A LiFePO4 BMS (System zarządzania baterią)to płytka elektroniczna, która monitoruje, chroni i równoważy akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy (LiFePO4). Znajduje się ona pomiędzy ogniwami akumulatora a resztą układu elektrycznego, stale mierząc napięcie, prąd i temperaturę, aby zapewnić bezpieczną pracę każdego ogniwa.

Bez systemu BMS, pakiet LiFePO4 nie ma wbudowanej ochrony przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem, zwarciami lub brakiem równowagi ogniw – co może skrócić żywotność pakietu lub, w najgorszym przypadku, stworzyć zagrożenie dla bezpieczeństwa. Dlatego zdecydowana większość dostępnych w sprzedaży pakietów LiFePO4 do magazynowania energii w panelach słonecznych, pojazdach elektrycznych, łodziach, kamperach lub systemach zasilania awaryjnego jest dostarczana z dedykowanym systemem BMS, zamiast polegać wyłącznie na ładowarce lub falowniku.

Dlaczego akumulatory LiFePO4 wymagają systemu BMS

Ogniwa LiFePO4 są z natury bardziej stabilne termicznie niż inne związki litowe, takie jak NCM (niklowo-kobaltowo-manganowe) lub NCA (niklowo-kobaltowo-aluminiowe), które są powszechnie stosowane w stacjonarnych systemach magazynowania i wielu zastosowaniach mobilnych. Jednak „bardziej stabilne” nie oznacza „braku konieczności zarządzania”. Wieloogniwowy pakiet LiFePO4 nadal napotyka trzy powtarzające się problemy, które system BMS został specjalnie zaprojektowany, aby rozwiązać:

• Dryft napięcia ogniwa.Nawet ogniwa z tej samej partii produkcyjnej nie starzeją się identycznie. W ciągu setek cykli niewielkie różnice produkcyjne przekładają się na znaczące różnice napięć między ogniwami — dokładnie ten problem, który układ równoważący napięcie ma na celu korygować.
• Płaska krzywa rozładowania.LiFePO4 charakteryzuje się wyjątkowo płaską krzywą napięcia w większości stanów naładowania, co utrudnia oszacowanie pozostałej pojemności na podstawie samego napięcia. System BMS z pomiarem kulombowskim – śledzący dokładną wartość prądu przepływającego do i z akumulatora w czasie, zamiast szacować ją wyłącznie na podstawie napięcia – zapewnia dokładniejszy odczyt stanu naładowania.
• Wąskie, bezpieczne okno operacyjne w sytuacjach ekstremalnych.Ogniwa LiFePO4 są wyrozumiałe w średnim zakresie naładowania, jednak nadal wymagają mocnych odcięć przy pełnym naładowaniu i głębokim rozładowaniu, aby uniknąć długotrwałej utraty pojemności.

Przed czym tak naprawdę chroni system LiFePO4 BMS?

Prawidłowo skonfigurowany system BMS dla akumulatorów litowych realizuje następujące funkcje zabezpieczające:

1. Ochrona przed przeładowaniem— odłącza ładowanie, gdy którakolwiek z cel osiągnie górny limit napięcia
2. Zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem— odcina obciążenie zanim napięcie ogniwa spadnie na tyle nisko, że spowoduje trwałe uszkodzenie
3. Zabezpieczenie nadprądowe/zwarciowe— przerywa obwód, jeżeli prąd przekroczy znamionowy próg
4. Zabezpieczenie przed przegrzaniem— zatrzymuje ładowanie lub rozładowywanie poza bezpiecznym zakresem temperatury
5. Równoważenie komórek— wyrównuje napięcie na wszystkich ogniwach w szeregu, pasywnie lub aktywnie

Aktywne wyważanie a pasywne wyważanie w systemie BMS LiFePO4

Pasywne równoważenieOdprowadza nadmiar energii z ogniw o wyższym napięciu w postaci ciepła przez rezystor, aż reszta pakietu dogoni. Jest to proste, niedrogie i odpowiednie dla mniejszych pakietów lub zastosowań, w których cykle ładowania są rzadkie.

