برد الکترونیک

۵. مدیریت حرارت در پک‌های کوچک و متوسط چگونه انجام می‌شود؟

جواب:

• محدوده ایمن دمای کاری: 0–45°C (شارژ) و −20–60°C (دشارژ).

• جریان شارژ/دشارژ محدود می‌شود تا دما به 50°C نرسد.

• مثال: پک ۱۰ سل سری با جریان 10A، دما ≈42°C بدون خنک‌کننده. افزودن فن یا هیت‌سینک دما را به 36–38°C کاهش می‌دهد.

۶. BMS چگونه خطاهای پایه مانند اضافه‌ولتاژ، کم‌ولتاژ یا جریان بیشینه را شناسایی و کنترل می‌کند؟

جواب:

• BMS ولتاژ و جریان را پایش کرده و در صورت مشاهده اضافه‌ولتاژ (>4.2V/سل)، کم‌ولتاژ (<2.5V/سل) یا جریان بیشینه (>C-rate) واکنش نشان می‌دهد.

• مثال: پک ۳۶ ولتی، جریان شارژ حداکثر 20A (C-rate≈1C). جریان بیش از 25A باعث قطع شارژ و هشدار می‌شود.

۷. هنگام اتصال چند پک سل سری و موازی چه مشکلاتی رخ می‌دهد و BMS چگونه آن‌ها را حل می‌کند؟

جواب:

• مشکل اصلی: عدم تعادل ولتاژ و اختلاف ظرفیت سل‌ها.

• BMS با الگوریتم Passive یا Active، اختلاف ولتاژ را کاهش می‌دهد.

• مثال: 4 ماژول ۳ سل سری × ۳ سل موازی. اختلاف ولتاژ سل‌ها پس از 50 چرخه بدون تعادل ≈0.15V، با Passive ≈0.05V.

۸. شاخص‌های عملی برای ارزیابی عملکرد BMS چیست؟

جواب:

• دقت ولتاژ: ±2 mV

• دقت جریان: ±0.5%

• زمان پاسخ به خطا: <10 ms

• ظرفیت تعادل سل: 100–500 mA (Passive)

• محدوده دما برای ایمنی: 0–45°C

• دانشجویان می‌توانند این شاخص‌ها را با پروژه‌های آزمایشگاهی و داده‌های واقعی سل‌ها اندازه‌گیری و مقایسه کنند.

۱. چرا BMS برای باتری‌های لیتیوم‑یون ضروری است و بدون آن چه مشکلاتی ایجاد می‌شود؟

جواب:

• بدون BMS، سل‌ها می‌توانند دچار اضافه‌ولتاژ یا کم‌ولتاژ شوند که باعث کاهش عمر، افت ظرفیت و خطر ایمنی می‌شود.

• در پک ۳۶ ولتی (۱۰ سل سری)، اختلاف ولتاژ فقط ۰.۱ ولت بین سل‌ها می‌تواند ۵٪ از ظرفیت کل را از دست بدهد.

• پایش جریان و دما برای جلوگیری از شارژ/دشارژ بیشینه الزامی است؛ بدون BMS، جریان‌های بیشینه می‌توانند باعث دماهای ۷۰–۸۰°C شوند که بالاتر از محدوده ایمنی ۴۵–۵۰°C است.

۲. روش‌های اندازه‌گیری ولتاژ و جریان در BMS چیست و دقت آنها چگونه بهبود می‌یابد؟

جواب:

• ولتاژ: اندازه‌گیری با ADC با رزولوشن 12–16 بیت؛ دقت ±1–2 mV برای هر سل.

• جریان: استفاده از شنت با مقاومت کم (≈0.5–1 mΩ) و تقویت‌کننده عملیاتی دقیق.

• خطاهای عملی شامل Drift دما، نویز محیطی و خطای سنسور هستند. برای اصلاح از فیلتر دیجیتال، میانگین‌گیری نمونه‌های چندثانیه‌ای و کالیبراسیون دوره‌ای استفاده می‌شود.

• مثال: با جریان ۵۰A و مقاومت شنت 1 mΩ، ولتاژ روی شنت ≈ 50 mV است؛ یک ADC 12 بیتی با ولتاژ مرجع 3.3V دقت ≈0.8 mV دارد که برای BMS کافی است.

۳. الگوریتم‌های تعادل سل‌ها (Cell Balancing) در BMS چگونه کار می‌کنند؟

جواب:

• Passive: انرژی اضافی سل با ولتاژ بالاتر به مقاومت تبدیل می‌شود. بازده پایین (≈90–95٪) اما ساده.

• Active: انرژی از سل‌های پر ولتاژ به سل‌های کم ولتاژ منتقل می‌شود، بازده >98٪، مناسب پک‌های بزرگ (>100 سل).

• محدودیت عملی: جریان تعادل سل‌های کوچک ≈ 100–500 mA و جریان تعادل ماژول ≈ 1–2 A.

• مثال: اختلاف 0.1V بین سل‌ها در پک 96 سل، زمان تعادل ≈ 3–6 ساعت (Passive) و ≈ 1–2 ساعت (Active).

۴. چگونه وضعیت سلامت باتری (SOH) در سطح پایه تخمین زده می‌شود؟

جواب:

• روش ساده: مقایسه ظرفیت چرخه فعلی با ظرفیت اولیه.

• مثال: یک سل 3 Ah ظرفیت اولیه دارد و پس از 200 چرخه ظرفیت 2.7 Ah شده است → SOH ≈ 90٪.

• روش پیشرفته: مدل مدار معادل (RC Equivalent Circuit Model) و تحلیل افت مقاومت داخلی و ولتاژ. دقت ۵–۱۰٪.

5) BMS چگونه جریان را محدود یا قطع می‌کند؟

BMS با استفاده از MOSFETهایی که در مسیر جریان قرار می‌گیرند عمل می‌کند.
وقتی جریان از حد مجاز عبور کند، BMS با فرمان کنترلی، MOSFET را خاموش کرده و جریان مدار را قطع می‌کند.

6) چرا برخی پک‌ها بدون BMS مدتی کار می‌کنند؟

پک‌های بدون BMS ممکن است در بارهای سبک یا کاربردهای کم‌ریسک مدتی بدون مشکل عمل کنند، اما این موضوع پایداری ندارد.
عدم استفاده از BMS باعث کاهش عمر سلول‌ها و افزایش احتمال آسیب یا خطر حرارتی می‌شود.

7) انواع BMS کدام‌اند؟

به‌صورت کلی:

• BMS محافظتی: فقط حفاظت‌های اصلی ولتاژ، جریان و دما را انجام می‌دهد.

• BMS هوشمند: شامل اندازه‌گیری دقیق، ارتباطات داده، نمایش وضعیت، و تحلیل‌های پیشرفته‌تر است.

• بالانس فعال و غیرفعال: تفاوت اصلی این دو در نحوه توزیع یا دفع انرژی اضافی سلول‌هاست.

8) معیارهای انتخاب BMS چیست؟

سه عامل اصلی عبارت‌اند از:

• تعداد سلول‌ها و ساختار سری/موازی پک

• جریان شارژ و دشارژ مورد نیاز دستگاه

• شرایط عملیاتی شامل دما، نوع بار، و کاربرد نهایی

انتخاب BMS نامناسب می‌تواند موجب قطع شدن‌های مکرر یا عملکرد ناپایدار شود.