Se utilizzi una batteria al litio nel tuo progetto, è importante comprendere le nozioni di base su come funziona il sistema di gestione della batteria (BMS). La scheda di protezione BMS per gli ioni di litio è responsabile del monitoraggio e della protezione delle celle della batteria e dispone di molte impostazioni di cui è necessario essere consapevoli.
In questo articolo, discuteremo le più importanti impostazioni di protezione BMS e cosa significano per la tua batteria.
Cos'è un sistema di gestione della batteria (BMS)?
Le Sistema di gestione della batteria (BMS) è una parte fondamentale di qualsiasi sistema di batterie al litio. Il BMS monitora e controlla lo stato di carica, tensione, corrente e temperatura delle celle nel pacco batteria.
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Dispone inoltre di impostazioni di protezione descritte di seguito. Ciò consente di utilizzare la batteria in un'ampia gamma di prodotti, dai dispositivi in standby a bassa potenza ai veicoli elettrici ad alta potenza.
Il BMS è tipicamente implementato come un circuito separato collegato alle celle della batteria. Contiene un microcontrollore, sensori e MOSFET (transistor a effetto di campo di ossido di metallo) o altri interruttori a stato solido.
Il software BMS viene eseguito sul microcontrollore e controlla il funzionamento del sistema. Sono necessari diversi passaggi per produrre una scheda di protezione BMS.
Quando scegli un BMS per il tuo prodotto, è importante selezionarne uno che abbia le caratteristiche e le prestazioni di cui hai bisogno. In alcuni casi, potrebbe essere necessario progettare un BMS personalizzato per soddisfare i requisiti specifici dell'applicazione.
Esistono diversi tipi di BMS disponibili sul mercato, ognuno con il proprio set di caratteristiche e capacità. Alcuni BMS sono più sofisticati di altri, ma tutti i BMS eseguono le funzioni di base descritte di seguito.
Le funzioni principali del BMS includono:
misurazione
- Campionamento della tensione delle celle
- Campionamento della temperatura delle celle
- Campionamento della tensione totale del pacco, ecc
La funzione di misurazione monitora lo stato di base della batteria in tempo reale ed è la base di tutte le funzioni del BMS. Senza queste misurazioni, tutti gli algoritmi principali e le funzioni applicative di BMS sono difficili da eseguire.
Algoritmo di base
- SOC (stato della batteria)
- SOH (stato vitale)
- SOP (stato di alimentazione)
- Equalizzazione della batteria ecc
L'equalizzazione della batteria ha due tipi di tecnologie: equalizzazione attiva ed equalizzazione passiva.
L'equalizzazione attiva consiste nell'uso di un alimentatore esterno per forzare il bilanciamento della tensione e della corrente di ciascuna cella. Quindi ha bisogno di un controller e di alcuni dispositivi esterni, come resistori o condensatori.
L'equalizzazione passiva significa lasciare che la batteria regoli automaticamente la propria resistenza interna in modo che tutte le celle abbiano approssimativamente la stessa tensione. L'equalizzazione passiva non ha bisogno di componenti aggiuntivi, ma richiede più tempo dell'equalizzazione attiva.
Oltre a queste funzioni di sicurezza, il BMS può essere utilizzato anche per ottimizzare le prestazioni o prolungare la durata della batteria controllando la quantità di energia prelevata da ciascuna cella. Questo articolo si concentrerà sulle impostazioni di protezione BMS disponibili nella maggior parte dei sistemi BMS.
Il sistema di gestione della batteria ha diverse impostazioni di cui devi essere a conoscenza.
Funzione dell'applicazione:
- Protezione da sovraccarico – Ciò impedisce che la batteria si scarichi al di sotto di un certo livello di sicurezza.
- Protezione da cortocircuito – Questo protegge la batteria dai cortocircuiti tra le celle o tra un elettrodo e la terra.
- Protezione contro le fughe termiche – Se la temperatura di una cella diventa troppo alta, questa protezione si attiverà e spegnerà la batteria per impedirlo surriscaldamento.
- Bilanciamento cellulare – Ciò garantisce che ogni cella del pacco batteria sia caricata allo stesso modo e aiuta a prevenire scariche irregolari e danni alle celle.
- Protezione attuale – Questo protegge la batteria da correnti di carica o scarica eccessive.
