BDMS - modułowy system BMS

BDMS - modułowy system BMS

Układy BMS (Battery Management System) stosowane są w akumulatorach litowo-jonowych przede wszystkim w celu zabezpieczania ogniw przed przeładowaniem oraz głębokim rozładowaniem, a także w celu automatycznego nadzorowania procesów ładowania i rozładowywania akumulatorów. W poniższym artykule opisana została rozwojowa wersja układu BMS opracowywana przez firmę Intellectronic Solutions Sp. z o.o. Wersja ta nazwana została modułowym systemem zarządzania magazynami energii i jest określana angielskim skrótem BDMS – Brick Dynamic Management System.

W dzisiejszych czasach coraz częściej spotykamy się ze stosowaniem akumulatorów litowo-jonowych. W mniejszych urządzeniach często używane są ogniwa NMC (Nickiel-Manganese-Cobalt), w większych urządzeniach coraz częściej znajdują zastosowanie akumulatory bazujace na ogniwach LiFePO4 – tzw. ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe. Samochody elektryczne, wózki widłowe, przyczepy kempingowe, campery, jachty, wózki inwalidzkie, magazyny energii przy instalacjach OZE – coraz częściej wyposażone są w akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe od dostawców takich jak np. firma Kon-TEC będąca jednym z liderów segmentu akumulatorów LiFePO4 na krajowym rynku.

Wszystkie akumulatory litowo-jonowe są wyposażone w układ BMS, który je zabezpiecza i kontroluje proces ładowania i rozładowywania. Oprócz funkcji zabezpieczających układ BMS zapewnia równomierny stopień naładowania poszczególnych ogniw, co prowadzi do zbalansowania całego akumulatora. W momencie użytkowania magazynu energii oraz jego rozładowywania BMS zapewnia równomierne rozładowanie, a także zabezpiecza akumulator przed głębokim rozładowaniem (co prowadziłoby do drastycznego skrócenia czasu życia akumulatora litowo-jonowego). Wszystkie te funkcje powodują wydłużenie czasu życia akumulatora litowo-jonowego oraz efektywniejsze wykorzystanie jej całkowitej pojemności. Układ BMS najczęściej jest wykonany w formie płytki PCB z zamieszczonymi na niej elementami elektronicznymi. Układ taki jest umieszczany wewnątrz baterii litowo-jonowej, najczęściej w pozycji nad ogniwami oraz jest połączony okablowaniem z każdym ogniwem wewnątrz akumulatora.

Fotografia 1. Układ BDMS zamontowany do akumulatora

Modułowy układ BDMS, który niedługo wejdzie do oferty firmy Intellectronic Solutions Sp. z o.o., odróżnia się od układów standardowych takimi cechami jak modułowość, uniwersalność oraz skalowalność. Modułowość systemu BDMS polega na tym, że w jego skład wchodzą trzy podstawowe moduły: Master, Slave oraz Gateway.

  • Moduł Master jest jednostką zarządzającą całym magazynem energii. Ma on układ pomiaru wartości prądu płynącego główną szyną zasilającą, układ pomiaru napięcia akumulatora, interfejs komunikacyjny Modbus RTU do celów konfiguracji i diagnostyki oraz konfigurowalne wyjścia typu open-collector, umożliwiające sterowanie zewnętrznymi urządzeniami współpracującymi z magazynem energii. Komunikacja z pozostałymi modułami jest zrealizowana za pomocą optycznie separowanej magistrali komunikacyjnej.
  • Moduł Slave jest modułem zarządzającym pojedynczym ogniwem. Podlega kontroli ze strony modułu Master, jednocześnie samodzielnie pełni funkcje zabezpieczające ogniwo przed awariami. Moduł Slave wyposażony jest w układ pomiaru napięcia i temperatury ogniwa oraz układ balansowania aktywnego.
  • Moduł Gateway pełni funkcję pośrednika pomiędzy magazynem energii a światem zewnętrznym, przekazując szereg danych diagnostycznych oraz funkcjonalnych do systemu nadrzędnego (systemy zarządzania flotą/sterujące/monitorujące/SCADA). W zależności od potrzeby użytkownika moduł Gateway udostępnia interfejsy komunikacyjne np. Modbus RTU (RS232/485), CAN, itd.

Dzięki układowi BDMS użytkownik może zbudować magazyn energii odpowiadający jego potrzebom. Do poszczególnych zastosowań można dobrać odpowiednie wersje wymiennych układów pomiarowych (różne zakresy prądów oraz napięć) i modułów komunikacyjnych Gateway (różne interfejsy komunikacyjne). Można również dobrać właściwą liczbę modułów Slave, zależną od docelowych parametrów (prąd obciążenia/napięcie znamionowe) akumulatora. Co ważne – tak zaprojektowany system może być również skalowany w przyszłości.

Zastosowanie modułowego układu BDMS obniża koszt projektowania układów z akumulatorami litowo-jonowmi, jak również samych akumulatorów. Układ ten jest przeznaczony dla producentów akumulatorów litowo-jonowych, projektantów systemów magazynowania energii oraz urządzeń czy pojazdów wykorzystujących akumulatory, takich jak samochody elektryczne, zabudowy specjalistyczne, elektryczne wózki widłowe, wózki inwalidzkie, campery, łodzie czy jachty.

Co bardzo istotne – do oferowanego przez Intellectronic Solutions Sp. z o.o. układu BDMS można dobrać zarówno moduły Slave aktywne, jak też pasywne. W przypadku systemu balansowania pasywnego, jeżeli układ stwierdzi maksymalne naładowanie jednego z ogniw, to rozprasza w postaci ciepła ewentualny ładunek nadmiarowy, który miałby trafić do takiego ogniwa. W przypadku systemu balansowania aktywnego, układ „przenosi” nadmiarowy ładunek na wspólną szynę, co pozwala na transportowanie ładunku z ogniw naładowanych bardziej do tych naładowanych mniej oraz szybszy proces balansowania ogniwa. Opcja możliwości doboru typu balansowania jest bardzo istotna z punktu widzenia potencjalnego użytkownika. W zależności od rzeczywistych potrzeb producent może wybrać tańsze moduły Slave wyposażone jedynie w funkcję balansowania pasywnego. W przypadku bardziej zaawansowanych realizacji może się jednak zdecydować na nieco droższe moduły Slave wyposażone w możliwość balansowania aktywnego.

Intellectronic Solutions

Więcej informacji:
 
Intellectronic Solutions sp. z. o.o., 37-124 Kraczkowa, Kraczkowa 1647, tel. +48 695 904 655, info@intellectronic.eu, www.intellectronic.eu
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
listopad 2021

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik listopad 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio listopad - grudzień 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje listopad 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna listopad 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich grudzień 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów