4S BMS DEVRESİ VE ÖZELLİKLERİ

Batarya Yönetim Sistemi (BMS) Nedir?

BMS açılımı ile yazımıza başlayalım. Batarya yönetim sistemi olarak dilimize çevrilen BMS’nin açılımı şu şekildedir; Battery Management System (bateri maningment sistim okunur). Bataryanın bir nevi güvenlik sistemidir. Batarya koşullarını güvenli limitlerde tutmaya yarayan bir sistemdir. Batarya yönetim sistemi nedir, akü yönetim sistemi nedir, BMS nedir gibi soruların genel yanıtı ile devam edelim. Batarya yönetim sistemi yani bilinen diğer adıyla BMS, bir ya da daha fazla hücreden oluşan batarya paketlerinin şarj ve deşarj sırasında denetimini ve yönetimini yapan sistemlere verilen isimdir. Batarya paketlerinde akım, gerilim, sıcaklık ve benzeri gibi değerlerin ölçümlerini yapar. Eğer bunlardan biri optimum değerlerin üzerindeyse sisteme müdahale eder. Batarya paketleri, seri ya da paralel bağlı hücrelerden meydana gelir. Seri bağlantılar gerilimi kontrol ederken, paralel bağlantılar akımı ve kapasiteyi belirler. 

Tüm bu seri ve paralel bağlantıların kontrol mekanizması için batarya yönetim sistemleri yani BMS sistemleri devreye girer. Bu sistemler şark edilebilir bataryaların kontrolünü sağlar. Elektronik sistemlerdir. Batarya sistemleri için bir “koruyucu” niteliğindedir. Olası bir sorunda sistem doğrudan müdahale eder. Bu sayede çalışma koşulları, doğru değer aralıklarında kalır ve güvenli ortam sağlanmış olur.

BMS yönetim sistemi nasıl çalışır?

Bataryalar ve dolaylı olarak piller, gelişen teknolojilerle birlikte hayatımızda daha fazla yer kaplamaya başladı. Yeni nesil teknolojiler, beraberinde yeni nesil pilleri de hayatımıza kattı. Bataryalar ve piller günümüzde sıkça kullanılan materyallerdir. Her ne kadar aynı görevi yapıyor olsalar da aslında birbirlerinden farklı şekillerde kullanılırlar. Kimyasal enerjiyi, elektrik enerjisine dönüştürüp bünyesinde depolayan cihazlara pil adı verilirken, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine ve elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren cihazlara ise batarya denir. Bataryalar elektrokimyasal enerjiyi depolar. Batarya yönetim sistemleri gereken durumlarda enerjiyi, en dolu hücreden alır ve kullanılması gereken hücreye transferini gerçekleştirir. 

Bu sayede sistem üzerinden sürekli bir denetim sağlanmış olur. Sistemde olası bir arıza oluştuğunda, arızaya müdahale eder. Bataryaların yüksek akım çekmesi, şarj sırasında yüksek gerilim oluşması, deşarj süresince düşük gerilimlerin oluşması, yüksek sıcaklık, düşük sıcaklık ya da kaçak akım gibi durumlar söz konusu olduğunda BMS sistemi direkt olarak duruma müdahale eder.

BMS kullanım alanları nelerdir?

Batarya yönetim sistemleri günümüzde pek çok alanda kullanılır. Bu sistemler, şarj edilebilir bataryaların kontrol ve denetimini sağlayan kontrol mekanizmalarıdır. Aynı zamanda batarya koruyucu olarak da bilinirler. Bataryalar günümüzde mobil uygulamaların ana enerji kaynağı olarak kullanılır; elektrikli araçlar, yenilenebilir enerji sistemleri, telekomünikasyon, enerji depolama üniteleri ve benzeri gibi alanlarda BMS sisteminin kullanımı söz konusu olabilir. Batarya yönetim sistemi görevlerini şu şekilde sıralamak mümkündür; verileri izleme, hesaplama, koruma, optimizasyon.

