بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS) کیا ہے؟

بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS) ایک ایسی ٹیکنالوجی ہے جو خاص طور پر بیٹری پیک کی نگرانی کے لیے بنائی گئی ہے، جو بیٹری سیلز کے اجزاء ہیں جو ایک قطار کے کالم میٹرکس کنفیگریشن میں برقی طور پر منظم ہوتے ہیں تاکہ مقررہ مدت کے دوران متوقع لوڈ کی حالتوں کے لیے وولٹیج اور کرنٹ کی ہدف کی حد فراہم کی جا سکے۔ .

BMS کی طرف سے فراہم کردہ نگرانی میں عام طور پر شامل ہیں:

• مانیٹرنگ بیٹری

• بیٹری کی حفاظت فراہم کریں۔

• بیٹری کے کام کرنے کی حالت کا اندازہ لگائیں۔

• بیٹری کی کارکردگی کو مسلسل بہتر بنانا

• بیرونی آلات کو آپریشنل اسٹیٹس کی اطلاع دیں۔

یہاں، اصطلاح 'بیٹری' کا مطلب ہے پورا بیٹری پیک؛ تاہم، نگرانی اور کنٹرول کے افعال خاص طور پر انفرادی بیٹریوں یا بیٹری پیک پر لاگو ہوتے ہیں جنہیں پوری بیٹری پیک اسمبلی میں ماڈیول کہا جاتا ہے۔ لیتھیم آئن ریچارج ایبل بیٹریوں میں توانائی کی کثافت سب سے زیادہ ہوتی ہے اور یہ لیپ ٹاپ سے لے کر الیکٹرک گاڑیوں تک بہت سے صارفین کے بیٹری پیک کے لیے معیاری انتخاب ہیں۔ اگرچہ وہ اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں، لیکن اگر وہ عام طور پر سخت محفوظ آپریٹنگ ایریا (SOA) سے باہر چلائے جائیں تو وہ کافی بے رحم ہو سکتے ہیں، جس کے نتائج بیٹری کی کارکردگی کو نقصان پہنچانے سے لے کر مکمل طور پر خطرناک نتائج تک پہنچ سکتے ہیں۔ بی ایم ایس کی ملازمت کی تفصیل بلاشبہ چیلنجنگ ہے، کیونکہ اس کی مجموعی پیچیدگی اور نگرانی کے دائرہ کار میں الیکٹریکل، ڈیجیٹل، کنٹرول، تھرمل اور ہائیڈرولک جیسے متعدد مضامین شامل ہو سکتے ہیں۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم کیسے کام کرتا ہے؟

بیٹری کے انتظام کے نظام کے لیے کوئی مقررہ یا منفرد معیار نہیں ہے جسے اپنانا ضروری ہے۔ تکنیکی ڈیزائن کا دائرہ کار اور نفاذ کی خصوصیات عام طور پر درج ذیل سے متعلق ہیں:

• بیٹری پیک کی قیمت، پیچیدگی اور سائز

• بیٹریوں کا اطلاق اور کسی بھی حفاظت، عمر، اور وارنٹی کے مسائل

• مختلف حکومتی ضوابط کی سرٹیفیکیشن کی ضروریات، اگر فعال حفاظتی اقدامات موجود نہیں ہیں، تو لاگت اور جرمانے بہت اہم ہیں۔

BMS میں بہت سے ڈیزائن فنکشنز ہیں، اور بیٹری پیک پروٹیکشن مینجمنٹ اور صلاحیت کا انتظام دو بنیادی کام ہیں۔ ہم یہاں بات کریں گے کہ یہ دونوں افعال کیسے کام کرتے ہیں۔ بیٹری پیک پروٹیکشن مینجمنٹ کے دو اہم شعبے ہیں: برقی تحفظ، جس کا مطلب یہ ہے کہ SOA کے باہر استعمال ہونے پر بیٹریوں کو نقصان پہنچنے کی اجازت نہیں ہے۔ تھرمل تحفظ، جس میں بیٹری پیک کو SOA میں برقرار رکھنے یا لانے کے لیے غیر فعال اور/یا فعال درجہ حرارت کا کنٹرول شامل ہوتا ہے۔

الیکٹریکل مینجمنٹ پروٹیکشن: کرنٹ

بیٹری پیک کے کرنٹ اور بیٹری یا ماڈیول کے وولٹیج کی نگرانی برقی تحفظ حاصل کرنے کا ایک طریقہ ہے۔ کسی بھی بیٹری سیل کا برقی SOA کرنٹ اور وولٹیج کی وجہ سے محدود ہوتا ہے۔ شکل 1 ایک عام لیتھیم آئن بیٹری SOA کو دکھاتا ہے، جہاں ایک اچھی طرح سے ڈیزائن کیا گیا BMS بیٹری پیک کو مینوفیکچرر کی بیٹری کی درجہ بندی سے باہر کام کرنے سے روک کر اس کی حفاظت کرے گا۔ بہت سے معاملات میں، بیٹری کی زندگی کو بڑھانے کے لیے SOA سیفٹی زون کے اندر مزید ڈیریٹنگ کا اطلاق کیا جا سکتا ہے۔

