एक बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) एक इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली है जिसे बैटरी पैक की निगरानी, प्रबंधन और सुरक्षा के लिए डिज़ाइन किया गया है। सेल संतुलन बीएमएस के प्रमुख कार्यों में से एक है,बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैंनीचे एक विस्तृत परिचय दिया गया हैः

कोशिकाओं के असंतुलन को समझना

कई कोशिकाओं से बने बैटरी पैक में, सेल प्रतिबाधा, तापमान, स्व-निर्वहन विशेषताओं में विसंगति,और अन्य कारकों को कोशिकाओं के बीच वोल्टेज और चार्ज की स्थिति (SOC) में भिन्नता का कारण बन सकता है. समय के साथ, इससे सेल असंतुलन का परिणाम होता है। उदाहरण के लिए, चार्जिंग के दौरान कुछ सेल पूरी तरह से चार्ज हो सकती हैं जबकि अन्य कम चार्ज रहते हैं;कुछ कोशिकाओं में अति-निर्वहन हो सकता है जबकि अन्य में अभी भी अवशिष्ट चार्ज हैसेल असंतुलन से कुछ कोशिकाओं में ओवरचार्ज या ओवर-डिचार्ज हो सकता है, जिससे उनका अपघटन तेज हो जाता है और बैटरी पैक की कुल क्षमता और जीवन काल कम हो जाता है।

कोशिका संतुलन के तरीके और सिद्धांत

• निष्क्रिय संतुलनःयह विधि आमतौर पर ओवरचार्ज सेल से गर्मी के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा को दूर करने के लिए संतुलन प्रतिरोधकों का उपयोग करती है, जिससे सभी कोशिकाओं में वोल्टेज बराबरी हो जाती है। इसका लाभ सादगी, कम लागत में निहित हैऔर कार्यान्वयन में आसानीहालांकि, यह संतुलन प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा की खपत करता है, जिससे ऊर्जा उपयोग दक्षता कम हो जाती है।यह मुख्य रूप से चार्जिंग के दौरान लागू होता है और लंबे संतुलन समय के कारण तेज़ चार्जिंग परिदृश्यों के लिए उपयुक्त नहीं हो सकता हैउदाहरण के लिए लिथियम आयन बैटरी पैक के निष्क्रिय संतुलन प्रणाली में, जब बीएमएस उच्च वोल्टेज के साथ एक सेल का पता लगाता है, तो यह उस सेल से जुड़े संतुलन प्रतिरोध को सक्रिय करता है,अतिरिक्त वोल्टेज को गर्मी के रूप में फैलाया जा सकता है जब तक कि वोल्टेज अन्य कोशिकाओं के साथ संरेखित नहीं हो जाता

• सक्रिय संतुलनःइस दृष्टिकोण से सक्रिय रूप से अत्यधिक चार्ज की गई कोशिकाओं से कम चार्ज की गई कोशिकाओं या भारों में अतिरिक्त ऊर्जा स्थानांतरित की जाती है, जिससे ऊर्जा पुनर्वितरण प्राप्त होता है।चार्जिंग दक्षता और बैटरी पैक के समग्र प्रदर्शन में सुधारहालांकि, सक्रिय संतुलन के लिए अधिक महंगे और जटिल हार्डवेयर घटकों की आवश्यकता होती है, जैसे कि कन्वर्टर्स, ट्रांसफार्मर और इंडक्टर्स। इसकी नियंत्रण रणनीति भी अधिक जटिल है। उदाहरण के लिए,कुछ सक्रिय संतुलन प्रणालियों में, ओवरचार्ज सेल से ऊर्जा को डीसी-डीसी कनवर्टर के माध्यम से कम चार्ज सेल में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे कोशिकाओं के बीच गतिशील संतुलन संभव हो जाता है।

बैटरी के जीवन को लम्बा करने में सेल संतुलन की भूमिका

सेल संतुलन के अलावा, एक बीएमएस अन्य कार्य करता है जैसे कि ओवरचार्ज/ओवर-डिस्चार्ज सुरक्षा, तापमान निगरानी और थर्मल प्रबंधन।ये कार्य बैटरी पैक को व्यापक रूप से बचाने के लिए तालमेल से काम करते हैं, बैटरी के जीवन को और बढ़ाएं, और सुरक्षा और विश्वसनीयता में सुधार करें। नीचे कुछ संबंधित कार्यों और उनकी भूमिकाओं का सारांश दिया गया हैः

