Et batteristyringssystem (BMS) til et lithiumbatteri: beskyttelsesfunktioner, passiv eller aktiv cellebalancering, og et BMS med forbindelse til andre systemer
BMS'en ("Battery Management System", batteristyringssystem) er det elektroniske kredsløb, der overvåger cellerne i et lithiumbatteri. Det er især kendt for at afbryde strømmen, men det gør meget mere: det måler, beskytter, balancerer og, i de nyere modeller, giver information om batteriets tilstand. Denne guide giver et indblik i, hvad BMS'en egentlig gør.
Det vigtigste
- BMS'en måler spændingen for hver cellegruppe, strømmen og temperaturen.
- Den afbryder opladning eller afladning ved hjælp af transistorer, når en bestemt grænse overskrides.
- Den balancerer cellerne, så de forbliver på samme ladningsniveau: enten ved at afgive overskydende energi (passivt) eller ved at overføre den (aktivt).
- Et batteristyringssystem (BMS) med forbindelse giver mulighed for at aflæse tilstanden af hver enkelt celle via en telefon eller en controller.
Hvad BMS'en måler
- Spændingen for hver gruppe af seriekoblede celler: Dette er den vigtigste måling, da den svageste gruppe af celler bestemmer grænserne for hele batteriet.
- Strømmen, både under opladning og afladning, måles typisk ved hjælp af en modstand.
- `Temperaturerne` måles ved hjælp af sensorer, der er placeret mellem cellerne og på selve strømkredsløbene.
Beskyttelserne
| Beskyttelse | Aktiveret af | Effekt |
|---|---|---|
| Ekstraomkostninger | En gruppe, der overskrider den maksimale spænding | Afbryd strømmen |
| Dybafladning | En gruppe under sin minimale spænding | Afbryd afladningen |
| Overstrøm under afladning | Strøm, der overskrider grænsen, ud over en vis tidsperiode | Afbryd afladningen |
| Kortslutning | Ekstrem strøm | Skæres over på få mikrosekunder |
| Overstrøm under belastning | For høj ladestrøm, også under elektrisk bremsning | Afbryd strømmen |
| Temperatur | For varmt eller for koldt til at oplade | Afbryd opladning eller afladning |
Afbrydelsen sker ved hjælp af effekttransistorer, der er placeret på batteriets minuspol. Nogle BMS-systemer har kun én udgang til både opladning og afladning (en fælles port), mens andre har to separate udgange: opladningsporten kan i dette tilfælde have en langt lavere strømbegrænsning. Afbrydelser under acceleration er detaljeret beskrevet i vores guide om batterier og BMS-systemer, der afbryder under acceleration, og effekten på bremsningen er beskrevet i guiden om regenerativ bremsning.
Hvorfor skal man afbalancere?
Ingen enkeltcelle er præcis identisk med sin nabo. Over tid fører små forskelle i kapacitet og selvudladning til, at batteripakkerne afviger: én pakke bliver fuld før de andre, en anden pakke tømmes først. Uden korrektion mister batteriet brugbar kapacitet (opladningen stopper ved den første fulde pakke, afladningen starter ved den første tomme pakke), og de yderste pakker slides hurtigere.
Passiv udligning
Den mest almindelige metode. Ved fuld opladning tilslutter BMS'en en lille modstand til de celler, der er mest opladede, for at aflede overskydende energi som varme, indtil de andre celler indhenter dem. Det er simpelt og pålideligt, men langsomt: balanceringstrømmen er lav. Den korrigerer kun små forskelle, og kun når batteriet regelmæssigt oplades fuldt.
Aktiv stabilisering
BMS'en (Battery Management System) overfører energi fra de battericeller, der er mest opladte, til dem, der er mindst opladte, ved hjælp af kredsløb med kondensatorer eller induktorer. Den er mere effektiv, arbejder med højere strømme og kan fungere til enhver tid, ikke kun ved slutningen af opladningen. Den er mere kompleks og dyrere. Man finder den typisk i større batteripakker og som et supplement til eksisterende BMS-systemer.
Værkstedstip.
Et batteri med passiv balancefunktion skal fra tid til anden oplades til 100%, og det bør efterlades til opladning et stykke tid, selv efter at indikatorlampen viser "fuld": det er på dette tidspunkt, at balancen fungerer. Et batteri, der konstant oplades til 80%, balancerer næsten aldrig.
Det tilsluttede batteristyringssystem (BMS)
De nyere, såkaldte "intelligente" batteristyringssystemer (BMS) kommunikerer via Bluetooth eller en kablet forbindelse. Man kan aflæse spændingen for hver cellegruppe, strømmen, temperaturerne, antallet af opladningscyklusser og eventuelle fejl, der er registreret. Det er et værdifuldt diagnostisk værktøj: en cellegruppe, der afviger fra de andre, er straks tydelig.
Integreret med styreenheden muliggør et tilsluttet BMS (Battery Management System) også yderligere fordele: styreenheden kan tilpasse sin effekt til batteriets faktiske tilstand, i stedet for først at opdage den, når BMS'en afbryder strømmen. Vores styreenheder, f.eks. RageLink, kan forbindes til batteriets BMS.
Ofte stillede spørgsmål
Mit batteri mister rækkevidde, er det et problem med batteribalancen?
Det er muligt. Med et BMS (Battery Management System) tilsluttet, sammenlign spændingen på de enkelte batteripakker, når de er fuldt opladede. En tydelig forskel indikerer en ubalance eller en celle, der er slidt. Flere fulde opladninger kan muligvis rette op på problemet, hvis forskellen er lille.
Er et aktivt batteristyringssystem (BMS) altid det bedste valg?
Det er ikke nødvendigvis sådan. For et batteri med godt matchede celler, der regelmæssigt oplades fuldt, er en passiv balancefunktion tilstrækkelig. Aktiv balance er mere relevant for store batterier og celler, der afviger fra hinanden.
Kan man udskifte batteristyringssystemet (BMS) i et batteri?
Ja, men det er en delikat operation på battericeller, som bør overlades til en specialist. Det nye batteristyringssystem (BMS) skal matche antallet af seriekoblede celler, batteriets kemi og strømforbruget.