Standardowe ogniwo litowe to 3.2V. Aby przekształcić te pojedyncze ogniwa w bezpieczną baterię 12/24 lub 48 V, potrzebny jest system zarządzania baterią litową lub BMS. BMS to płytka drukowana, która ma połączenie z ogniwami i monitoruje cały akumulator. Ze względów bezpieczeństwa BMS musi zapewniać, że komórki zawsze działają w znanych granicach i aktywnie reagować w przypadku przekroczenia tych limitów.
Dlaczego potrzebny jest system zarządzania baterią (BMS):
Ładowanie
Przeładowanie ogniw litowych skraca ich żywotność lub może trwale je uszkodzić. Tak więc z akumulatorem LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate), którego napięcie nominalne wynosi 3,2 V, nigdy nie należy ładować ich powyżej 3,65 V i najlepiej mieć coś w systemie, co wyłączy ładowarkę, gdy osiągną maksymalne napięcie ładowania 3,65 wolty. Podobnie w przypadku baterii LiNCM lub LiMn204 (Lithium Polymer) o napięciu nominalnym 3,7 V, nigdy nie należy ładować ich powyżej 4,2 V i najlepiej mieć w układzie coś, co wyłączy ładowarkę, gdy osiągną maksymalne napięcie ładowania 4,2 wolta.
Rozładowanie
I odwrotnie, bateria litowa LiFePO4 nie może być rozładowana poniżej 2,4 V bez uszkodzenia ogniw. Dlatego w systemie musi być jakiś mechanizm, który automatycznie zmniejszy prędkość i ostatecznie wyłączy akumulator w przypadku rozładowania poniżej 2,4 wolta. Jeśli tego mechanizmu nie ma na swoim miejscu, ryzykujesz uszkodzenie niektórych baterii w twoim pakiecie. System ten jest powszechnie określany jako System Zarządzania Akumulatorem lub BMS lub w przypadku niektórych mniejszych akumulatorów, takich jak rower, PCM. PCM (Protective Circuit Module), który jest często nazywany PCB (Protective Circuit Board), to pasywny system, który będzie działał najlepiej przy napięciach mniejszych niż 96 woltów i prądach szczytowych, które nigdy nie przekraczają 200 amperów.
Balansowy
Posiadanie kilku połączonych ze sobą baterii, które przechowują energię elektryczną, przypomina trochę beczkę wykonaną z drewnianych klepek o różnej długości, która przechowuje wodę. Niektóre baterie przyjmą ładowanie lepiej niż inne baterie w łańcuchu. Kiedy osiągną z góry określone napięcie, takie jak 3,65 dla akumulatorów LiFePO4, musi istnieć sposób na bocznikowanie prądu z najwyżej naładowanego akumulatora i zapobieganie jego przeładowaniu, podczas gdy ich słabsze akumulatory w tym samym łańcuchu nadrabiają zaległości. Aby to uprościć, użyłem analogii do przechowywania wody w drewnianej beczce i pokazałem dłuższe klepki jako dobre baterie, podczas gdy krótsze klepki reprezentują słabsze baterie. To trzecia funkcja BMS. Dobry BMS zrównoważy wszystkie akumulatory tak, aby osiągnęły pełne naładowanie w mniej więcej tym samym czasie. Może to być pokazane jako beczka, która ma wszystkie klepki tej samej długości. Pasywne systemy BMS zawierają duże sieci rezystorów, które jedynie przekierowują prąd ładowania przez sieć rezystorów i spalają nadmiar mocy, podczas gdy bilans słabszych ogniw dochodzi do pełnego poziomu napięcia ładowania.
Tanie systemy BMS tego nie robią, po prostu wyłączają ładowarkę, gdy pierwsza bateria zbliża się do 3,65 wolta. W przypadku tych systemów akumulator może nadal być ładowany większą ilością energii, ale nie ma możliwości, aby te tanie systemy na to pozwoliły. W ten sposób możesz stracić nawet 20% pełnego potencjału akumulatorów ze względu na oszczędność kilku dolarów przy zakupie systemu BMS. W pojazdach silnikowych może to oznaczać dużą utratę zasięgu.
Czwarta funkcja BMS dotyczy ochrony i balansowania akumulatorów przed nadmiernym rozładowaniem. Jeśli akumulatory nie są w jakiś sposób zbalansowane tak, że wszystkie klepki są równe, co zrobi odpowiednio zaprojektowany system BMS, to w miarę rozładowywania akumulatora najsłabszy akumulator, reprezentowany na mojej ilustracji przez najkrótszą pięciolinię w lufie, osiągnie swój poziom. pełny punkt odcięcia rozładowania przed resztą opakowania. Dobry system BMS utrzyma wszystkie ogniwa w równowadze, tak aby napięcie najsłabszego ogniwa z baterią LiFePO4 nie spadło poniżej 2,4 wolta, podczas gdy inne baterie mogą rozładowywać swoją energię. Podobnie dobry system BMS będzie również utrzymywał równowagę wszystkich ogniw w baterii litowo-polimerowej, tak aby napięcie najsłabszego ogniwa nie spadło poniżej 2,8 wolta, podczas gdy inne baterie mogą rozładowywać swoją energię. Dobrze zaprojektowany BMS zapewni, że wszystkie akumulatory będą prawie równe pod względem magazynowania i równomiernego rozładowywania energii. Ostatnią funkcją dobrego systemu BMS jest monitorowanie i kontrolowanie temperatur wewnątrz ogniw lub całego pakietu. Wiele chemikaliów litu, takich jak Lithium Cobalt, może spontanicznie stanąć w płomieniach, jeśli są przeładowane lub rozładowane. Pożary metali są bardzo gorące, a sama woda, a nawet piany gaśnicze nie gaszą płomieni. Ze wszystkich chemikaliów litu fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4) jest najmniej lotny i teoretycznie nie będzie się palił. Jednak ekstremalne ciepło może uszkodzić i skrócić żywotność wszystkich ogniw litowych. Dobry system BMS będzie monitorował temperaturę w pakiecie i albo go wyłączał, albo ograniczał prąd rozładowania lub ładowania, aby ogniwa nigdy nie osiągnęły punktu przegrzania.
