Bms

BMS(Batarya Yönetim Sistemi) Nedir?

Bir batarya yönetim sistemi olan BMS, bataryayı olumsuz durumlara karşı koruyan bir elektronik devre ünitesidir. Temel olarak elektronik elemanlardan oluşan bu bileşen -40°C ile +85°C arasındaki sıcaklıklarda hücrelerin şarjını, voltajını ve deşarj devresi akımını hassas şekilde izler ve ihtiyaca göre veya acil durumlara göre akım devresinin zamanında açılıp kapanmasını denetler.

Sıradan bir lityum pil koruma devresi genel olarak kontrol kartını, dirençleri, kapasitörleri, Mos anahtarlarını ve bazı ek yardımcı cihazları bünyesinde içermektedir. Burada kontrol devresi, hücreyi ve harici devrenin yürütülmesini sağlamak için normal koşullar altında Mos anahtarını kontrol eder. Hücre voltajı veya döngü akımı belirtilen değerleri aştığında, hücrenin batarya paketine yapacağı olası hasarı önlemek ve güvenliğini korumak için Mos anahtarını kapatarak durumu kontrol altına alır.

BMS Devresinin Temel Parçaları Nelerdir?

Temele indirgediğimizde BMS’lerin 6 bileşeni vardır. Bu bileşenler şu şekilde sıralanabilir:

• Kesme İşlemi ( FET – Field Effect Transsistor )
• Hücre Voltaj Dengesi
• BMS Algoritmaları
• Gerçek Zaman Saati (RTC)
• Sıcaklığın İzlenmesi
• Pil Hücresi Monitörü

Batarya yönetim sistemi (BMS) sahip olduğu her bir bileşenin önemine ve nasıl uygulandığına açıklık getirelim:

Pil Hücresi Gözlem ve Denetlemesi

Batarya Yönetim Sistemi (BMS), öncelikli olarak batarya sistemleri için voltajları izler. Yüksek gerilim ölçümleri için oldukça düşük bir maliyet sağlayan yüksek hızlı bir sistem altyapısından oluşur. Avantajları şu şekilde sıralanabilir:

• Ayarlanabilen voltaj seviyesine göre bireysel hücre voltajını izler. Bu durum batarya paketinin şarjını belirlemenin en kolay yollarından biridir.
• İlk hücrenin voltajı belirlenen voltaj sınırına ulaştığı zaman şarj mekanizması otomatik açılır. Pil şarj sınırına ulaştığında da gösterilir.
• Pil paketi hücreden ortalama daha az şarj oranına sahip ise, en az şarjlı hücre sınıra ulaşır ve hücrelerin geri kalanı kısmen şarjlı bırakılır.

Kesme Anahtarlaması

FET sürücüsü, batarya paketinin yükü ve şarj cihazı arasındaki bağlantı ve izolasyondan sorumlu bir sürücüdür. Voltaj, akım ölçümleri, davranış tahmini ve gerçek zamanlı algılama devresi aracılığıyla yapılmaktadır. Avantajları şunlardır:

• Batarya pil paketinin yüksek veya düşük taraflarına bağlanabilirler.
• Pilin yüksek taraf bağlantısını etkinleştirmek için NMOS FET’lerin aktivasyonu gereklidir ve yanında bir şarj sürücüsü de gerekmektedir.
• Bir şarj kaynağına ihtiyaç duyulmadığından entegre çözümlerde maliyetleri azaltmak için genelde düşük taraf FET sürücüsü kullanılır.

Sıcaklığın İzlenmesi

Kullanıcıların ürün üzerindeki beklentileri arttıkça, batarya pilleri sabit bir voltajda akım sağladıkları için sürekli dalgalanma içerisindedir. Pillerin sürekli çalışmaları, yangın veya patlama gibi yıkıcı veya yanıcı olaylara neden olabilir. Pil koruma devresi (BMS) bu süreçleri analiz ederek  bu durumlarla ilgili aşağıdaki avantajları sağlamaktadır:

• Sıcaklık ölçümünü kullanarak pilin şarj edilmesi veya boşaltılması gerektiğini anlayabiliriz.
• Sıcaklık sensörlerinin en büyük avantajı, enerji depolama sistemlerini veya pil hücre gruplarını ölçümleyip izleyebilmesidir.
• Devre sıcaklığı, dahili voltajla çalışan termistör tarafından izlenir. Dahili voltaj referansını kullanmak, sıcaklık yanlışlıklarını azaltmaya yardımcı olur ve genel ölçüm sistemini geliştirir.

Hücre Voltaj Dengesi

Pil paketinin sağlığının belirlenmesi çok önemlidir. Bu sebeple, uzun bir pil ömrü elde etmek için hücrelerin uygun kullanım koşullarında çalıştığından emin olunmalıdır. Bunun için de hücre voltajı izleme işlemi yapılmaktadır.

• Lityum iyon pillerde çalışma voltaj aralığı 2.5v ile 4.2v arasında değişmektedir.
• Pil ömrü, pilin voltaj aralığının dışındaki işlemlerde oldukça etkilenmektedir. Bu durumlar pilin ömrünü azaltmaktadır.
• Batarya paketinin paralel bağlanması durumunda genel sürücü akımı artar, seri bağlanırsa genel voltajı artmaktadır.

BMS Algoritması

BMS, pil paketi üzerinden alınan bilgilere göre gerçek zamanlı olarak hızlı ve etkili kararlar almak, bu amaçla algılama devresinden gelen bilgileri düzenlemek, toplamak ve değerlendirmek için bir mikrodenetleyiciye ihtiyaç duyar.

Pil koruma devresi saat döngüleri için bellek alanı bazı harici bağımsız çözümler kullanılarak temizlenebilir.

Gerçek Zamanlı Saat

Gerçek zamanlı saat, kullanıcıların oluşacak olumsuz bir olaydan önce pil takımının davranışını bilmesini sağlayan bir kara kutu görevi görmektedir.

• BMS elektroniği, pil doğrulama olayı sayesinde 3. taraf pil takımıyla senkronize olmaktan korunur.
• Çevresel güç devresi, voltaj referansı/regülatörü aracılığıyla pil yönetim sisteminin bileşenleri doğrultusunda kullanılır.