System zarządzania baterią (BMS) w akumulatorze litowo-jonowym: zabezpieczenia, balansowanie pasywne lub aktywne, BMS podłączony do systemu
System zarządzania baterią (BMS – Battery Management System) to układ elektroniczny, który monitoruje komórki akumulatora litowo-jonowego. Najczęściej o nim słyszymy, gdy odcina zasilanie. Jednak jego funkcje są znacznie szersze: mierzy parametry, chroni, balansuje napięcie poszczególnych ogniw, a w nowszych modelach, dostarcza informacje o stanie baterii. Ten przewodnik przybliża działanie tego systemu.
Najważniejsze
- System zarządzania baterią (BMS) mierzy napięcie każdego z grup ogniw, prąd oraz temperatury.
- Wykorzystuje tranzystory do odcinania procesu ładowania lub rozładowywania, gdy przekroczona zostanie określona granica.
- Wykorzystuje on system balansowania ogniw, który utrzymuje je na tym samym poziomie naładowania: poprzez rozpraszanie nadmiaru energii (w sposób pasywny) lub przekazywanie jej (w sposób aktywny).
- Podłączony system zarządzania baterią (BMS) umożliwia odczytanie stanu każdej ogniwa za pomocą telefonu lub kontrolera.
Co mierzy system zarządzania baterią (BMS)?
- Napięcie każdego szeregu ogniw: Jest to najważniejszy parametr, ponieważ to najsłabszy szereg określa ograniczenia dla całego akumulatora.
- **Prąd**, podczas ładowania i rozładowywania, jest zwykle mierzony za pomocą rezystora pomiarowego.
- Temperatury są mierzone za pomocą czujników umieszczonych między ogniwami oraz na samych komponentach zasilania.
Ochronniki
| Ochrona | Wywołana przez | Efekt |
|---|---|---|
| Dodatek | Grupa podłączona do napięcia przekraczającego maksymalną dopuszczalną wartość | Odłącz zasilanie |
| Głębokie rozładowanie | Grupa pod napięciem minimalnym | Przerwij rozładowanie |
| Przekroczenie dopuszczalnego prądu podczas rozładowywania | Prąd przekraczający limit, przekraczający określony czas | Przerwij rozładowanie |
| Zwarcie | Ekstremalny prąd | Rozłączenie w ciągu kilku mikrosekund |
| Przekroczenie dopuszczalnego prądu podczas pracy | Zbyt wysoki prąd ładowania, w tym podczas hamowania elektrycznego | Odłącz zasilanie |
| Temperatura | Zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura uniemożliwia ładowanie | Przerwij proces ładowania lub rozładowywania |
Przerwanie zasilania następuje za pomocą tranzystorów mocy umieszczonych na ujemnym biegunie akumulatora. Niektóre systemy zarządzania baterią (BMS) mają jedno wyjście do ładowania i rozładowania (port wspólny), podczas gdy inne mają dwa oddzielne wyjścia: port ładowania może wtedy mieć znacznie niższą granicę prądu. Informacje o odcięciach podczas przyspieszania znajdują się w naszym przewodniku akumulator i BMS, które odcinają zasilanie podczas przyspieszania, a wpływ na hamowanie jest opisany w artykule o hamowaniu regeneracyjnym.
Dlaczego warto wyregulować balans?
Żadna bateria nie jest idealnie identyczna z sąsiednią. Z biegiem czasu, niewielkie różnice w pojemności i samorozładowaniu powodują rozbieżności między ogniwami: jedno ogniwo osiąga pełny poziom naładowania wcześniej niż inne, a inne rozładowuje się jako pierwsze. Bez korekty, bateria traci swoją efektywną pojemność (ładowanie zatrzymuje się, gdy pierwsze ogniwo jest pełne, a rozładowanie rozpoczyna się, gdy pierwsze ogniwo jest puste), a ogniwa znajdujące się na krańcach zużywają się szybciej.
Wyważenie pasywne
Najczęściej stosowane rozwiązanie. Pod koniec ładowania, system zarządzania baterią (BMS) podłącza niewielki rezystor do ogniw o najwyższym napięciu, aby rozproszyć nadmiar energii w postaci ciepła, aż do momentu, gdy inne ogniwa dogonią je. Jest to proste i niezawodne, ale wolne: prąd używany do wyrównywania napięcia jest niewielki. Koryguje jedynie niewielkie różnice i tylko wtedy, gdy bateria jest regularnie ładowana do pełna.
Aktywne wyważanie
System zarządzania baterią (BMS) przekazuje energię z ogniw o większym poziomie naładowania do tych o mniejszym poziomie naładowania, wykorzystując obwody z kondensatorami lub cewkami indukcyjnymi. Jest on bardziej efektywny, pracuje z większymi prądami i może działać w dowolnym momencie, a nie tylko pod koniec procesu ładowania. Jest bardziej skomplikowany i droższy. Spotyka się go w przypadku dużych baterii oraz jako uzupełnienie istniejących systemów BMS.
Wskazówka dla warsztatu.
Akumulator z pasywnym systemem balansowania powinien być od czasu do czasu ładowany do 100% i pozostawiony na krótką chwilę po tym, jak wskaźnik naładowania osiągnie wartość "pełna": to w tym momencie system balansowania działa. Akumulator, który jest stale ładowany tylko do 80%, bardzo rzadko się wyreguluje.
Połączony system zarządzania baterią (BMS)
Nowoczesne systemy zarządzania bateriami (BMS), nazywane „inteligentnymi”, komunikują się przez Bluetooth lub połączenie przewodowe. Umożliwiają odczyt napięcia każdego ogniwa, prądu, temperatur, liczby cykli ładowania oraz zarejestrowanych błędów. Stanowią cenne narzędzie diagnostyczne: odchylenia od normy w działaniu poszczególnych ogniw są od razu widoczne.
Połączony z kontrolerem, system zarządzania baterią (BMS) umożliwia również osiągnięcie lepszych rezultatów: kontroler może dostosować swoją moc do rzeczywistego stanu baterii, zamiast dopiero wtedy, gdy BMS ją wyłączy. Nasze kontrolery RageLink, na przykład, będą się łączyć z BMS baterii.
Często zadawane pytania
Moja bateria traci zasięg, czy to może być problem z jej wyważeniem?
Oczywiście, jest to możliwe. Podłączając system zarządzania baterią (BMS), porównaj napięcie poszczególnych sekcji akumulatora, gdy są w pełni naładowane. Wyraźna różnica wskazuje na nierównowagę lub zużytą ogniwo. Kilka pełnych cykli ładowania może pomóc w wyrównaniu, jeśli różnica jest niewielka.
Czy aktywny system zarządzania baterią (BMS) jest zawsze lepszym rozwiązaniem?
Niekoniecznie. W przypadku akumulatora zbudowanego z dobrze dopasowanych ogniw i regularnie ładowanego do pełna, wystarczy pasywne wyważanie. Aktywne wyważanie jest bardziej przydatne w przypadku dużych akumulatorów i ogniw, które wykazują rozbieżności.
Czy można wymienić układ zarządzania baterią (BMS) w akumulatorze?
Tak, ale jest to delikatna operacja, którą należy powierzyć specjalistom, ponieważ dotyczy ona komórek pod napięciem. Nowy system zarządzania baterią (BMS) musi być odpowiedni dla liczby komórek połączonych szeregowo, dla rodzaju chemii baterii oraz dla prądów, które w niej występują.