से विद्युत रूप से डिस्कनेक्ट हो जाती है, जिसे वाहन बॉडी की तरह इस्तेमाल किया जा सकता है)

BMS बैटरी के सुरक्षित संचालन क्षेत्र के बाहर संचालन को निम्न द्वारा रोक सकता है:


 * एक आंतरिक बदलना (जैसे रिले या MOSFET) सहित, जो बैटरी के सुरक्षित संचालन क्षेत्र के बाहर संचालित होने पर खोला जाता है
 * उन उपकरणों से अनुरोध करना जिनसे बैटरी जुड़ी हुई है, बैटरी का उपयोग कम करना या यहां तक ​​कि बंद करना या बैटरी चार्ज करना।
 * Actively controlling the environment, such as through heaters, fans, air conditioning or liquid coolingBms MainController.png

लोड सर्किट के लिए बैटरी कनेक्शन
एक बीएमएस में एक प्रीचार्ज सिस्टम भी हो सकता है जिससे बैटरी को अलग-अलग लोड से कनेक्ट करने का सुरक्षित तरीका मिल सके और कैपेसिटर लोड करने के लिए अत्यधिक अशुभ धाराओं को समाप्त किया जा सके।

लोड से कनेक्शन को आमतौर पर विद्युत चुम्बकीय रिले के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है जिसे संपर्ककर्ता कहा जाता है। प्रीचार्ज सर्किट या तो कैपेसिटर चार्ज होने तक लोड के साथ श्रृंखला में जुड़े पावर रेसिस्टर्स हो सकते हैं। वैकल्पिक रूप से, बैटरी और लोड सर्किट के बीच संपर्ककर्ताओं को बंद करने की अनुमति देने के लिए लोड सर्किट के वोल्टेज को बैटरी वोल्टेज के काफी करीब तक लोड सर्किट के वोल्टेज को चार्ज करने के लिए स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति का उपयोग किया जा सकता है। एक बीएमएस में एक सर्किट हो सकता है जो यह जांच कर सकता है कि प्रीचार्जिंग (उदाहरण के लिए वेल्डिंग के कारण) से पहले एक रिले पहले से ही बंद है या नहीं, ताकि आने वाली धाराओं को रोका जा सके।

संतुलन
बैटरी की क्षमता को अधिकतम करने के लिए, और स्थानीयकृत अंडर-चार्जिंग या ओवर-चार्जिंग को रोकने के लिए, BMS सक्रिय रूप से यह सुनिश्चित कर सकता है कि बैटरी बनाने वाली सभी कोशिकाओं को संतुलन के माध्यम से एक ही वोल्टेज या चार्ज की स्थिति में रखा जाए। बीएमएस कोशिकाओं को संतुलित कर सकता है:


 * सबसे अधिक आवेशित कोशिकाओं को विद्युत भार से जोड़कर ऊर्जा बर्बाद करना (जैसे निष्क्रिय बैटरी नियामक के माध्यम से)
 * सबसे अधिक चार्ज किए गए सेल से सबसे कम चार्ज किए गए सेल में ऊर्जा को शफल करना (बैटरी बैलेंसर)
 * चार्जिंग करंट को पर्याप्त रूप से निम्न स्तर तक कम करना जो पूरी तरह चार्ज सेल को नुकसान नहीं पहुंचाएगा, जबकि कम चार्ज सेल चार्ज करना जारी रख सकते हैं (लिथियम केमिस्ट्री सेल पर लागू नहीं होता है)