لیتھیم آئن بیٹریوں میں چارجنگ کرنٹ کی حدیں اور ڈسچارج کرنٹ کی حدیں مختلف ہوتی ہیں، اور دونوں موڈز اونچی چوٹی کرنٹ کو سنبھال سکتے ہیں، اگرچہ وقت کم ہو۔ بیٹری مینوفیکچررز عام طور پر زیادہ سے زیادہ مسلسل چارجنگ اور ڈسچارج کرنٹ کی حدوں کے ساتھ ساتھ چوٹی چارجنگ اور ڈسچارج وولٹیج کی حدیں بھی بتاتے ہیں۔ BMS جو موجودہ تحفظ فراہم کرتا ہے یقینی طور پر زیادہ سے زیادہ مسلسل کرنٹ کا اطلاق کرے گا۔ تاہم، اس سے پہلے لوڈ کی صورتحال میں اچانک تبدیلیوں کو مدنظر رکھا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، برقی گاڑیوں کا اچانک تیز ہونا۔ BMS کرنٹ کو مربوط کر کے چوٹی کرنٹ کی نگرانی کو یکجا کر سکتا ہے اور دستیاب کرنٹ کو کم کرنے یا Δ وقت کے بعد گروپ کرنٹ کو مکمل طور پر روکنے کا فیصلہ کر سکتا ہے۔ یہ BMS کو انتہائی موجودہ چوٹیوں کے لیے تقریباً فوری طور پر حساسیت حاصل کرنے کی اجازت دیتا ہے، جیسے کہ شارٹ سرکٹ کے حالات جو کسی بھی رہائشی کی توجہ کو اپنی طرف متوجہ نہیں کرتے ہیں، لیکن اعلیٰ چوٹی کے مطالبات کو بھی برداشت کر سکتے ہیں جب تک کہ وہ زیادہ دیر تک نہ ہوں۔

الیکٹریکل مینجمنٹ پروٹیکشن: وولٹیج

شکل 2 سے پتہ چلتا ہے کہ لیتھیم آئن بیٹریوں کو ایک مخصوص وولٹیج کی حد کے اندر کام کرنا چاہیے۔ یہ SOA حدود بالآخر منتخب لیتھیم آئن بیٹری کی موروثی کیمیائی خصوصیات اور کسی بھی وقت بیٹری کے درجہ حرارت سے طے کی جائیں گی۔ اس کے علاوہ، موجودہ سائیکلنگ کی بڑی مقدار، لوڈ ڈیمانڈ کی وجہ سے خارج ہونے والے مادہ، اور توانائی کے مختلف ذرائع سے چارجنگ کی وجہ سے جو کسی بھی بیٹری پیک سے گزرتا ہے، یہ SOA وولٹیج کی حدیں اکثر بیٹری کی زندگی کو بہتر بنانے کے لیے مزید محدود ہوتی ہیں۔ BMS کو معلوم ہونا چاہیے کہ یہ حدود کیا ہیں اور ان حدوں کی قربت کی بنیاد پر فیصلے کرنا چاہیے۔ مثال کے طور پر، ہائی وولٹیج کی حد تک پہنچنے پر، BMS چارج کرنٹ میں بتدریج کمی کی درخواست کر سکتا ہے، یا اگر حد تک پہنچ جاتی ہے، تو یہ چارج کرنٹ کو مکمل طور پر ختم کرنے کی درخواست کر سکتا ہے۔ تاہم، اس حد کے ساتھ اکثر اضافی موروثی وولٹیج ہسٹریسس پر غور کیا جاتا ہے تاکہ ٹرن آف تھریشولڈ کے حوالے سے کنٹرول دوغلوں کو روکا جا سکے۔ دوسری طرف، کم وولٹیج کی حد کے قریب پہنچنے پر، BMS اپنی موجودہ مانگ کو کم کرنے کے لیے اہم فعال نان کمپلائنٹ بوجھ کی درخواست کرے گا۔ الیکٹرک گاڑیوں کے معاملے میں، یہ کرشن موٹر کو دستیاب قابل اجازت ٹارک کو کم کر کے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ بلاشبہ، BMS کو ڈرائیور کی حفاظت کو ترجیح دینی چاہیے اور بیٹری پیک کو مستقل نقصان سے بچانا چاہیے۔

تھرمل مینجمنٹ پروٹیکشن: درجہ حرارت

سطح پر، لیتھیم آئن بیٹریوں کے آپریٹنگ درجہ حرارت کی وسیع رینج ہوتی ہے، لیکن نمایاں طور پر سست کیمیائی رد عمل کی شرح کی وجہ سے، بیٹری کی مجموعی صلاحیت کم درجہ حرارت پر کم ہو جاتی ہے۔ کم درجہ حرارت پر قابلیت کے لحاظ سے، ان کی کارکردگی واقعی لیڈ ایسڈ یا NiMh بیٹریوں سے بہت بہتر ہے۔ تاہم، درجہ حرارت کا انتظام بہت اہم ہے کیونکہ 0 ڈگری C (32 ڈگری F) سے نیچے چارج کرنا جسمانی طور پر پریشانی کا باعث ہے۔ سب فریزنگ چارجنگ کے دوران، انوڈ پر دھاتی لتیم کا الیکٹروپلاٹنگ رجحان ہو سکتا ہے۔ یہ ایک مستقل نقصان ہے جو نہ صرف صلاحیت میں کمی کا باعث بنتا ہے، بلکہ وائبریشن یا دیگر تناؤ کے حالات کا نشانہ بننے پر بیٹری کے فیل ہونے کا امکان بھی بڑھاتا ہے۔ BMS ہیٹنگ اور کولنگ کے ذریعے بیٹری پیک کے درجہ حرارت کو کنٹرول کر سکتا ہے۔

