BMS litijeve baterije: zaščite, pasivno ali aktivno uravnoteženje, pametni BMS
BMS (Battery Management System – sistem za upravljanje baterije) je elektronsko vezje, ki nadzoruje celice litijeve baterije. Poznamo ga predvsem takrat, ko prekine napajanje. Vendar pa počne veliko več: meri, ščiti, uravnoteži in pri novejših modelih beleži zgodovino baterije. Ta vodnik vam bo razkril, kaj se skriva v notranjosti.
Bistvo
- BMS meri napetost vsake skupine celic, tok in temperature.
- S pomočjo tranzistorjev prekine polnjenje ali praznjenje, ko je presežena določena meja.
- Uravnoteži celice, da ostanejo na enaki ravni napolnjenosti: z odvajanjem presežka (pasivno) ali s prenosom energije (aktivno).
- Pametni BMS omogoča branje stanja vsake celice prek telefona ali krmilnika.
Kaj meri BMS
- Napetost vsake skupine celic v seriji: to je najpomembnejša meritev, saj prav najšibkejša skupina določa meje celotne baterije.
- Tok, pri polnjenju in praznjenju, običajno prek merilnega upora.
- Temperature, s pomočjo sond, nameščenih med celicami in na lastnih močnostnih komponentah.
Zaščite
| Zaščita | Sproži se zaradi | Učinek |
|---|---|---|
| Prepolnitev | Skupina nad svojo maksimalno napetostjo | Prekine polnjenje |
| Globoka izpraznitev | Skupina pod svojo minimalno napetostjo | Prekine praznjenje |
| Pretok pri praznjenju | Tok nad mejo, po določenem času | Prekine praznjenje |
| Kratek stik | Ekstremen tok | Prekine v nekaj mikrosekundah |
| Pretok pri polnjenju | Premočan polnilni tok, vključno z električnim zaviranjem | Prekine polnjenje |
| Temperatura | Prevroče ali prehladno za polnjenje | Prekine polnjenje ali praznjenje |
Izklop se izvede s pomočjo močnostnih tranzistorjev, nameščenih na negativnem polu baterije. Nekateri BMS imajo en sam izhod za polnjenje in praznjenje (skupna vrata), drugi imajo dva ločena izhoda: polnilna vrata imajo lahko v tem primeru precej nižjo tokovno omejitev. Izklopi med pospeševanjem so podrobneje opisani v našem vodniku baterija in BMS, ki izklapljata, učinek na zaviranje pa v vodniku o regenerativnem zaviranju.
Zakaj uravnoteženje
Nobena celica ni popolnoma enaka sosednji. Sčasoma, skozi cikle, zaradi majhnih razlik v kapaciteti in samopraznjenju skupine začnejo odstopati: ena se napolni prej kot druge, druga se prva izprazni. Brez popravka baterija izgubi uporabno kapaciteto (polnjenje se ustavi pri prvi polni skupini, praznjenje pri prvi prazni skupini), skrajne skupine pa se hitreje obrabijo.
Pasivno uravnoteženje
Najpogostejša metoda. Ob koncu polnjenja BMS priključi majhen upor na najbolj napolnjene skupine, da odvede njihov presežek v obliki toplote, dokler jih ostale ne ujamejo. Je preprosto in zanesljivo, vendar počasno: uravnoteževalni tok je majhen. Popravi le majhna odstopanja in le, če je baterija redno popolnoma napolnjena.
Aktivno uravnoteženje
BMS prenaša energijo iz najbolj napolnjenih skupin v manj napolnjene s pomočjo vezij s kondenzatorji ali tuljavami. Manj izgublja, deluje z višjimi tokovi in lahko posreduje kadarkoli, ne le ob koncu polnjenja. Je bolj zapleteno in dražje. Najdemo ga pri velikih baterijah in kot dodatek k obstoječim BMS.
Nasvet iz delavnice
Baterijo s pasivnim uravnoteženjem je treba občasno napolniti do 100 % in jo pustiti na polnilcu še nekaj časa po tem, ko zasveti lučka "polno": takrat namreč poteka uravnoteženje. Baterija, ki je vedno napolnjena le do 80 %, se skoraj nikoli ne uravnoteži.
Pametni BMS
Novejši BMS, imenovani "pametni", komunicirajo prek Bluetootha ali žične povezave. Na njih lahko preberemo napetost vsake skupine, tok, temperature, število ciklov in zabeležene napake. To je dragoceno diagnostično orodje: skupino, ki odstopa od ostalih, takoj opazimo.
Povezan s krmilnikom, pametni BMS omogoča še več: krmilnik lahko prilagodi svojo moč dejanskemu stanju baterije, namesto da to ugotovi šele v trenutku, ko BMS prekine napajanje. Naši krmilniki RageLink se na primer povežejo z BMS baterije.
Pogosta vprašanja
Moja baterija izgublja doseg, ali gre za težavo z uravnoteženjem?
Možno je. S pametnim BMS primerjajte napetost skupin pri polni bateriji: jasno odstopanje kaže na neuravnoteženost ali utrujeno celico. Več popolnih polnjenj lahko to popravi, če je odstopanje majhno.
Ali je aktivni BMS vedno boljša izbira?
Ne nujno. Pri bateriji z dobro usklajenimi celicami, ki se redno polni do konca, zadostuje pasivno uravnoteženje. Aktivno uravnoteženje postane smiselno pri velikih baterijah in celicah, ki hitro odstopajo.
Ali lahko zamenjam BMS baterije?
Da, vendar gre za občutljiv poseg na napolnjenih celicah, ki ga mora opraviti strokovnjak. Novi BMS mora ustrezati številu celic v seriji, kemiji in tokovnim zmogljivostim baterije.