Batarya Yönetim Sistemi veya BMS Nedir?
Batarya yönetim sistemi (BMS), bataryanın güvenlik sistemidir ve (gerilim, akım & sıcaklık gibi) batarya koşullarını güvenli limitlerde tutmaktan sorumludur.
Korumanın düzeyi hem bataryanın kimyasından kaynaklı gereksinimlere hem de BMS’in kendi karmaşıklık düzeyine bağlıdır. Kurşun asit ve nikel kadmiyum gibi ilkel kimyalar yüksek iç dirençlerinden ve yüksek kendiliğinden deşarj düzeylerinden dolayı aşırı akım ve aşırı gerilim durumlarına dayanıklıdır. Çoğu zaman bir sigortadan başka korumaya ihtiyaç yoktur.
Bununla birlikte, daha yeni kapalı tip kurşun asit (SLA) bataryalar, valf regüleli kurşun asit (VRLA) bataryalar ve nikel metal hidrür (Ni-MH) bataryalar daha yüksek verimlilik sağlar ve aşırı gerilim, düşük gerilim, aşırı akım ve aşırı sıcaklık koşullarına daha dayanıksızdır. Bu nedenle çalışma sırasında bu bataryaları belirtilen koşullar için görüntülemek önemlidir.
Lityum İyon Pillerde Batarya Yönetim Sistemi
Lityum temelli bataryalar diğer tüm bataryalara göre çalışma koşullarına çok daha hassastır. Önceki anlatılan bataryalar zarar görebilir olsa da çoğu zaman kısa süreli ihlallerin üstesinden gelebilir ve kendilerini regüle edebilirler. Öte yandan lityum temelli bataryalar gerilim & sıcaklık limitleri açısından çok müsamahasızdır. Örneğin bir SLA, VRLA veya Ni-MH hücrenin maksimum şarj gerilimi 100 mili-volt aşılırsa, hücre kendini deşarj edecek, biraz ısı açığa çıkaracak ve muhtemelen ufak bir kapasite kaybıyla çalışmaya devam edecektir. Eğer lityum temelli bir hücrede aynı miktarda aşırı şarj etme denenirse, hücre yıkıcı bir reaksiyon geçirecek, ısınacak ve sonunda parçalanacaktır.
Batarya yönetim sistemi bataryayı güvenli koşulları “korumaktan” sorumludur. Her batarya tipinin farklı limit ve toleransları olduğundan, batarya yönetim sistemi aynı limit ve toleranslara uyumlu olmalıdır.
Bu noktada, “korumak” terimini tanımlamak önemlidir. BMS’in yetenekleri korumanın tekniğini ve kapsamını belirler.
Batarya Koruyucular
“Batarya Koruyucu” olarak da bilinen BMS’in en basit formu, bataryanın hücre gerilimlerini ve batarya akımını alır ve bunları ön tanımlı limitlerle karşılaştırır. Herhangi bir aşma, bataryanın bağlantısının kesilmesiyle sonuçlanır. Bu işlev genellikle basit analog karşılaştırıcı entegre devrelerle sağlanır. Bağlantı kesme bir MOSFET grubu kullanılarak sağlanır. Resim 1, bu sistemin 4 hücre için olan bir örneğini göstermektedir.
Örnek sistem her hücrenin gerilimine dair aşırı gerilim ve düşük gerilim koşulları için ve şarj & deşarj akımına dair aşırı akım için analog karşılaştırıcılar kullanır. Büyük MOSFET’ler batarya paketinin çıkışını kontrol eder ve alarm koşulları için bağlantıyı keser. Devre, küçük MOSFET’lerle kontrol edilen dirençlerden oluşan “sızdırma devreleri ”ne sahiptir. Bir hücre gerilimi tanımlanan limiti aştığında, karşılık gelen direnç hücre terminallerine bağlanır ve aşırı gerilim koşulunun giderildiği noktaya kadar hücreyi harcar.
Bazı koruma devreleri aynı karşılaştırma metodunu kullanarak sıcaklık koruması sağlar. Yüksek akımlı koruyucular BMS sıcaklığını ölçmek için devre üzerinde de sıcaklık sensörü içerir ve böylece MOSFET’ler yüksek sıcaklıktan bozulmaz.
Resim 1 – 4S Lityum Batarya Koruyucu
Batarya koruyucuların küçük ev aletleri ve el aletlerinden elektrikli bisiklet ve elektrikli mobilet gibi küçük araçlara kadar yaygın uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Onlar batarya koruması için temelleri sağlamaktadır. Bununla beraber aşağıdaki özelliklerden mahrumdur;
- Hücreleri aynı şarj seviyesine dengelemek
- Bataryanın şarj durumunu (SOC) ve sağlık durumunu (SOH) hesaplamak
- Bir iletişim ara yüzünden batarya bilgilerini sunmak
Dahası, bu koruyucuların sızdırma kapasiteleri batarya akımına kıyasla çok düşüktür ve etkili koruma sunmaz. Bataryanın bir aşırı gerilim durumuyla karşılaştığı çoğu durumda, ayırma devresi devreye girer. Eğer hücreler arasında büyük dengesizlik oluşursa, diğer hücreler şarjsız kalır ve kullanılabilir kapasite önemli ölçüde düşer.
Bir sonraki kısımda, gelişmiş batarya yönetim sistemlerinin işlevlerini inceleyeceğiz.