تھرمل مینجمنٹ کا نفاذ مکمل طور پر بیٹری پیک کے سائز اور قیمت، کارکردگی کے اہداف، BMS ڈیزائن کے معیارات، اور مصنوعات کی اکائیوں پر منحصر ہے، جس میں ہدف کے جغرافیائی علاقے کے لیے غور و فکر شامل ہو سکتا ہے۔ ہیٹر کی قسم سے قطع نظر، یہ عام طور پر کسی بیرونی AC پاور سورس سے یا ضرورت پڑنے پر ہیٹر کو چلانے کے لیے استعمال ہونے والی متبادل رہائشی بیٹریوں سے توانائی حاصل کرنا زیادہ کارآمد ہے۔ تاہم، اگر الیکٹرک ہیٹر میں اعتدال پسند موجودہ کھپت ہے، تو مرکزی بیٹری پیک سے توانائی خود کو گرم کرنے کے لیے نکالی جا سکتی ہے۔ اگر ایک گرم ہائیڈرولک نظام استعمال کیا جاتا ہے، تو ایک الیکٹرک ہیٹر کا استعمال کولنٹ کو گرم کرنے اور پورے جزو میں تقسیم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔

بلاشبہ، BMS ڈیزائن انجینئرز کے پاس ڈیزائن کی صنعت میں بیٹری پیک میں تھرمل توانائی کو ٹپکانے کے لیے کچھ مہارتیں ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر، BMS کے اندر صلاحیت کے انتظام کے لیے وقف کردہ مختلف پاور الیکٹرانک آلات کو آن کیا جا سکتا ہے۔ اگرچہ براہ راست حرارتی نظام کے طور پر موثر نہیں ہے، یہ اب بھی استعمال کیا جا سکتا ہے اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے. لتیم آئن بیٹری پیک کی کارکردگی کے نقصان کو کم کرنے کے لیے کولنگ خاص طور پر اہم ہے۔ مثال کے طور پر، شاید ایک دی گئی بیٹری 20 ڈگری سینٹی گریڈ پر بہترین کام کرتی ہے۔ اگر پیکیجنگ کا درجہ حرارت 30 ڈگری سینٹی گریڈ تک بڑھایا جائے تو اس کی کارکردگی کی کارکردگی 20 فیصد کم ہو سکتی ہے۔ اگر بیٹری پیک کو 45 ڈگری سینٹی گریڈ (113 ڈگری ایف) کے درجہ حرارت پر مسلسل چارج اور ری چارج کیا جاتا ہے، تو کارکردگی کا نقصان 50% تک زیادہ ہو سکتا ہے۔ اگر مسلسل زیادہ گرم ماحول کا سامنا کرنا پڑتا ہے، خاص طور پر تیز رفتار چارجنگ اور ڈسچارجنگ سائیکلوں کے دوران، بیٹری کی زندگی بھی وقت سے پہلے بوڑھی اور کم ہو سکتی ہے۔ کولنگ عام طور پر دو طریقوں سے حاصل کی جاتی ہے، غیر فعال یا فعال، اور دونوں تکنیکوں کو استعمال کیا جا سکتا ہے۔ غیر فعال کولنگ بیٹری کو ٹھنڈا کرنے کے لیے ہوا کے بہاؤ کی حرکت پر انحصار کرتی ہے۔ جہاں تک برقی گاڑیوں کا تعلق ہے، اس کا مطلب ہے کہ وہ صرف سڑک پر چل رہی ہیں۔ تاہم، یہ اس سے زیادہ پیچیدہ ہوسکتا ہے، کیونکہ ہوا کی رفتار کے سینسر کو ایک ساتھ مربوط کیا جاسکتا ہے تاکہ ہوا کے بہاؤ کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ڈیفلیکشن ایئر ڈیم کو اسٹریٹجک طور پر خود بخود ایڈجسٹ کیا جاسکے۔ فعال درجہ حرارت پر قابو پانے والے پنکھوں کا نفاذ کم رفتار یا گاڑی کے رکنے پر مددگار ثابت ہو سکتا ہے، لیکن یہ سب صرف بیٹری پیک کو ارد گرد کے ماحول کے درجہ حرارت پر رکھنے کے لیے ہے۔ اگر موسم گرم ہے، تو اس سے پیکیجنگ کا ابتدائی درجہ حرارت بڑھ سکتا ہے۔ گرم ہائیڈرولک ایکٹو کولنگ کو ایک ضمنی نظام کے طور پر ڈیزائن کیا جا سکتا ہے، عام طور پر ایک مخصوص اختلاط تناسب کے ساتھ ایتھیلین گلائکول کولنٹ کا استعمال کرتے ہوئے، پائپ/ہوزز، ڈسٹری بیوشن مینیفولڈز، کراس فلو ہیٹ ایکسچینجرز (ریڈی ایٹرز) اور کولنگ پلیٹوں کو برقی استعمال کرتے ہوئے بیٹری پیک کے اجزاء کے خلاف استعمال کیا جاتا ہے۔ پمپ بی ایم ایس پورے بیٹری پیک کے درجہ حرارت کی نگرانی کرتا ہے اور بیٹری کی بہترین کارکردگی کو یقینی بنانے کے لیے ایک تنگ درجہ حرارت کی حد میں پوری بیٹری کے درجہ حرارت کو برقرار رکھنے کے لیے مختلف والوز کو کھولتا اور بند کرتا ہے۔

