A Система управления батареей (BMS) для литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LiFePO4)Это электронная плата, которая контролирует, защищает и балансирует литий-железо-фосфатный (LiFePO4) аккумуляторный блок. Она расположена между элементами батареи и остальной электрической системой, постоянно измеряя напряжение, ток и температуру, чтобы поддерживать работу каждого элемента в безопасном диапазоне.

Без системы управления батареей (BMS) литий-железо-фосфатный аккумулятор не имеет встроенной защиты от перезаряда, переразряда, короткого замыкания или дисбаланса элементов — любое из этих явлений может сократить срок службы аккумулятора или, в худшем случае, создать угрозу безопасности. Именно поэтому подавляющее большинство продаваемых в продаже литий-железо-фосфатных аккумуляторов для солнечных батарей, электромобилей, морского транспорта, автодомов или резервного питания поставляются со специальной системой управления батареей (BMS), а не полагаются только на зарядное устройство или инвертор.

Почему именно литий-железо-фосфатным аккумуляторам необходима система управления батареей (BMS)?

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) элементы по своей природе более термостабильны, чем элементы с другими типами лития, такими как NCM (никель-кобальт-марганец) или NCA (никель-кобальт-алюминий), которые широко используются для стационарных накопителей энергии и многих мобильных приложений. Но «более стабильная» не означает «не требует управления». Многоэлементный LiFePO4-аккумулятор по-прежнему сталкивается с тремя повторяющимися проблемами, для решения которых специально разработана система управления батареями (BMS):

• Дрейф напряжения ячейки.Даже элементы из одной производственной партии стареют по-разному. За сотни циклов небольшие производственные различия накапливаются, образуя существенные различия в напряжении между элементами — именно ту проблему, которую призвана решать балансировочная схема.
• Пологая кривая расхода.Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4) имеют заметно пологую кривую напряжения на большей части диапазона заряда, что затрудняет оценку остаточной емкости только по напряжению. Система управления батареями (BMS) с подсчетом кулонов — отслеживающая точное количество тока, протекающего в аккумулятор и из него с течением времени, а не оценивающая его только по напряжению — обеспечивает более точное измерение уровня заряда.
• Узкий безопасный диапазон рабочих параметров в крайних значениях.Литий-железо-фосфатные элементы достаточно устойчивы к разряду в середине диапазона зарядки, но все же требуют жестких ограничений при полной зарядке и глубоком разряде, чтобы избежать долговременной потери емкости.

От чего на самом деле защищает система управления батареями на основе литий-железофосфатного аккумулятора (LiFePO4 BMS)?

Правильно подобранная система управления батареями (BMS) для литий-ионных аккумуляторных батарей выполняет следующие функции защиты:

1. Защита от перезаряда— прекращает зарядку, как только напряжение любой ячейки достигает верхнего предела.
2. Защита от переразряда— отключает нагрузку до того, как напряжение элемента упадет достаточно низко, чтобы вызвать необратимые повреждения.
3. Защита от перегрузки по току / короткого замыкания— Размыкает цепь, если ток превышает номинальный пороговый уровень.
4. Защита от перегрева— прекращает зарядку или разрядку за пределами безопасного температурного диапазона
5. Баланс клеток— Выравнивает напряжение на всех элементах в последовательной цепочке, пассивно или активно.

Активная и пассивная балансировка в системе управления батареями на основе литий-железо-фосфата (LiFePO4 BMS).

Пассивная балансировкаСистема отводит избыточную энергию от высоковольтных элементов в виде тепла через резистор до тех пор, пока остальная часть аккумуляторного блока не наберет необходимую мощность. Она проста, недорога и подходит для небольших аккумуляторных блоков или применений, где циклы зарядки происходят нечасто.

Активная балансировкаПередача энергии от элементов с более высоким напряжением к элементам с более низким напряжением вместо рассеивания её в виде тепла. Это более эффективно, генерирует меньше отработанного тепла и, как правило, приводит к более быстрой балансировке и лучшему долговременному состоянию аккумуляторного блока — что становится более важным по мере увеличения размера блока, количества элементов и частоты циклов (большие аккумуляторные блоки ESS, солнечные батареи с ежедневным циклом работы, аккумуляторные блоки для электромобилей большой емкости).

Для небольших аккумуляторов с малым количеством циклов зарядки/разрядки часто достаточно пассивной балансировки. Для более крупных или интенсивно используемых систем на основе LiFePO4 активная балансировка оправдывает дополнительные затраты.

Как выбрать подходящую систему управления батареями на основе LiFePO4

При сравнении систем управления батареями (BMS) для литий-ионных аккумуляторных блоков четыре параметра определяют, подойдет ли она для вашей системы:

1. Количество клеток (S-count).Система управления батареей (BMS) должна точно соответствовать конфигурации последовательного соединения вашего аккумуляторного блока — 4S BMS для блока 12 В, 8S для 24 В, 16S для 48 В и так далее (исходя из номинального напряжения ячейки LiFePO4 около 3,2 В). Неправильное количество ячеек (S-count) является одной из наиболее распространенных причин несовместимости BMS.
2. Номинальные значения непрерывного и пикового тока.Размер BMS должен соответствовать фактическому максимальному потреблению, а не только типичному, и следует оставлять запас по мощности — BMS, работающая постоянно на пределе своих возможностей, будет перегреваться и быстрее изнашиваться.
3. Тип балансировки и балансировочный ток.Как указано выше, выбирайте между пассивной и активной балансировкой в ​​зависимости от размера аккумулятора и частоты циклов, а также проверяйте балансировочный ток (мА) — более высокий балансировочный ток означает более быстрое выравнивание на аккумуляторах большего размера.
4. Протокол связи.Если системе управления батареей (BMS) необходимо взаимодействовать с инвертором, приложением мониторинга или сетью CAN автомобиля, убедитесь, что она поддерживает нужный протокол — обычно это RS485, шина CAN, UART или Bluetooth — до покупки, а не после установки.

