Litiumakun BMS (Battery Management System): suojaukset, passiivinen tai aktiivinen tasapainotus, verkkoon kytketty BMS
BMS (Battery Management System, akunhallintajärjestelmä) on elektroninen piirilevy, joka valvoo litiumakun kennoja. Se on yleensä tunnettu siitä, että se katkaisee virran. Kuitenkin se tekee paljon muutakin: se mittaa, suojaa, tasapainottaa ja uusimmissa malleissa se myös raportoi akun tilasta. Tämä opas avaa tämän järjestelmän toimintaa.
Tärkeimmät asiat
- BMS-järjestelmä mittaa jokaisen kennoryhmän jännitteen, virran ja lämpötilat.
- Se laite katkaisee latauksen tai purkauksen transistoreiden avulla, kun tietty raja-arvo ylittyy.
- Seinämahdollistaa akkukennojen tasapainottamisen, jotta ne pysyvät samalla lataustasolla. Tämä saavutetaan joko ylimääräisen energian haihduttamalla (passiivinen tasapainotus) tai sen siirtämällä toisiin kennoihin (aktiivinen tasapainotus).
- Yhdistetty BMS-järjestelmä mahdollistaa jokaisen akun kennon tilan lukemisen älypuhelimella tai ohjaimella.
Mitä BMS (Battery Management System) mittaa
- `Jokaisen sarjaan kytketyn kennoryhmän jännite: Tämä on tärkein mittaus, sillä heikoin kennoryhmä määrittää koko akun suorituskyvyn rajat.`
- Virta, sekä latauksen että purkauksen aikana, mitataan yleensä vastuksen avulla.
- **Lämpötilat** mitataan antureilla, jotka on sijoitettu akkusolujen väliin sekä laitteen omiin tehoelektroniikan komponentteihin.
Suojukset
| Suojaus | Käynnistetty toiminnolla: | Vaikutus |
|---|---|---|
| Lisämaksu | Akku on ylikuormitettu | Katkaise virta |
| Syväpurkaus | Ryhmä, joka toimii sen pienimmällä jännitteellä | Katkaise virran |
| Ylimääräinen virta purkauksen aikana | Virta ylittää rajan, ylittää tietyn ajan | Katkaise virran |
| Oikosulku | Äärimmäinen virta | Leikkaa muutamassa mikrosekunnissa |
| Ylikuormitusvirta | Liian suuri latausvirta, myös jarrutuksen aikana | Katkaise virta |
| Lämpötila | Akku on liian kuuma tai liian kylmä ladattavaksi | Katkaise lataus tai purkaus |
Katkaisutoiminto toteutetaan yleensä tehotransistoreilla, jotka on sijoitettu akun negatiiviseen napaan. Joissakin akunhallintajärjestelmissä (BMS) on yksi yhteinen liitäntä latausta ja purkua varten, kun taas toisissa on kaksi erillistä liitäntää: latausliitännässä voi olla huomattavasti pienempi virta-arvo. Kiihtyvyksen aikana tapahtuvat katkaisut on kuvattu tarkemmin oppaassamme akun ja BMS:n katkaisutoiminto kiihtyvyyden aikana, ja niiden vaikutus jarrutukseen on kuvattu oppaassa regeneratiivinen jarrutus.
Miksi tasapainottaa?
Yksikään akkukennosta ei ole täysin identtinen viereisen kanssa. Lataus- ja purkussyklien myötä pienet erot kapasiteetissa ja itsepurkausnopeudessa aiheuttavat ryhmien välisiä eroja: toinen ryhmä saattaa latautua täyteen ennen muita, kun taas toinen tyhjenee ensimmäisenä. Ilman korjausta akku menettää käyttökelpoista kapasiteettia (lataus pysähtyy ensimmäiseen täyteen ladattuun ryhmään, purkaus ensimmäiseen tyhjentyneeseen ryhmään), ja ääripään ryhmät kuluvat nopeammin.
Passiivinen tasapainotus
Yleisin menetelmä. Akun ollessa lähes täynnä, BMS (Battery Management System) kytkee pienen vastuksen parhaisiin kennoihin ylimääräisen energian haihduttamiseksi lämpönä, kunnes muut kennot ovat samalla tasolla. Tämä on yksinkertainen ja luotettava, mutta hidas: tasapainotusvirta on pieni. Se korjaa vain pieniä eroja ja vain silloin, kun akku ladataan säännöllisesti täyteen.
Aktiivinen tasapainotus
BMS-järjestelmä siirtää energiaa täydemmistä akkukannoista tyhjempiin, käyttäen kondensaattori- tai induktoripiirejä. Se aiheuttaa vähemmän energiahukkaa, toimii korkeammilla virroilla ja voi toimia milloin tahansa, ei vain akun tyhjentymisen loppuvaiheessa. Se on monimutkaisempi ja kalliimpi. Sitä käytetään yleensä suurissa akkukannoissa ja täydentämään jo olemassa olevia BMS-järjestelmiä.
Huoltotyön vinkki.
Passiivisesti tasapainotettava akku on ajoittain ladattava täyteen, ja sen on hyvä olla hetken aikaa latauksessa myös sen jälkeen, kun "täynnä"-valo syttyy: vasta silloin tasapainotusprosessi toimii. Akku, joka on jatkuvasti ladattu vain 80 prosenttiin, ei tasapainotu juuri lainkaan.
Yhdistetty akkuhallintajärjestelmä (BMS)
Uudet, niin sanotut "älykkäät" akunhallintajärjestelmät (BMS) kommunikoivat Bluetoothin tai johdotuksen kautta. Niistä voidaan lukea jokaisen akkupaketin jännite, virta, lämpötilat, latauskertojen määrä ja tallennetut virheet. Tämä on arvokas diagnostiikkatyökalu: jos yksi akkupaketti poikkeaa muista, se havaitaan välittömästi.
Ohjatimen yhteydessä oleva BMS-järjestelmä mahdollistaa myös edistyneempiä toimintoja: ohjain voi säätää tehoaan akun todellisen tilan mukaan sen sijaan, että se vastaaisi vasta, kun BMS katkaisee virran. Esimerkiksi RageLink -ohjaimemme voidaan yhdistää akun BMS-järjestelmään.
Usein kysytyt kysymykset
Akkuni kapasiteetti heikkenee, voiko kyseessä olla tasapainotusongelma?
Se on mahdollista. Jos akkuun on kytketty BMS (Battery Management System), vertaa akkupakkojen täyden latauksen jännitteitä: selkeä ero voi viitata epätasapainoon tai kuluneeseen kennoon. Useat täydet lataussyklit voivat korjata tilanteen, jos ero on pieni.
Onko aktiivinen BMS-järjestelmä aina parempi?
Ei välttämättä. Hyvin tasapainotetuissa akkukannoissa, jotka ladataan säännöllisesti täyteen, passiivinen tasapainotus riittää. Aktiivinen tasapainotus on hyödyllisempi suurissa akkukannoissa ja akkukennoissa, joiden jännite vaihtelee.
Voidaanko akun BMS-järjestelmää (Battery Management System) vaihtaa?
Kyllä, mutta se on herkkä toimenpide, joka on suoritettava ladatuille akkukennolle, ja sen tulisi olla ammattilaisen suorittama. Uuden BMS-järjestelmän on vastattava akussa olevien sarjaan kytkettyjen kennojen määrälle, kemialle ja virroille.