ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่มีการกำหนดคุณสมบัติอย่างเหมาะสม (และการเลือกติดตั้งที่ถูกต้อง) จะช่วยปลดล็อกความปลอดภัย อายุการใช้งานเต็มรอบ และประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้สำหรับระบบ LiFePO₄

ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญที่สุดในระบบ แบตเตอรี่ LiFePO₄ (LFP) แพ็ก. มันทำมากกว่าแค่ "ปิดระบบ" เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่นอกช่วง — BMS ที่เลือกและตั้งค่าอย่างถูกต้องจะปกป้องเซลล์อย่างแข็งขัน, ปรับสมดุลเซลล์, และทำให้การใช้งานปลอดภัยและคาดการณ์ได้ตลอดการชาร์จ, การคายประจุ, และอุณหภูมิสุดขั้ว ในบทความนี้ ผมจะอธิบายถึงสิ่งที่ BMS ที่ทันสมัยและเหมาะสมกับวัตถุประสงค์ต้องทำ, วิธีการเลือก BMS ที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ, และตัวเลือกการติดตั้งที่ช่วยรักษาอายุการใช้งานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ 

ทำไม BMS จึงมีความสำคัญต่อ LiFePO₄ มากกว่าที่เห็น

เซลล์ LiFePO₄ มีความทนทานทางเคมีสูงและมีอายุการใช้งานที่ดีเยี่ยม แต่ยังคงต้องการการควบคุมแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และอุณหภูมิอย่างแม่นยำ หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ตรวจสอบ การชาร์จเกิน การคายประจุลึก กระแสไฟฟ้าต่อเนื่องที่มากเกินไป ความไม่สมดุลของเซลล์ หรือความเครียดทางความร้อน จะเร่งการสูญเสียความจุและในกรณีที่พบได้น้อยอาจก่อให้เกิดสภาวะที่เป็นอันตรายBMS คือระบบป้องกันของระบบ: มันตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของเซลล์แต่ละเซลล์, ทำการบาลานซ์เซลล์, บังคับให้มีการชาร์จ/คายประจุที่ปลอดภัย, และให้สถานะ/การสื่อสารกับเครื่องชาร์จและอินเวอร์เตอร์. การเลือกตัวที่เพียงแค่ "ตัดไฟ" คือการเรียกหาปัญหา; ให้เลือกชุดคุณสมบัติที่สอดคล้องกับวิธีการใช้งานแบตเตอรี่จริง ๆ.

ความสามารถหลักที่ต้องการจากระบบบริหารจัดการอาคาร (BMS)

เมื่อเลือก BMS สำหรับแพ็ค LFP ต้องยืนยันในความสามารถดังต่อไปนี้ — เป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้สำหรับความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานที่ยาวนาน:

• การตรวจสอบเซลล์แต่ละเซลล์อย่างแม่นยำและการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน/ต่ำเกินไป ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ต้องสุ่มตัวอย่างกลุ่มเซลล์ทุกชุดในแบบอนุกรมอย่างต่อเนื่อง และดำเนินการก่อนที่เซลล์ใด ๆ จะเกินค่าขีดจำกัดที่ปลอดภัย

• การปรับสมดุลเซลล์ (แบบแอคทีฟหรือพาสซีฟ) การปรับสมดุลจะแก้ไขความแตกต่างเล็กน้อยของสถานะการชาร์จที่มิฉะนั้นจะขยายตัวมากขึ้นในหลายรอบ สำหรับแบตเตอรี่ที่มีเซลล์แบบอนุกรมจำนวนมากหรือคาดหวังการใช้งานยาวนาน การปรับสมดุลแบบแอคทีฟหรือแบบพาสซีฟที่มีคุณภาพสูงจะยืดอายุการใช้งานที่ใช้งานได้อย่างเห็นได้ชัด
• การตรวจสอบและป้องกันความร้อน เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (อย่างน้อยในระดับโมดูล) และการลดกำลังการชาร์จ/การคายประจุตามอุณหภูมิช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพที่เร็วขึ้นและรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยในสภาพอากาศร้อนหรือเย็น ควรพิจารณา BMS ที่รวมกลยุทธ์การจัดการความร้อนหรืออย่างน้อยเปิดเผยข้อมูลความร้อนให้กับตัวควบคุมหลัก
• กระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมและการสลับการชาร์จ/การคายประจุแยกต่างหาก ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องและกระแสไฟฟ้าสูงสุดของระบบ BMS ต้องสูงกว่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่คาดว่าจะมีการปล่อย/ชาร์จในขณะเดียวกันต้องมีค่าเผื่อไว้ด้วย; การควบคุมเส้นทางชาร์จและปล่อยกระแสไฟฟ้าแยกต่างหากจะช่วยหลีกเลี่ยงการถูกปิดระบบอย่างสมบูรณ์เมื่อเกิดข้อผิดพลาดเพียงครั้งเดียว
• อินเตอร์เฟซการสื่อสาร (CAN, UART, บลูทูธ, เป็นต้น) การวัดระยะไกล, การแจ้งเตือน, และความสามารถในการอัปเดตหรือปรับแต่งการตั้งค่าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบขนาดใหญ่, การผสานระบบไฟฟ้า/พลังงานแสงอาทิตย์, หรือการติดตั้งแบบมืออาชีพใด ๆ

