Balansowanie ogniw nie jest sztuką dla sztuki. W tym wpisie pokazuję, skąd bierze się problem w pakietach szeregowych, czym różni się zachowanie ogniw LFP i NMC oraz dlaczego przy LFP tak często wracamy do top balancingu. To krótki, praktyczny materiał o bezpieczeństwie, wykorzystaniu pojemności i roli BMS-a.
Materiał zawiera współpracę reklamową z Pstryk.
Mój kod polecający: NIECODZIENNY50. Jeśli chcesz skorzystać z oferty, dodaj go podczas podpisywania umowy i odbierz bonus 50 zł do drugiej faktury. Szczegóły: https://pstryk.pl
🎬 Oglądaj na YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=lyNFvM9FD7g
📺 Subskrybuj: https://www.youtube.com/@NieCodziennyMajsterkuje
Chcesz wesprzeć kanał?
Jeśli moje filmy są dla Ciebie wartościowe, możesz postawić mi kawę lub wesprzeć przez PayPal — to pomaga mi tworzyć kolejne odcinki:
☕ https://suppi.pl/gpietrzak
💳 https://paypal.me/gpietrzak
Transkrypcja
Dzień dobry, dzień dobry. Tutaj taki piękny, artystyczny nieład, ale to nic. Wykręcę się, o tak, tu mamy jedną, a pozostałych już nie ruszamy, bo jest tylko jedna. O, a ja… dobra, nie w tę stronę, za dużo dziwnych rzeczy.
Ale tutaj mamy takie coś, co wam chciałem dzisiaj pokazać. Dzisiaj wam chciałem pokazać właśnie to, o tak, najprawdopodobniej to. Nie wiem, czy już widać. Spójrzcie sobie, jak to przylega, spójrzcie sobie, jak to przylega. I tutaj mamy pewien problem, bo w związku z tym, że to nie przylega całkiem dobrze, prawdopodobnie gdzieś to połączenie nie było zbyt dobre.
A skoro nie było zbyt dobre, to znaczy, że odczyty wszystkich informacji też niekoniecznie były dobre, i połączenie było złe, i tory były złe, i wiele innych rzeczy jeszcze było złych. To spowodowało, że trzeba było troszeczkę poprawek wprowadzić. A oprócz tego narodził się nowy temat, czyli dzisiaj kilka słów będzie na temat balansowania ogniw. A na razie zamykamy tę skrzynkę skarbów i przechodzimy do komputera.
No dobra, już siedzę przy komputerze i teraz może mały wykład. Zobaczymy, co mi z tego wyjdzie. Odnośnie balansowania ogniw: mamy możliwość łączenia ogniw na kilka różnych sposobów. Na przykład możemy sobie je połączyć szeregowo albo możemy je sobie połączyć równolegle. I co nam to daje?
Jeżeli połączymy je sobie szeregowo w ten sposób, to sumujemy napięcia, czyli mamy na przykład 3,2, 3,0 i 2,6. A tutaj będziemy mieli 3,2 i 3,0. I co się będzie tutaj działo?
W przypadku połączenia równoległego, tutaj sobie zaznaczamy kolorkiem czerwonym, będziemy mieli, jakby to powiedzieć, w tym miejscu to napięcie, które tutaj jest na okładkach, natomiast rośnie nam pojemność, czyli będziemy mieli sumę pojemności 1 i 2. Natomiast w przypadku, gdy podłączymy sobie dwa różne napięcia, to one będą dążyły do tego, żeby się wyrównać, czyli część energii sobie spłynie z tego akumulatorka, ogniwa, czy jak go tam zwał, do tego, które ma niższe napięcie.
I to może przebiec dosyć gwałtownie. Tym bardziej w przypadku ogniw litowo-jonowych ta ilość energii może dosyć szybko przepłynąć. Wobec tego, jeżeli będziemy mieli bardzo dużą różnicę, mogą nam się przewody przegrzać i tak dalej, spalić coś. Dlatego powinniśmy łączyć w ten sposób tylko i wyłącznie ogniwa, które są w dosyć podobnym stanie naładowania.
Natomiast w przypadku łączenia szeregowego nie mamy tego problemu, a tutaj za to dochodzi do sumowania tych napięć. Czyli razem tutaj będziemy mieli, między tym punktem a tym punktem, 3,2 plus 3,0, to będzie 6,2, plus 2,6, to będzie 8,8 volta. Jak nawkładamy tych ogniw, to my docelowo będziemy mieli te 56,0 volta.