टोपोलॉजी
BMS तकनीक जटिलता और प्रदर्शन में भिन्न होती है: बीएमएस टोपोलॉजी तीन श्रेणियों में आती है:
 * साधारण पैसिव रेगुलेटर सेल के वोल्टेज के एक निश्चित स्तर तक पहुंचने पर चार्जिंग करंट को बायपास करके बैटरी या सेल में संतुलन हासिल करते हैं। सेल वोल्टेज सेल के SoC का एक खराब संकेतक है (और कुछ लिथियम केमिस्ट्री के लिए, जैसे कि लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी|, यह बिल्कुल भी संकेतक नहीं है), इस प्रकार, निष्क्रिय नियामकों का उपयोग करके सेल वोल्टेज को समान बनाना SoC को संतुलित नहीं करता है, जो कि BMS का लक्ष्य है। इसलिए, ऐसे उपकरण, जबकि निश्चित रूप से लाभकारी होते हैं, उनकी प्रभावशीलता में गंभीर सीमाएँ होती हैं।
 * सक्रिय नियामक बुद्धिमानी से संतुलन हासिल करने के लिए उपयुक्त होने पर लोड को चालू और बंद कर देते हैं। यदि सक्रिय नियामकों को सक्षम करने के लिए केवल सेल वोल्टेज को एक पैरामीटर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो निष्क्रिय नियामकों के लिए ऊपर उल्लिखित समान बाधाएं लागू होती हैं।
 * एक पूर्ण बीएमएस एक डिस्प्ले को बैटरी की स्थिति की रिपोर्ट भी करता है, और बैटरी की सुरक्षा करता है।
 * केंद्रीकृत: एक नियंत्रक कई तारों के माध्यम से बैटरी कोशिकाओं से जुड़ा होता है
 * वितरित: बैटरी और नियंत्रक के बीच केवल एक संचार केबल के साथ, प्रत्येक सेल में एक बीएमएस बोर्ड स्थापित किया गया है
 * मॉड्यूलर: नियंत्रकों के बीच संचार के साथ कुछ नियंत्रक, प्रत्येक एक निश्चित संख्या में कोशिकाओं को संभालते हैं

केंद्रीकृत बीएमएस सबसे किफायती, सबसे कम विस्तार योग्य हैं, और कई तारों से ग्रस्त हैं। वितरित बीएमएस सबसे महंगे हैं, स्थापित करने में आसान हैं, और सबसे साफ असेंबली पेश करते हैं। मॉड्यूलर BMSes अन्य दो टोपोलॉजी की सुविधाओं और समस्याओं का एक समझौता प्रदान करते हैं।

मोबाइल एप्लिकेशन (जैसे इलेक्ट्रिक वाहन) और स्टेशनरी एप्लिकेशन (जैसे सर्वर कक्ष में स्टैंड-बाय यूपीएस) में बीएमएस की आवश्यकताएं काफी भिन्न होती हैं, विशेष रूप से अंतरिक्ष और वजन की कमी की आवश्यकताओं से, इसलिए हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन के अनुरूप होना चाहिए विशिष्ट उपयोग के लिए। इलेक्ट्रिक या हाइब्रिड वाहनों के मामले में, बीएमएस केवल एक सबसिस्टम है और एक स्टैंड-अलोन डिवाइस के रूप में काम नहीं कर सकता है। इसे कम से कम एक चार्जर (या चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर), एक लोड, थर्मल प्रबंधन और आपातकालीन शटडाउन सबसिस्टम के साथ संचार करना चाहिए। इसलिए, एक अच्छे वाहन डिजाइन में बीएमएस उन सबसिस्टम के साथ मजबूती से एकीकृत होता है। कुछ छोटे मोबाइल एप्लिकेशन (जैसे चिकित्सा उपकरण गाड़ियां, मोटर चालित व्हीलचेयर, स्कूटर और फोर्क लिफ्ट) में अक्सर बाहरी चार्जिंग हार्डवेयर होते हैं, हालांकि ऑन-बोर्ड बीएमएस में अभी भी बाहरी चार्जर के साथ तंग डिजाइन एकीकरण होना चाहिए।

विभिन्न बैटरी संतुलन विधियों का उपयोग किया जा रहा है, उनमें से कुछ आवेश सिद्धांत की स्थिति पर आधारित हैं।

यह भी देखें

 * बैटरी संतुलन
 * स्मार्ट बैटरी
 * बैटरी चार्जर
 * प्रभारी नियंत्रक

बाहरी संबंध

 * Electropaedia on Battery Management Systems
 * NREL Energy Storage Systems Evaluation
 * Modular Approach for Continuous Cell-Level Balancing to Improve Performance of Large Battery Packs, National Renewable Energy Laboratory, September 2014
 * A Modular Battery Management System for HEVs, National Renewable Energy Laboratory, 2002