1 - Verileri izleme

Bu noktada paketlerin o anki durumları gözlemlenir. Voltaj durumu, sıcaklık, şarj durumu, deşarj yoğunluğu, sağlamlık durumu ve akım gibi kontroller sağlanır.

2 - Hesaplama

Bu bölümde maksimum şarj akımı, maksimum deşarj akımı, hücrelerde ya da batarya paketinde görülen voltaj, son şarjdan sonra harcanan enerji miktarı, ilk kullanımdan itibaren harcanan enerji miktarı, toplam çalışma süresi, şarj-deşarj döngü sayısı gibi hesaplamalar yapılır.

3 - Koruma

Olası bir durumda, optimal değerler aşıldığında duruma müdahale etmek için alınan önlemleri kapsar. Sisteme yapılan müdahale ile sistemin korunmasını sağlar. Bataryalardan yüksek akım çekmesi, yüksek gerilimlerin oluşması, yüksek sıcaklık, düşük sıcaklık, yüksek basınç, kaçak akım ve benzeri gibi durumlarda sisteme müdahale eder ve koruma sağlar.

4 - Optimizasyon

Batarya yönetim sistemi, bataryaların kapasitesini en üst düzeye çıkarmayı ve dengelemeyi sağlar. Herhangi bir hücrede aşırı gerilim ya da düşük gerilim varsa müdahale eder. Gerektiği durumlarda en dolu hücreden enerjiyi alır ve ihtiyaç duyulan az yüklü hücreye transfer eder. Bu sayede bir denge sağlar.

ÖNCELİKLE BU SETİ MATKAP YA DA SÜPÜRGE GİBİ MOTORLU UYGULAMAR İÇİN KULLANACAKSANIZ NOTEBOOK BATARYASINDAN SÖKME PİLLER İLE VERİM ALAMAZSINIZ.  EĞER EN AZ 5C'LİK PİLLER YA DA 10A SÜREKLİ VEREBİLEN INR TİPİ PİLLER KULLANMIYORSANIZ BU ÜRÜN VE SET SİZE HİTAP ETMEYECEKTİR.  ÇÜNKÜ BU NOTEBOOK PİLLERİ MATKAP MOTORUNUN KALKIŞ ANINDA VE ZORLANMADA İSTEDİĞİ YÜKSEK AKIMI VEREMEYECEĞİ İÇİN VOLTAJINI SABİT TUTAMAZ VE VOLTAJI ANİ OLARAK KESME NOKTASI ALTINA DÜŞER, BMS'DE PİLİ KORUMAK İÇİN ÇIKIŞI KESER. BU BMS'İN ÇALIŞMA ŞEKLİDİR. BURADA ANORMAL OLAN BMS'İN KESMESİ DEĞİL PİLLERİN YETERLİ AKIMI SAĞLAYAMAMASI VE STABİL KALAMAMASIDIR.

Bazı kullanıcılar bms olmadan pilleri düz bir şekilde bağlayınca motorun çalıştığını söylemekte ve bms'in bozuk olduğunu iddia etmektedir.  Pillerin ani voltaj değişimini takip edemedikleri için ( anlık değişimlerin voltmetre ile de takip edilmesi zordur ama BMS analog şekilde sürekli takip eder) piller zorlanmada kesme voltajı altına inip inmediğini göremedikleri için yanılgıya düşmekteler. 

Pilleri korumasız kullanmak ve kısa zamanda çöpe atmak istiyorsanız BMS kullanmanıza gerek yok. Tehlikesini kabul edip BMS'siz kullanabilirsiniz.  Piller belki bms'siz motoru çalıştırıyor olabilir ama ani akım istemlerinde pillerin voltajının kesme altına indiğinden %100 emin olabilirsiniz. BMS'in amacı pil bazında voltaj takibi yapmak ve kesme voltajı altına pilleri korumak, indirmemektir. 

Eğer bir BMS kesime gidiyorsa mutlaka pili korumak için kesime gider.  