• अलग-अलग कोशिकाओं के अतिभार और अतिभ्रमण को रोकना: वास्तविक समय में प्रत्येक सेल के वोल्टेज और एसओसी की निगरानी करके और संतुलन उपायों को लागू करके, बीएमएस यह सुनिश्चित करता है कि सभी सेल का वोल्टेज और एसओसी उचित सीमा के भीतर रहे।यह व्यक्तिगत कोशिकाओं को ओवरचार्ज या गहरे निर्वहन से रोकता है, अत्यधिक चार्ज/डिस्चार्ज स्थितियों के कारण तेजी से क्षमता गिरावट से बचने के लिए। इस प्रकार यह सेल जीवनकाल को बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक वाहनों में,बीएमएस चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान बैटरी कोशिकाओं के ओवरचार्ज या ओवर-डिचार्ज को रोकने के लिए सेल बैलेंसिंग का उपयोग करता है, बैटरी के सेवा जीवन का विस्तार
• बैटरी पैक की स्थिरता में सुधारःसेल संतुलन सभी कोशिकाओं में समान वोल्टेज और एसओसी स्तर सुनिश्चित करता है, जिससे बैटरी पैक की स्थिरता में सुधार होता है।एक अधिक सुसंगत बैटरी पैक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान अधिक स्थिर और कुशलता से प्रदर्शन करता है, आंतरिक तनाव और असमान धारा वितरण को कम करता है। यह कोशिकाओं के भीतर दुष्प्रभावों की संभावना को कम करता है, क्षमता क्षरण को धीमा करता है और बैटरी जीवन को बढ़ाता है।अनुसंधान से पता चलता है कि प्रभावी सेल संतुलन बैटरी पैक के जीवन को 30%-40% तक बढ़ा सकता है
• बैटरी ऊर्जा उपयोग को अनुकूलित करना:सेल बैलेंसिंग प्रत्येक सेल की ऊर्जा का पूरी तरह से लाभ उठाता है, बैटरी पैक की कुल क्षमता को अधिकतम करता है।यह सेल असंतुलन के कारण ऊर्जा की बर्बादी से बचाता है और बैटरी क्षमता के कम उपयोग को रोकता हैनतीजतन, बैटरी पैक अधिक कुशलता से काम करता है, एक ही ऊर्जा मांग के तहत चार्ज/डिचार्ज चक्र की आवृत्ति को कम करता है।चूंकि बैटरी क्षमता में गिरावट चार्ज/डिचार्ज चक्रों की संख्या से निकटता से संबंधित हैउदाहरण के लिए, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में, कुशल सेल संतुलन यह सुनिश्चित करता है कि बैटरी पैक अपनी पूरी क्षमता के करीब काम करे।ऊर्जा उपयोग में सुधार और बैटरी जीवनकाल का विस्तार
• थर्मल रनवे की शुरुआत में देरी:सेल असंतुलन से चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान असमान गर्मी उत्पन्न हो सकती है। कुछ कोशिकाओं में अत्यधिक तापमान वृद्धि हो सकती है,जो बैटरी के उम्र बढ़ने में तेजी लाता है और थर्मल रनआउट के जोखिम को बढ़ाता हैसेल संतुलन सेल वोल्टेज और धाराओं को समतल करके बैटरी पैक के भीतर एक सुसंगत तापमान वितरण बनाए रखने में मदद करता है,स्थानीय अति ताप को कम करना और थर्मल रनवे की संभावना को कम करनायह बैटरी की सुरक्षा और जीवन काल को बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, लिथियम-आयन बैटरी पैक में, सेल संतुलन प्रभावी ढंग से सेल तापमान को नियंत्रित करने के लिए थर्मल प्रबंधन प्रणालियों के साथ मिलकर काम करता है।थर्मल रनवे की शुरुआत में देरी और बैटरी जीवन का विस्तार
• ओवरचार्ज/ओवरडिस्चार्ज सुरक्षा: चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों को विनियमित करके और ओवरचार्ज या गहरे डिस्चार्ज को रोकने से, बीएमएस बैटरी कोशिकाओं पर अत्यधिक वोल्टेज और वर्तमान तनाव से बचाता है,अपरिवर्तनीय विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं और क्षमता की गिरावट को कम करनायह प्रभावी रूप से बैटरी के जीवन को बढ़ाता है
• तापमान निगरानी और थर्मल प्रबंधन:बीएमएस लगातार बैटरी के तापमान की निगरानी करता है और अति ताप या अति निम्न तापमान को रोकने के लिए आवश्यक होने पर शीतलन तंत्र को सक्रिय करता है या चार्ज दरों को समायोजित करता हैयह बैटरी के प्रदर्शन और जीवनकाल पर तापमान में उतार-चढ़ाव के प्रतिकूल प्रभावों को कम करता है, बैटरी के उम्र बढ़ने में देरी करता है
• चार्ज की स्थिति (SOC) और स्वास्थ्य की स्थिति (SOH) का अनुमानः SOC और SOH का सटीक अनुमान लगाने से उपयोगकर्ताओं को बैटरी की स्थिति और शेष क्षमता को समझने में मदद मिलती है।बैटरी का उचित उपयोग करने और अतिभार या अतिभाराभारा से बचने की अनुमति देनाइस बीच, क्षमता में गिरावट का प्रारंभिक पता लगाने से समय पर रखरखाव और प्रतिस्थापन में आसानी होती है, जिससे बैटरी का प्रदर्शन और दीर्घायु सुनिश्चित होता है।

प्रौद्योगिकी में निरंतर प्रगति के साथ, बीएमएस उच्च सटीकता, अधिक बुद्धि और बेहतर दक्षता की ओर विकसित हो रहा है। उदाहरण के लिए,वास्तविक समय मापदंडों जैसे सेल असंतुलन की डिग्री के आधार पर निष्क्रिय संतुलन प्रतिरोधक चयन को अनुकूलित करने के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का लाभ उठाना, संतुलन समय, और चार्ज तापमान संतुलन दक्षता और ऊर्जा उपयोग में सुधार कर सकते हैं।वायरलेस बीएमएस (डब्ल्यूबीएमएस) का विकास सिस्टम डिजाइन को सरल बनाता है, विश्वसनीयता में सुधार करता है, और सेल संतुलन और बैटरी प्रबंधन के लिए अधिक लचीलापन और लाभ प्रदान करता है।