- Protezione da sovraccarico – Ciò impedisce il sovraccarico della batteria, che può danneggiare o addirittura distruggere le celle.
Ognuna di queste caratteristiche del BMS è importante per proteggere la batteria e garantirne le prestazioni a lungo termine. In alcuni casi, potrebbe essere necessario regolare queste impostazioni per soddisfare i requisiti specifici dell'applicazione.
Ad esempio, se si utilizza la batteria al litio in un prodotto ad alta potenza, potrebbe essere necessario aumentare l'impostazione di protezione corrente BMS per evitare danni alle celle.
È anche importante notare che queste impostazioni non sono statiche; possono essere cambiati secondo necessità a seconda delle condizioni di utilizzo. Ad esempio, se sei utilizzando la batteria in un ambiente freddo, potrebbe essere necessario ridurre l'impostazione della protezione da scarica del BMS per garantire che la batteria non si spenga prematuramente.
Le caratteristiche di protezione BMS sono una parte significativa di qualsiasi sistema di batterie al litio e devono essere considerate attentamente quando si seleziona una batteria per la propria applicazione. Comprendendo queste impostazioni e il loro funzionamento, puoi assicurarti che la tua batteria funzioni in modo sicuro e affidabile in tutte le condizioni. Diamo un'occhiata più da vicino a ciascuno di essi.
Protezione da scarica eccessiva del BMS (ODP)
La protezione da scarica eccessiva del BMS (ODP) o l'interruzione di bassa tensione (LVC) del BMS è una caratteristica di sicurezza fondamentale di molti sistemi di gestione della batteria. Questa impostazione di protezione si attiva quando la batteria al litio viene scaricata al di sotto di un certo livello di tensione, in genere tra due e tre volt per cella.
Quando ciò si verifica, il sistema di gestione della batteria smetterà di scaricare ulteriormente la batteria per evitare che venga danneggiata.
La protezione da scarica eccessiva può essere personalizzata in base alle proprie esigenze. Ad esempio, potresti voler impostare un valore più alto se stai utilizzando la batteria per applicazioni ad alta potenza o più basso se la stai utilizzando per applicazioni a bassa potenza.
Questa impostazione di protezione BMS è importante perché se una batteria agli ioni di litio viene scaricata troppo profondamente, può causare danni irreversibili alle celle. Ciò significa che anche se si ricarica nuovamente la batteria, potrebbe non essere in grado di mantenere la carica o potrebbe subire una riduzione delle prestazioni del ciclo di vita.
In alcuni casi, una batteria agli ioni di litio eccessivamente scarica può persino prendere fuoco.
Ecco perché è importante assicurarsi sempre che il sistema di gestione della batteria sia impostato sulla protezione da scarica eccessiva. Ciò contribuirà a garantire che la batteria rimanga sicura e protetta da eventuali danni.
Se la soglia di interruzione della bassa tensione del BMS non viene raggiunta, la batteria continuerà a scaricarsi fino a raggiungere 0 volt. A questo punto, la batteria sarà danneggiata e potrebbe non essere più utilizzabile.
La maggior parte dei BMS avrà un'impostazione ODP regolabile, quindi puoi scegliere a quale livello di tensione vuoi che la protezione si attivi. Se stai utilizzando la batteria per applicazioni ad alto consumo come le e-bike, potresti voler impostare la protezione da scarica eccessiva del BMS su una tensione più alta in modo che non si attivi spesso.
Assicurati che il sistema di gestione della batteria del tuo dispositivo abbia ODP abilitato in modo da poter essere certo che il tuo dispositivo sarà al sicuro, indipendentemente dal livello di carica della batteria.
È importante notare che la protezione da scarica eccessiva del BMS non è una garanzia al 100% contro gli incendi della batteria: ci sono anche altri fattori che possono contribuire a ciò. Ma è ancora un'importante caratteristica di sicurezza da avere, ed è qualcosa che dovresti assolutamente considerare quando scegli un pacco batteria al litio.
Protezione da cortocircuito BMS
Una protezione da cortocircuito BMS può verificarsi quando i terminali della batteria vengono collegati accidentalmente, provocando un flusso di corrente elevato. Ciò può causare il surriscaldamento della batteria e potenzialmente prendere fuoco. La protezione da cortocircuito scollegherà la batteria se rileva un cortocircuito.