Gdybyśmy mieli dwa takie magazyny, czyli tutaj mamy jeden magazyn i chcemy go połączyć z drugim magazynem, właśnie dlatego powinniśmy mieć wyrównane te napięcia. Bo w przypadku, jeżeli będziemy mieli jeden magazyn na 48 volt, drugi będzie na 56, to ilość energii, która przepłynie z jednego do drugiego magazynu, może być tak duża, że nam albo wywali bezpiecznik, albo coś przypali, albo coś dosyć solidnie zaiskrzy.
Natomiast w sytuacji, gdy mamy połączone szeregowo te ogniwa, tak jak mamy standardowo w jednym magazynie, to te wszystkie napięcia będą się sumowały, natomiast one się w żaden sposób nie wyrównują. I co nam to powoduje? Powoduje nam to to, że w przypadku, gdy to ogniwo i to ogniwo, i jeszcze tam kilka innych, powiedzmy, będą miały po 3,2, 3,2, a jedno będzie miało 2,6, to cały nasz układ będzie widział, że mamy na przykład 52 volty i nam cały czas pozwala rozładowywać ten magazyn.
Gdy rozładowujemy ten magazyn, to tak samo energia wypływa z tego ogniwa. A gdy wypływa z tego ogniwa, to ono po chwili będzie miało 2,6, 2,4, 2,2. A jak 2,2 ma na przykład takie ogniwo LFP, to ono będzie sobie coraz bardziej umierało. I dlatego istotne jest, żeby te ogniwa miały między sobą bardzo wyrównane napięcia.
I teraz takie napięcia, gdy mamy monitorowane, będą wyglądały mniej więcej tak. I po to jest właśnie ten BMS, którego częścią funkcji jest właśnie zarządzanie tymi napięciami, czyli dążenie do tego, aby te napięcia były takie same. Mamy te balansery pasywne i mamy również balansery aktywne.
Balanser jest czymś takim minimum, co powinno być w przypadku takich ogniw, szczególnie jeśli te ogniwa w jakiś istotny sposób się od siebie różnią. Jeżeli mamy bardzo podobne do siebie ogniwa, tak jak tutaj na przykład mam na tym wykresie, dobrej jakości ogniwa, nie było problemu, zbalansowane na samym początku, i one praktycznie bez balansowania pracują sobie już od kilkunastu miesięcy, i z tego jestem bardzo zadowolony. Natomiast ostatnio pojawił mi się taki wykres.
I to jest wykres w drugim magazynie. I co on nam tutaj pokazuje? Pokazuje nam, że niby mamy napięcie wyrównane, ale gdy zaczęło się to wszystko ładować dosyć solidnie, widać tutaj między godziną dwunastą a trzynastą, prawdopodobnie jakieś odbiory już skończyły pracować, więcej tej energii poszło, pierwsze ogniwo zaczęło się doładowywać do końca.
Przeskoczyło 3,6 i przestało się ładować, a później znowu zeszło poniżej 3,6, prawdopodobnie poniżej 3,5 zgodnie z ustawieniami w BMS-ie, i znowu ładowanie, i znowu ładowanie, i znowu, i znowu, i tak po kolei. I tutaj widać: niebieski pierwszy się naładował, później fioletowy do niego wyrównywał powolutku, ale to robił BMS, który podciągał trochę energii z tego niebieskiego i wrzucał do tego fioletowego, i później znowu podciągał z tego niebieskiego, i znowu wrzucał do tego fioletowego, i tak po kolei, po kolei.
I to jest właśnie takie balansowanie, które robi nam balanser aktywny, bo balanser aktywny ściąga nieco energii z tego ogniwa, które ma największe napięcie, i wrzuca do tego, które najczęściej ma najniższe napięcie. No i taki pióropusz można sobie zobaczyć właśnie na wykresie. No dobra, to już powiedziałem, co może się stać, gdy rozładowujemy magazyn, i tak samo, gdy ładujemy magazyn, gdy nie mamy żadnego BMS-a.
Natomiast gdy mamy BMS i zaczynamy ładować ten magazyn lub zaczynamy rozładowywać ten magazyn, mamy tutaj przykład, tylko tutaj akurat właśnie w przypadku ładowania. Jedno ogniwo przekracza graniczną wartość napięcia i wtedy cały magazyn przestaje się ładować. Czyli spokojnie te wszystkie pozostałe ogniwa, które są poniżej, te 15 ogniw, bo to tylko jedno wyskoczyło w górę, te 15 ogniw mogłoby jeszcze przyjmować energię, natomiast BMS, żeby zabezpieczyć to jedno ogniwo, powiedział: dość, ja już nie przyjmuję więcej energii.
