Стандартний літієвий елемент має напругу 3,2 В. Щоб перетворити ці окремі елементи на безпечну батарею 12/24 або 48 В, потрібна система управління літієвими батареями або BMS. BMS — це друкована плата, яка підключається до елементів і контролює загальну батарею. З міркувань безпеки BMS має гарантувати, що осередки завжди працюють у межах відомих обмежень, і активно реагувати, якщо ці обмеження порушуються.
Для чого потрібна система управління акумулятором (BMS):
Зарядка
Якщо літієві елементи перезарядити, це скоротить термін їх служби або, можливо, остаточно пошкодить. Тому з LiFePO4 (літій-залізо-фосфатним) акумулятором, номінальна напруга якого становить 3,2 вольта, ви ніколи не повинні заряджати їх вище 3,65 вольт, і найкраще мати в системі щось, що вимкне зарядний пристрій, коли вони досягнуть максимальної напруги заряду 3,65 вольт. вольт. Подібним чином, з LiNCM або LiMn204 (літієво-полімерним) акумулятором, номінальна напруга якого становить 3,7 вольта, ви ніколи не повинні заряджати їх вище 4,2 вольта, і найкраще мати в системі щось, що вимкне зарядний пристрій, коли вони досягнуть максимальної напруги заряду. 4,2 вольта.
Розрядка
І навпаки, літієва батарея LiFePO4 не може розряджатися нижче 2,4 В без пошкодження елементів. Отже, у системі має бути якийсь механізм, який автоматично зменшуватиме швидкість і в кінцевому підсумку вимикатиме акумуляторну батарею у разі розряду, який падає нижче 2,4 вольта. Якщо цього механізму немає на місці, ви ризикуєте пошкодити деякі батареї у своїй упаковці. Цю систему зазвичай називають системою керування батареєю або BMS, а у випадку з меншими акумуляторами, як-от у велосипеді, PCM. PCM (Protective Circuit Module), який часто називають PCB (Protective Circuit Board), — це пасивна система, яка найкраще працюватиме при напрузі менше 96 вольт і пікових струмах, які ніколи не перевищують 200 ампер.
Балансування
Наявність ряду батарей, з’єднаних разом для накопичення електроенергії, схоже на наявність бочки, зробленої з дерев’яних штанг різної довжини, яка зберігає воду. Деякі батареї сприймають заряд краще, ніж інші батареї в рядку. Коли вони досягають заданої напруги, як-от 3,65 для батарей LiFePO4, тоді має бути спосіб шунтувати струм від цієї батареї з найвищим зарядом і запобігати її перезарядженню, поки їхні слабші батареї в тому ж рядку наздоганяють. Щоб спростити, я використав аналогію зі зберіганням води в дерев’яній бочці та показав, що довші палиці є хорошими батареями, а коротші посохи представляють слабші батареї. Це третя функція BMS. Хороший BMS збалансує всі батареї, щоб вони досягли повного заряду приблизно за один і той же час. Це може бути зображено як бочка, у якій усі держаки однакової довжини. Пасивні системи BMS містять великі мережі резисторів, які просто перенаправляють зарядний струм через мережу резисторів і спалюють надлишкову потужність, поки баланс слабших елементів досягає свого повного рівня напруги перезарядки.
Дешеві системи BMS цього не роблять, вони просто вимикають зарядний пристрій, коли перша батарея наближається до 3,65 вольта. За допомогою цих систем акумуляторну батарею все ще можна заряджати більшою кількістю енергії, але ці дешеві системи не дозволять це зробити. Таким чином, ви можете втратити до 20% повної потенційної ємності акумуляторних блоків заради економії кількох доларів при купівлі системи BMS. У автомобілях це може призвести до значної втрати запасу ходу.
Четверта функція BMS стосується захисту та балансування акумуляторів від надмірного розряду. Якщо батареї якимось чином не збалансовані таким чином, щоб усі стрижні були рівними, що зробить належним чином розроблена система BMS, тоді, коли батарея розряджається, найслабша батарея, представлена на моїй ілюстрації найкоротшим стрижнем у стовбурі, досягне свого точка відключення повного розряду попереду решти пакета. Хороша система BMS збереже всі елементи збалансованими, щоб напруга найслабшого елемента з LiFePO4 батареєю не опускалася нижче 2,4 вольта, тоді як іншим батареям дозволено витрачати свою енергію. Подібним чином хороша система BMS також підтримуватиме збалансованість усіх елементів літій-полімерної батареї, щоб напруга найслабшого елемента не опускалася нижче 2,8 В, тоді як іншим батареям дозволено витрачати свою енергію. Добре розроблена BMS гарантує, що всі батареї однаково зберігають і рівномірно розряджають енергію. Останньою функцією хорошої системи BMS є моніторинг і контроль температури в камерах або в усьому пакеті. Багато літієвих хімікатів, як-от літій-кобальт, можуть спонтанно спалахнути, якщо їх перезарядити або розрядити. Металеві пожежі надзвичайно гарячі, і вода чи навіть піна для гасіння пожежі не можуть загасити полум’я. З усіх літієвих хімікатів літій-залізофосфат (LiFePO4) є найменш летючим і теоретично не горить. Однак сильна спека може пошкодити та скоротити термін служби всіх літієвих елементів. Хороша система BMS контролюватиме температуру всередині блоку та вимкне блок або зменшить струм розряду чи зарядки, щоб елементи ніколи не досягали точки перегріву.
