مقدمه جامع به سیستم مدیریت حرارتی باتری خودرو (BTMS)

مقدمه جامع به سیستم مدیریت حرارتی باتری خودرو (BTMS)

1BTMS چيست؟
سیستم مدیریت حرارتی باتری (BTMS) یک زیرسیستم حیاتی است که برای تنظیم دمای بسته های باتری یا ماژول در وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و سایر کاربردهای ذخیره انرژی طراحی شده است.هدف اصلی آن حفظ باتری در محدوده ی دمای مطلوب است، در نتیجه اطمینان از حداکثر عملکرد، افزایش عمر چرخه، افزایش ایمنی و بهبود کارایی کلی سیستم.از طریق جلوگیری از گرم شدن بیش از حد در طول عملیات با قدرت بالا و کاهش کاهش عملکرد در محیط های سرد، BTMS نقش محوری در قابلیت اطمینان و طول عمر باتری های جدید لیتیوم یون دارد.

2محیط عملیاتی BTMS
BTMS در شرایط سخت کار می کند، از جمله:
- طیف گسترده ای از دما: باید به طور موثر از -40 درجه سانتیگراد تا بیش از 60 درجه سانتیگراد کار کند.
- ارتعاش و شوک بالا: تحت فشار مکانیکی مداوم از حرکت وسایل نقلیه و شرایط جاده قرار می گیرند.
- شرایط مرطوب و خوردنی: در معرض رطوبت، باران، برف و اسپری نمک، به ویژه در آب و هوای دریایی یا زمستان.

این چالش ها نیاز به طراحی قوی و انعطاف پذیری محیط زیست بالا در اجزای BTMS دارند.

3ویژگی های اصلی BTMS
برای پاسخگویی به الزامات عملکردی و ایمنی، یک BTMS باید ویژگی های زیر را نشان دهد:
- نظارت در زمان واقعی: به طور مداوم توزیع درجه حرارت در سراسر بسته باتری را دنبال می کند.
- دقت بالا: از سنسورهای دقیق برای اطمینان از داده های دمایی قابل اعتماد برای تصمیمات کنترل استفاده می کند.
- قابلیت اطمینان: در شرایط سخت به طور مداوم کار می کند تا تمامیت باتری را حفظ کند.
- بهره وری انرژی: مصرف انرژی اجزای خنک کننده یا گرم کننده را به حداقل می رساند تا محدوده خودرو حفظ شود.

4توابع اصلی BTMS
BTMS چندین عملکرد اساسی را انجام می دهد:
- نظارت بر دمای: داده های حرارتی را در زمان واقعی از نقاط مختلف در بسته باتری جمع آوری می کند و روند تاریخی را ثبت می کند.
- تنظیم حرارتی: دمای باتری را در یک پنجره عملیاتی ایمن و کارآمد (معمولاً 15°C~35°C) حفظ می کند.
- خنک سازی و گرمایش: استفاده از روش های فعال یا منفعل مانند خنک سازی هوا، خنک سازی مایع یا بخاری های جاسازی شده برای مدیریت دمای شدید.
- تشخیص و تشخیص خطا: ناهنجاری های حرارتی را شناسایی می کند (به عنوان مثال نقاط گرم، خرابی سنسورها) و هشدارها یا اقدامات محافظتی را ایجاد می کند.
- ارتباطات سیستم: رابط با سیستم مدیریت باتری (BMS) و واحد کنترل خودرو (VCU) از طریق پروتکل های استاندارد برای عملکرد هماهنگ.

5پروتکل های ارتباطی
پروتکل های ارتباطی رایج مورد استفاده در BTMS شامل:
- CAN Bus: یک پروتکل سریال قدرتمند و چند استاد که به طور گسترده در کاربردهای خودرو برای تبادل داده در زمان واقعی استفاده می شود.
- Modbus: یک پروتکل ساده و باز که اغلب در سیستم های صنعتی و انرژی استفاده می شود.
- RS485: یک استاندارد سیگنالینگ دیفرانسیل که از ارتباطات دور فاصله و مقاوم در برابر سر و صدا پشتیبانی می کند.

این پروتکل ها امکان یکپارچه سازی و به اشتراک گذاری داده بین BTMS، BMS و سایر سیستم های خودرو را فراهم می کنند.

6اجزای کلیدی BTMS
یک BTMS معمولی شامل اجزای زیر است:
- سنسورهای دمایی: به صورت استراتژیک در بسته باتری قرار داده می شوند تا دمای سلول و ماژول را کنترل کنند.
- کنترل کننده (به عنوان مثال، MCU یا IC اختصاصی): داده های سنسور را پردازش می کند و الگوریتم های کنترل را برای تنظیم حرارتی اجرا می کند.
- اکتورها: شامل فن های خنک کننده، پمپ ها، شیرها، بخاری های PTC یا دستگاه های ترمو الکتریکی است که به سیگنال های کنترل پاسخ می دهند.
- ماژول ارتباطات: انتقال داده ها را با سیستم های خارجی تسهیل می کند.
- زیرساخت های خنک کننده/گرم کننده: مانند صفحه های خنک کننده، مبادله گرما، حلقه های خنک کننده یا کانال های هوا، بسته به روش خنک کننده.

7مشخصات معمول BTMS
- محدوده دمای عملیاتی: -40°C تا +60°C ( محیط)
- رابط های ارتباطی: CAN 2.0B، Modbus RTU، RS485
ابعاد فیزیکی: از واحدهای فشرده (100 × 100 × 50 میلی متر) تا مجموعه های بزرگتر (500 × 500 × 200 میلی متر) بر اساس اندازه باتری
- مصرف برق: 100W تا 10kW، بسته به ظرفیت خنک کننده / گرمایش و مقیاس سیستم

8نتیجه گیری
سیستم مدیریت حرارتی باتری (BTMS) برای عملکرد ایمن، کارآمد و پایدار سیستم های باتری در وسایل نقلیه الکتریکی، ذخیره انرژی و وسایل الکترونیکی قابل حمل ضروری است.با پیشرفت تکنولوژی باتری و افزایش تقاضا برای تراکم انرژی بالاتر و شارژ سریعتر، نقش BTMS به طور فزاینده ای حیاتی می شود. با مدیریت دقیق شرایط حرارتی،BTMS نه تنها عملکرد و طول عمر را بهبود می بخشد بلکه همچنین ایمنی کاربر را تضمین می کند و آن را به سنگ بنای نسل بعدی راه حل های حمل و نقل و انرژی الکتریکی تبدیل می کند.