أنواع مختلفة من بنيات BMS: مركزية، وحدات ومتوزعة
في الوقت الذي تزدهر فيه صناعة الطاقة الجديدة، نظام إدارة البطارية (BMS) هو المكون الأساسي لنظام البطارية،و تصميمها المعماري يلعب دورا حاسما في الأداءفي الوقت الحالي ، تنقسم بنيات BMS بشكل رئيسي إلى ثلاثة أنواع: مركزية ووحيدة ومتوزعة.كل بنية لها خصائصها الفريدة والسيناريوهات المطبقةسيتم مناقشة ما يلي بالتفصيل.
بنية BMS المركزية
التعريف والهيكل
نظام BMS المركزي هو مركزية جميع وظائف التحكم والإدارة في وحدة التحكم الرئيسية واحدة، وعادة ما تقوم لوحة التحكم الرئيسية واحدة بمراقبة وإدارة مجموعة البطارية بأكملها.وحدة التحكم الرئيسية تربط كل خلية بطارية من خلال خط الاستحواذ، يجمع الجهد ودرجة الحرارة وغيرها من البيانات، ويقوم بإدارة و حماية متوازنة وفقا لاستراتيجية التحكم المحددة مسبقا.
الميزة
- هيكل بسيط وتكلفة منخفضة:تتركز جميع الوظائف في وحدة تحكم واحدة ، وتصميم الأجهزة بسيط ، وتكلفة الإنتاج منخفضة. وهو مناسب لأنظمة البطارية الصغيرة والبسيطة ، مثل الأدوات الكهربائية ، والمنازل الذكية ،الدراجات الكهربائية، إلخ
- سهلة الصيانة والترقية:تحتاج إلى وحدة تحكم رئيسية واحدة فقط، والصيانة والترقية أكثر ملاءمة.
- مجموعة بيانات سهلة التحليل:يتم معالجة جميع بيانات البطارية في جهاز تحكم واحد، مما يسهل إجراء تحليل موحد واتخاذ القرارات.
العيب
- منخفضة الموثوقية:خطر فشل نقطة واحدة مرتفع. إذا فشلت وحدة التحكم الرئيسية، قد يتم إيقاف تشغيل النظام بأكمله.
- خطوط اتصال معقدة:هناك العديد من خطوط الاتصال في نظام BMS المركزي ، والتي عرضة للتداخل ونقل الإشارة غير المستقر.
- ضعف قابلية التوسع:غير مناسب للتطبيقات ذات السعة الكبيرة أو حزم البطاريات الكبيرة.
بنية BMS الموزعة
التعريف والهيكل
توزيع نظام BMS توزيع وظائف التحكم والإدارة في وحدات تحكم متعددة، كل مسؤول عن إدارة واحدة أو أكثر من خلايا البطارية.وحدة التحكم الرئيسية مسؤولة عن تنسيق تشغيل كل وحدة تحكم عبدة لتشكيل بنية إدارة موزعة.
الميزة
- موثوقية عاليةفي إطار بنية موزعة ، لن يؤثر فشل جهاز التحكم على تشغيل النظام بأكمله ، ومخاطر فشل نقطة واحدة منخفضة.انها مناسبة للسيناريوهات مثل المركبات الكهربائية الكبيرة، المركبات الهجينة، مركبات خلايا الوقود وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق واسع التي تتطلب متطلبات عالية من الموثوقية.
- خط اتصال بسيطيتم توزيع حمولة الاتصال ولها قدرة قوية على مكافحة التداخل.
- قابلية التوسع الجيدة:مناسبة لحزم البطارية ذات السعة الكبيرة ، يمكن زيادة خلايا البطارية أو تقليلها حسب الطلب.
الخصومة
- الهيكل المعقد والتكلفة العالية:تتطلب كل خلية بطارية وحدات مراقبة ومراقبة مستقلة، وتصميم الأجهزة والبرمجيات معقد والتكلفة مرتفعة.
- الصيانة والترقية صعبةفي الهيكل الموزع ، فإن صيانة وتحديث كل جهاز تحكم يتطلب دعمًا تقنيًا أعلى.