BİR BATARYADA BMS AKIM ÜRETMEZ. AKIMI ÜZERİNDEN GEÇİRİR. AKIMI SAĞLAYAN VEYA SAĞLAYAMAYAN PİLDİR 

Ayrıca BMS batarya toplam voltajını takip etmez,  pil bazında voltaj takip eder. Herhangi bir pil kesime gitme şartlarını oluşturuyorsa bms diğer pillerin düzgün çalışıp çalışmadığına bakmaz ve korumaya girer. Bu nedenle örneğin 12V'da kesmesi gerekirken 13V'da kesime giriyor dediğiniz bataryadaki bir ya da birden fazla pil anlık olarak ya da hızlı bir şekilde kesme voltajı altına inmiş olabilir. Koruma neticesinde akım kesildikten sonra da voltaj eski seviyesine çıkabilir.  Sağlam bir pil, datasheetinde yazan sürekli akım değerini voltaj değeri çok değişmeden verebilmelidir. Hızlı bir şekilde voltajı oynuyorsa o pil muhtemelen ömrünü bitirmiş ya da motorlu uygulamaya uygun bir pil değildir.

BMS MONTAJINA 0V PADİNDEN YANİ BATARYANIN EKSİ UCUNDAN BAŞLAYARAK ARTIYA DOĞRU SIRAYLA GİDİNİZ.

 MONTAJ SONRASI BMS'İ UYANDIRMAK GEREKEBİLİR. BUNUN İÇİN YA 16.8V ŞARJ VOLTAJI VERİNİZ YA DA BİR KAÇ SANİYE BOYUNCA BATARYANIN EKSİ (0V) HATTINI  BMS'İN GİRİŞ ÇIKIŞ EKSİ HATTI OLAN P-'YE BİR KABLO YARDIMI İLE DEĞDİRİNİZ.  YANİ UYANDIRMA VOLTAJINI BATARYANIZDAN SAĞLAMIŞ OLUNUZ. BU İŞLEM SADECE 1 KEZ MONTAJDAN SONRA YAPILIR.  ARTI HAT ZATEN DiREKT BAĞLIDIR. BMS KONTROLÜ EKSİ HAT ÜZERİNDEN YAPAR.   DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN NOKTA ASLA EKSİ İLE ARTIYI KISA DEVRE ETMEYİNİZ.

 

MONTAJ ÖNCESİ PİLLERİN EŞİT KAPASİTEDE VE EŞİT VOLTAJDA OLDUĞUNDAN EMİN OLUNUZ.  (KAPASİTE ÖLÇÜMÜ İÇİN ZB2L3 DEVRESİ KULLANILABİLİR) EŞİT KAPASİTEDE PİLLERİ KULLANMAZSANIZ EN DÜŞÜK KAPASİTELİ PİL BATARYANIN KULLANIM VE ŞARJ SÜRESİNİ BELİRLER. EŞİT VOLTAJDA PİLLERİ MONTAJ ETMEZSENİZ DAHA EN BAŞINDAN BATARYA DENGESİZ KURULUR. BU DA BATARYA KULLANIM KAPASİTESİNİ ETKİLER. DÜŞÜK VOLTAJLI PİL DİĞERLERİNDEN DAHA EVVEL BMS'İ KORUMAYA SOKAR.

 

BALANS İŞLEMİ NEDİR?

 BALANS 4 PİL ARASINDA OLUŞAN VOLTAJ EŞİTSİZLİĞİNİN BMS TARAFINDAN -SADECE ŞARJ İŞLEMİ SIRASINDA- (BOŞTA BEKLERKEN BALANS OLMAZ) 30mA - 50mA GİBİ BİR DEĞERLE BİR SMD DİRENÇ ÜSTÜNDE, VOLTAJI YÜKSEK OLAN PİLİN ENERJİSİNİ HARCAYARAK DİĞER PİLLERİN YÜKSELMESİNİ BEKLEMEK PRENSİBİNE DAYANIR. BU İŞLEM PASİF BALANS OLARAK ADLANDIRILIR.  AKTİF BALANS İLE KARIŞTIRILMAMALIDIR. AKTİF BALANSTA PİLLER ARASI ENERJİ TRANSFERİ OLUR. ENERJİ YAKIMI OLMAZ VE DAHA YÜKSEK AKIM İLE YAPILIR.  