I teraz BMS nie tylko zabezpiecza nasze ogniwa, ale w przypadku, gdy są one zbalansowane, pozwala nam też w maksymalnym stopniu wykorzystywać te ogniwa, które mamy u siebie założone. Teraz balansowanie polega właśnie na tym, żeby wyrównać ilość energii, która się znajduje w tych wszystkich ogniwach, tak abyśmy mogli jak najwięcej czerpać z tego naszego magazynu.
No dobra, to balansowanie mniej więcej… tutaj dużo uproszczeń, więc proszę też tak nie łapać mnie za słówka. Natomiast już wiemy, że balansowanie jest potrzebne do tego, żeby w maksymalnym stopniu móc korzystać z tych ogniw. No dobra, ale dlaczego w takim razie robimy tak zwany top balancing? Dlaczego nie możemy na przykład ustawić, żeby się ogniwo balansowało przy napięciu, powiedzmy, 3,1 V?
Przyczyną jest chemia tego ogniwa. I w przypadku ogniw tych tak zwanych standardowych litowo-jonowych, a najczęściej tutaj chodzi o ogniwa typu NMC, to mamy taką krzywą ładowania i rozładowania. Ładowanie i rozładowanie wygląda mniej więcej tak samo, tylko po prostu jest odwrócone. Tutaj mamy akurat rozładowywanie i po lewej stronie widzimy napięcie. Ogniwo jest naładowane na 4,1-4,2 V mniej więcej, tutaj ta niebieska kreska, rozładowujemy sobie prądem 0,2 C i powolutku to zjeżdża w dół, zjeżdża w dół.
Tutaj mamy przykład jakiegoś ogniwa, prawdopodobnie 18650, bo tak z pojemności mi wynikało. Im bardziej obciążamy ogniwo, tutaj mamy na przykład w fioletowym prąd 2 C, to widzimy, że to napięcie troszeczkę bardziej przysiada. I tutaj w przypadku tego typu ogniw nie ma problemu, żeby ustalić, że na przykład na wysokości tego napięcia, czyli mamy mniej więcej 3,7, będziemy mieli mniej więcej połowę pojemności.
Tu mamy 1500, tutaj mamy 3000, więc tutaj mamy powiedzmy te 50%, bo ten wykres idzie sobie dosyć liniowo. Jesteśmy w stanie zobaczyć, jakie jest napięcie, i stwierdzić, że prawdopodobnie mamy to ogniwo naładowane w tylu i tylu procentach. W przypadku ogniw LFP wygląda to nieco inaczej, bo tutaj mamy przykład ogniwa 105 Ah, tutaj mamy pojemność wyrażoną w miliamperogodzinach, napięcie, i zaczynamy rozładowywanie od 3,4 V.
I sobie powolutku zjeżdża, zjeżdża do mniej więcej 3,3. I między 3,3, tu jest 3,3 V, 3,1 V, a tutaj mamy praktycznie do tego miejsca jakieś 70% pojemności naszego ogniwa. I w przypadku gdybyśmy chcieli na przykład wyrównywać napięcie, wyrównywać ogniwa, pojemność tych ogniw przy napięciu 3,25, to BMS będzie widział, że tu jest napięcie tego ogniwa, tu jest napięcie tego drugiego ogniwa, może zmienię troszeczkę kolorek, o tak, na niebieski.
Tutaj mamy jedno napięcie, tutaj mamy troszeczkę inne ogniwo, też bardzo będzie podobny poziom, ale tutaj na przykład mamy naładowane w 40%, to mamy naładowane w 70%, a tutaj jeszcze inne będzie miało, powiedzmy, troszeczkę wyższą rezystancję na przewodach i on tutaj stwierdzi, że przy tych 20% czy tam 80%, w zależności, w którą stronę liczymy, to jest też to samo napięcie na tym samym jednym poziomie. I trzy ogniwa różne, i możemy mieć na przykład 20%, 40% i 70%. Każde z tych ogniw jest na innym poziomie naładowania, a my mamy cały czas to samo napięcie.
I tylko mamy takie dwa punkty, w których możemy stwierdzić na pewno, że mamy konkretną ilość energii w danym magazynie. W którym miejscu? Na samym początku, tu, i tak samo na samym końcu. I dlatego albo się realizuje tak zwany top balancing, top, bo jest u góry, albo bottom balancing, który jest u dołu. I tutaj stosujemy w zależności od tego, co potrzebujemy.
