A LiFePO4 BMS (akun hallintajärjestelmä)on elektroninen piirilevy, joka valvoo, suojaa ja tasapainottaa litiumrautafosfaattia (LiFePO4) käyttävää akkupakettia. Se sijaitsee akkukennojen ja muun sähköjärjestelmän välissä ja mittaa jatkuvasti jännitettä, virtaa ja lämpötilaa pitääkseen jokaisen kennon toiminnassa turvallisella alueella.

Ilman rakennusautomaatiojärjestelmää (BMS) LiFePO4-akussa ei ole sisäänrakennettua puolustusta ylilatausta, ylipurkautumista, oikosulkuja tai kennojen epätasapainoa vastaan ​​– mikä tahansa näistä voi lyhentää akun käyttöikää tai pahimmassa tapauksessa aiheuttaa turvallisuusriskin. Tästä syystä valtaosa kaupallisesti myytävistä aurinkoenergian varastointiin, sähköautoihin, merikäyttöön, matkailuautoihin tai varavirtalähteisiin tarkoitetuista LiFePO4-akuista toimitetaan erillisen rakennusautomaatiojärjestelmän kanssa sen sijaan, että ne olisivat riippuvaisia ​​pelkästään laturista tai invertteristä.

Miksi LiFePO4-akut tarvitsevat erityisesti BMS:n

LiFePO4-kennot ovat luonnostaan ​​termisesti vakaampia kuin muut litiumkemikaalit, kuten NCM (nikkeli-koboltti-mangaani) tai NCA (nikkeli-koboltti-alumiini), joita käytetään laajalti kiinteään varastointiin ja moniin liikkuvuussovelluksiin. Mutta "vakaampi" ei tarkoita, että "hallintaa ei tarvita". Monikennoinen LiFePO4-akku kohtaa edelleen kolme toistuvaa ongelmaa, joihin BMS on erityisesti suunniteltu ratkaisemaan:

• Solujännitteen ryömintä.Edes saman tuotantoerän kennot eivät vanhene identtisesti. Satojen syklien aikana pienet valmistuserot kasaantuvat merkittäviksi jännite-eroksiksi kennojen välille – juuri tätä ongelmaa tasapainottava piiri on suunniteltu korjaamaan.
• Tasainen purkauskäyrä.LiFePO4:n jännitekäyrä on huomattavan tasainen suurimman osan varaustilastaan, minkä vuoksi jäljellä olevan kapasiteetin arviointi pelkän jännitteen perusteella on vaikeaa. Coulombin laskurilla varustettu BMS – joka seuraa akun sisään ja ulos virtaavan virran tarkkaa määrää ajan kuluessa pelkän jännitteen perusteella arvioinnin sijaan – antaa tarkemman varaustilan lukeman.
• Kapea turvallinen käyttöikkuna ääriolosuhteissa.LiFePO4-kennot antavat anteeksi latausalueensa keskivaiheilla, mutta tarvitsevat silti jäykät katkaisut täydellä latauksella ja syväpurkauksella pitkäaikaisen kapasiteettihävikin välttämiseksi.

Miltä LiFePO4-alustajärjestelmä todellisuudessa suojaa?

Oikein määritelty litium-akkupakettien BMS hoitaa seuraavat suojaustoiminnot:

1. Ylikuormitussuoja— katkaisee latauksen, kun jokin kenno saavuttaa yläjänniterajansa
2. Ylikuormitussuoja— katkaisee kuorman ennen kuin kennojännite laskee niin alas, että se aiheuttaa pysyviä vaurioita
3. Ylivirta-/oikosulkusuojaus— katkaisee virtapiirin, jos virta ylittää nimellisvirran kynnysarvon
4. Ylilämpötilasuoja— pysäyttää latauksen tai purkauksen turvallisen lämpötila-alueen ulkopuolella
5. Solujen tasapainottaminen— tasaa jännitteen kaikkien sarjaan kytketyn jonon kennojen välillä joko passiivisesti tai aktiivisesti

Aktiivinen tasapainotus vs. passiivinen tasapainotus LiFePO4-rakennusautomaatiojärjestelmässä

Passiivinen tasapainottaminenjohtaa ylimääräisen energian korkeajännitteisistä kennoista lämpönä vastuksen kautta, kunnes muu akku saavuttaa sen. Se on yksinkertainen, edullinen ja riittävä pienempiin akkuihin tai sovelluksiin, joissa lataussyklit ovat harvinaisia.