Alcune batterie hanno più livelli di protezione da cortocircuito, mentre altre ne hanno solo uno. Il tipo più comune di protezione da cortocircuito BMS è l'interruzione termica, che si attiva quando la temperatura della batteria raggiunge un certo punto. Altri tipi di protezione includono l'interruzione del fusibile e l'interruzione elettronica.
La maggior parte delle batterie al litio ha un'impostazione di protezione da cortocircuito di circa 200-300 mA. Questo di solito è sufficiente per proteggere la batteria dai danni, ma se si utilizzano dispositivi ad alta potenza che possono assorbire più corrente, è consigliabile aumentare la protezione da cortocircuito a 500 mA o più.
Se si utilizza una batteria con un'elevata velocità di scarica, assicurarsi di aumentare anche la protezione da cortocircuito del BMS. Un'elevata velocità di scarica può causare un flusso di corrente elevato in caso di cortocircuito, che può danneggiare o addirittura distruggere la batteria.
La protezione da cortocircuito BMS è un'impostazione molto importante da considerare quando si utilizzano batterie agli ioni di litio. Assicurati di scegliere un'impostazione che protegga la batteria dai danni pur consentendoti di utilizzare i dispositivi di cui hai bisogno.
Protezione contro la fuga termica BMS (TRP)
La protezione da fuga termica BMS è una condizione che può verificarsi nelle batterie agli ioni di litio quando le celle della batteria si surriscaldano. Un evento di fuga termica può causare il surriscaldamento della batteria, provocando un incendio o un'esplosione. Per evitare che ciò accada, la maggior parte delle batterie agli ioni di litio dispone di una funzione di protezione dalla fuga termica BMS.
Il TRP spegnerà la batteria se si surriscalda, impedendole di andare in fuga termica. La maggior parte delle funzioni di protezione dalla fuga termica del BMS sono impostate per attivarsi a circa 65 gradi Celsius, ma è necessario controllare le specifiche specifiche della batteria per essere sicuri.
Se si utilizza una batteria agli ioni di litio in un dispositivo dotato di funzione TRP, è importante assicurarsi che TRP sia abilitato. Se la protezione contro l'instabilità termica del BMS non è abilitata, la batteria potrebbe surriscaldarsi e causare un incendio o un'esplosione. Per abilitare il TRP, controllare le specifiche della batteria o consultare i produttori della batteria.
Scopri di più sulle cause principali della fuga termica e sulle tecniche per prevenzione della fuga termica nelle batterie agli ioni di litio.
La maggior parte delle batterie agli ioni di litio ha anche una temperatura di interruzione termica (TCT). Il TCT è la temperatura alla quale la batteria si spegnerà per evitare che si surriscaldi.
La temperatura di interruzione termica è in genere impostata a circa 80 gradi Celsius, ma dovresti controllare le specifiche specifiche della batteria per esserne sicuro. Se la tua batteria non ha un TCT, è importante tenerla lontana da fonti di calore e prestare attenzione durante la ricarica.
È anche importante notare che la protezione da fuga termica (TRP) del BMS e la temperatura di interruzione termica non sono la stessa cosa.
Il TRP è una funzione di sicurezza che spegne la batteria se si surriscalda, impedendole di andare in fuga termica. Il TCT è la temperatura alla quale la batteria si spegnerà per evitare che si surriscaldi. Entrambe queste caratteristiche sono importanti per prevenire incendi ed esplosioni nelle batterie agli ioni di litio.
Protezione bilanciamento celle BMS
Quando si utilizza una batteria agli ioni di litio, è importante assicurarsi che le celle siano bilanciate. Ciò significa che tutte le celle del pacco batteria hanno approssimativamente la stessa tensione. Se una o più celle hanno una tensione maggiore delle altre, può causare danni alla batteria.
La protezione del bilanciamento delle celle BMS è il processo per garantire che tutte le celle in un pacco batteria siano allo stesso stato di carica o quasi. Questo è importante per mantenere le cellule sane e per estenderle durata della batteria.