ENERJİ YAKIMI DÜŞÜK AKIM İLE OLDUĞUNDAN DOLAYI PİLLER ARASI VOLTAJ FARKI ÇOK BÜYÜKSE BU BALANS İŞLEMİ ARAYI KAPATACAK DÜZEYDE OLMAZ. ŞARJ AKIMI DAHA YÜKSEK KALDIĞI İÇİN PİLLERDEN BİRİ ELBET BMSİ KESİME GÖTÜRÜR. DÜZGÜN BALANSLAMA İÇİN BATARYA OLUŞTURURKEN EŞİT KAPASİTE VE VOLTAJDA PİLLERİ MONTAJLAMALISINIZ. SONRA UFAK FARKLILIKLARI BMS ŞARJ SIRASINDA EŞİTLER. AMA DAHA BAŞTAN ÇOK FARKLI SEVİYELER VARSA BALANS AÇIKÇASI İŞE YARAYAN BİR FONKSİYON OLARAK İŞLEV GÖRMEZ. VOLTAJ FARKLILIKLARI NASIL OLUŞUR: EĞER PİLLERİN KAPASİTELERİ FARKLI İSE DOLUM VE BOŞALIM SÜRELERİ FARKLI OLACAĞINDAN VOLTAJ SEVİYELERİ DEĞİŞİR. AYNI KAPASİTE BİLE OLSA İÇ DİRENÇLERİ FARKLI OLABİLİR BU DA ETKİLER.

 

ŞARJ İÇİN MUTLAKA LİTYUM ŞARJER KULLANINIZ. ŞARJ İŞLEMİ YAPAN CİHAZIN SABİT AKIM - SABİT VOLTAJ MODU OLMALI. STANDART SIRADAN SABİT VOLTAJ ADAPTÖR KULLANIRSANIZ PİLLER YÜKSEK AKIM İLE ŞARJ OLMAK İSTEDİKLERİ İÇİN ADAPTÖRÜNÜZDEN MAX AKIM ÇEKMEK İSTEYECEKTİR. BU DA ADAPTÖRÜN VOLTAJI SABİT TUTAMAMASI VE KISA ZAMANDA BOZULMASINA YOL AÇAR. SABİT AKIM ŞARJ ÖNEMLİDİR.  LİTYUM ŞARJER BULAMAZSANIZ XL4015 CC-CV DC-DC VOLTAJ DÜŞÜRÜCÜ,  MELTİS 1S-2S-3S ŞARJ DEVRESİ YA DA C TYPE 5V İLE 3S ŞARJ DEVRESİ GİBİ DEVRELER YARDIMCI OLACAKTIR.

NOT: BMS, PİLLERİ AYRI AYRI ŞARJ ETMEZ. ŞARJ, SABİT AKIMLA, SERİ BAĞLI PİLİN İLKİNDEN GİRER, HEPSİNDEN GEÇER VE SON PİLDEN ÇIKIP DEVREYİ TAMAMLAR. PİLLERİN İÇİNDEN GEÇEN AKIM PİLİ DOLDURUP VOLTAJINI YÜKSELTİR.  BU NEDENLE BMS'İN  B1, B2, B3 GİBİ İSİMLENDİRİLEN PADLERİ ŞARJ İÇİN DEĞİL, PİLLERİN VOLTAJINI ÖLÇMEK İÇİN VE BALANSLI ÜRÜNDE ENERJİ YAKIMI İÇİN KULLANILIR. BAZEN MÜŞTERİLERİMİZ PADLERDE 4.2v ARIYORLAR. BU YANLIŞ BİR SANIDIR. BU PADLER ÇIKIŞ DEĞİL, GİRİŞTİR.