Depolama Sistemlerinin Bileşenleri: BCU, CMU, BMS ve EMS Nedir?

 

Enerji depolama sistemlerinde, hücrelerden enerji modüllerine, modüllerden batarya paketine ve nihayetinde şebeke ya da kullanıcı arayüzüne uzanan hiyerarşik bir kontrol ve yönetim mimarisi bulunur. Bu yapı, hücre seviyesinde denetim ve güvenlik, modül kontrolü, paket bütünlüğünün korunması ve sistemin dış dünya ile koordinasyonunu sağlar. Tüm bu işlevler, temel olarak dört bileşen tarafından yürütülür: CMU (Cell Monitoring Unit), BCU (Battery Control Unit), BMS (Battery Management System) ve EMS (Energy Management System).

1. CMU (Cell Monitoring Unit) 

Hücre’lerin gerilim, sıcaklık, akım gibi kritik parametrelerini yerel düzeyde ölçen ve hücre bazında dengeleme gibi işlemleri yöneten düşük seviyeli denetim birimidir. CMU, her bir hücrenin katkılarını ayrı ayrı izleyerek, hücrelerin güvenlik ve performans sınırları içinde çalışmasını sağlar. [1]

Temel İşlemleri:

  1. Hücre voltajının izlenmesi

  2. Hücre sıcaklığının ölçülmesi

  3. Hücre bazında dengeleme

  4. Hücreler arasındaki iç direnç, kapasite kaybı gibi hücre sağlığı metriklerinin belirlenmesine yardımcı veri sağlanması

Şekil 1. BMS’in genel blok diyagramı [1]

Örneğin bir lityum-iyon batarya modülünde onlarca hücre vardır. CMU, bu hücrelerden gelen verileri sürekli izler ve gerektiğinde dengeleme işlemi yapar. Eğer bir hücre fazla şarj olduysa, CMU fazla enerjiyi dirençler üzerinden harcayarak denge kurar. Bu sayede tüm hücreler eşit seviyede çalışır, bataryanın ömrü uzar.

2. BCU (Battery Control Unit) 

Modül veya batarya paketi düzeyinde kontrol sağlayan bu birim, CMU’lar tarafından toplanan hücre verilerini alır ve modül bazında güvenlik ile performans sınırlarını gözeterek kontrol kararları verir. Ayrıca, modül içi ve modüller arası koordinasyonu yönetir.

BCU’nun işlevleri:

  1. CMU’lardaki verileri toplama ve analiz etme

  2. Modül gerilimi, modül sıcaklığı sınırlarının aşılmamasını sağlama

  3. Modül aşırı akım, kısa devre gibi durumlarda koruyucu devreleri devreye alma

  4. Soğutma / ısı yönetimi sistemlerini kontrol ederek modül aşırı ısınmasını önleme

  5. Acil durumlarda paketin bağlı olduğu sistemden ayrılması için kontaktör / röle kontrolü

BCU’yu bir orkestra şefi gibi düşünebiliriz: Her enstrümanı (CMU) ayrı ayrı dinler, uyumu kontrol eder ve müziğin genel akışını yönlendirerek orkestrayı (BMS) uyumlu bir şekilde yönetir.

3. BMS (Battery Management System) 

Depolama sisteminin en önemli kontrol katmanlarından biri. BMS, hem donanım hem yazılım bileşenleri içerir ve bütün batarya paketinin (modüller + hücreler) güvenli, verimli ve uzun ömürlü çalışmasını garanti eder. CMU ve BCU’nun üstünde yer alır. [3]

BMS’in işlevleri:

  1. Hücre dengelemesi – hücre eşitliği sağlanması

  2. Durum tahmini

  3. Aşırı şarj / deşarj sınırlarının kontrolü; voltaj, akım ve sıcaklık limitlerinin gözetilmesi [3]

  4. Elektriksel koruma: kısa devre, aşırı akım koruması, izolasyon kontrolü

  5. Termal yönetim: aktif ve pasif ısı dağılımı; soğutma / ısı yayılımı çözümleri

  6. Haberleşme altyapısı: modüller ve üst sistemlerle veri aktarımı (örneğin CAN Bus, Modbus, Ethernet vs.)

  7. Yazılım mimarisi, güvenlik ve standartlara uygunluk

  8. Ayrıca, BMS şebeke operatörüne ve enerji yönetim sistemine (EMS) rapor gönderir.

Bir benzetme yaparsak: CMU hücrelerdeki trafik ışıkları, BCU modülün trafik polisi, BMS ise tüm şehrin trafik kontrol merkezidir.

4. EMS (Energy Management System)

Enerji depolama sistemi ile şebeke, tüketici, yenilenebilir kaynaklar ve piyasa mekanizmaları arasında stratejik ve operasyonel kararlar veren üst seviye sistemdir. Hem tesis içinde hem tesisler arasında enerjinin kullanımını, dağılımını, şarj/deşarj zamanlarını optimize eder. [4]

EMS’in işlevleri:

  1. Şebeke talebi, enerji fiyatları, yenilenebilir enerji üretimi gibi dışsal verileri alarak depolama sisteminin ne zaman şarj/deşarj yapacağını planlamak

  2. BMS ve PCS ile koordinasyon

  3. Sistemin genel verimliliğini artırmak, maliyetleri düşürmek, enerji akışını optimize etmek

  4. Operasyonel güvenliği sağlamak (örneğin aşırı yüklenmeler, sistem sınırlarının ihlali)

  5. İzleme, veri analizi, raporlama, tahmine dayalı bakım (predictive maintenance) özellikleri

Şekil 2. Enerji Depolama Sistemleri Blok Diyagramı [5]

EMS’i, bir şehrin belediye başkanı gibi düşünebiliriz: Şehrin uzun vadeli planlarını yapar, kaynakları en verimli şekilde dağıtır ve şehrin dış dünyayla ilişkilerini yönetir.