Przejdź do treści

System zarządzania baterią BMS

Ryszard Jesionowski:

Magazyn energii BMS

Baterie litowo-jonowe są stosowane w instalacjach fotowoltaicznych, samochodach elektrycznych czy rowerach elektrycznych. Ze względu na swoje parametry pracy wymagają systemu zarządzania baterią – BMS – który ma zapewnić wysoką trwałość oraz niezawodność baterii. Poniżej omawiamy, co to jest BMS oraz jak działa.

  1. Co to jest BMS?
  2. Funkcje systemu BMS
  3. Wyzwania systemu BMS
  4. Podsumowanie



Co to jest BMS?

Ogniwa litowo-jonowe charakteryzują się największą gęstością energii (dzięki czemu baterie mają stosunkowo małe wymiary) i są obecnie standardowo montowane w wielu produktach od laptopów, przez magazyny energii, po samochody elektryczne. Podczas gdy ich wydajność jest bardzo dobra, mogą stwarzać zagrożenie, jeśli ich parametry pracy znajdą się poza dość wąskim, bezpiecznym zakresem.

Z tego powodu nie należy, np. przeładowywać baterii litowo-jonowych, ani nie powinno się też ich całkowicie rozładowywać. Sytuację komplikuje fakt, iż bateria składa się z wielu ogniw bateryjnych, z których każde powinno być osobno nadzorowane. To jest właśnie zadanie BMS.

BMS jest połączeniem elektroniki z oprogramowaniem i funkcjonuje jako mózg baterii. BMS jest systemem, który służy do ciągłej kontroli ogniw bateryjnych i parametrów ich pracy. Napięcie na poszczególnych ogniwach musi być kontrolowane, w przeciwnym wypadku cała bateria może ulec uszkodzeniu. Może to nawet doprowadzić do powstania ognia.

Na filmie poniżej przykłady powstania ognia wywołane bateriami litowo-jonowymi (w ustawieniach filmu można włączyć polskie napisy).

Funkcje systemu BMS

BMS posiada dwie podstawowe funkcje:

  • zapewnienie bezpiecznej pracy baterii,
  • zapewnienie niezawodnej pracy baterii.

Aby BMS funkcjonował prawidłowo, musi otrzymać informacje dotyczące:

  • napięcia ogniwa bateryjnego oraz napięcia baterii,
  • temperatur w różnych miejscach baterii,
  • natężenia przepływu prądu w baterii, czy bateria jest ładowana czy rozładowywana, oraz z jaką intensywnością.

Wewnątrz BMS algorytmy przeliczają wymienione powyżej dane wejściowe w celu ustalenia danych wyjściowych:

  • SoC – State of Charge – poziom naładowania baterii, np. 60% naładowania baterii,
  • SoH – State of Health – jaka jest pojemność baterii w porównaniu do wartości znamionowej, czyli, gdy bateria była nowa. Np. po dwóch latach użytkowania telefonu, bateria nie ma już takiej pojemności jak wówczas, gdy była nowa. Trzeba ją częściej ładować,
  • komunikaty dotyczące stanu baterii, które są potrzebne aplikacji nadzorującej w prawidłowym funkcjonowaniu.
magazyn energii BMS - funkcje
Dane na wejściu oraz na wyjściu BMS

BMS przyjmuje określone dane wejściowe, które przelicza wg zadanych algorytmów, aby uzyskać dane wyjściowe przekazywane do aplikacji nadzorującej.

Wyzwania systemu BMS

Z upływem czasu ogniwa bateryjne, z których zbudowany jest akumulator zużywają się w różnym tempie. Może to powodować różnice w parametrach pracy poszczególnych ogniw. BMS powinien wykryć te różnice oraz ograniczać ich wpływ na pracę całego akumulatora. Jeżeli różnice staną się zbyt znaczące, lub jeżeli BMS nie będzie potrafił ich wykryć (duży problem w ogniwach LFP), bateria może się po prostu wyłączyć, lub pojawią się niestabilne zachowania – chaotyczne zmiany SoC lub ograniczona pojemność.

SoC State of Charge dla baterii NMC oraz LFP
Zmiana napięcia w ogniwach NMC oraz LFP w zależności od poziomu naładowania (SoC)

Baterie typu LFP – obecnie najczęściej stosowane w domowych magazynach energii – wymagają szczególnie precyzyjnego monitoringu, ponieważ różnica napięć pomiędzy baterią naładowaną a rozładowaną jest bardzo niewielka – zobacz wykres powyżej.

Akumulatory typu NMC – stosowane na ogół w samochodach elektrycznych – są pod tym względem łatwiejsze do kontroli. Różnica napięć pomiędzy baterią naładowaną oraz rozładowaną jest na tyle duża, iż nie stwarza trudności.

Podsumowanie

  • BMS to system zarządzanie baterią.
  • BMS ma za zadanie zapewnić bezpieczną oraz niezawodną pracę baterii.
  • Każdy litowo-jonowy magazyn energii powinien być wyposażony w system BMS.


Może Cię zainteresować