BMS مقابل PCM: الاختلافات الأساسية والتآزر في حماية بطارية الليثيوم

في نظام بطارية الليثيوم، نظام إدارة البطارية (BMS) ووحدة دائرة الحماية (PCM) هما نوعان رئيسيان من تقنيات الحماية، والتي لها اختلافات كبيرة في التسلسل الهرمي الوظيفي,السيناريوهات التطبيقية والتعقيد التقني. تحلل هذه الورقة بالتفصيل خمسة جوانب: التعريف والوظيفة والعلاقة الهرمية والاختلافات الأساسية وتآزر التطبيق.

ما هي BMS و PCM؟

BMS (نظام إدارة البطارية)

نظام إلكتروني ذكي يقوم بتعديل استراتيجيات الشحن والتفريغ بشكل ديناميكي من خلال مراقبة معايير البطارية في الوقت الحقيقي (الجهد، التيار، درجة الحرارة، الخ).) ويدمج التواصل، معادلة، حساب البيانات ووظائف أخرى لإدارة شاملة لسلامة وأداء مجموعة البطارية.

• الإدارة الذكية متعددة الأبعاد
• دعم الاتصالات ونقل البيانات
• تقنية الإدارة المتوازنة
  

PCM (وحدة دائرة الحماية)

تُستخدم دوائر الحماية القائمة على الأجهزة بشكل رئيسي لمنع مشكلات السلامة الأساسية مثل الإفراط في الشحن، الإفراط في التفريغ، الاختصار،والتيار الزائد خلال عملية شحن وتفريغ بطارية الليثيوم.

• حماية الأجهزة الأساسية
• حماية الشحن الزائد / التفريغ الزائد
• حماية الدوائر القصيرة

الوظائف الأساسية لـ BMS

• الاستشعار والمراقبة:مراقبة الجهد الفردي، والجهد الكلي، والتيار، ودرجة الحرارة، SOC (القوة المتبقية) ، SOH (درجة الصحة) ، الخ.
• الحماية النشطة:أقطع الجهاز الرئيسي أو ضبط معايير الشحن والفراغ وفقًا لمستوى الخطأ (على سبيل المثال ارتفاع الجهد أو انخفاض الجهد أو ارتفاع التيار أو درجة الحرارة غير الطبيعية).
• إدارة الموازنة:تقليل الفرق بين الخلايا من خلال تكنولوجيا الموازنة السلبية أو النشطة لتمديد عمر البطارية.
• الاتصالات وإدارة البيانات:دعم CAN bus و Bluetooth وبروتوكولات الاتصال الأخرى لنقل حالة البطارية إلى الأجهزة أو المنصات الخارجية.

الوظائف الأساسية لـ PCM

• حماية الشحن الزائد: قطع دائرة الشحن عندما يتجاوز الجهد الوحدي القيمة الحد الأدنى (على سبيل المثال 4.25 فولت)
• حماية الإفراط في التفريغ: منع انخفاض الجهد من وحدة واحدة إلى أقل من الحد الأدنى (مثل 2.3 فولت)
• الحماية من التيار الزائد والدائرة القصيرة: الحد من التيار غير الطبيعي بواسطة أنبوب أو فيوز MOS.
• حماية درجة الحرارة الأساسية: بعض أجهزة PCM تضم أجهزة استشعار درجة الحرارة ، ولكن الوظيفة أبسط

العلاقات الهرمية وتكامل الأنظمة

التسلسل الهرمي الوظيفي

• PCM هي الطبقة الأساسية من الحماية: تركز على حماية الأجهزة الفورية ، عادةً ما تكون "خط الدفاع الأول" للخلايا الفردية أو حزم البطارية الصغيرة.
• BMS هي طبقة الإدارة المتقدمة: الخوارزميات الذكية ووظائف الاتصال والموازنة مرتبة فوق PCM لأنظمة بطارية معقدة (مثل السيارات الكهربائية ،تخزين الطاقة الصناعية).

طريقة الاندماج

• أنظمة الجهد المنخفض: على سبيل المثال الدراجات الإلكترونية ، الإلكترونيات الاستهلاكية ، PCM يمكن أن تعمل بشكل مستقل.
• أنظمة الجهد العالي: على سبيل المثال المركبات الكهربائية، تخزين الطاقة الشبكة، BMS عادة ما يدمج وظيفة حماية الأجهزة من PCM لتشكيل بنية حماية متعددة المستويات.

المقارنة بين الاختلافات الأساسية في الوظائف

سيناريوهات التطبيق والتعاون

سيناريوهات تطبيق مستقلة

• سيناريوهات PCM المهيمنة

مجموعات البطاريات ذات الخلية الواحدة أو سلسلة منخفضة (مثل الهواتف المحمولة والبطاريات القابلة لإعادة الشحن) ، تعتمد على استجابة الأجهزة السريعة

• السيناريوهات المهيمنة على BMS

بطاريات متعددة الأوتار (مثل السيارات الكهربائية) مع استراتيجيات شحن وتفريغ معدلة ديناميكياً

وضع العمل التعاوني

• تصميم الاضافات

في السيناريوهات عالية الأمان مثل تخزين الطاقة الصناعية ، تشكل BMS و PCM آلية حماية مزدوجة (على سبيل المثال ، بنية حماية ثلاثية المستويات)

• التحكم على طبقات

يعمل PCM على أنه الطبقة السفلية من الحماية و BMS يؤدي التحسين العالمي. على سبيل المثال ، يبدأ BMS التسوية عندما يكتشف عدم التوازن الخلوي ،في حين أن جهاز الكمبيوتر يقطع الدائرة فقط في الحالات القصوى

اختيار التوصيات والاتجاهات

أساس الاختيار

• حجم علبة البطارية:PCM اختياري لـ < 20 خلية ؛ BMS مطلوب لـ > 20 خلية.
• المتطلبات الوظيفية:إذا كان هناك حاجة إلى تقدير SOC أو الاتصال أو المساواة النشطة، يجب اختيار BMS.

اتجاهات التكنولوجيا

• BMS تتحرك نحو الدقة العالية والذكاء (على سبيل المثال، خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تتوقع SOH)
• لا يزال PCM يهيمن في سيناريوهات منخفضة التكلفة ، ولكن انتشار BMS ينمو بسبب زيادة الطلب على الأمن

للاختصار

BMS و PCM يلعبان دور "الخادم الذكي" و "المدافع الأساسي" على التوالي في حماية بطارية الليثيوم.BMS تحقق إدارة شاملة من خلال خوارزميات البرمجيات وقدرة الاتصال، في حين أن PCM يأخذ استجابة الأجهزة السريعة كأساس. يمكن تطبيقهما بشكل مستقل في سيناريوهات مختلفة أو العمل معًا لتشكيل نظام حماية متعدد المستويات.مع تزايد تعقيد نظام البطارية، أصبحت أهمية BMS بارزة بشكل متزايد، ولكن PCM لا تزال لا غنى عنها في سيناريوهات بسيطة.