صلاحیت کا انتظام

بیٹری پیک کی صلاحیت کو زیادہ سے زیادہ کرنا BMS کی طرف سے فراہم کردہ بیٹری کی کارکردگی کی سب سے اہم خصوصیات میں سے ایک سمجھا جا سکتا ہے۔ اگر یہ دیکھ بھال نہیں کی جاتی ہے، تو بیٹری پیک بالآخر بیکار ہو سکتا ہے۔ مسئلے کی جڑ اس حقیقت میں ہے کہ بیٹری پیک (بیٹری سیریز کی صفوں) کی "اسٹیکنگ" مکمل طور پر مساوی نہیں ہے اور بنیادی طور پر اس کے رساو یا خود خارج ہونے کی شرح قدرے مختلف ہے۔ رساو کارخانہ دار کا عیب نہیں ہے، بلکہ بیٹری کی کیمیائی خصوصیات ہیں، حالانکہ یہ اعدادوشمار کے لحاظ سے مینوفیکچرنگ کے عمل میں معمولی تبدیلیوں سے متاثر ہو سکتی ہے۔ ابتدائی طور پر، بیٹری پیک میں اچھی طرح سے مماثل بیٹریاں ہو سکتی ہیں، لیکن وقت گزرنے کے ساتھ، بیٹریوں کے درمیان مماثلت مزید کم ہوتی جاتی ہے، نہ صرف خود خارج ہونے کی وجہ سے بلکہ چارج/ڈسچارج سائیکل، درجہ حرارت میں اضافہ، اور عام کیلنڈر کی عمر بڑھنے سے بھی متاثر ہوتا ہے۔ اس بات کو ذہن میں رکھتے ہوئے، پچھلی بحث کو یاد کرتے ہوئے، لتیم آئن بیٹریاں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتی ہیں، لیکن اگر سخت SOA سے باہر چلائی جائیں تو یہ کافی بے رحم ہو سکتی ہیں۔ ہم نے پہلے مطلوبہ برقی تحفظ کے بارے میں جان لیا ہے، کیونکہ لیتھیم آئن بیٹریاں زیادہ چارجنگ کو اچھی طرح سے نہیں سنبھال سکتی ہیں۔ ایک بار مکمل چارج ہونے کے بعد، وہ زیادہ کرنٹ قبول نہیں کر سکتے، کوئی اضافی توانائی گرمی میں تبدیل ہو جائے گی، اور وولٹیج تیزی سے بڑھ سکتا ہے، ممکنہ طور پر خطرناک سطح تک پہنچ سکتا ہے۔ یہ خلیات کے لیے صحت مند حالت نہیں ہے، اور اگر یہ برقرار رہتا ہے، تو یہ مستقل نقصان اور غیر محفوظ آپریٹنگ حالات کا سبب بن سکتا ہے۔

بیٹری کی صفوں کا سلسلہ کنکشن پورے بیٹری پیک کے وولٹیج کا تعین کرتا ہے، اور کسی بھی بیٹری پیک کو چارج کرنے کی کوشش کرتے وقت ملحقہ بیٹریوں کے درمیان مماثلت مشکلات کا باعث بن سکتی ہے۔ شکل 3 ظاہر کرتا ہے کہ ایسا کیوں ہو رہا ہے۔ اگر کسی شخص کے پاس بیٹریوں کا مکمل طور پر متوازن سیٹ ہے، تو سب کچھ ٹھیک ہے کیونکہ ہر بیٹری یکساں طریقے سے چارج ہوگی، اور 40 وولٹیج کی اوپری حد تک پہنچنے پر چارج کرنٹ منقطع ہوسکتا ہے۔ تاہم، غیر متوازن صورت حال میں، اوپر کی بیٹری مقررہ وقت سے پہلے اپنی چارجنگ کی حد تک پہنچ جائے گی، اور نیچے کی دیگر بیٹریوں کو پوری صلاحیت سے چارج کرنے سے پہلے برانچ کی چارجنگ کرنٹ کو ختم کرنے کی ضرورت ہے۔