La protezione del bilanciamento delle celle viene solitamente eseguita dal BMS quando rileva che una o più celle hanno raggiunto uno stato di carica più elevato rispetto ad altre. Il BMS invierà quindi una corrente di carica o scarica alle celle interessate finché non raggiungono lo stesso livello di carica delle altre celle nel pacco.
Le batterie al litio utilizzate nei veicoli elettrici sono dotate di bilanciatori di celle integrati, che si occupano di questo compito senza bisogno di input dal BMS. Tuttavia, la maggior parte delle batterie al litio non dispone di tali capacità di bilanciamento delle celle integrate e richiederà che il BMS esegua questa funzione.
Se il BMS non è in grado di bilanciare correttamente le celle in un pacco batteria, può causare danni alle celle e persino guasti. È quindi importante assicurarsi che il BMS del pacco batteria disponga di adeguate capacità di protezione del bilanciamento delle celle BMS. Assicurati che il tuo BMS sia abilitato ed esegui correttamente questa funzione per ottenere il massimo dal tuo pacco batteria.
Protezione da sovracorrente BMS (OCP)
La funzione di protezione da sovracorrente è una caratteristica di sicurezza fondamentale del BMS. L'OCP interromperà la corrente se supera il limite programmato, il che aiuta a proteggere la batteria e i componenti circostanti da eventuali danni. La maggior parte dei BMS dispone di una soglia di protezione da sovracorrente BMS regolabile, quindi è possibile configurarla per soddisfare le esigenze dell'applicazione.
Quando si imposta la soglia OCP, assicurarsi di considerare sia l'assorbimento di corrente massimo del carico che la corrente di cortocircuito della batteria. La protezione da sovracorrente BMS deve essere impostata leggermente al di sotto di questi valori per consentire un margine di sicurezza.
Se l'OCP è impostato troppo vicino alla corrente di scarica massima, potrebbe attivarsi inutilmente e causare lo spegnimento prematuro della batteria.
Vale anche la pena notare che alcuni BMS dispongono di una funzione di "isteresi", che impedisce l'attivazione errata della protezione da sovracorrente del BMS a causa di piccole fluttuazioni di corrente. Ciò può essere particolarmente utile nelle applicazioni in cui sono presenti picchi di corrente elevati, ad esempio all'avvio di un motore elettrico.
La corrente di cortocircuito è la quantità di corrente che scorre attraverso una batteria quando è in cortocircuito. Ad esempio, se si dispone di una batteria da 12 V con un resistore da 0.05 ohm, la sua corrente di cortocircuito sarebbe di 240 A (12 x 0.05 = 0.60 A).
Pertanto, quando si seleziona una soglia di protezione da sovracorrente BMS per la propria applicazione, assicurarsi che sia maggiore dell'assorbimento di corrente massimo del carico moltiplicato per il fattore di sicurezza (in genere circa due o tre). Ciò contribuirà a garantire che l'OCP venga sempre interrotto prima che si verifichino danni.
Oltre a impostare un'adeguata soglia di protezione da sovracorrente BMS, è necessario monitorare anche la temperatura della batteria per evitare falsi positivi causati dal riscaldamento della batteria. Un falso positivo può verificarsi se la soglia OCP è impostata su un valore troppo basso e causerà lo spegnimento non necessario della batteria.
Quindi assicurati di prendere in considerazione sia l'assorbimento di corrente del tuo carico che le caratteristiche termiche della tua batteria quando selezioni una soglia di protezione da sovracorrente BMS.
Protezione da sovraccarico BMS
La protezione da sovraccarico BMS è un'impostazione di protezione del sistema di gestione della batteria (BMS) comune per le batterie al litio. Se la tensione di una batteria al litio supera il livello massimo di sicurezza, la protezione da sovraccarico si attiverà e impedirà alla corrente di entrare o uscire dalla batteria. Questo previene ulteriori danni alla batteria e aiuta a garantire la sicurezza.
La maggior parte delle impostazioni di protezione da sovraccarico BMS sono regolabili, quindi è possibile impostare la tensione alla quale si attiverà la protezione. È importante consultare la scheda tecnica o il produttore della batteria per determinare la tensione di sovraccarico consigliata per la batteria specifica.
Il sovraccarico può causare danni permanenti a una batteria al litio, quindi è importante essere consapevoli delle impostazioni di protezione del BMS e assicurarsi che la batteria non venga sovraccaricata.
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