W przypadku tych naszych ogniw domowych raczej częściej będziemy się starali je ładować do góry, więc żeby maksymalnie wyrównać te wykresy, poziom, ilość energii zawartej w tych ogniwach, to będziemy się starali robić je wszystkie właśnie na top balancing. Czyli ustawiamy na przykład napięcie odcięcia 3,6, balansujemy w tym zakresie i tutaj mamy, powiedzmy, 5, może nawet 3% całego ogniwa. I dlatego właśnie balansujemy w tych okolicach.
I co w efekcie uzyskujemy? Uzyskujemy to, że nasz BMS wie, że mamy naładowane ogniwo na 100% w tym miejscu i wie, ile tej energii jeszcze pozostało do tego, żeby dojechać, powiedzmy, do tego poziomu granicznego, na przykład 3 V czy powiedzmy 2,8 V. Tutaj, jak widać, ta różnica już jest bardzo nieduża, dlatego czasem niekoniecznie warto aż tak bardzo schodzić. 2,9 V w mojej opinii spokojnie, 2,8 V niżej, tutaj już różnicę mamy dosłownie pojedyncze procenty.
Jedno ogniwo może być słabsze, drugie może być troszeczkę lepsze i gdzieś tam nas w pewnej chwili to zablokuje. Jako że właśnie te ogniwa mogą być różnej pojemności, nieznacznie, na przykład 105, 106 Ah, to jednak pewna ilość energii jest. Dlatego robimy balancing tylko albo u góry, albo u dołu.
Tutaj jeszcze przykład z dwóch magazynów, które są aktualnie u mnie. Jedno jest 560, drugie 280. Tutaj mamy troszeczkę większy rozjazd właśnie ze względu na to, co pokazywałem na samym początku. Problem z połączeniem, prawdopodobnie gdzieś coś nie dolegało dobrze, porozjeżdżały się troszeczkę te ogniwa przy balansowaniu, popoprawiałem kontakty i w tej chwili próbuję dalej zbalansować ten magazyn.
Trwa to już 3 dni. W trakcie gdy świeci słoneczko, to on sobie to wyrównuje, natomiast te zakresy napięć pracy są u mnie dosyć zachowawcze, więc nie martwię się, że coś może się stać z tym magazynem.
No dobra, to jeszcze jedno pytanie może się pojawić. Skoro my nie wiemy, przy jakim napięciu jest taki poziom naładowania naszego magazynu, tutaj mam drugi 11%, to skąd wiemy, że tutaj faktycznie jest 11% albo skąd wiemy, że tutaj faktycznie jest 46%? Ano stąd, że właśnie jak magazyn dojedzie sobie do tych, powiedzmy, 3,6 V, to on wie, że te ogniwa mają 100%. I tutaj jest ten parametr, który mamy w JKBMS: SOC 100%.
I gdy dojedzie nam do tego napięcia ogniwo, to wiadomo, że to ogniwo ma 100%. On tam chyba nie rozróżnia poszczególnych ogniw, nie wiem dokładnie, jaki tam jest algorytm w środku, natomiast dobicie do tego konkretnego napięcia będzie powodowało, że tutaj w State of Charge, SOC, pojawi nam się 100%.
No dobra, a dojechanie do tych 50%? Ano po prostu BMS wylicza, robi sobie całki, różniczki i tak dalej i na podstawie tego, z jaką mocą my rozładowujemy nasz magazyn, ile amperogodzin wyciągnęliśmy z tego magazynu, to on bierze sobie tę wartość, odejmuje to razy czas, tak mniej więcej zaokrąglając, i na tej podstawie wychodzą mu po prostu konkretne procenty. W State of Charge Capacity pozostało niby 63 amperogodziny z 560, no faktycznie to będzie okolice 11%.
Dlaczego to się tak tutaj u mnie rozjeżdża? Ano raz, że jest problem z tymi ogniwami. Tutaj mam 46%, a tutaj mam 11%. Natomiast rozjeżdża mi się to dosyć mocno z tego względu, że w tym dużym magazynie mam połączone ogniwa równolegle i szeregowo. Czyli mam dwa ogniwa połączone równolegle i tak kolejnych 16 ogniw.
Prawdopodobnie z tego względu jest inna rezystancja wewnętrzna tego całego układu w stosunku do takiego klasycznego układu. I na przykład rozładowywanie z mocą 1 kW powoduje, że z tego magazynu mi ucieka jakieś 0,8 kW, a z tego magazynu mi ucieka tylko 0,2 kW. Więc dosyć ciekawie się to wszystko rozkłada i docelowo powoduje, że te BMS-y co nieco pokazują zafałszowane wartości.