اس کے کام کرنے والے اصول کو ظاہر کرنے کے لیے، ایک کلیدی تعریف کی وضاحت کرنے کی ضرورت ہے۔ ایک مقررہ وقت پر بیٹری یا ماڈیول کی چارج کی حالت (SOC) مکمل طور پر چارج ہونے پر دستیاب طاقت کے مقابلے میں براہ راست متناسب ہوتی ہے۔ لہذا، 50% SOC پر بیٹری کا مطلب ہے کہ اسے 50% چارج کیا گیا ہے، جو کہ پاور میٹر کے معیار کے عنصر کی طرح ہے۔ بی ایم ایس کی صلاحیت کا انتظام بیٹری پیک میں ہر اسٹیک کی SOC تبدیلیوں کو متوازن کرنا ہے۔ چونکہ SOC براہ راست قابل پیمائش مقدار نہیں ہے، اس لیے اس کا اندازہ مختلف تکنیکوں کے ذریعے لگایا جا سکتا ہے، اور خود توازن کی اسکیم کو عام طور پر دو قسموں میں تقسیم کیا جاتا ہے: غیر فعال اور فعال۔ تھیمز کے بہت سے تغیرات ہیں، ہر ایک کے اپنے فائدے اور نقصانات ہیں۔ BMS ڈیزائن انجینئر فیصلہ کرتا ہے کہ دیئے گئے بیٹری پیک اور اس کے اطلاق کے لیے کون سا زیادہ موزوں ہے۔ غیر فعال توازن حاصل کرنا سب سے آسان ہے اور یہ توازن کے عمومی تصور کی بھی وضاحت کر سکتا ہے۔ غیر فعال طریقے بیٹری پیک میں موجود ہر بیٹری کو سب سے کمزور بیٹری کے برابر چارج کرنے کی صلاحیت کی اجازت دیتے ہیں۔ یہ چارجنگ سائیکل کے دوران اعلی SOC بیٹریوں سے تھوڑی مقدار میں توانائی کی منتقلی کے لیے نسبتاً کم کرنٹ کا استعمال کرتا ہے، تاکہ تمام بیٹریوں کو ان کی زیادہ سے زیادہ SOC پر چارج کیا جا سکے۔ شکل 4 یہ بتاتا ہے کہ BMS اسے کیسے حاصل کرتا ہے۔ یہ ہر بیٹری کی نگرانی کرتا ہے اور ہر بیٹری کے متوازی طور پر ٹرانزسٹر سوئچز اور مناسب سائز کے ڈسچارج ریزسٹرس کا استعمال کرتا ہے۔ جب BMS کو پتہ چلتا ہے کہ ایک دی گئی بیٹری اپنی چارجنگ کی حد کے قریب پہنچ رہی ہے، تو یہ اس کے ارد گرد اضافی کرنٹ کو اوپر سے نیچے کی اگلی بیٹری کی طرف رہنمائی کرے گا۔

اس سے پہلے اور بعد میں توازن کے عمل کے اختتامی نکات تصویر 5 میں دکھائے گئے ہیں۔ خلاصہ یہ ہے کہ BMS بیٹری پیک میں موجود بیٹریوں یا ماڈیولز کو چارجنگ کرنٹ دیکھنے کی اجازت دیتا ہے جو بیٹری پیک کرنٹ سے مختلف ہیں تاکہ بیٹری پیک کو مندرجہ ذیل میں سے کسی ایک کے ذریعے متوازن کیا جا سکے۔ طریقے:

سب سے زیادہ چارج ہونے والی بیٹری سے چارج ہٹانے سے اضافی چارجنگ کرنٹ کے لیے ہیڈ روم ملتا ہے تاکہ زیادہ چارج ہونے سے بچا جا سکے اور کم چارج ہونے والی بیٹریوں کو زیادہ چارجنگ کرنٹ حاصل ہو سکے۔

سب سے زیادہ چارج ہونے والی بیٹری کے ارد گرد کچھ یا تقریباً تمام چارجنگ کرنٹ کو تبدیل کرنا، کم چارج ہونے والی بیٹریوں کو طویل عرصے تک چارج کرنٹ حاصل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم کی اقسام

بیٹری مینجمنٹ سسٹم "بیٹری کی دیکھ بھال" کی اپنی اہم ہدایات کو حاصل کرنے کے لیے سادہ سے پیچیدہ تک مختلف ٹیکنالوجیز کو اپنا سکتا ہے۔ تاہم، ان سسٹمز کو ان کی ٹوپولوجی کی بنیاد پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے، جس کا تعلق پوری بیٹری پیک کی بیٹریوں یا ماڈیولز پر ان کی تنصیب اور آپریشن سے ہے۔

مرکزی BMS فن تعمیر

بیٹری پیک اسمبلی میں ایک مرکزی BMS ہے۔ تمام بیٹری پیک مرکزی BMS سے براہ راست جڑے ہوئے ہیں۔ مرکزی BMS کی ساخت کو شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔ مرکزی BMS کے کچھ فوائد ہیں۔ یہ زیادہ کمپیکٹ اور اکثر سب سے زیادہ کفایتی ہے کیونکہ صرف ایک BMS ہے۔ تاہم، مرکزی BMS میں بھی خامیاں ہیں۔ تمام بیٹریاں براہ راست BMS سے منسلک ہونے کی وجہ سے، BMS کو تمام بیٹری پیک کو جوڑنے کے لیے بہت سی بندرگاہوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ بڑے بیٹری پیک میں تاروں، کیبلز، کنیکٹرز وغیرہ کی ایک بڑی تعداد موجود ہے، جس کی وجہ سے خرابیوں کا سراغ لگانا اور دیکھ بھال پیچیدہ ہو جاتی ہے۔

