Стандартный литиевый элемент 3,2 В. Чтобы превратить эти отдельные элементы в безопасную батарею 12/24 или 48 В, требуется система управления литиевыми батареями или BMS. BMS — это печатная плата, которая имеет соединение с ячейками и контролирует общую батарею. Из соображений безопасности BMS должна гарантировать, что ячейки всегда работают в известных пределах, и активно реагировать, если эти пределы нарушены.
Зачем нужна система управления батареями (BMS):
Зарядка
Если литиевые элементы перезаряжены, это сократит срок их службы или, возможно, навсегда повредит их. Таким образом, с аккумулятором LiFePO4 (литий-железо-фосфатный) с номинальным напряжением 3,2 вольта вы никогда не должны заряжать его выше 3,65 вольт, и лучше всего иметь в системе что-то, что отключит зарядное устройство, когда они достигнут максимального зарядного напряжения 3,65. вольт. Точно так же с аккумулятором LiNCM или LiMn204 (литий-полимерный) с номинальным напряжением 3,7 вольта вы никогда не должны заряжать его выше 4,2 вольта, и лучше иметь в системе что-то, что отключит зарядное устройство, когда они достигнут максимального зарядного напряжения. на 4,2 вольта.
Разрядка
И наоборот, литиевая батарея LiFePO4 не может быть разряжена ниже 2,4 В без повреждения элементов. Таким образом, в системе должен быть какой-то механизм, который будет автоматически регулировать дроссельную заслонку и, в конечном итоге, отключать аккумуляторную батарею в случае разрядки ниже 2,4 вольта. Если этого механизма нет, вы рискуете повредить некоторые батареи в вашем рюкзаке. Эту систему обычно называют системой управления батареями или BMS, а в случае некоторых небольших аккумуляторных батарей, например, в велосипеде, PCM. PCM (модуль защитной схемы), который часто называют PCB (защитная печатная плата), представляет собой пассивную систему, которая лучше всего работает при напряжении менее 96 вольт и пиковых токах, которые никогда не превышают 200 ампер.
Балансировка
Наличие нескольких батарей, соединенных вместе для хранения электроэнергии, похоже на бочку, сделанную из деревянных брусков разной длины, в которой хранится вода. Некоторые батареи принимают заряд лучше, чем другие батареи в цепочке. Когда они достигают заданного напряжения, такого как 3,65 для батарей LiFePO4, тогда должен быть способ шунтировать ток от самой заряженной батареи и предотвращать ее перезарядку, в то время как их более слабые батареи в той же цепочке наверстывают упущенное. Чтобы упростить это, я использовал аналогию с хранением воды в деревянной бочке и показал более длинные посохи как хорошие батареи, а более короткие посохи представляют более слабые батареи. Это третья функция BMS. Хорошая BMS сбалансирует все батареи так, чтобы они полностью заряжались примерно за одно и то же время. Это можно изобразить в виде бочки, в которой все нотоносцы одинаковой длины. Пассивные системы BMS содержат большие сети резисторов, которые просто перенаправляют зарядный ток через сеть резисторов и сжигают избыточную мощность, в то время как баланс более слабых элементов достигает своего полного уровня напряжения перезарядки.
Дешевые системы BMS не делают этого, они просто отключают зарядное устройство, когда напряжение первой батареи приближается к 3,65 вольт. С этими системами аккумуляторная батарея все еще может быть заряжена большей мощностью, но эти дешевые системы никоим образом не допустят этого. Таким образом, вы можете потерять до 20% полной потенциальной емкости батарей ради экономии нескольких долларов при покупке системы BMS. В автомобилях это может привести к большой потере запаса хода.
Четвертая функция BMS касается защиты и балансировки батарей от чрезмерной разрядки. Если батареи каким-то образом не сбалансированы так, чтобы все шесты были одинаковыми, что будет делать правильно спроектированная система BMS, то по мере разряда аккумулятора самый слабый аккумулятор, представленный на моем рисунке самым коротким шестом в стволе, достигнет своего предела. точка отключения полного разряда впереди остальной части упаковки. Хорошая система BMS будет поддерживать баланс всех элементов, так что напряжение самого слабого элемента с батареей LiFePO4 не опустится ниже 2,4 вольт, в то время как другим батареям разрешено истощать свою энергию. Точно так же хорошая система BMS также будет поддерживать баланс всех элементов в литий-полимерной батарее, так что напряжение самого слабого элемента не будет опускаться ниже 2,8 вольт, в то время как другим батареям разрешено истощать свою энергию. Хорошо спроектированная BMS гарантирует, что все аккумуляторы примерно одинаково сохраняют и равномерно разряжают свою энергию. Последней функцией хорошей системы BMS является мониторинг и контроль температуры внутри ячеек или всей упаковки. Многие литиевые химические вещества, такие как литий-кобальт, могут самопроизвольно воспламеняться, если они перезаряжены или разряжены. Горящие металлы очень горячие, и вода или даже пена для пожаротушения сами по себе не смогут потушить пламя. Из всех литиевых химических соединений литий-железо-фосфат (LiFePO4) является наименее летучим и теоретически не горит. Однако экстремальная жара может повредить и сократить срок службы всех литиевых элементов. Хорошая система BMS будет контролировать температуру внутри батареи и либо выключать батарею, либо снижать ток разряда или заряда, чтобы элементы никогда не достигли точки перегрева.
