انواع مختلف معماری های BMS: متمرکز، ماژولار و توزیع شده

در لحظه ای که صنعت انرژی جدید در حال رونق است، سیستم مدیریت باتری (BMS) جزء اصلی سیستم باتری است.و طراحی معماری آن نقش مهمی در عملکرد دارددر حال حاضر، معماری های BMS عمدتا به سه نوع تقسیم می شوند: متمرکز، ماژولار و توزیع شده.هر معماری دارای ویژگی های منحصر به فرد خود و سناریوهای قابل اجرا استموارد زیر به طور مفصل مورد بحث قرار می گیرند.

معماری BMS متمرکز

تعریف و ساختار

یک BMS متمرکز است که تمام توابع کنترل و مدیریت را در یک واحد کنترل اصلی متمرکز کند و معمولاً یک صفحه کنترل اصلی کل باتری را نظارت و مدیریت می کند.واحد کنترل اصلی هر سلول باتری را از طریق خط جذب متصل می کند، ولتاژ، دمای و سایر داده ها را جمع آوری می کند و مدیریت و حفاظت متعادل را با توجه به استراتژی کنترل پیش تنظیم انجام می دهد.

مزیت

• ساختار ساده و هزینه کم:تمام توابع در یک کنترلر متمرکز شده است، طراحی سخت افزار ساده است و هزینه تولید کم است.دوچرخه های الکتریکی، و غیره
• نگهداری و ارتقاء آسان:تنها یک واحد کنترل اصلی مورد نیاز است، نگهداری و ارتقاء راحت تر است.
• مجموعه داده ها، ساده برای تحلیل:تمام داده های باتری در یک کنترل کننده پردازش می شوند، که انجام تجزیه و تحلیل و تصمیم گیری یکپارچه را آسان می کند.

معایب

• قابلیت اطمینان کم:خطر شکست یک نقطه بزرگ است. اگر واحد کنترل اصلی خراب شود، کل سیستم ممکن است خاموش شود.
• خطوط پيچيده ارتباطات:خطوط ارتباطی زیادی در BMS متمرکز وجود دارد که مستعد تداخل و انتقال سیگنال بی ثبات هستند.
• مقیاس پذیری ضعیف:مناسب برای کاربردهایی با ظرفیت بزرگ یا بسته های باتری بزرگ نیست.

معماری BMS توزیع شده

تعریف و ساختار

یک BMS توزیع شده عملکردهای کنترل و مدیریت را در چندین کنترل کننده توزیع می کند که هر کدام مسئول مدیریت یک یا چند سلول باتری هستند.واحد کنترل اصلی مسئول هماهنگی عملکرد هر واحد کنترل برده برای تشکیل یک معماری مدیریت توزیع شده است.

مزیت

• قابلیت اطمینان بالا:در یک ساختار توزیع شده، خرابی کنترل کننده بر عملکرد کل سیستم تأثیر نخواهد گذاشت و خطر خرابی یک نقطه کم است.برای سناریوهای مانند وسایل نقلیه الکتریکی بزرگ مناسب است، خودروهای هیبریدی، خودروهای سلول سوخت و سیستم های ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ که نیاز به قابلیت اطمینان بالا دارند.
• خط ارتباطی ساده:بار ارتباطی توزیع شده و توانایی قوی ضد تداخل دارد.
• مقیاس پذیری خوب:مناسب برای بسته های باتری با ظرفیت بزرگ، سلول های باتری می توانند با توجه به تقاضا افزایش یا کاهش یابند.

نقص

• ساختار پیچیده و هزینه بالا:هر سلول باتری نیاز به ماژول های مستقل نظارت و کنترل دارد و طراحی سخت افزار و نرم افزار پیچیده و هزینه بالایی دارد.
• نگهداري و ارتقا سختهدر یک ساختار توزیع شده، نگهداری و ارتقاء هر کنترل کننده نیاز به پشتیبانی فنی بالاتر دارد.
  داده ها توزیع شده و تجزیه و تحلیل آنها دشوار است: داده ها در کنترل کننده های متعدد توزیع شده و یک پروتکل ارتباطی یکپارچه و الگوریتم پردازش داده مورد نیاز است.

معماری ماژولار BMS

تعریف و ساختار

BMS ماژولار یک راه حل بین متمرکز و توزیع شده است. این بسته باتری را به چندین ماژول تقسیم می کند، هر کدام با مدیریت متمرکز در داخل،در حالی که ماژول ها با معماری توزیع شده برای ارتباطات و هماهنگی.

مزیت

• انعطاف پذیری بالا:طراحی ماژولار می تواند به طور انعطاف پذیر تعداد و عملکرد ماژول ها را با توجه به الزامات تنظیم کند و برای بسته های باتری متوسط و بزرگ مناسب است.به خصوص سناریوهای مورد نیاز انعطاف پذیری و مقیاس پذیری، مانند وسایل نقلیه هیبریدی، سیستم های ذخیره انرژی شبکه و برنامه های شبکه هوشمند.
• مقیاس پذیری قوی:حمایت از گسترش بسته های باتری با ظرفیت بزرگ در حالی که یک بهره وری هزینه ای را حفظ می کند.
  نگهداری آسان: هر ماژول به طور مستقل کار می کند و می تواند به طور جداگانه در طول نگهداری و ارتقاء بدون تأثیر بر کل سیستم مورد استفاده قرار گیرد.

معایب

• ساختار نسبتا پیچیده است:BMS ماژولار ویژگی های متمرکز و توزیع شده را ترکیب می کند و طراحی سخت افزار و نرم افزار نسبتا پیچیده است.
• هزینه بالاتری:اگر چه هزینه آن کمتر از BMS توزیع شده است، اما هنوز هم بالاتر از BMS متمرکز است.
  هماهنگی ارتباطات دشوار است: ارتباطات و هماهنگی بین ماژول ها نیاز به پشتیبانی پروتکل کارآمد دارند، در غیر این صورت ممکن است عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهد.

مقایسه سه معماری

خلاصه و پیشنهادات انتخاب

هنگام انتخاب معماری BMS، کاربران باید سناریوهای کاربردی خاص و نیازهای خود را در نظر بگیرند:

• BMS متمرکز:مناسب برای سیستم های باتری کوچک و ساده مانند ابزارهای الکتریکی، خانه های هوشمند، دوچرخه های الکتریکی و سیستم های ذخیره سازی انرژی کوچک، هزینه پایین و نگهداری آسان است.
• BMS توزیع شده:مناسب برای سیستم های باتری بزرگ و پیچیده، مانند وسایل نقلیه الکتریکی بزرگ، وسایل نقلیه هیبریدی، وسایل نقلیه سلول سوخت و سیستم های ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ،ارائه قابلیت اطمینان و مقیاس پذیری بالاتر، اما با هزینه های بالاتر.
• BMS ماژولار:مزایای و معایب باتری های متمرکز و توزیع شده را در نظر می گیرد و برای باتری های متوسط و بزرگ که نیاز به انعطاف پذیری و مقیاس پذیری دارند مناسب است.مثل خودروهای هیبریدی، سیستم های ذخیره سازی انرژی شبکه و برنامه های شبکه هوشمند.

در آینده، با توسعه مداوم فناوری های جدید انرژی، اشکال معماری BMS نیز برای پاسخگویی به نیازهای سناریوهای مختلف متنوع تر خواهد بود.