Aktiivinen tasapainotussiirtää energiaa korkeamman jännitteen kennoista matalamman jännitteen kennoihin sen sijaan, että se haihtuisi lämpönä. Se on tehokkaampaa, tuottaa vähemmän hukkalämpöä ja johtaa tyypillisesti nopeampaan tasapainotukseen ja parempaan akun pitkän aikavälin kuntoon – mikä on tärkeämpää akun koon, kennojen määrän ja syklitiheyden kasvaessa (suuret ESS-akut, päivittäin kierrätettävät aurinkoenergian varastointilaitteet, suuren kapasiteetin sähköautoakut).

Pienille, vähän syklejä käyttäville akuille passiivinen tasapainotus on usein riittävä. Suuremmille tai paljon syklejä käyttäville LiFePO4-järjestelmille aktiivinen tasapainotus on lisäkustannusten arvoinen.

Kuinka valita oikea LiFePO4-rakennusautomaatiojärjestelmä

Kun vertailet litiumakkujen BMS-järjestelmiä, neljä erittelyä ratkaisee, sopiiko ne todella järjestelmääsi:

1. Solujen määrä (S-määrä).Akkujen hallintajärjestelmän on vastattava täsmälleen akun sarjakokoonpanoa – 4S Akkujen hallinta 12 V:n akulle, 8S 24 V:lle, 16S 48 V:lle ja niin edelleen (LiFePO4:n noin 3,2 V:n nimelliskennon jännitteen perusteella). Virheellinen S-luku on yksi yleisimmistä Akkujen hallintajärjestelmän yhteensopimattomuuden syistä.
2. Jatkuva ja huippuvirta.Mitoita rakennusautomaatiojärjestelmä todellisen maksimivirrankulutuksesi mukaan, ei vain tyypillisen virrankulutuksesi mukaan, ja jätä liikkumavaraa – jatkuvasti absoluuttisella virrankattoalueella toimiva rakennusautomaatiojärjestelmä kuumenee ja vanhenee nopeammin.
3. Tasapainotustyyppi ja tasapainotusvirta.Kuten edellä on käsitelty, päätä passiivisen ja aktiivisen tasapainotuksen välillä akun koon ja syklitaajuuden perusteella ja tarkista tasapainotusvirta (mA) – suurempi tasapainotusvirta tarkoittaa nopeampaa tasapainotusta suuremmissa akuissa.
4. Viestintäprotokolla.Jos BMS:n on oltava yhteydessä invertteriin, valvontasovellukseen tai ajoneuvon CAN-verkkoon, varmista, että se tukee oikeaa protokollaa – yleensä RS485, CAN-väylä, UART tai Bluetooth – ennen ostamista, ei asennuksen jälkeen.

LiFePO4 BMS jännitteellä: 12 V, 24 V ja 48 V/51,2 V järjestelmät

LiFePO4 BMS -kortit määritellään tyypillisesti nimellisjännitteen mukaan, joka vastaa tiettyä kennomäärää:

• 12 V:n järjestelmät (4S):yleisin kokoonpano kannettavaan virtalähteeseen, pieniin aurinkopaneeleihin ja akkujen vaihtoon
• 24 V:n järjestelmät (8S):yleinen meri-, matkailuauto- ja keskikokoisissa aurinkoenergiasovelluksissa
• 48 V / 51,2 V järjestelmät (16S):yleisin jänniteluokka kotitalouksien energian varastoinnille, suuremmille aurinkoenergian varastoinneille ja useimmille kaupallisille ESS-räkeille

Kennojen lukumäärä on johdettu LiFePO4:n ~3,2 V:n nimellisjännitteestä kennoa kohden — 4 × 3,2 V ≈ 12,8 V, 8 × 3,2 V ≈ 25,6 V, 16 × 3,2 V ≈ 51,2 V.

Korkeamman jännitteen järjestelmät vaativat yleensä enemmän huomiota tietoliikenneprotokollien tukeen, koska ne todennäköisemmin yhdistetään invertteriin tai laajempaan energianhallintajärjestelmään, joka tarvitsee reaaliaikaista dataa rakennusautomaatiojärjestelmästä.

