O celulă standard cu litiu este de 3,2 V. Pentru a transforma aceste celule individuale într-o baterie sigură de 12/24 sau 48V este nevoie de un sistem de management al bateriei cu litiu sau BMS. Un BMS este o placă de circuite care are o conexiune la celule și monitorizează întreaga baterie. Din motive de siguranță, BMS trebuie să se asigure că celulele funcționează întotdeauna în limite cunoscute și să răspundă activ dacă aceste limite sunt încălcate.
De ce este nevoie de un sistem de management al bateriei (BMS):
Încărcare
Dacă celulele cu litiu sunt supraîncărcate, le va scurta durata de viață sau le va deteriora definitiv. Deci, cu o baterie LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate) a cărei tensiune nominală este de 3,2 volți, nu ar trebui să le încărcați niciodată peste 3,65 volți și cel mai bine este să aveți ceva în sistem care să oprească încărcătorul când ajung la o tensiune maximă de încărcare de 3,65 volți. volți. În mod similar, cu o baterie LiNCM sau LiMn204 (polimer de litiu) a cărei tensiune nominală este de 3,7 volți, nu ar trebui să le încărcați niciodată peste 4,2 volți și cel mai bine este să aveți ceva în sistem care să oprească încărcătorul când ating o tensiune maximă de încărcare. de 4,2 volți.
Descarcare
În schimb, o baterie cu litiu LiFePO4 nu poate fi descărcată sub 2,4 volți fără deteriorarea celulelor. Deci, trebuie să existe un mecanism în sistem care va accelera automat înapoi și în cele din urmă va închide acumulatorul în cazul unei condiții de descărcare care scade sub 2,4 volți. Dacă acest mecanism nu este în locul respectiv, riscați să deteriorați unele dintre bateriile din pachet. Acest sistem este denumit în mod obișnuit Sistem de management al bateriei sau BMS sau, în cazul unor baterii mai mici, cum ar fi o bicicletă, un PCM. Un PCM (Protective Circuit Module), care este adesea numit PCB (Protective Circuit Board), este un sistem pasiv care va funcționa cel mai bine la tensiuni mai mici de 96 de volți și curenți de vârf care nu trec niciodată peste 200 de amperi.
Balansare
A avea un număr de baterii conectate împreună pentru a stoca energie electrică este oarecum ca a avea un butoi fabricat din doage de lemn care au lungimi diferite care stochează apă. Unele baterii vor accepta o încărcare mai bună decât alte baterii din șir. Când ating o tensiune predeterminată, cum ar fi 3,65 pentru bateriile LiFePO4, atunci trebuie să existe o modalitate de a deriva curentul de la acea baterie cu cea mai mare încărcare și de a preveni supraîncărcarea în timp ce bateriile lor mai slabe din același șir ajung din urmă. Pentru a simplifica faptul că am folosit apa de stocare într-o analogie cu un butoi de lemn și arăt doagele mai lungi ca baterii bune, în timp ce doagele mai scurte reprezintă bateriile mai slabe. Aceasta este a treia funcție a unui BMS. Un BMS bun va echilibra toate bateriile astfel încât acestea să ajungă la încărcare completă în aproximativ același timp. Acesta poate fi arătat ca un butoi care are toate doagele la aceeași lungime. Sistemele BMS pasive conțin rețele mari de rezistență care doar redirecționează curentul de încărcare prin rețeaua de rezistență și consumă puterea în exces, în timp ce soldul celulelor mai slabe ajung la nivelul de tensiune de reîncărcare complet.
Sistemele BMS ieftine nu fac acest lucru, ci doar opresc încărcătorul atunci când prima baterie se apropie de 3,65 volți. Cu aceste sisteme, acumulatorul ar putea fi încă încărcat cu o cantitate mai mare de energie, dar nu există nicio modalitate prin care aceste sisteme ieftine să permită acest lucru. Astfel, este posibil să pierdeți până la 20% din capacitatea potențială completă a pachetelor de baterii de dragul unei economii de câțiva dolari la achiziționarea sistemului BMS. În autovehicule, ceea ce poate echivala cu o mare pierdere de autonomie.
A patra funcție BMS se referă la protejarea și echilibrarea bateriilor împotriva supra-descărcării. Dacă bateriile nu sunt cumva echilibrate astfel încât toate doagele să fie egale, ceea ce va face un sistem BMS proiectat corespunzător, atunci când bateria este descărcată, bateria cea mai slabă, reprezentată în ilustrația mea de cea mai scurtă doage din butoi, va atinge punctul de închidere a descărcarii complete înaintea restului pachetului. Un sistem BMS bun va menține toate celulele echilibrate, astfel încât cea mai slabă tensiune a celulei cu o baterie LiFePO4 să nu scadă sub 2,4 volți, în timp ce celelalte baterii au voie să-și consume energia. În mod similar, un sistem BMS bun va menține, de asemenea, toate celulele echilibrate într-o baterie cu polimer de litiu, astfel încât cea mai slabă tensiune a celulei să nu scadă sub 2,8 volți, în timp ce celelalte baterii au voie să-și consume energia. Un BMS bine proiectat va asigura că toate bateriile sunt aproape egale în stocarea și descărcarea energiei lor în mod uniform. Ultima funcție a unui sistem BMS bun este monitorizarea și controlul temperaturilor din celule sau din pachetul total. Multe substanțe chimice ale litiului, cum ar fi litiu-cobaltul, pot izbucni spontan în flăcări dacă sunt supraîncărcate sau descărcate. Focurile metalice sunt extrem de fierbinți, iar apa sau chiar spumele de stingere a incendiilor nu vor stinge flăcările. Dintre toate substanțele chimice ale litiului, fosfatul de litiu de fier (LiFePO4) este cel mai puțin volatil și, teoretic, nu se va arde. Cu toate acestea, căldura extremă poate deteriora și scurta durata de viață a tuturor celulelor cu litiu. Un sistem BMS bun va monitoriza temperaturile dintr-un pachet și fie va închide pachetul, fie va reduce curentul de descărcare sau de încărcare, astfel încât celulele să nu ajungă niciodată la un punct de supraîncălzire.