ماڈیولر BMS ٹوپولوجی

سنٹرلائزڈ نفاذ کی طرح، BMS کو کئی بار بار چلنے والے ماڈیولز میں تقسیم کیا گیا ہے، ہر ایک تاروں کے ایک مخصوص بنڈل کے ساتھ اور بیٹری پیک کے ملحقہ نامزد حصوں سے منسلک ہے۔ تصویر 7 دیکھیں۔ بعض صورتوں میں، یہ BMS ذیلی ماڈیول مرکزی BMS ماڈیول کی نگرانی میں ہو سکتے ہیں، جس کا کام ذیلی ماڈیولز کی حالت کی نگرانی کرنا اور پیریفرل آلات کے ساتھ بات چیت کرنا ہے۔ بار بار ماڈیولرائزیشن کی وجہ سے، خرابیوں کا سراغ لگانا اور دیکھ بھال آسان ہے، اور بڑے بیٹری پیک تک پھیلانا بھی آسان ہے۔ نقصان یہ ہے کہ مجموعی لاگت قدرے زیادہ ہے، اور ایپلیکیشن کے لحاظ سے ڈپلیکیٹ غیر استعمال شدہ خصوصیات ہو سکتی ہیں۔

پرائمری/سیکنڈری BMS

تاہم، تصوراتی طور پر ماڈیولر ٹوپولوجی کی طرح، اس صورت میں، غلام آلات صرف پیمائش کی معلومات کو ریلے کرنے تک زیادہ محدود ہیں، جبکہ ماسٹر ڈیوائسز حساب اور کنٹرول کے ساتھ ساتھ بیرونی مواصلات کے لیے وقف ہیں۔ اس لیے، اگرچہ ماڈیولر اقسام کی طرح، قیمت کم ہو سکتی ہے کیونکہ ڈیوائس کی فعالیت اکثر آسان ہوتی ہے، اوور ہیڈ کم ہو سکتا ہے، اور کم غیر استعمال شدہ خصوصیات ہو سکتی ہیں۔

تقسیم شدہ BMS فن تعمیر

دیگر ٹوپولاجیوں کے برعکس، دیگر ٹوپولاجیوں میں، الیکٹرانک ہارڈ ویئر اور سافٹ ویئر ماڈیولز میں سمیٹے ہوئے ہیں، جو وائرنگ ہارنیس کے ذریعے بیٹری سے جڑے ہوئے ہیں۔ تقسیم شدہ BMS تمام الیکٹرانک ہارڈویئر کو کنٹرول بورڈ پر ضم کرتا ہے جو براہ راست مانیٹر شدہ بیٹری یا ماڈیول پر رکھا جاتا ہے۔ یہ چند سینسر تاروں اور ملحقہ BMS ماڈیولز کے درمیان مواصلاتی تاروں کی وسیع وائرنگ کو کم کر دیتا ہے۔ لہذا، ہر BMS زیادہ آزاد ہے اور ضرورت کے مطابق حساب اور مواصلات کو سنبھالتا ہے۔ تاہم، اس واضح سادگی کے باوجود، یہ مربوط شکل خرابیوں کا سراغ لگانا اور دیکھ بھال کو ایک ممکنہ مسئلہ بناتی ہے کیونکہ یہ شیلڈ ماڈیول کے اجزاء کے اندر گہرائی میں واقع ہے۔ قیمت اکثر زیادہ ہوتی ہے کیونکہ بیٹری پیک کے پورے ڈھانچے میں زیادہ BMS ہوتے ہیں۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم کی اہمیت

BMS میں، فنکشنل سیفٹی سب سے اہم ہے۔ نگرانی اور کنٹرول کے تحت کسی بھی بیٹری یا ماڈیول کے وولٹیج، کرنٹ، اور درجہ حرارت کو چارجنگ اور ڈسچارجنگ آپریشنز کے دوران مخصوص SOA کی حد سے تجاوز کرنے سے روکنا بہت ضروری ہے۔ اگر مقررہ مدت کے لیے حد سے تجاوز کیا جاتا ہے، تو نہ صرف ممکنہ طور پر مہنگے بیٹری پیک متاثر ہوں گے، بلکہ خطرناک تھرمل بھاگنے کے حالات بھی ہو سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، لیتھیم آئن بیٹریوں کی حفاظت اور فعال حفاظت کو یقینی بنانے کے لیے، کم وولٹیج کی حد کی سخت نگرانی بھی ضروری ہے۔ اگر لیتھیم آئن بیٹریوں کو اس کم وولٹیج کی حالت میں رکھا جائے تو، تانبے کے ڈینڈرائٹس بالآخر انوڈ پر بڑھ سکتے ہیں، جو خود خارج ہونے والے مادہ کی شرح میں اضافہ اور ممکنہ حفاظتی مسائل کا باعث بن سکتے ہیں۔ لیتھیم آئن پاور سسٹمز میں اعلی توانائی کی کثافت کی قیمت یہ ہے کہ بیٹری کے انتظام کی غلطیوں کے لیے تقریباً کوئی گنجائش نہیں ہے۔ BMS اور لتیم آئن بیٹریوں میں بہتری کی بدولت، یہ آج دستیاب سب سے کامیاب اور محفوظ بیٹری کیمیکلز میں سے ایک ہے۔

