Ett batterimanagementsystem (BMS) för litiumbatterier: skydd, passiv eller aktiv cellbalansering, och BMS med anslutning
BMS (Battery Management System, batterihanteringssystem) är den elektroniska kretsen som övervakar cellerna i ett litiumbatteri. Man känner oftast till den när den stänger av systemet. Men den gör mycket mer: den mäter, skyddar, balanserar och, i de senaste modellerna, rapporterar batteriets status. Denna guide ger en inblick i hur det fungerar.
Det viktigaste
- BMS-systemet mäter spänningen för varje cellgrupp, strömmen och temperaturen.
- Den reglerar laddning eller urladdning genom att använda transistorer när en viss gräns överskrids.
- Den balanserar cellerna så att de förblir på samma laddningsnivå: antingen genom att avlägsna överskottsenergi (passivt) eller genom att överföra den (aktivt).
- Ett anslutet batterihanteringssystem (BMS) möjliggör att man kan läsa av statusen för varje cell via en smartphone eller en styrenhet.
Vad BMS:en mäter
- Spänningen för varje seriekopplad cellgrupp: Detta är den viktigaste mätningen, eftersom den svagaste cellgruppen bestämmer gränserna för hela batteriet.
- Strömmen, både vid laddning och urladdning, mäts vanligtvis med hjälp av ett motstånd.
- Temperaturen mäts med sensorer som placeras mellan cellerna och på dess egna effektkomponenter.
Skydden
| Skydd | Aktiverad av | Effekt |
|---|---|---|
| Tilläggsavgift | En grupp som överstiger sin maximala spänning | Koppla bort strömmen |
| Djupurladdning | En grupp under dess minimala spänning | Bryt urladdningen |
| Överström vid urladdning | Ström som överstiger gränsen, under en viss tid | Bryt urladdningen |
| Kortslutning | Extrem ström | Klippning som sker på bara några mikrosekunder |
| Överström vid belastning | För hög laddningsström, inklusive vid bromsning med elmotor | Koppla bort strömmen |
| Temperatur | För varmt eller för kallt för att ladda | Bryt laddnings- eller urladdningsprocessen |
Strömavbrottet sker genom effekttransistorer placerade på batteriets minuspol. Vissa batterihanteringssystem (BMS) har en enda utgång för både laddning och urladdning (en gemensam port), medan andra har två separata utgångar: laddningsporten kan då ha en betydligt lägre strömbegränsning. Avbrott under acceleration beskrivs i detalj i vår guide om batterier och BMS som bryter strömmen vid acceleration, och effekten på bromsningen beskrivs i guiden om regenerativ bromsning.
Varför balansera?
Ingen cell är exakt identisk med sin granne. Under laddnings- och urladdningscykler uppstår små skillnader i kapacitet och självurladdning, vilket gör att cellgrupperna avviker: en grupp blir full innan de andra, en annan grupp töms först. Utan korrigering förlorar batteriet användbar kapacitet (laddningen stoppas när den första gruppen är full, urladdningen när den första gruppen är tom) och de yttersta grupperna slits ut snabbare.
Passiv balansering
Den vanligaste metoden. I slutet av laddningscykeln ansluter batteriövervakningssystemet (BMS) ett litet motstånd till de celler som har högst spänning för att avleda deras överskottsenergi som värme, tills de andra cellerna hinner ikapp. Detta är en enkel och pålitlig metod, men den är långsam: strömmen som används för balanceringen är låg. Den korrigerar endast små skillnader och fungerar bara när batteriet laddas fullt regelbundet.
Aktiv stabilisering
BMS-systemet överför energi från de celler i batteripaketet som har högst laddning till de celler som har lägre laddning, genom kretsar som använder kondensatorer eller induktanser. Det minskar energiförlusterna, kan hantera högre strömmar och kan aktiveras när som helst, inte bara vid slutet av laddningscykeln. Det är mer komplext och dyrare. Man hittar det oftast i större batteripaket och som ett komplement till befintliga BMS-system.
Tips för verkstaden.
Ett batteri med passiv balansering bör laddas till 100 % då och då, och lämnas anslutet en stund efter att indikatorn visar "fullt": det är då som balanseringsfunktionen utför sitt arbete. Ett batteri som alltid hålls på 80 % laddning balanserar sig nästan aldrig.
Det anslutna batterihanteringssystemet (BMS)
De senaste batterihanteringssystemen (BMS), så kallade "smarta", kommunicerar via Bluetooth eller en trådbunden anslutning. Man kan där läsa spänningen för varje cellgrupp, strömmen, temperaturerna, antalet laddningscykler och eventuella fel som registrerats. Det är ett värdefullt diagnostiskt verktyg: en cellgrupp som avviker från de andra blir omedelbart synlig.
Integrerat med styrenheten möjliggör ett anslutet BMS (Battery Management System) också ytterligare fördelar: styrenheten kan anpassa sin effekt till batteriets faktiska tillstånd, istället för att upptäcka det först när BMS:en stänger av. Våra styrenheter RageLink, till exempel, kan anslutas till batteriets BMS.
Vanliga frågor
Mitt batteri förlorar räckvidd, kan det vara ett problem med batteribalansen?
Det är möjligt. Med ett BMS (Battery Management System) anslutet, jämför spänningen för de fulladdade batteripaketen: en tydlig skillnad indikerar obalans eller en utsliten cell. Flera fullständiga laddningscykler kan ibland åtgärda problemet om skillnaden är liten.
Är ett aktivt batterihanteringssystem (BMS) alltid att föredra?
Det behöver inte vara så. För ett batteripack med väl matchade celler och som laddas regelbundet fullt, räcker en passiv balansering. Aktiv balansering är mer användbart för större batteripack och celler som avviker från varandra.
Kan man byta ut batteriets BMS (Battery Management System)?
Ja, men det är en känslig operation som utförs på laddade celler och bör anförtros till en specialist. Det nya batterihanteringssystemet (BMS) måste vara kompatibelt med antalet celler i serie, batteriets kemi och strömstyrka.