การกำหนดขนาด BMS ให้เหมาะสมกับแบตเตอรี่และกรณีการใช้งานของคุณ

การเลือก BMS มีพื้นฐานสองมิติ: แรงดันไฟฟ้า (จำนวนเซลล์ที่ต่ออนุกรม) และกระแสไฟฟ้า (ต่อเนื่องและสูงสุด) จับคู่ BMS ช่วงแรงดันไฟฟ้า ต่อเป็นชุด (เช่น 12.8 โวลต์มาตรฐาน = 4s LFP; 51.2 โวลต์มาตรฐาน = 16s เป็นต้น) และเลือกกระแสไฟฟ้าที่มากกว่าการใช้ไฟฟ้าต่อเนื่องในกรณีที่แย่ที่สุด (รวมถึงกระแสไฟฟ้าเริ่มต้นของอินเวอร์เตอร์และการชาร์จในระยะยาว) อย่างสบายสำหรับการใช้งานกระแสสูงบ่อยครั้งหรือการใช้งานอินเวอร์เตอร์ ควรเลือก BMS ที่มีขีดความสามารถในการทำงานต่อเนื่องและรองรับกระแสกระชากสูงกว่า แทนการพึ่งพาการป้องกันด้วยฟิวส์เพียงอย่างเดียว

คำแนะนำที่เป็นประโยชน์: หากระบบอาจเห็นกระแสไฟฟ้าสูงมากในระยะเวลาสั้น ๆ ให้ให้ความสำคัญกับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่แยกการสลับการชาร์จและการคายประจุ (และที่รองรับการตั้งค่าการรองรับกระแสไฟฟ้าสูงชั่วคราว) เพื่อป้องกันไม่ให้เหตุการณ์ชั่วคราวทำให้แบตเตอรี่ไม่สามารถใช้งานได้ถาวร

การบาลานซ์: แบบพาสซีฟ vs แบบแอคทีฟ — แบบไหนสำคัญสำหรับคุณ?

การบาลานซ์แบบพาสซีฟ (แบบต้านทาน) เป็นวิธีที่พบได้ทั่วไปและมีต้นทุนต่ำสำหรับแบตเตอรี่ขนาดเล็กถึงขนาดกลางที่ใช้ในสภาวะปานกลาง การบาลานซ์แบบแอคทีฟจะถ่ายโอนประจุระหว่างเซลล์และมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ เป้าหมายอายุการใช้งานที่ยาวนาน หรือแบตเตอรี่ที่มีการชาร์จบางส่วนบ่อยครั้งซึ่งอาจทำให้ความแตกต่างของสถานะการชาร์จเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป หากการใช้งานของคุณมุ่งเน้นที่อายุการใช้งานสูงสุด แบงค์ที่มีความจุขนาดใหญ่ หรือการติดตั้งในระบบกริด/ระบบกักเก็บพลังงาน ควรพิจารณาการบาลานซ์แบบแอคทีฟหรือการบาลานซ์แบบพาสซีฟคุณภาพสูงที่มีเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่เข้มงวด

การจัดการความร้อน: มักถูกมองข้าม แต่สำคัญเสมอ

แม้ว่า LFP จะทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่าเคมีบางประเภท แต่การเพิ่มอุณหภูมิของแพ็คจะเร่งการเสื่อมสภาพตามปฏิทินและลดอายุการใช้งานที่ใช้งานได้ แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดคือการรวมการตรวจสอบอุณหภูมิของ BMS เข้ากับกลยุทธ์การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ (การไหลเวียนของอากาศ การวางห่างจากแหล่งความร้อน) หรือการควบคุมอุณหภูมิแบบแอคทีฟสำหรับการติดตั้งที่สัมผัสกับช่วงอุณหภูมิแวดล้อมที่กว้าง สำหรับการใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้าหรือกำลังสูง BMS ที่เข้าร่วมในระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ (BTMS) จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในขณะที่จำกัดการเสื่อมสภาพ