بیٹری پیک کی کارکردگی BMS کا دوسرا سب سے اہم کام ہے، جس میں الیکٹریکل اور تھرمل مینجمنٹ شامل ہے۔ بیٹری کی مجموعی صلاحیت کو برقی طور پر بہتر بنانے کے لیے، بیٹری پیک میں موجود تمام بیٹریوں کو متوازن کرنے کی ضرورت ہے، جس کا مطلب ہے کہ پورے حصے میں ملحقہ بیٹریوں کی SOC تقریباً برابر ہے۔ یہ بہت اہم ہے کیونکہ یہ نہ صرف بیٹری کی بہترین صلاحیت کو حاصل کرتا ہے، بلکہ بڑے پیمانے پر انحطاط کو روکنے اور کمزور بیٹریوں کو زیادہ چارج کرنے کے ممکنہ ہاٹ سپاٹ کو کم کرنے میں بھی مدد کرتا ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریوں کو کم وولٹیج کی حد سے نیچے ڈسچارج ہونے سے گریز کرنا چاہیے، کیونکہ اس سے میموری کے اثرات اور صلاحیت میں نمایاں کمی ہو سکتی ہے۔ الیکٹرو کیمیکل عمل درجہ حرارت کے لیے انتہائی حساس ہوتے ہیں، اور بیٹریاں بھی اس سے مستثنیٰ نہیں ہیں۔ جب محیطی درجہ حرارت گر جائے گا، بیٹری کی صلاحیت اور دستیاب توانائی نمایاں طور پر کم ہو جائے گی۔ لہٰذا، BMS مائع کولنگ سسٹم پر موجود بیرونی آن لائن ہیٹرز کو جوڑ سکتا ہے جیسے کہ الیکٹرک وہیکل بیٹری پیک، یا ہیلی کاپٹر یا دوسرے ہوائی جہاز میں بیٹری پیک کے ماڈیولز کے تحت نصب رہائشی ہیٹنگ پلیٹس کو آن کر سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، چونکہ کم درجہ حرارت والی لتیم آئن بیٹریوں کو چارج کرنا بیٹری کی عمر بھر کی کارکردگی کے لیے سازگار نہیں ہے، اس لیے سب سے پہلے بیٹری کے درجہ حرارت کو مکمل طور پر بڑھانا ضروری ہے۔ زیادہ تر لتیم آئن بیٹریاں 5 ڈگری سینٹی گریڈ سے کم تیزی سے چارج نہیں کی جا سکتی ہیں اور انہیں بالکل بھی 0 ڈگری سینٹی گریڈ سے کم چارج نہیں کیا جانا چاہیے۔ عام آپریشنل استعمال کے دوران بہترین کارکردگی حاصل کرنے کے لیے، بی ایم ایس تھرمل مینجمنٹ عام طور پر اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ بیٹری اندر ہی اندر چلتی ہے۔ ایک تنگ گولڈی لاکس آپریٹنگ ایریا (مثلاً 30-35 ڈگری سینٹی گریڈ)۔ یہ کارکردگی کی حفاظت کر سکتا ہے، عمر بڑھا سکتا ہے، اور صحت مند اور قابل اعتماد بیٹری پیک کاشت کر سکتا ہے۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم کے فوائد

ایک مکمل بیٹری انرجی اسٹوریج سسٹم، جسے عام طور پر BESS کے نام سے جانا جاتا ہے، ایپلی کیشن کے لحاظ سے، درجنوں، سینکڑوں، یا اس سے بھی ہزاروں لیتھیم آئن بیٹریوں سے حکمت عملی کے ساتھ جمع کیا جا سکتا ہے۔ ان سسٹمز کا ریٹیڈ وولٹیج 100V سے کم ہو سکتا ہے، لیکن بیٹری پیک پاور سپلائی کی موجودہ رینج 300A یا اس سے زیادہ کے ساتھ 800V تک پہنچ سکتا ہے۔ ہائی وولٹیج بیٹری پیک کا کوئی بھی ناقص انتظام تباہ کن آفات کا باعث بن سکتا ہے جو زندگیوں کو خطرے میں ڈالتی ہے۔ لہذا، محفوظ آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے BMS اہم ہے۔ بی ایم ایس کے فوائد کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے۔

فنکشنل حفاظت۔یہ کہے بغیر چلا جاتا ہے کہ بڑے سائز کے لتیم آئن بیٹری پیک کے لیے، یہ خاص طور پر محتاط اور ضروری ہے۔ لیکن جیسا کہ مشہور ہے، لیپ ٹاپ میں استعمال ہونے والے چھوٹے فارمیٹس بھی آگ پکڑ سکتے ہیں اور کافی نقصان پہنچا سکتے ہیں۔ لیتھیم آئن پاور سسٹمز پر مشتمل مصنوعات کے صارفین کی ذاتی حفاظت بیٹری کے انتظام کی غلطیوں کے لیے بہت کم گنجائش چھوڑتی ہے۔