Oprócz tego jeszcze falownik też dostaje jakieś sprzeczne informacje, bo tutaj mamy sumę z Solar Assistanta 29%, prawdopodobnie średnio wylicza, więc dużo dziwnych rzeczy jeszcze przy okazji się tutaj u mnie dzieje. A tak jeszcze na sam koniec temat sodowych baterii, sodowych ogniw, bo one mają też jeszcze zupełnie inną charakterystykę.
Jak tutaj możemy zauważyć, ich ładowanie i rozładowanie przebiega mniej więcej między 2 a 4 V. Co nam powoduje też pewne problemy. Moglibyśmy sobie na przykład w tych naszych aktualnie stosowanych falownikach wykorzystać te ogniwa, natomiast nie wszędzie będzie to chciało dobrze działać. Bo, o tak, już znalazłem, tutaj mamy informacje w przypadku na przykład falowników DE. Mamy coś takiego jak napięcie pracy na danej baterii i mamy tutaj od 40 do 60 V.
Co to powoduje? Ano powoduje to to, że możemy sobie skorzystać z takich sodowych ogniw, ale jeżeli zastosujemy ich na przykład 15, to 15 razy 2 to będzie 30 V. Nie ma problemu, ale jesteśmy już poza zakresem pracy naszego falownika, poniżej. Natomiast gdy mamy 4 V razy 15, to się równa oczywiście 60 V, a jak mamy 60 V, to mamy akurat górną granicę.
Więc widząc po tym wykresie, możemy stwierdzić, że gdy będziemy chcieli skorzystać z tych baterii, to będziemy mogli je na przykład ładować na 100%, nie ma problemu. I będziemy sobie zjeżdżali, zjeżdżali, zjeżdżali, ale mniej więcej tylko do tego miejsca, bo tutaj będzie już 40 V całego magazynu, może troszeczkę niżej, i tracimy po prostu te 20-30%. Więc biorąc pod uwagę, że w tej chwili podobno są droższe, podobno są cięższe, to jeszcze średnio opłacalne, no chyba że mamy sobie zastosować magazyn na zewnątrz, no to wtedy nam temperatury wchodzą.
Poza tym balansowanie w tych magazynach przy tych celach będzie zdecydowanie prostsze, bo po prostu nie będzie trzeba się bawić w top balancing, tylko po prostu balanser będzie wyrównywał napięcia pomiędzy tymi ogniwami. No i jako że też jest taki dosyć duży rozjazd, to ten balanser nie będzie musiał aż tak bardzo się uprzejmować, nie będziemy musieli od samego początku pilnować tego top balancingu.
No i tutaj Marko już udowadniał, że ciężko jest uszkodzić ogniwo, przeładowując je. Znaczy uszkodzić można, ale doprowadzić do jakiegoś pożaru, kryzysu, dramatu przez przeładowanie albo za mocne rozładowanie tego magazynu, więc nie musimy się aż tak bardzo przejmować. Tutaj takiego jednego gościa częściowo można posłuchać, to ten, co mówi, że balanser wcale nie jest potrzebny. No może i nie jest, pod warunkiem że trafimy na naprawdę dobrej jakości ogniwa i pod warunkiem, że faktycznie wcześniej zrobimy im solidny top balancing.
Natomiast gdy nam się to zacznie wszystko rozjeżdżać, a nie będziemy mieli tego BMS-a, to z czasem te różnice, tak jak tutaj są widoczne na tym wykresie, będą się po prostu powiększały. I nawet jeżeli nie zrobi nam to krzywdy, to na pewno z czasem, po kilkudziesięciu, kilkuset cyklach, prawdopodobnie jedno, dwa, może nawet trzy ogniwa po prostu zabijemy, a to są dodatkowe niestety koszty.
Na dzisiaj chyba tyle. Tak krótko właśnie chciałem, nie wiem, na ile krótko się udało, odnośnie samego balansowania, bo się sam z tym zderzyłem, więc stwierdziłem, że kilka słów na ten temat nagram. Dziękuję wam za wszystkie ciepłe słowa, za te mniej ciepłe również, które zamieszczacie pod filmami.
Różnie się odzywam z różnych względów, staram się ostatnio coraz szybciej reagować, coraz więcej nagrywać, chociaż z tym to mi akurat zdecydowanie gorzej idzie. Jakbyście chcieli mnie wesprzeć, to zapraszam do subskrybowania kanału. Zapraszam również do lajkowania filmów, udostępniania, jeżeli uważacie, że te treści są przydatne, merytoryczne. No a na dzisiaj to tyle, trzymajcie się, hej.