Standardní lithiový článek je 3,2V. K přeměně těchto jednotlivých článků na bezpečnou 12/24 nebo 48V baterii vyžaduje Lithium Battery Management System neboli BMS. BMS je obvodová deska, která má spojení s články a monitoruje celkovou baterii. Z bezpečnostních důvodů musí BMS zajistit, aby články vždy fungovaly v rámci známých limitů, a aktivně reagovat, pokud jsou tyto limity překročeny.
Proč je potřeba systém správy baterie (BMS):
Nabíjení
Pokud dojde k přebití lithiových článků, zkrátí se jejich životnost nebo možná trvale poškodí. Takže s baterií LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate), jejíž jmenovité napětí je 3,2 voltu, byste je nikdy neměli nabíjet nad 3,65 voltu a nejlepší je mít v systému něco, co nabíječku vypne, když dosáhnou maximálního nabíjecího napětí 3,65 voltů. Podobně u baterií LiNCM nebo LiMn204 (Lithium Polymer), jejichž jmenovité napětí je 3,7 V, byste je nikdy neměli nabíjet nad 4,2 V a je nejlepší mít v systému něco, co nabíječku vypne, když dosáhnou maximálního nabíjecího napětí. 4,2 voltu.
Vybíjení
Naopak lithiovou baterii LiFePO4 nelze vybít pod 2,4 V bez poškození článků. Takže v systému musí být nějaký mechanismus, který automaticky ubere plyn a případně vypne baterii v případě vybití, které klesne pod 2,4 voltu. Pokud tento mechanismus není na místě, riskujete poškození některých baterií v balení. Tento systém je běžně označován jako Battery Management System nebo BMS nebo v případě některých menších bateriových sad, jako na kole, PCM. Modul PCM (Protective Circuit Module), který se často nazývá PCB (Protective Circuit Board), je pasivní systém, který bude nejlépe fungovat při napětích nižších než 96 voltů a špičkových proudech, které nikdy nepřekročí 200 ampér.
Vyrovnávání
Mít několik baterií, které jsou všechny propojeny dohromady a ukládají elektrickou energii, je něco jako mít sud vyrobený z dřevěných tyčí různé délky, který akumuluje vodu. Některé baterie přijmou náboj lépe než jiné baterie v řetězci. Když dosáhnou předem stanoveného napětí, jako je 3,65 pro LiFePO4 baterie, pak musí existovat způsob, jak odvést proud z této nejvýše nabité baterie a zabránit jejímu přebití, zatímco jejich slabší baterie ve stejném řetězci dohánějí. Pro zjednodušení jsem použil analogii skladování vody v dřevěném sudu a ukázal delší tyče jako dobré baterie, zatímco kratší tyče představují slabší baterie. Toto je třetí funkce BMS. Dobrý BMS vyrovná všechny baterie tak, aby dosáhly plného nabití přibližně ve stejnou dobu. To může být zobrazeno jako hlaveň, která má všechny hole ve stejné délce. Pasivní systémy BMS obsahují velké odporové sítě, které pouze přesměrovávají nabíjecí proud přes odporovou síť a spalují přebytečný výkon, zatímco bilance slabších článků se dostává na úroveň plného dobíjecího napětí.
Levné systémy BMS to nedělají, pouze vypnou nabíječku, když se první baterie blíží 3,65 voltu. S těmito systémy by mohla být baterie stále nabíjena větším množstvím energie, ale neexistuje způsob, jak by to tyto levné systémy umožnily. Můžete tak ztratit až 20 % plné potenciální kapacity bateriových sad, a to kvůli úspoře pár dolarů při nákupu systému BMS. V motorových vozidlech to může znamenat velkou ztrátu dosahu.
Čtvrtá funkce BMS se týká ochrany a vyvážení baterií před přílišným vybitím. Pokud nejsou baterie nějak vyváženy tak, aby byly všechny lamely stejné, což správně navržený systém BMS udělá, pak při vybití baterie nejslabší baterie, reprezentovaná na mém obrázku nejkratší lamelou v hlavni, dosáhne svého bod uzavření úplného vybití před zbytkem balení. Dobrý systém BMS udrží všechny články v rovnováze tak, aby napětí nejslabšího článku s LiFePO4 baterií nekleslo pod 2,4 voltu, zatímco ostatním bateriím bylo umožněno vybíjet energii. Podobně dobrý systém BMS také udrží všechny články v Lithium Polymerové baterii vyvážené tak, aby napětí nejslabšího článku nekleslo pod 2,8 voltu, zatímco ostatní baterie mohou vybíjet energii. Dobře navržený BMS zajistí, že všechny baterie budou rovnoměrně ukládat a vybíjet energii. Poslední funkcí dobrého systému BMS je sledování a řízení teplot uvnitř článků nebo celého balení. Mnoho chemických sloučenin lithia, jako je Lithium Cobalt, může spontánně vzplanout, pokud jsou přebity nebo vybity. Kovové ohně jsou extrémně horké a voda nebo dokonce hasicí pěna samotná plameny neuhasí. Lithium-železofosfát (LiFePO4) je ze všech chemických sloučenin lithia nejméně těkavý a teoreticky se nevznítí. Extrémní teplo však může poškodit a zkrátit životnost všech lithiových článků. Dobrý systém BMS bude monitorovat teploty uvnitř sady a buď jednotku vypne, nebo sníží vybíjecí nebo nabíjecí proud, takže články nikdy nedosáhnou bodu přehřátí.
