Zaloguj się
Wszystkie
12 lutego 2024
375
Prawdopodobnie dla nikogo nie jest już dzisiaj tajemnicą, że elektronika XXI wieku została (przynajmniej na razie) niemal całkowicie zdominowana przez akumulatory na bazie litu. Choć w użyciu jest także wiele innych konstrukcji chemicznych, to właśnie ogniwa i pakiety litowo-jonowe (a także litowo-polimerowe) są spotykane niemal na każdym kroku. Od urządzeń mobilnych i ubieralnych, poprzez komputery przenośne, niewielką aparaturę pomiarową czy sprzęt medyczny, aż po rozmaite pojazdy elektryczne (samochody, skutery, hulajnogi, pojazdy specjalnego przeznaczenia), a nawet potężne „farmy” magazynów energii, coraz szerzej stosowanych w energetyce rozproszonej – źródła na bazie litu święcą tryumfy popularności i sytuacja ta z pewnością potrwa jeszcze przez wiele lat.
Niestety, w technologii – tak, jak i w życiu – nie ma nic za darmo. Stosowanie pakietów Li-Ion (i nie tylko) wiąże się z koniecznością ich skutecznego zabezpieczenia oraz zarządzania wszystkimi parametrami pracy, tak ze względów bezpieczeństwa, jak i funkcjonalności. W tym artykule przyjrzymy się konstrukcji, parametrom oraz zastosowaniom systemów zarządzania akumulatorami.
Dlaczego potrzebujemy systemów BMS?
Jak już wspomnieliśmy, jedną z fundamentalnych przesłanek do wdrożenia systemu BMS w urządzeniu lub instalacji jest konieczność zachowania możliwie najwyższego poziomu bezpieczeństwa. Świadomość zagrożeń, płynących z niezapewnienia prawidłowych warunków eksploatacji akumulatorów, rozwija się w społeczeństwie przede wszystkim przez doniesienia medialne o kolejnych przypadkach (zwykle bardzo groźnych w skutkach) zapłonów pakietów Li-Ion, czy to w samochodach elektrycznych, czy też w hulajnogach.
Dość powiedzieć, że (wciąż relatywnie rzadkie) awarie źródeł energii, prowadzące do zapłonu i wzniecenia pożaru, np. w czasie ładowania pojazdu elektrycznego, stały się przyczynkiem do powołania firm specjalizujących się w… ochronie przed pożarami pochodzenia „akumulatorowego”. Doskonałym przykładem efektów takiej działalności mogą być ognioodporne torby na hulajnogi i skutery elektryczne, mające chronić zdrowie i życie (oraz dobytek) użytkowników przed skutkami ewentualnego zwarcia bądź przeładowania pakietu. A, jak powszechnie wiadomo, akumulatory litowe są dość wrażliwe na parametry użytkowania (głównie podczas ładowania, ale nie tylko) – stąd też wprowadzenie wielopoziomowych zabezpieczeń elektronicznych wydaje się absolutną koniecznością, podyktowaną zarówno zdrowym rozsądkiem, jak i odpowiedzialnością za czyjeś zdrowie oraz życie. Tym bardziej, że pożary pochodzenia „akumulatorowego” są – z uwagi na fizykochemiczne właściwości litu – znacznie trudniejsze do ugaszenia, niż np. pożar zwykłego samochodu, napędzanego paliwem ciekłym.
Kolejny aspekt przemawiający za stosowaniem systemów zarządzania akumulatorami to użyteczność. Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z pojazdem elektrycznym, czy też bezprzewodowym zestawem słuchawkowym – dla użytkownika ważna jest informacja, na jak długi czas eksploatacji wystarczy jeszcze energii, zgromadzonej w akumulatorze. Rzecz jasna, sposób podania tej informacji zależy od produktu, a nawet wybranego przez użytkownika trybu pracy.
W przypadku samochodu elektrycznego lub hybrydowego będzie to estymowany zasięg, wyrażony w kilometrach lub milach, gadżety mobilne wskażą procentową zawartość energii w akumulatorze, zaś smartfon w stanie ultra-oszczędzania energii poinformuje użytkownika o szacowanym czasie czuwania.
Im większa wiarygodność estymacji, tym lepiej dla użytkownika (może bowiem zawczasu zaplanować doładowanie akumulatora), a także dla producenta, który za sprawą rzetelnych pomiarów poziomu energii w akumulatorze lepiej „wypadnie” w oczach klientów. O ile bowiem długi czas pracy na prawie wyładowanym źródle energii zostanie przeważnie odebrany przez użytkowników bardzo pozytywnie (co można zaobserwować na podstawie licznych opinii i recenzji internetowych), to już nagłe wyładowanie zestawu słuchawkowego czy też telefonu, który jeszcze chwilę wcześniej wskazywał całkiem przyzwoity stan akumulatora, da efekt przeciwny – zniechęci odbiorców bądź to do danego modelu, bądź do marki jako takiej.
Niezwykle ważną zaletą stosowania systemów BMS jest także fakt, iż mogą one w pewnym zakresie wydłużyć żywotność akumulatora. O ile niektóre parametry eksploatacji akumulatorów – np. temperatura otoczenia – mogą zmieniać się w relatywnie szerokim zakresie z niezauważalnym lub tylko z niewielkim uszczerbkiem dla efektywnej pojemności, o tyle inne wielkości fizyczne mają decydujące znaczenie dla liczby cykli ładowania/rozładowania, po których pojemność spadnie do nieakceptowalnie niskiego poziomu. Nie wszyscy zdają sobie bowiem sprawę z faktu, iż podniesienie napięcia ładowania o zaledwie 50 mV/ogniwo (np. z 4,20 V na 4,25 V) powoduje drastyczne skrócenie jego żywotności. Doskonale obrazuje to rysunek, prezentujący wykres zależności pojemności ogniwa Li-Ion typu LiCoO2 od liczby cykli, przy czterech różnych napięciach końcowych. Jak widać, po 500 cyklach ładowania z napięciem końcowym równym 4,2 V, pojemność spadnie z początkowych 950 mAh do 850 mAh, co oznacza niewiele ponad 10-procentowe zużycie – jest to więc całkiem niezły wynik. Dla porównania, wzrost napięcia o 50 mV doprowadzi do zużycia prawie 58-procentowego, zaś przy ładowaniu napięciem 4,35 V (tj. o 150 mV więcej względem pierwszego opisanego przypadku) akumulator osiągnie próg 400 mAh po zaledwie 250 cyklach pracy.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
