Chức năng chính của BMS là ngăn ngừa các cell pin được sạc quá mức bằng cách điều khiển một bộ ngắt kết nối giũa nguồn sạc với pin. Hệ thống giám sát và ngắt kết nối này cũng có thể giúp bảo vệ pin khỏi quá tải, giúp kéo dài tuổi thọ, và tránh hư hỏng khi sạc ở nhiệt độ của pin là 0°C hoặc thấp hơn.
Khi Pin lithium được sạc, thông thường một cell trong hệ thống cell nối tiếp sẽ đạt đến mức sạc no trước các cell pin khác. Nếu không có BMS và sạc với dòng lớn, điện áp của cell đã được sạc đầy sẽ vọt từ 3,45V lên đến 4V gần như ngay lập tức. Áp trên 4,2V có thể gây hư hỏng không thể phục hồi cho cell pin. Quá trình này có thể xảy ra ngay cả trong chu kỳ sạc đầu tiên của pin lithium mới 100% cho dù trước đó cell có được cân bằng tốt như thế nào.
Điện áp danh định của cell Pin lithium Iron khoảng 3,2V và 100% được sạc đầy ở khoảng 3,45V. Nếu một bộ điều khiển sạc hoặc bộ sạc của biến tần cài đặt mức áp sạc danh định 3,45V cho mỗi cell của hệ 16 cell nối tiếp (55,2V cho toàn chuỗi) bộ sạc sẽ giữ áp 55,2V trong suốt chu kỳ sạc với thời gian xác định trước khi chuyển sang sạc thả nổi. Tuy nhiên, thực tế sẽ xảy ra trường hợp như sau:
Trong chuỗi 16 cell với 15 cell có điện áp 3.35V và 1 cell có điện áp 3.45V
- 3,35V × 15 cell = 50,25V
- 3,45V × 1 cell = 3,45 V
- Điện áp của chuỗi pin 16 cell = 53,7V
- Điện áp sạc = 55,2 V
Ở 53,7V mặc dù áp của một cell trong chuỗi đã đạt 3,45V bộ điều khiển sạc vẫn cung cấp dòng điện sạc tối đa cho pin, do trở kháng cao, điện áp của cell tăng lên nhanh chóng và nó sẽ nhận nhiều năng lượng hơn các cell khác trong chuỗi từ nguồn sạc. Bộ sạc sẽ tiếp tục sạc cho đến khi điện áp cả chuỗi đạt đến 55,2V có nghĩa là điện áp chuỗi pin sẽ phải tăng thêm 1,5V trước khi bộ sạc chuyển qua sạc thả nổi. Trong giai đoạn sạc hấp thụ, nguồn sạc vẫn tiếp tục đẩy một lượng năng lượng vào cell pin đã đầy trong ít nhất một giờ trước khi nó được sạc thả nổi.
Nếu không có BMS, một cell pin lithium trước đó ở mức 3,45V sẽ tăng lên 4,9V và giữ ở điện áp đó trong suốt quá trình sạc hấp thụ. Sau một chu kỳ sạc, cell pin lithium bị sạc quá áo sẽ bị hư hỏng không thể phục hồi hay sửa chữa. Điện áp của nó sẽ giảm nhanh chóng khi chuỗi pin bắt đầu xả. Chu kỳ tiếp theo sẽ càng tồi tệ hơn, bởi vì cell bị hư hỏng này sẽ nạp chậm hơn các cell còn lại của chuỗi. Một cell khác sẽ bị hư hỏng tiếp vào chu kỳ nạp thứ hai, và năng lượng thừa nạp vào nó thậm chí còn tồi tệ hơn do cell bị hỏng từ chu kỳ đầu tiên có thể giữ áp từ 2,8V đến 3,0V.
BMS có khả năng kiểm soát cell bị sạc quá mức và có thể cân bằng điện áp cell bằng cách thụ động hoặc chủ động. Các điện trở được sử dụng để thực hiện cân bằng thụ động. Khi điện áp một cell tăng lên khoảng 3,3V bộ cân bằng được kích hoạt khi sự khác biệt điện áp giữa các cell lớn hơn 0,05V. Nếu điện áp của một cell bắt đầu tăng nhanh, điện trở cân bằng sẽ bắt đầu tiêu thụ một lượng năng lượng nhỏ từ cell đó. Với điện áp chuỗi cell 48V, dòng cân bằng thường phải bằng 1% dòng định mức. Các bộ cân bằng dòng điện lớn có thể đến 6 amps cho mỗi cell, được sử dụng để cell có điện áp cao không được sạc khi đã được nạp đầy.
Mr.Tung Tran – Technical Director