Usein kysytyt kysymykset

Q1Tarvitseeko LiFePO4-akku BMS-järjestelmän?

Kyllä. Vaikka LiFePO4-kemia on termisesti vakaampaa kuin muut litiumkemikaalit, monikennoinen akku tarvitsee silti BMS:n kennojen tasapainottamista, ylilataus-/ylipurkaussuojaa ja tarkkaa varaustilan seurantaa varten. LiFePO4-akun käyttö ilman BMS:ää poistaa kaikki nämä suojatoimet.

Q2Mitä eroa on LiFePO4-akkujärjestelmällä ja yleisellä litiumioniakkujärjestelmällä?

Ytimen suojaustoiminnot ovat samankaltaisia, mutta jännitteen katkaisurajat asetetaan eri tavalla kullekin kemikaalille – LiFePO4:n kennokohtainen jännitealue on alhaisempi kuin NCM/NMC- tai NCA-litiumionikennoilla. Yhdelle kemikaalille rakennettua BMS:ää ei tule käyttää sellaisenaan toisessa ilman, että jännitekynnyksiä konfiguroidaan uudelleen vastaamaan kennon datalehteä.

Q3Minkä ampeerimäärän BMS:n tarvitsen LiFePO4-akkua varten?

Sovita rakennusautomaatiojärjestelmän jatkuva virtaluokitus järjestelmäsi todelliseen jatkuvaan enimmäiskulutukseen ja valitse malli, jonka huippu-/piikkiluokitus kattaa helposti hetkelliset piikit (moottorin käynnistys, invertterin ylijännite jne.) ilman laukaisun.

Q4Miten nollaan LiFePO4-rakennusautomaation?

Useimmat BMS-yksiköt palautuvat automaattisesti, kun vikatilanne poistuu – esimerkiksi kun jännite palaa turvalliselle alueelle ylilatauksen tai ylipurkauksen jälkeen. Joissakin malleissa lukittuneen vian poistamiseksi vaaditaan myös lataus- tai purkausportin manuaalinen uudelleenkytkentä tai akun lyhyt irrotus/uudelleenkytkentä. Tarkista aina kyseisen BMS-mallin dokumentaatio, koska nollaustoiminta vaihtelee suunnittelun mukaan.

Q5Voiko yksi rakennusautomaatiojärjestelmä toimia useiden litiumkemikaalien kanssa?

Jotkin BMS-mallit ovat konfiguroitavissa eri kemikaalien – LiFePO4, NCM tai LTO (litiumtitanaatti) – välillä säädettävien jännitekynnysten avulla, mutta tämä on asetettava oikein käytettävän kemikaalin mukaan. Yhdelle kemikaalin jännitealueelle kiinteästi kytkettyä BMS-järjestelmää ei pidä olettaa turvalliseksi toiselle ilman, että konfiguroitavuus on ensin vahvistettu. Kaikki markkinoilla olevat mallit eivät tue tätä – tarkista kyseisen BMS-järjestelmän datalehti sen sijaan, että olettaisit sen olevan oletusarvoisesti monikemiallinen.

LiFePO4-rakennusautomaatiojärjestelmän valitseminen projektiisi

Oikea BMS riippuu pakkauksesi jännitteestä, kennomäärästä, virrankulutuksesta ja siitä, miten sen on kommunikoitava muun järjestelmäsi kanssa. Jaa nämä neljä tietoa, niin DALYn tekninen tiimi voi suositella sopivaa kokoonpanoa: järjestelmän jännite/kennomäärä (esim. 12V/4S, 24V/8S, 48V/16S), jatkuvan ja huippuvirran vaatimukset, sovelluksen (aurinko-/energiansäästöjärjestelmä, meri, matkailuauto, sähköauto, trukki jne.) ja vaaditun tietoliikenneprotokollan (RS485, CAN-väylä, UART, Bluetooth).

• Sähköposti: dalybms@dalyelec.com
• Selaa luokittain: Älykäs rakennusautomaatiojärjestelmä · Aktiivinen tasapainottava rakennusautomaatiojärjestelmä · Kotitalousvarastointi BMS · Suurvirtainen BMS · Asuntoautojen energian varastointijärjestelmät