برد BMS شانزده سل ۲۰۰ آمپر با بالانس اکتیو

این برد مدیریت باتری برای پک‌های شانزده سلی لیتیوم آهن فسفات (۵۱٫۲ ولت نامی) طراحی شده و جریان پیوسته تا ۲۰۰ آمپر را پشتیبانی می‌کند. تفاوت اصلی آن با بردهای ارزان بازار، بالانس اکتیو است.

سازوکار دو روش بالانس کاملاً متفاوت است. در بالانس پسیو، سل پرشارژ از طریق یک مقاومت تخلیه می‌شود تا به سطح بقیه برسد؛ انرژی اضافه به حرارت تبدیل و هدر می‌رود و جریان بالانس معمولاً بین ۳۰ تا ۱۰۰ میلی‌آمپر است. در بالانس اکتیو، انرژی از سل پرشارژ به سل کم‌شارژ منتقل می‌شود — معمولاً با خازن یا سلف به‌عنوان واسطه — و جریان بالانس به یک تا دو آمپر می‌رسد. یعنی هم انرژی هدر نمی‌رود و هم سرعت بالانس ده تا سی برابر بیشتر است.

در آزمونی که در آزمایشگاه خودمان انجام دادیم، دو پک شانزده سلی همسان با اختلاف ولتاژ اولیه‌ی ۱۸۰ میلی‌ولت آماده شدند؛ یکی با BMS پسیو ۶۰ میلی‌آمپری و دیگری با BMS اکتیو ۲ آمپری. زمان رسیدن به اختلاف کمتر از ۲۰ میلی‌ولت: پسیو حدود ۵۱ ساعت، اکتیو حدود ۲ ساعت و ۴۰ دقیقه. حداکثر دمای برد: پسیو ۵۸ درجه، اکتیو ۳۹ درجه. اختلاف ولتاژ پس از ده چرخه‌ی کامل: پسیو ۴۵ میلی‌ولت، اکتیو ۱۱ میلی‌ولت.

آن عدد آخر مهم‌تر از زمان بالانس اولیه است. زمان اولیه فقط یک بار اهمیت دارد؛ آنچه در طول عمر پک تعیین‌کننده است، توانایی برد در جبران واگرایی پیوسته‌ی سل‌هاست. سل‌ها به‌دلیل اختلاف کوچک مقاومت داخلی و نرخ خودتخلیه در هر چرخه اندکی از هم فاصله می‌گیرند. اگر جریان بالانس از نرخ این واگرایی کمتر باشد، اختلاف انبانه می‌شود و پک به‌آرامی نامتعادل‌تر می‌گردد. عدد ۴۵ میلی‌ولت پس از ده چرخه در پک پسیو دقیقاً همین را نشان می‌دهد: برد نتوانسته حتی سرعت واگرایی را جبران کند.

پرسش درست این نیست که برد چقدر سریع پک را بالانس می‌کند، بلکه این است که آیا سرعت بالانس از سرعت نامتعادل‌شدن پک بیشتر است یا نه. اگر نباشد، بالانس عملاً وجود ندارد.

برد ولتاژ هر یک از شانزده سل را جداگانه پایش می‌کند و چند حس‌گر دما در نقاط مختلف پک دارد — نه یک حس‌گر. این نکته اهمیت عملی دارد: سل‌های میانی همیشه گرم‌تر از سل‌های کناری کار می‌کنند چون گرمای خود را به سل‌های مجاور می‌دهند و راه فراری به بیرون ندارند. حس‌گر باید روی بدنه‌ی سل نصب شود نه روی برد یا در هوای داخل محفظه.

حفاظت‌ها: اضافه‌شارژ، دشارژ عمیق، اضافه‌جریان، اتصال کوتاه، اضافه‌دما و قطع خودکار شارژ در دمای زیر صفر درجه. آن مورد آخر حداقلِ الزام است و نبودش نشانه‌ی روشنی از بی‌کیفیتی: شارژ سل لیتیوم فسفات در دمای منفی باعث آبکاری لیتیوم می‌شود، ظرفیت را برای همیشه کم می‌کند و در موارد شدید به اتصال کوتاه داخلی می‌رسد. آسیبش انبانه‌شونده و بی‌صداست؛ صاحب سیستم معمولاً افت ظرفیت را به «کیفیت پایین باتری» نسبت می‌دهد در حالی که علت شرایط شارژ بوده است.

پروتکل CAN و RS485 با اینورترهای رایج بازار سازگار است. وقتی اینورتر وضعیت واقعی سل‌ها را بداند، می‌تواند جریان شارژ را بر همان اساس تنظیم کند. برد رخدادها را در حافظه‌ی داخلی ثبت می‌کند و شمار چرخه را نگه می‌دارد؛ پکی که تاریخ و علت هر قطع حفاظتی را ثبت می‌کند در بروز مشکل سریع عیب‌یابی می‌شود.

یک یادآوری مهم: بالانس جایگزین سل خوب نیست. پکی که از سل‌های نامتناسب و بدون ظرفیت‌سنجی اولیه بسته شده باشد با هیچ بردی درست نمی‌شود. ترتیب درست این است: نخست سل همسان گرید A، بعد بالانس ابتدایی درست، و در پایان برد متناسب با الگوی کاری پروژه.