การบูรณาการ: เครื่องชาร์จ, อินเวอร์เตอร์ และขั้นตอน

ระบบ BMS สมัยใหม่ควรสามารถทำงานร่วมกับเครื่องชาร์จและอินเวอร์เตอร์ได้อย่างราบรื่น ควรเลือกใช้ BMS ที่ให้สัญญาณที่ชัดเจนสำหรับการหยุดการชาร์จ การรายงานสถานะการชาร์จในระดับแพ็ค (SoC) และการวินิจฉัยข้อผิดพลาด ในระหว่างการติดตั้งและทดสอบระบบ ควรตรวจสอบการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่ BMS จะเริ่มทำงานและหยุดทำงาน และปรับเทียบ SoC หากระบบรองรับ ควรบันทึกการตั้งค่าเพื่อให้เจ้าหน้าที่บริการทราบถึงค่าที่ตั้งไว้และพฤติกรรมของการลดกำลังไฟฟ้า หากมีการใช้งานจริง

รายการตรวจสอบการติดตั้งและการทดสอบระบบ

เพื่อให้ได้อายุการใช้งานตามที่คาดหวังอย่างเต็มที่จากแพ็ค LFP ให้ทำตามรายการตรวจสอบสั้น ๆ นี้:

1. ตรวจสอบการรองรับแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรมของ BMS และค่ากระแสที่กำหนดพร้อมค่าเผื่อ

2. ยืนยันกลยุทธ์การปรับสมดุลเซลล์และตรวจสอบสายไฟ/แผงวงจรที่ใช้ในการปรับสมดุล

3. ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิใกล้บริเวณที่คาดว่าจะร้อนที่สุดและตรวจสอบความถูกต้องของสัญญาณเตือนความร้อน

4. กำหนดค่าขีดจำกัดการชาร์จ/การคายประจุให้สอดคล้องกับคำแนะนำของเครื่องชาร์จและอินเวอร์เตอร์

5. ทำการทดสอบสุขภาพเบื้องต้น/การแช่และบันทึกแรงดันไฟฟ้าพื้นฐาน, ความต้านทาน และระดับพลังงานที่เหลืออยู่ (SoC)
   การทดสอบระบบใช้งานจริงในขั้นตอนนี้ช่วยประหยัดเวลาในการแก้ไขปัญหาภายหลังได้หลายชั่วโมง และป้องกันความล้มเหลวในช่วงเริ่มต้นการใช้งานได้หลายกรณี

ข้อพิจารณาสุดท้ายและข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

• ระบบ BMS ขนาดเล็กเกินไป: การเลือก BMS ที่มีสเปคกระแสไฟฟ้าเพียงพอตามค่าที่กำหนดไว้เพียงเล็กน้อยอาจทำให้เกิดการตัดการทำงานโดยไม่จำเป็นหรือการเกิดความร้อนสูงในระยะยาว ควรเพิ่มค่าเผื่อเสมอ
• ไม่มีการสื่อสาร: ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่ "ไร้สมอง" ซึ่งเพียงแค่ตัดการทำงานเมื่อเกิดปัญหา จะซ่อนปัญหาไว้จนกว่าจะรุนแรง เทคโนโลยีการส่งข้อมูลระยะไกล (Telemetry) จะให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่า
• การข้ามเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ: ผู้ขายหลายรายรวมสิ่งเหล่านี้ไว้เป็นตัวเลือกเสริม — อย่าข้ามไปสำหรับงานติดตั้งที่ต้องการกำลังสูงหรือใช้งานกลางแจ้ง
• สมมติว่าแรงดันเซลล์ = SoC: กราฟแรงดันไฟฟ้าแบบแบนของ LFP ซ่อนค่า SoC — ควรใช้การนับโคลอมบ์และ BMS ที่ตั้งค่าอย่างเหมาะสมสำหรับการประเมินสถานะแบตเตอรี่ที่แม่นยำ

สรุป: เลือก BMS ที่ตรงกับแรงดันและกระแสของแพ็คของคุณโดยมีขอบเขตสำรอง; ยืนยันการตรวจสอบและปรับสมดุลเซลล์แต่ละเซลล์; เพิ่มการตรวจจับความร้อน; และเลือกการสื่อสารที่ช่วยให้คุณตรวจสอบและปรับแต่งระบบได้ การเลือกเหล่านี้ร่วมกันจะเปลี่ยนข้อได้เปรียบทางเคมีของ LiFePO₄ ให้เป็นระบบพลังงานที่ทนทานและเชื่อถือได้ สำหรับการติดตั้งระดับมืออาชีพ แบรนด์ ริชชี่ นำเสนอโมดูล BMS และระบบที่สามารถกำหนดค่าได้ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดเหล่านี้ — แต่หลักการในการเลือกข้างต้นคือสิ่งที่กำหนดอายุการใช้งานที่ยาวนานและการทำงานที่ปลอดภัย ไม่ใช่เพียงแค่แบรนด์เท่านั้น