عمر اور وشوسنییتا.بیٹری پیک پروٹیکشن مینجمنٹ، الیکٹریکل اور تھرمل، اس بات کو یقینی بنانا کہ تمام بیٹریاں اعلان کردہ SOA کی ضروریات کے اندر استعمال کی جائیں۔ یہ ٹھیک ٹھیک نگرانی بیٹری کے محفوظ استعمال اور تیز رفتار چارجنگ اور ڈسچارجنگ سائیکلوں کو یقینی بناتی ہے، اور لامحالہ ایک مستحکم نظام تیار کرتی ہے جو برسوں کی قابل اعتماد سروس فراہم کر سکتی ہے۔

کارکردگی اور دائرہ کار۔بی ایم ایس بیٹری پیک کی صلاحیت کا انتظام، جو بیٹری پیک کے اجزاء پر ملحقہ بیٹریوں کے ایس او سی کو متوازن کرنے کے لیے انٹر بیٹری بیلنسنگ کا استعمال کرتا ہے، جس سے بیٹری کی بہترین صلاحیت پیدا ہوتی ہے۔ اس BMS فنکشن کے بغیر سیلف ڈسچارج، چارج/ڈسچارج سائیکل، درجہ حرارت کے اثرات، اور عام عمر میں تبدیلیوں پر غور کرنے کے لیے، بیٹری پیک بالآخر بیکار ہو سکتا ہے۔

تشخیص، ڈیٹا اکٹھا کرنا، اور بیرونی مواصلات۔نگرانی کے کام میں بیٹری کے تمام خلیات کی مسلسل نگرانی شامل ہے، جہاں ڈیٹا ریکارڈنگ کو خود تشخیص کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن عام طور پر کمپیوٹیشنل کاموں کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ اجزاء میں موجود تمام بیٹریوں کے ایس او سی کی پیشن گوئی کی جا سکے۔ یہ معلومات الگورتھم کو متوازن کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہیں، لیکن دستیاب رہائشی توانائی کی نشاندہی کرنے، موجودہ استعمال کی بنیاد پر متوقع حد یا حد/عمر کا تخمینہ لگانے، اور بیٹری پیک کی صحت کی حیثیت فراہم کرنے کے لیے بیرونی آلات اور ڈسپلے کے ساتھ شیئر کی جا سکتی ہے۔

لاگت اور وارنٹی کو کم کریں۔BESS میں BMS کا تعارف لاگت میں اضافہ کرتا ہے، اور بیٹری پیک مہنگا اور ممکنہ طور پر خطرناک ہے۔ نظام جتنا پیچیدہ ہوگا، سیکیورٹی کے تقاضے اتنے ہی زیادہ ہوں گے، اس لیے مزید BMS نگرانی کی ضرورت ہوگی۔ تاہم، فعال حفاظت، عمر اور قابل اعتماد، کارکردگی اور دائرہ کار، تشخیص وغیرہ کے لحاظ سے BMS کا تحفظ اور احتیاطی دیکھ بھال اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ یہ مجموعی اخراجات کو کم کرے گا، بشمول وارنٹی سے متعلق اخراجات۔

نتیجہ

سمولیشن BMS ڈیزائن میں ایک قابل قدر اتحادی ہے، خاص طور پر جب ہارڈ ویئر کی ترقی، پروٹو ٹائپنگ، اور ٹیسٹنگ میں ڈیزائن کے چیلنجوں کو تلاش کرنے اور حل کرنے کے لیے لاگو کیا جاتا ہے۔ ایک درست لیتھیم آئن بیٹری ماڈل کے ساتھ، BMS فن تعمیر کے سمولیشن ماڈل کو ورچوئل پروٹو ٹائپس کے لیے قابل عمل تصریح کے طور پر تسلیم کیا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، تخروپن مختلف بیٹری اور ماحولیاتی آپریٹنگ منظرناموں کے لیے بی ایم ایس مانیٹرنگ فنکشنز کی مختلف حالتوں کی بغیر تکلیف دہ تحقیقات کی اجازت دیتا ہے۔ عمل درآمد کے مسائل کی ابتدائی طور پر نشاندہی اور تفتیش کی جا سکتی ہے، جس سے اصل ہارڈویئر پروٹو ٹائپس پر عمل درآمد سے پہلے کارکردگی کی توثیق اور فعال حفاظتی بہتری کی اجازت دی جا سکتی ہے۔ یہ ترقی کے وقت کو کم کرتا ہے اور اس بات کو یقینی بنانے میں مدد کرتا ہے کہ پہلا ہارڈویئر پروٹو ٹائپ مضبوط ہے۔ اس کے علاوہ، ایمبیڈڈ سسٹم ایپلی کیشنز میں کئے جانے پر، BMS اور بیٹری پیک پر بہت سے تصدیقی ٹیسٹ کئے جا سکتے ہیں، بشمول بدترین صورت حال۔