リチウムイオン電池用BMS
リチウムイオン電池用BMSはリチウム電池機能の主役. 誰もが知っているように、LiFePO4 バッテリーは小さなパッケージに多くの電力と価値を詰め込んでいます。. これらのバッテリーの化学的性質がその優れた性能の主要な部分です. しかし、すべての信頼できる市販の LiFePO4 バッテリーには、バッテリー セル自体に加えて、別の重要な要素も含まれています。: 慎重に設計された電子バッテリー管理システム (BMS). 適切に設計されたバッテリー管理システムがバッテリーを保護します。, これ 100% テストにより高い生産能力が保証されます, より高いバッテリー容量, 保証義務の軽減. 優れた BMS は、LiFePO4 バッテリー パックの湿度を検出して事故を回避することもできます。.
当社のすべての LiFePO4 バッテリーには内部または外部 BMS が含まれています. BMS がどのように LiFePO4 バッテリーの動作を保護し、最適化するかを見てみましょう.
1. 過電流および短絡保護
すべてのバッテリーには、安全な動作のために最大仕様電流が定められています. バッテリーに大きな電流が流れる負荷がかかった場合, バッテリーの過熱を引き起こす可能性があります. 消費電流を最大仕様以下に抑える方法でバッテリーを使用することが重要な場合, BMS は再び過電流状態に対するバックストップとして機能し、バッテリーを動作から切り離します。.
これらの保護コンセプトは、Spaceflight Power のバッテリーの 1 つを使用した例で最もよく理解できます。, その 12.8 ボルト 9 最大連続放電電流のアンペア時バッテリー 20 アンプ. 過電流放電保護の最初のレベルは、バッテリが次の期間に放電したときに発生します。 20 そして 30 時間遅延のあるアンプ 10 秒. プロテクトを解除するには, 負荷を取り除く必要がある 15 秒. 2 番目のレベルの保護は、バッテリーが次の期間に放電したときに発生します。 25 そして 35 用のアンプ 3 秒. 負荷が取り除かれると保護は再び解除されます。 15 秒. 3 番目のレベルの保護は、バッテリが次の期間に放電されたときに発生します。 40 そして 50 用のアンプ 31 ミリ秒. 他のリリースと同様に, 負荷が取り除かれると保護が解除されます。 15 秒. 複数レベルの保護により、バッテリーを損傷することなくサージ要求に対処するためにバッテリーを高速で放電できます。.
バッテリーの短絡は、過電流状態の最も深刻な形態です。. 通常、電極が金属片と誤って接続されたときに発生します。. リチウムイオン電池用のBMSには、バランス回路と、過放電や過放電から保護することで電池のパラメータを制御する追加回路が含まれています。. バッテリーが内部でシャットダウンします 200-600 外部短絡のマイクロ秒, 短絡状態が解消されると、通常の動作が再開されます。.
2. 過電圧および不足電圧
LiFePO4 バッテリーセルは、さまざまな電圧にわたって安全に動作します, 通常は2.0V～4.2V. 一部のリチウムの化学反応により、セルは過電圧に対して非常に敏感になります。, しかし、LiFePO4 細胞はより耐性があります. まだ, 充電中に長期間にわたって重大な過電圧がかかると、バッテリーのアノードに金属リチウムのメッキが発生し、永久的に性能が低下する可能性があります。. 同様に、カソード材料も酸化する可能性があります, 不安定になる, 二酸化炭素を生成し、セル内の圧力の上昇を引き起こす可能性があります.
LiFePO4 セルを約 2.0V 未満で放電すると、電極材料の破壊を引き起こすため、バッテリー放電中の電圧不足も懸念されます。. リチウム電池には推奨される最小動作電圧があります. 例えば, 推奨される最小電圧は11Vです. リチウムイオン電池の BMS は、セルが 2.0V を下回った場合に電池を回路から切断するフェイルセーフとして機能します。.
3. リチウムバランス回路
LiFePO4 バッテリーは、充電中の各セルの電圧のバランスに関して鉛酸バッテリーとは大きな違いがあります。. 製造条件や動作条件のわずかな違いによるもの, バッテリー内の各セルはわずかに異なる速度で充電されます. 鉛蓄電池の場合, 1 つのセルがより速く充電され、そのフル電圧に達したとき, 充電電流の典型的な下限, 過充電返還とともに, 他のセルが完全に充電されることを保証します. ある意味で, 鉛蓄電池のセルは充電中に自己均等化されます。.
LiFePO4 バッテリーの場合はそうではありません. LiFePO4 セルが完全に充電された場合, 電圧がさらに上昇し始め、電極の損傷につながる可能性があります. リチウム電池では, 最も低い電圧のセルが放電電圧カットオフに達するとすぐに, バッテリー全体がシャットダウンされます. これは、一部の細胞に未使用のエネルギーがあることを意味する可能性があります. 同じく, 充電中にセルのバランスが取れていない場合, 電圧が最も高いセルがカットオフ電圧に達するとすぐに充電が中断されます。, すべてのセルが完全に充電されるわけではありません.
バランスの悪いバッテリーを継続的に充電および放電すると、時間の経過とともにバッテリーの容量が低下します. 一部のセルは完全に充電されます, そして他の人はそうしないだろう, その結果、バッテリーが到達しない可能性があります 100% 充電状態.
うまく設計された BMSバッテリー 充電プロセス全体が完了する前に、各セルが安全に完全に充電されるようにします。.
4. 過熱
鉛蓄電池やコバルト酸リチウム電池とは異なります。, LiFePO4 バッテリーは最大 60℃ 以上の温度でも効率的かつ安全に動作します。. ただし、動作温度および保管温度が高い場合, すべてのバッテリーと同様に, 電極の材質が劣化し始める. BMS を備えた LiFePO4 バッテリーは、内蔵サーミスターを使用して動作中の温度をアクティブに監視します。, 指定された温度になるとバッテリーが回路から切り離されます。.
結論
LiFePO4 バッテリーは、単に相互に接続された個々のセル以上のもので構成されています. バッテリー管理システムも含まれています (BMS) どれの, 通常はエンドユーザーには表示されませんが、, バッテリー内の各セルが安全な範囲内にあることを確認します. したがって, LiFePO4 バッテリー パックには、対象となる LiFePO4 バッテリー管理システムが装備されている必要があります BMS 効果的に監視するために, 守る, バランス, バッテリーパックの故障警報, これにより、LiFePO4 バッテリー全体の効率と耐用年数が向上します。. リチウムイオン電池のBMSは人間の脳のようなもの, BMS がなければバッテリーは正常に機能しません.