يتم توزيع البيانات ويصعب تحليلها: يتم توزيع البيانات في العديد من أجهزة التحكم ، ويتطلب بروتوكول اتصال موحد وخوارزمية معالجة البيانات.
بنية BMS وحدات
التعريف والهيكل
نظام التشغيل التشكيلي (BMS) هو حل بين المركزية والموزعة. إنه يقسم مجموعة البطارية إلى وحدات متعددة، كل منها مع إدارة مركزية داخل،بينما الوحدات مع الهندسة المعمارية الموزعة للاتصال والتنسيق.
الميزة
- مرونة عالية:التصميم الوحدي يمكن أن يضبط بمرونة عدد ووظيفة الوحدات وفقًا لمتطلباتها ، وهو مناسب لحزم البطاريات المتوسطة والكبيرة ،خاصة في السيناريوهات التي تتطلب المرونة والقدرة على التوسع، مثل المركبات الهجينة، وأنظمة تخزين الطاقة الشبكة وتطبيقات الشبكة الذكية.
- قابلية توسيع قوية:يدعم توسيع مجموعات البطاريات ذات السعة الكبيرة مع الحفاظ على بعض الفعالية من حيث التكلفة.
سهولة الصيانة: كل وحدة تعمل بشكل مستقل ويمكن التعامل معها بشكل منفصل أثناء الصيانة والترقية دون التأثير على النظام بأكمله.
العيب
- الهيكل معقد نسبياً:يجمع نظام BMS الوحدي بين خصائص المركزية والموزعة ، وتصميم الأجهزة والبرمجيات معقد نسبياً.
- تكلفة أعلى:على الرغم من أن التكلفة أقل من BMS الموزعة ، إلا أنها لا تزال أعلى من BMS المركزية.
تنسيق الاتصالات صعب: يتطلب التواصل والتنسيق بين الوحدات دعمًا فعالًا للبروتوكول ، وإلا فقد يؤثر على أداء النظام.
مقارنة بين ثلاث هندسات
| النوع المعماري | نظام BMS المركزي | BMS الموزعة | نظام BMS وحداتي |
| الهيكل |
سهلة |
معقدة | أكثر تعقيداً |
| التكلفة | منخفضة | عالية | أعلى |
| الموثوقية | منخفضة | هينغ | أعلى |
| التواصل | معقدة | سهلة | أكثر تعقيداً |
| قابلية التوسع | سيئة | جيد | أفضل |
| السيناريوهات المطبقة | سيناريوهات مع عدد أقل من البطاريات وحجم النظام الأصغر | سيناريوهات مع عدد كبير من البطاريات وحجم النظام الكبير | مجموعات البطاريات الكبيرة والمتوسطة الحجم للسيناريوهات التي تتطلب المرونة والقدرة على التوسع |
ملخص واقتراحات اختيار
عند اختيار بنية BMS ، يحتاج المستخدمون إلى تقييم سيناريوهات الاحتياجات الخاصة:
- BMS المركزية:مناسبة لأنظمة بطارية صغيرة وبسيطة مثل الأدوات الكهربائية والمنازل الذكية والدراجات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة الصغيرة ، وهي منخفضة التكلفة وسهلة الصيانة.
- BMS الموزعة:مناسبة لأنظمة البطاريات الكبيرة والمعقدة، مثل المركبات الكهربائية الكبيرة، والمركبات الهجينة، ومركبات خلايا الوقود وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق واسع،توفير موثوقية ومستوى أعلى، ولكن مع تكاليف أعلى.
- نظام BMS وحداتي:يأخذ في الاعتبار مزايا وعيوب البطارية المركزية والمتوزعة، وهو مناسب لحزم البطارية المتوسطة والكبيرة التي تحتاج إلى المرونة والقدرة على التوسع،مثل المركبات الهجينة، أنظمة تخزين طاقة الشبكة وتطبيقات الشبكة الذكية.
في المستقبل، مع التطور المستمر لتكنولوجيا الطاقة الجديدة، سوف تكون أشكال البنية من BMS أيضا أكثر تنوعا لتلبية احتياجات السيناريوهات المختلفة.