Система управления батареями на основе LiFePO4 в зависимости от напряжения: 12 В, 24 В и 48 В/51,2 В.

Платы BMS для LiFePO4 обычно указываются по номинальному напряжению системы, которое соответствует определенному количеству ячеек:

• Системы 12 В (4S):Наиболее распространенная конфигурация для портативных источников питания, небольших солнечных установок и замены батарей.
• Системы 24 В (8S):Широко используется в морских судах, автодомах и солнечных батареях среднего размера.
• Системы 48 В / 51,2 В (16S):Наиболее распространенный класс напряжения для бытовых систем хранения энергии, крупных солнечных электростанций и большинства коммерческих стоек для систем хранения энергии.

Количество ячеек определяется номинальным напряжением ячейки LiFePO4 около 3,2 В — 4 × 3,2 В ≈ 12,8 В, 8 × 3,2 В ≈ 25,6 В, 16 × 3,2 В ≈ 51,2 В.

Системы высокого напряжения, как правило, требуют большего внимания к поддержке протоколов связи, поскольку они чаще используются в паре с инвертором или более широкой системой управления энергопотреблением, которой необходимы данные в реальном времени от системы управления батареей (BMS).

Часто задаваемые вопросы

Q1Нужна ли литий-железо-фосфатной батарее система управления батареей (BMS)?

Да. Хотя химический состав LiFePO4 более термостабилен, чем другие литиевые химические соединения, многоэлементному аккумуляторному блоку все равно необходима система управления батареей (BMS) для балансировки элементов, защиты от перезаряда/переразряда и точного отслеживания уровня заряда. Эксплуатация LiFePO4-аккумулятора без BMS лишает его всех этих защитных функций.

Q2В чём разница между системой управления батареей на основе LiFePO4 и обычной системой управления батареей на основе литий-ионных аккумуляторов?

Основные функции защиты схожи, но пороговые значения напряжения устанавливаются по-разному для каждого типа элементов — диапазон напряжения на ячейку для LiFePO4 ниже, чем для литий-ионных элементов NCM/NMC или NCA. Система управления батареей (BMS), разработанная для одного типа элементов, не должна использоваться в неизменном виде на другом без перенастройки пороговых значений напряжения в соответствии с техническими характеристиками элемента.

Q3Какой силы тока необходима BMS для литий-железо-фосфатного аккумулятора?

Подберите номинальный непрерывный ток BMS в соответствии с фактическим максимальным непрерывным потреблением вашей системы и выберите модель с пиковым/импульсным номиналом, который с комфортом покрывает кратковременные скачки напряжения (запуск двигателя, скачки напряжения инвертора и т. д.) без срабатывания защиты.

Q4Как сбросить настройки BMS для LiFePO4?

Большинство систем управления батареями (BMS) автоматически восстанавливаются после устранения неисправности — например, когда напряжение возвращается в безопасный диапазон после перезаряда или переразряда. Некоторые модели также требуют ручного повторного подключения порта зарядки или разрядки, или кратковременного отключения/повторного подключения батареи для устранения зафиксированной неисправности. Всегда проверяйте документацию к конкретной модели BMS, поскольку поведение при сбросе может различаться в зависимости от конструкции.

Q5Может ли одна система управления батареей (BMS) работать с несколькими типами литиевых аккумуляторов?

Некоторые модели BMS позволяют настраивать работу с различными химическими составами — LiFePO4, NCM или LTO (титанат лития) — с помощью регулируемых пороговых значений напряжения, но это необходимо правильно настроить для конкретного используемого химического состава. Не следует предполагать, что BMS, жестко настроенная на диапазон напряжения одного химического состава, будет безопасна для другого без предварительного подтверждения возможности настройки. Не каждая модель на рынке поддерживает это — проверьте техническое описание конкретной модели BMS, а не предполагайте поддержку нескольких химических составов по умолчанию.

Выбор системы управления батареями на основе LiFePO4 для вашего проекта

Выбор подходящей системы управления батареей (BMS) зависит от напряжения вашей батареи, количества ячеек, потребляемого тока и способа взаимодействия с остальной частью системы. Предоставьте эти четыре параметра, и техническая команда DALY сможет порекомендовать подходящую конфигурацию: напряжение системы/количество ячеек (например, 12 В/4S, 24 В/8S, 48 В/16S), требования к непрерывному и пиковому току, область применения (солнечная энергетика/системы накопления энергии, морская техника, автодома, электромобили, погрузчики и т. д.) и необходимый протокол связи (RS485, CAN bus, UART, Bluetooth).

• Электронная почта: dalybms@dalyelec.com
• Поиск по категориям: Интеллектуальная система управления батареями (Smart BMS) · Активная балансировка BMS · Система управления складским помещением (BMS) · Система управления батареями с высоким током · Система управления аккумулятором для хранения энергии в автодомах (BMS)