A szabványos lítium cella 3,2 V. Ahhoz, hogy ezeket az egyes cellákat biztonságos 12/24 vagy 48 V-os akkumulátorrá alakítsa, lítium akkumulátor-kezelő rendszerre vagy BMS-re van szükség. A BMS egy áramköri kártya, amely kapcsolódik a cellákhoz, és felügyeli a teljes akkumulátort. Biztonsági okokból a BMS-nek biztosítania kell, hogy a cellák mindig az ismert határokon belül működjenek, és aktívan reagálnia kell, ha ezeket a határértékeket átsértik.
Miért van szükség akkumulátor-kezelő rendszerre (BMS):
Töltés
A lítium cellák túltöltése lerövidíti élettartamukat, vagy esetleg véglegesen károsítja őket. Tehát a 3,2 V névleges feszültségű LiFePO4 (lítium-vas-foszfát) akkumulátort soha ne töltse 3,65 V fölé, és a legjobb, ha van valami a rendszerben, ami kikapcsolja a töltőt, ha eléri a 3,65 maximális töltési feszültséget. volt. Hasonlóképpen, a 3,7 V névleges feszültségű LiNCM vagy LiMn204 (lítium polimer) akkumulátort soha ne töltse 4,2 V fölé, és a legjobb, ha van valami a rendszerben, ami kikapcsolja a töltőt, ha eléri a maximális töltési feszültséget. 4,2 volt.
Kisütés
Ezzel szemben a LiFePO4 lítium akkumulátort nem lehet lemeríteni 2,4 V alá anélkül, hogy a cellák megsérülnének. Tehát lennie kell valamilyen mechanizmusnak a rendszerben, amely automatikusan visszafojtja, és végül leállítja az akkumulátort, ha a feszültség 2,4 V alá csökken. Ha ez a mechanizmus nincs a helyén, megsérülhet a csomagban lévő akkumulátorok egy része. Ezt a rendszert általában Battery Management System-nek vagy BMS-nek nevezik, vagy néhány kisebb akkumulátorcsomag esetében, mint például egy kerékpárban, PCM-nek. A PCM (Protective Circuit Module), amelyet gyakran PCB-nek (Protective Circuit Board) neveznek, egy passzív rendszer, amely 96 voltnál kisebb feszültségen és 200 A feletti csúcsáram mellett működik a legjobban.
Egyensúlyozás
Ha több akkumulátor van egymáshoz csatlakoztatva, amelyek elektromos energiát tárolnak, az olyan, mintha egy különböző hosszúságú, fa rudakból készült hordó lenne, amely vizet tárol. Egyes akkumulátorok jobban fogadják a töltést, mint a többi akkumulátor. Amikor elérnek egy előre meghatározott feszültséget, például 3,65-öt a LiFePO4 akkumulátorok esetében, akkor meg kell oldani az áramot a legmagasabban feltöltött akkumulátortól, és meg kell akadályozni, hogy túltöltsék, miközben az ugyanabban a szálban lévő gyengébb akkumulátoraik felzárkóznak. Leegyszerűsítve, a fahordós víztároló analógiáját használtam, és a hosszabb rudakat mutattam be jó elemként, míg a rövidebbek a gyengébb elemeket. Ez a BMS harmadik funkciója. Egy jó BMS kiegyensúlyozza az összes akkumulátort, hogy körülbelül ugyanannyi idő alatt érjék el a teljes feltöltést. Ez egy olyan hordóként jeleníthető meg, amelyben az összes rúd azonos hosszúságú. A passzív BMS rendszerek nagy ellenállású hálózatokat tartalmaznak, amelyek csupán átirányítják a töltőáramot az ellenállási hálózaton, és elégetik a felesleges energiát, miközben a gyengébb cellák egyensúlya eléri a teljes töltési feszültséget.
Az olcsó BMS rendszerek ezt nem teszik meg, csupán kikapcsolják a töltőt, amikor az első akkumulátor 3,65 V-hoz közelít. Ezekkel a rendszerekkel az akkumulátorcsomag még mindig nagyobb energiával tölthető fel, de ezek az olcsó rendszerek semmiképpen nem teszik lehetővé ezt. Így akár 20%-át is elveszítheti az akkumulátorcsomagok teljes potenciális kapacitásából néhány dollár megtakarítás érdekében a BMS rendszer megvásárlásakor. Gépjárművekben ez nagy hatótávolság-vesztéssel járhat.
A negyedik BMS funkció az akkumulátorok túlzott lemerüléstől való védelmére és kiegyensúlyozására vonatkozik. Ha az akkumulátorok valamilyen módon nincsenek kiegyensúlyozva úgy, hogy az összes bot egyenlő legyen, amit egy megfelelően megtervezett BMS rendszer megtesz, akkor az akkumulátor lemerülésekor a leggyengébb akkumulátor, amelyet az ábrán a hordó legrövidebb rúdja képvisel. a teljes kiürítési pont a csomag többi része előtt. Egy jó BMS rendszer az összes cellát egyensúlyban tartja, így a leggyengébb cellafeszültség egy LiFePO4 akkumulátorral nem csökken 2,4 V alá, miközben a többi akkumulátor lemerítheti az energiáját. Hasonlóképpen, egy jó BMS-rendszer a lítium-polimer akkumulátorban is egyensúlyban tartja az összes cellát, így a leggyengébb cellafeszültség nem csökken 2,8 volt alá, miközben a többi akkumulátor lemerítheti az energiáját. A jól megtervezett BMS biztosítja, hogy az összes akkumulátor közel egyenlő legyen az energia egyenletes tárolásában és kisütésében. A jó BMS-rendszer utolsó funkciója a cellákon vagy a teljes csomagon belüli hőmérséklet figyelése és szabályozása. Sok lítium kémia, például a lítium-kobalt spontán lángra lobbanhat, ha túltöltik vagy kisütik. A fémtüzek rendkívül forróak, és a víz vagy akár a tűzoltóhab önmagában nem tudja eloltani a lángokat. Az összes lítiumvegyület közül a lítium-vas-foszfát (LiFePO4) a legkevésbé illékony, és elméletileg nem fog égni. A szélsőséges hő azonban károsíthatja és lerövidítheti az összes lítiumelem élettartamát. Egy jó BMS rendszer figyeli a csomagon belüli hőmérsékletet, és vagy leállítja a csomagot, vagy visszafojtja a kisülési vagy töltőáramot, hogy a cellák soha ne érjenek túlmelegedési pontot.
