BMS w akumulatorze – co to i po co?

Akumulatory litowe zostały wstępnie omówione w artykule Akumulatory wczoraj i dziś (2), w numerze 7/2025. A w trzech ostatnich artykułach tej serii zacząłem omawiać przyczyny oraz rozmaite sposoby zabezpieczania pojedynczych ogniw litowych. W tym artykule omawiam układy nazywane BMS.

W dwóch poprzednich artykułach tego cyklu wyczerpująco omówiłem sposoby zabezpieczenia pojedynczych akumulatorów litowych, których napięcie nominalne zawiera się w granicach 3,2…3,8 V. Dla wielu zastosowań jest to napięcie małe, dlatego powszechnie wykorzystuje się też pakiety ogniw litowych połączonych w szereg (serial connected) lub równolegle (parallel connected). Zestaw trzech połączonych w szereg ogniw, oznaczony 3S, ma trzy razy wyższe napięcie, a pojemność w amperogodzinach taką samą, jak akumulator pojedynczy. Natomiast pakiet sześciu akumulatorów, w którym po dwa połączone są równolegle, a potem te trzy grupy szeregowo, ma oznaczenie 3S2P – ma napięcie trzy razy wyższe, a pojemność dwa razy większą niż pojedyncze ogniwo.

Bardzo popularne są kwasowe akumulatory 12-woltowe, składające się z sześciu ogniw – cel. Z akumulatorów litowych budowane są ich przybliżone odpowiedniki. Mianowicie zestaw 3S, czyli zestaw trzech ogniw Li-Ion ma napięcie nominalne 3 × 3,7 V = 11,1 V. Po pełnym naładowaniu napięcie wynosi 3 × 4,2 V = 12,6 V. Jeżeli chodzi o fosfatowe LiFePO4, to zestaw 4S, czyli cztery połączone szeregowo ogniwa, ma napięcie nominalne 12,8 V, a po pełnym naładowaniu napięcie 14,6 V – nie tylko pod względem napięcia zestawy 4S z ogniwami LiFePO4 są podobne do akumulatorów kwasowych.

Oprócz zestawów 12-woltowych, popularne są zestawy o wyższym i dużo wyższym napięciu kilkudziesięciu woltów, przeznaczone do rozmaitych pojazdów elektrycznych, np. do deskorolek, hulajnóg, rowerów i skuterów. Natomiast w samochodach elektrycznych są montowane zestawy ogniw Li-Ion, dające napięcie rzędu kilkuset woltów.

I wracamy do najważniejszego: akumulatory litowe są delikatne, łatwo je uszkodzić. Przedstawione w poprzednich artykułach serii sposoby ochrony pojedynczych ogniw okazały się rozbudowane i skomplikowane, natomiast w przypadku zestawów ogniw połączonych szeregowo, zadanie jest jeszcze trudniejsze, bo trzeba chronić nie tyle cały zestaw, co indywidualnie trzeba chronić wszystkie składowe ogniwa połączone szeregowo.

Wszystko to związane jest z faktem, że te szeregowo połączone akumulatory nie mają identycznej pojemności. Występują różnice między ogniwami i problem narasta z czasem. Problem, którego nie ma przy ochronie pojedynczego akumulatora. To doprowadza nas najpierw do tematu BMS-ów, a potem także do balanserów.

Czy BMS i balanser to to samo?

Mnóstwo osób nie ma jasności co do określeń „beemes” (BMS – Battery Management System) oraz balanser (Balancer). Na pewno nie są to synonimy!

Określenie BMS jest szersze i obejmuje wszelkie systemy zarządzania baterią ogniw. Natomiast balanser to urządzenie lub blok, który ma coś balansować, czyli równoważyć, wyrównywać. W założeniu ma „wyrównywać pojemność” poszczególnych ogniw składowych, co będę omawiał później.

W każdym razie prostsze systemy BMS nie zawierają żadnego balansera, a jedynie obwody ochrony ogniw, przede wszystkim przed nadmiernym rozładowaniem, ewentualnie też przed przeładowaniem i przegrzaniem.

Na fotografii 1 pokazane są dwa stosunkowo proste BMS-y: jeden z balanserem, drugi bez. Bardziej rozbudowane „beemesy” mają więcej funkcji ochronnych, w tym zabezpieczenia termiczne i zawsze, mniej lub bardziej skuteczne, obwody balansera.

Rozmaite rozwiązania BMS-ów

Otóż dla ochrony przed rozładowaniem, także w przypadku akumulatorów kwasowych, niekiedy stosowano wyłączniki według idei z mocno uproszczonego rysunku 2, gdzie przekaźnik, lub lepiej pojedynczy MOSFET odłączał akumulator, gdy jego napięcie obniżyło się do określonej granicy (dla 12-woltowych kwasowych około 10 V). W przypadku ogniw litowych komplikacja polega na tym, że akumulatory litowe są bardzo delikatne, poszczególne ogniwa zestawu mają trochę inne parametry i dlatego nie wystarczy pomiar sumarycznego napięcia całego zestawu. Niezbędna jest kontrola napięcia każdego z ogniw.

Podstawowa idea ochrony baterii ogniw litowych jest więc dokładnie taka sama, jak w przypadku pojedynczego ogniwa: nadmierne rozładowanie dowolnego z ogniw składowych ma powodować odłączenie akumulatora, według idei z rysunku 3.

W najprostszym przypadku BMS, który obok ogniw jest nieodłączną częścią akumulatora (jest wbudowany w akumulator), powinien tylko chronić zestaw ogniw przed nadmiernym rozładowaniem. Ochrona podczas ładowania to oddzielne zagadnienie, bo w zasadzie można to zrealizować w ładowarce, ale dziś wszystkie praktyczne BMS-y zabezpieczają też przed przeładowaniem.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się we wrześniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 9/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 9/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.