Aktywne równoważeniePrzenosi energię z ogniw o wyższym napięciu do ogniw o niższym napięciu, zamiast rozpraszać ją w postaci ciepła. Jest bardziej wydajny, generuje mniej ciepła odpadowego i zazwyczaj zapewnia szybsze równoważenie i lepszą długoterminową kondycję pakietu – co ma większe znaczenie wraz ze wzrostem rozmiaru pakietu, liczby ogniw i częstotliwości cykli (duże pakiety ESS, magazyny energii słonecznej o dziennym cyklu, pakiety o dużej pojemności w pojazdach elektrycznych).

W przypadku małych pakietów o niskiej cykliczności, pasywne balansowanie jest często wystarczające. W przypadku większych lub intensywnie cyklicznych systemów LiFePO4, aktywne balansowanie jest warte dodatkowych kosztów.

Jak wybrać odpowiedni system BMS LiFePO4

Porównując systemy BMS dla akumulatorów litowych, cztery parametry decydują o tym, czy będą one rzeczywiście pasować do Twojego systemu:

1. Liczba komórek (liczba S).BMS musi dokładnie odpowiadać konfiguracji szeregowej pakietu — 4S BMS dla pakietu 12 V, 8S dla 24 V, 16S dla 48 V itd. (w oparciu o nominalne napięcie ogniwa LiFePO4 ~3,2 V). Nieprawidłowa liczba S jest jedną z najczęstszych przyczyn braku kompatybilności BMS.
2. Prąd znamionowy ciągły i szczytowy.Dobierz rozmiar BMS do rzeczywistego maksymalnego poboru prądu, a nie tylko typowego, i zostaw zapas — BMS stale pracujący na poziomie maksymalnego poboru prądu będzie się przegrzewał i szybciej się zużywał.
3. Typ równoważenia i prąd równoważący.Jak wspomniano powyżej, należy podjąć decyzję o pasywnym lub aktywnym wyrównywaniu na podstawie rozmiaru pakietu i częstotliwości cykli, a także sprawdzić prąd wyrównywania (mA) — wyższy prąd wyrównywania oznacza szybsze wyrównywanie w przypadku większych pakietów.
4. Protokół komunikacyjny.Jeśli system BMS musi komunikować się z falownikiem, aplikacją monitorującą lub siecią CAN pojazdu, należy sprawdzić, czy obsługuje on właściwy protokół — zazwyczaj RS485, magistralę CAN, UART lub Bluetooth — przed zakupem, a nie po instalacji.

LiFePO4 BMS według napięcia: systemy 12 V, 24 V i 48 V/51,2 V

Płytki LiFePO4 BMS są zazwyczaj określane przez nominalne napięcie systemu, które odpowiada określonej liczbie ogniw:

• Systemy 12V (4S):najczęstsza konfiguracja do zasilania przenośnego, małych instalacji solarnych i wymiany akumulatorów
• Systemy 24 V (8S):powszechnie stosowane w zastosowaniach morskich, w pojazdach kempingowych i średniej wielkości instalacjach solarnych
• Systemy 48 V / 51,2 V (16S):najpopularniejsza klasa napięcia dla domowych systemów magazynowania energii, większych instalacji solarnych i większości komercyjnych stojaków ESS

Liczbę ogniw wyprowadzono na podstawie nominalnego napięcia LiFePO4 wynoszącego ~3,2 V na ogniwo — 4 × 3,2 V ≈ 12,8 V, 8 × 3,2 V ≈ 25,6 V, 16 × 3,2 V ≈ 51,2 V.

Systemy wyższego napięcia wymagają na ogół większej uwagi w zakresie obsługi protokołów komunikacyjnych, ponieważ częściej będą sparowane z falownikiem lub szerszym systemem zarządzania energią, który potrzebuje danych w czasie rzeczywistym z systemu BMS.

