Modern Bir Batarya Yönetim Sistemi Nedir-Nasıl Çalışır?
Bölüm 1’de, batarya yönetim sisteminin temelleri ve “Batarya Koruyucu” olarak bilinen basit BMS’ler hakkında bilgiler vermiştik. İkinci bölümde, hem bataryayı çeşitli gelişmiş yollarla korumak hem de detaylı bilgi sağlamak için karmaşık ölçüm & koruma mekanizmaları kullanan Modern Batarya Yönetim Sistemleri (BMS)’nin detaylarına girmek istedik ve biraz daha detaylı detaylı bilgileri bu yazımızda paylaştık .
Modern Batarya Yönetim Sistemleri, hücre gerilimlerini, hücre sıcaklıklarını ve batarya akımını ölçmek için bir ölçüm ön yüzü içerir. Ölçüm, en fazla +/- 5 LSB maksimum toplam hata payıyla en az 12 bit gibi çok yüksek çözünürlüğe ve doğruluğa sahiptir. Bu ölçüm yeteneği, sistemin aşaıda detaylarını verdiğimiz karmaşık koruma mekanizmalarını sunmasını sağlar.
BMS için hassas hücre gerilim ölçümünün birinci avantajı, BMS’in hücreleri dengeleme yeteneğine olan etkisidir. Hücre dengeleme en genel kapsamda her hücrenin şarj seviyesini eşitlemek anlamına gelmektedir. BMS, her hücrenin çalışma koşullarını ölçerek, hücrelerin şarj seviyesini tek tek tahmin edebilir ve içerisindeki dengeleme devreleri ile eşitleyebilir. (Dengeleme tekniklerini ve çeşitlerini bu dizinin üçüncü kısmı olan Bölüm 3‘de tartışacağız.) Eğer BMS her hücrenin gerilimini hassas bir şekilde ölçebiliyorsa, her hücrenin şarj seviyesini eşit tutmak mümkündür. Böylece her hücre eşit şekilde, bataryanın kullanılabilir kapasitesini artıracak şekilde, şarj ve deşarj edilebilir. Dengeleme yeteneğine sahip olmayan BMS’ler ise batarya kullanımını herhangi bir hücre gerilim limitine geldiğinde durduracaktır. Bu noktada bilinmesi gereken ise eğer hücreler dengelenmiyorsa diğer hücreler aynı limitte olmayabilir. Dengeleme işlemiyle de hücre durumları birbirine yakın tutulur ve şarj/deşarj tüm bataryanın limitlerine kadar yapılabilir.
State Of Charge (SOC) BMS İçin Önemli Mi?
Bu ölçüm kabiliyetinin bir diğer avantajı ise bataryanın şarj durumunu (SOC) ve sağlık durumunu (SOH) tahmin etmekye olan etkisidir. Öncelikle bu terimleri tanımlayalım. Şarj durumu (SOC) bataryadaki kullanılabilir şarj miktarının bataryanın tüm kapasitesine oranıdır. Diğer yandan sağlık durumu (SOH), bataryanın mevcut tüm kapasitesinin, bataryanın kullanılmadan önceki (örneğin üretilir üretilmez) kapasitesine oranıdır. Bataryalar, tekrarlanan şarj/deşarj işlemleri ve çevresel koşullar nedeniyle zamanla kötüleşir. Bu nedenle her ikisi de herhangi bir anda kullanılabilir enerji miktarını belirlediğinden SOH da SOC kadar önemlidir.
Bir bataryanın SOC değeri batarya sıcaklığına ve batarya akımına fazlasıyla bağlıdır. Çoğu zaman hücre gerilimi SOC değerinin bir göstergesidir. Bununla birlikte, hücre gerilimi SOC tahmini için tek başına kullanılamaz ve iyi bir SOC tahmini için Batarya Sıcaklığı, Batarya Akımı ve Batarya Gerilimi değerleri bir araya getirilmelidir. Teorik olarak SOC gerilim ölçüm metodu ve yük sayma metodu olmak üzere 2 farklı yolla tahmin edilebilir.
Gerilim ölçüm metodunda, BMS farklı sıcaklıklar ve batarya akımları için hücre – SOC ilişkisini önceden bilir. Herhangi bir anda, BMS, mevcut sıcaklığı, batarya akım ve gerilimini bir araya getirir ve SOC değerini bilinen değerlere bakarak çıkarır.
Gerilim ölçüm metodu, batarya gerilimi değişen SOC seviyesiyle beraber belirli ölçüde değişiyorsa kullanışlıdır. Bununla birlikte LiFePO4 gibi bazı batarya kimyaları, SOC’un geniş bir aralığı için neredeyse sabit gerilime sahiptir. Bu nedenle SOC tahmin hata payı, bataryanın yataya gerilim aralığı için yüksektir.
SOC tahmini için bilinen bir diğer metot yük sayma metodudur. Yük sayma metodu, başlangıç SOC değerini gerilim ölçüm metoduyla hesaplar. Daha sonra, SOC’u tahmin etmek üzere bataryaya giren & çıkan şarjı tahmin etmek için batarya akımı ölçümlerinin zamana göre integrali hesaplanır. Yük sayma metodu, yassı gerilim eğrisine sahip bataryalar için kullanışlıdır. Bununla birlikte, iç empedansından dolayı doğal olarak bir iç kayba sahiptir. Dahası, metot tarafından hesaplanan şarj miktarı, bataryanın sıcaklığından dolayı hemen kullanılabilir olmayabilir. Yük sayma metodunu kullanabilmek için, ölçümün zamanda integrali alındığından akım ölçüm devresinin neredeyse sıfır offset e sahip olmalıdır. Eğer önemli ölçüde bir ölçüm offseti varsa, bu offset büyük bir SOC hatasına evrilecektir.
Modern BMS’ler tarafından sağlanan önemli özellik zengin iletişim özellikleridir. Bütün çalışma parametreleri nümerik olarak hesaplandığından, bu parametreler çeşitli amaçlar için sunulabilir. İletişim genellikle MODBus veya CANBus gibi sağlam endüstriyel ara yüzler üzerinden yürütülür. Güncel BMS’lerde Wi-Fi veya Bluetooth bağlantısı da verilmektedir. Böylece kablosuz haberleşme böylece sistemi bir bilgisayar ağından veya dahası web üzerinden görüntülemek mümkündür.
Önemli bir iletişim uygulaması, şarj cihazının şarj sürecini yönetmesi ve bataryanın güvenle şarj edilmesi için BMS’le etkileşebilmesi için BMS ile batarya şarj cihazını ara yüzlemektir. Batarya şarjı normalde 3 – 4 adımda yapılır ve adımlar bataryanın gerilimine göre birbirini takip eder. Bununla birlikte bir akıllı şarj cihazı, batarya dengelenirken şarj cihazını duraklatmak veya sabit gerilim aşamalarına erken geçmek gibi, şarj adımlarını BMS’ten aldığı parametrelere göre değiştirebilir.
3. Bölüm‘de modern BMS’lerin dengeleme yeteneklerini ve farklı dengeleme tekniklerini inceleyeceğiz. Bununla birlikte Modern Batarya Sistemi örneğine de aşağıdaki linkten ulaşabilirsiniz.
