Jak to vypadá, když se baterie rozbalancuje?
Jak už jistě víte, každá kvalitní baterie má zařízení jménem BMS, které se stará o ochranu baterie. U malých baterií ke svítilnám apod. je její úlohou pouze ochrana článků před nízkým a vysokým napětím a zkratem, u elektrokol je pak již zcela běžné i tzv. balancování – vyvážení napětí článků na stejnou úroveň.
A jak by to vypadalo, kdyby BMS na elektrokole neuměla články balancovat, nebo kdybyste ji dlouhodobě nenabíjeli doplna (aby mohlo balancování proběhnout)? To vám názorně ukážu na své 6 let staré Li-Ion baterii do svítilny, kterou už jsem plánoval zlikvidovat, ale nakonec se mi podařilo prodloužit její výdrž na pětinásobek, a to právě díky vybalancování.
Zapojení této baterie je 2S2P (2 články sériově, 2 paralelně), výsledné napětí by se tedy mělo pohybovat od 6V do 8,4V. Prvním krokem bylo rozříznout obal baterie, abych se dostal k jednotlivým článkům a mohl změřit jejich aktuální napětí.
Plně nabitá baterie měla na jednotlivých paralelních skupinách článků napětí 3,7 a 4,15 V. Jedna skupina článků tedy vůbec nebyla nabita na maximální napětí. Poté jsem baterii připojil ke svítilně, nechal vybít a měření zopakoval – slabší články klesly na 3,1 V, silnější jen na 3,9 V. V tomto případě naopak u jedné skupiny zbylo ještě hodně kapacity.
BMS u této baterie má pouze ochranný charakter, který se promítl do snížení její výdrže – baterie vypínala, jakmile slabší článek dosáhl napětí 3 V a ukončila nabíjení, jakmile silnější článek dosáhl 4,2 V. Slabší článek pracoval pouze v rozmezí 3,1 – 3,7 V a silnější 3,9 – 4,2 V. Ani jeden článek nevyužíval svůj celý rozsah, který je od 3 V do 4,2 V.
A jdeme balancovat...
Následujícím krokem tedy bylo baterii vybalancovat. Použil jsem k tomu miniaturní USB nabíječku, kterou pořídíte za dvacku – Nabíječka Li-Ion baterií mini USB 1A 4.5 – 5.5 VDC. Po vybití jsem slabší článek připojil k nabíječce a srovnal na stejné napětí jako silnější, tedy aby obě skupiny měly 3,9 V.
Následně jsem baterii připojil ke standardní 8,4 V nabíječce, kterou jsem dostal spolu se svítilnou. Po ukončení nabíjení bylo napětí obou článků 4,15 V. A nyní zbývalo baterii opět připojit ke svítilně a změřit novou výdrž…
Po vybalancování se výdrž baterie prodloužila 5násobně. Baterii jsem následně 10x vybil a znovu nabil pomocí standardní nabíječky. Výdrž se pohybovala stále kolem stejné hranice, aniž bych musel články znovu ručně balancovat.
Závěrem jsem ještě zkusil nabít články pouze pomocí mini USB nabíječky, čímž jsem se dostal k rekordní výdrži z původních 20 minut na 1 hod. 55 minut. A jak dané testy vypadaly graficky? To si můžete prohlédnout níže:
Napětí baterie v časovém průběhu: 1) Před balancováním 2) Vybalancování 3) Rozptyl po standardním nabíjení 4) Individuální nabíjení článků
Z grafu se může zdát, že jednotlivé výdrže se pomalu přibližovaly k původnímu času před balancováním. Z dlouhodobého hlediska to tak bude a časem bude potřeba baterii opět ručně vybalancovat, ale v těchto 10 cyklech se žádný takový efekt neprojevil – několikrát byla výdrž lepší než předchozí měření, stálý klesající trend zde tedy nebyl a spíše hrála vliv teplota a úroveň nabití, která byla kolísavá. Níže přikládám ještě výdrže v tabulce.
Jak je tedy patrné, balancování článků pomocí BMS hraje u výdrže baterie velmi důležitou roli. A pokud máte doma baterii bez balancování, za 20 korun si ji můžete snadno oživit, místo abyste rovnou kupovali baterii novou.
Automatické balancování s novou BMS
Já jsem si však dal tu práci, že jsem baterii doplnil o novou BMS, která už balancování umí - z Číny mě vyšla na 30 korun. Jak můžete vidět na fotce níže, v porovnání s původní BMS (zelená destička dole) jsou její rozměry podstatně větší - v brašničce je však místa dostatek.
Pasivní vs. aktivní balancování
Pasivní balancování, které najdete u většiny baterií elektrokol, funguje tak, že články s nejvyšším napětím jsou vybíjeny (jejich energie se mění v teplo), dokud se jejich napětí nesrovná s nejslabšími články. Tento proces probíhá zpravidla při nabíjení až při horní hranici napětí, proto se jednou za čas doporučuje baterii plně nabít a ponechat na nabíječce déle, aby mohlo proběhnout vybalancování článků.
Dražší verzí balancování je tzv. aktivní balancování, které energii ze silnějšího článku předává článku slabšímu tak dlouho, dokud se všechny články nesrovnají na stejnou úroveň. Na rozdíl od pasivního balancování nepřicházíte o energii, pouze ji přesouváte. Tento druh BMS není příliš rozšířený, najdeme ho především u různých speciálních elektrokol, kde je kladen důraz na opravdu dlouhou výdrž baterie bez nutnosti zásahů - například projekty sdílených kol do měst a podobně.