Często zadawane pytania

Q1Czy akumulator LiFePO4 potrzebuje systemu BMS?

Tak. Chociaż chemia LiFePO4 jest bardziej stabilna termicznie niż inne chemie litowe, pakiet wieloogniwowy nadal wymaga systemu BMS do równoważenia ogniw, ochrony przed przeładowaniem/rozładowaniem oraz precyzyjnego śledzenia stanu naładowania. Użycie pakietu LiFePO4 bez systemu BMS eliminuje wszystkie te zabezpieczenia.

Q2Jaka jest różnica pomiędzy systemem BMS opartym na technologii LiFePO4 a zwykłym systemem BMS opartym na technologii litowo-jonowej?

Funkcje ochrony rdzenia są podobne, ale progi napięcia są ustawiane inaczej dla każdej chemii – zakres napięcia na ogniwo LiFePO4 jest niższy niż w przypadku ogniw litowo-jonowych NCM/NMC lub NCA. Systemu BMS zbudowanego dla jednej chemii nie należy używać w stanie niezmienionym w innym bez ponownej konfiguracji progów napięcia, aby dopasować je do karty katalogowej ogniwa.

Q3Jakiego natężenia prądu BMS potrzebuję do pakietu LiFePO4?

Dopasuj ciągły prąd znamionowy BMS do rzeczywistego maksymalnego ciągłego poboru prądu przez Twój system i wybierz model o parametrach szczytowych/udrażniających, które komfortowo pokryją chwilowe skoki prądu (rozruch silnika, przepięcie inwertera itp.) bez wyłączania systemu.

Q4Jak zresetować system LiFePO4 BMS?

Większość urządzeń BMS automatycznie odzyskuje sprawność po ustąpieniu usterki — na przykład, gdy napięcie powróci do bezpiecznego zakresu po przeładowaniu lub nadmiernym rozładowaniu. Niektóre modele wymagają również ręcznego ponownego podłączenia portu ładowania lub rozładowania albo krótkiego odłączenia i ponownego podłączenia akumulatora, aby usunąć zablokowaną usterkę. Zawsze należy sprawdzić dokumentację konkretnego modelu BMS, ponieważ sposób resetowania różni się w zależności od konstrukcji.

Q5Czy jeden system BMS może współpracować z różnymi chemikaliami litu?

Niektóre modele BMS można konfigurować w różnych chemikaliach – LiFePO4, NCM lub LTO (tytanian litu) – za pomocą regulowanych progów napięcia, ale muszą one być ustawione poprawnie dla konkretnej używanej chemii. Nie należy zakładać, że BMS jest na stałe skonfigurowany do zakresu napięcia jednej chemii bez uprzedniego potwierdzenia możliwości konfiguracji. Nie każdy model dostępny na rynku obsługuje tę funkcję – należy sprawdzić kartę katalogową konkretnego BMS, zamiast zakładać, że domyślnie obsługuje wiele chemikaliów.

Wybór systemu BMS LiFePO4 do Twojego projektu

Właściwy system BMS zależy od napięcia pakietu, liczby ogniw, poboru prądu oraz sposobu komunikacji z resztą systemu. Podanie tych czterech szczegółów pozwoli zespołowi technicznemu DALY zalecić odpowiednią konfigurację: napięcie systemu/liczba ogniw (np. 12 V/4 s, 24 V/8 s, 48 ​​V/16 s), zapotrzebowanie na prąd ciągły i szczytowy, zastosowanie (energia solarna/ESS, morska, kamperowa, elektryczna, wózki widłowe itp.) oraz wymagany protokół komunikacyjny (RS485, magistrala CAN, UART, Bluetooth).

• E-mail: dalybms@dalyelec.com
• Przeglądaj według kategorii: Inteligentny BMS · Aktywny system równoważenia BMS · System zarządzania magazynem domowym · Wysokoprądowy BMS · BMS do magazynowania energii w kamperze