Системы управления ЛИА

Система балансировки управления заряда/разряда для литиевых аккумуляторов (BMS)

Система балансировки предназначена для управления и балансировки при заряде/разряде батареи из ЛИА. Контроль батареи происходит как по напряжению индивидуального элемента, так и по токам заряда/разряда в зависимости от температуры, включая калькуляцию остаточной ёмкости и степени заряда, посредством интеграции токов разряда во времени.

Система состоит из индивидуальных шунтов BMS, которые перераспределяют токи при заряде (в зависимости от заряженности индивидуального элемента) между всеми элементами, а так же нагружают индивидуально каждый элемент при разряде, тем самым компенсируя неравномерный разряд.

Схема подключения BMS Схема подключения BMS   

 

Данная технология позволяет иметь абсолютную симметрию по напряжению и уровню заряда во всех элементах батареи в любой момент времени. Таким образом, каждый элемент разряжается и заряжается с индивидуальной скоростью в зависимости от ёмкости. Это даёт бесспорное  преимущество по сравнению с другими технологиями. В случае разности ёмкости элементов  разряд всей батареи будет происходить до конца каждого элемента, а не самого менее ёмкого, что в итоге увеличит суммарную отдаваемую ёмкость до 16%. Токи заряда остаются максимальными до самого конца заряда, значительно ускоряя процесс заряда на последнем этапе без последствий для батареи.

Схема подключения BMS 

Со временем каждый элемент батареи теряет ёмкость неравномерно за счет более быстрого или медленного изменения внутреннего сопротивления. Так как защита от переразряда срабатывает по нижнему напряжению любого элемента, который достиг порога, даже в хорошо калиброванной батарее останется больше половины элементов, не достигших полного безопасного разряда, тем самым ёмкость всей батареи используется не до конца, в среднем остаётся 10%-16%, а при сильном дисбалансе до 25% остаточной ёмкости.

Технология контролируемого разряда, позволяет регулировать интенсивность разряда индивидуального элемента, тем самым все элементы будут разряжаться равномерно, что приведет к увеличению емкости всей батареи, и продлению её срока службы. КПД BMS составляет до 99,9%.

Ниже на графике показаны кривые разряда индивидуальных ячеек в батарее 48В без балансировки разряда.

Стандартная диаграмма разряда элементов в LiFePo4 Батарее 48В

sys1

С применением технологии уравнивания разряда, кривые в течении всего срока эксплуатации будут иметь вид приведенный ниже, тем самым получаемая ёмкость батарее будет больше, что приведет с более долгому сроку жизни не только всей батареи но и индивидуальной ячейки.

Диаграмма разряда элементов в LiFePo4 Батарее 48В с уравниванием разряда

sys2

Применение нашей технологии позволяет осуществить прямую замену свинцово-кислотных или никель-кадмиевых АКБ на ЛИА, без каких либо конструктивных изменений или дополнений к системе заряда или подключения, даже перемычки могут остаться старые.

Активное распределение энергии разряда, и балансировка элементов батареи, позволяет при больших токах разряда/заряда иметь:
  • Более стабильное напряжение батареи.
  • Компенсировать просадки напряжения при пиковых токах (эффект поляризации).
  • Получить от батареи до 16% больше ёмкости.
  • Загрузить каждый элемент в зависимости от его остаточной ёмкости.
  • Продлить службу батареи.

Контроль заряда/разряда происходит в активном режиме параллельно с работой батарей, без разрыва и ограничения тока разряда или заряда!

Распределенная топология на базе данной BMS позволяет создавать батареи с последовательно подключенными элементами -  до 500, а параллельно - любое количество, тем самым получая абсолютно любую ёмкость. При этом ёмкость единичной ячейки может быть практически любой, имея компактные размеры  на одну ячейку,  при наличии дополнительных борнов, может устанавливаться несколько BMS.

Надежность системы обеспечивается не только качественной элементной базой, а так же встроенной пассивной системой защиты, которая даже в случае выхода из строя силовой части BMS позволяет избежать перезаряда. В случае полного выхода из строя какой либо BMS, остальные рабочие примут частично на себя её функции, при этом пассивная составляющая будет продолжать работать.

Все BMS имеют горячую замену, что обеспечит непрерывную работу всей батареи, в случае отказа какой либо из BMS и необходимости её оперативной замене. Горячая замена происходит БЕЗ разбора батареи и отключения нагрузки.

Управление всей системы происходит посредством активного электронного шунта – контроллера, который управляет всеми индивидуальными шунтами.

При необходимости, контроллер может управлять зарядно-выпрямительным устройством, посредством протокола CAN или RS485.

В качестве дополнительной опции, шунты BMS могут выступать в качестве зарядного устройства током 14А от электросетей общего пользования 220В. При этом напряжение подается напрямую на контроллер, без каких либо дополнительных устройств, и вся система в автоматическом режиме зарядит батарею, и будет поддерживать в заряженном состоянии.

Возможно подключение внешнего мониторинга через CAN, RS485, Ethernet, PLC (Power line communication). При PLC мониторинге не требуется прокладка дополнительных проводов, передача данных ведется прямо по шине постоянного тока.

Питание всех элементов происходит непосредственно от батареи. Среднее потребление одного шунта около 10 наноАмпер в спящем режиме. Батарея в  собранном и неподключенном состоянии может находиться в таком режиме  любое время, при этом скорость саморазряда не будет превышать стандартную.

Применение

Данная система применима во всех устройствах, где необходимо заряжать или разряжать батарею большими токами:
  • Транспорт(в том числе железнодорожный).
  • Телекоммуникации.
  • Сетевые накопители.
  • Системы компенсации стартовых токов и повышения мощности.
  • Возобновляемые источники энергии (ветряки, солнечные батареи, гидроэнергетика и тд.).
  • ИБП.
  • Системы оптимизации генераторных установок.

Учитывая абсолютную надежность, так же может применяться в военных и критических назначениях. А так же в системах, где помимо высоких токов заряда/разряда необходим высокий КПД при заряде и разряде:

Спецификация Pluspower BMS

Топология Распределенная (активная)
Количество ячеек последовательно До 50
Количество ячеек параллельно 3
Вид ячейки Призматические
Расстояние между клеммами 63-300мм
Балансировка заряда Да (Активная)
Балансировка разряда Да (Активная)
Контроль заряда/разряда по температуре Да
Определение тока заряда/разряда батареи Да (Точность 1А)
Контроль напряжение единичного элемента Да
Контроль напряжение батареи Да
Горячая замена Да
Максимальный ток балансировки на 1 пару борнов единичного элемента До 20А
Максимально допустимые токи разряда/заряда АКБ Неограниченно (определяется характеристиками ЛИА)
Внешний протокол мониторинга и управления RS 485, (опционально)
Контроль и управление ВЗУ Modbus, RS 485
Дисплей Опционально
Минимальное напряжение 1-го элемента ЛИА для работы BMS 1.8В
Максимальное напряжение 1-го элемента ЛИА для работы BMS
Определение остаточной ёмкости батареи, а так же степени заряда (SOC) включая калькуляцию ёмкости единичной ячейки Да (интеграция токов)
Релейные выходы для контактора защиты 2
Подключение вентилятора охлаждения Да
Температурный режим -40С + 40С
Степень защиты IP54
Режим зарядного устройства (требуется подключение к сети переменного тока 220В) Да (опционально)