Akumulatory litowe – balansery pasywne i aktywne

We wcześniejszych artykułach cyklu omówione były zasady ładowania i rozładowania. W ostatnich opisane były zasady i sposoby ochrony pojedynczych ogniw i baterii ogniw – akumulatorów litowych. W poniższym artykule, czwartym, w przystępny sposób omawiam niełatwy, złożony temat balansowania.

W poprzednich artykułach tej serii omówiłem specyfikę akumulatorów litowych, podkreślałem ich delikatność, konieczność stosowania różnych zabezpieczeń. Omówiłem kostki DW01 i pokrewne, służące do ochrony pojedynczych ogniw. W poprzednim artykule doszliśmy do BMS-ów, czyli systemów ochrony baterii ogniw. Doszliśmy do popularnych rozwiązań i ich realizacji w postaci charakterystycznych modułów. Jeden z takich modułów, trzykanałowy BMS pokazany jest na fotografii 1. Wiemy, że moduł zawiera trzy sześcionóżkowe układy DW01 lub odpowiedniki, rodzaj tranzystorowych bramek AND oraz rezystory do ochrony nadprądowej. Intryguje obecność wyróżnionych żółtym kolorem, trzech dodatkowych układów scalonych i czterech rezystorów oznaczonych 430.

Tego rodzaju moduły realizowane są według schematów takich lub podobnych, jak pokazuje rysunek 2.

Schemat tych intrygujących obwodów widoczny jest w prawej górnej części rysunku, wyróżnionej kolorem żółtym. To są obwody balansera. Dostępne są BMS-y bez balansera oraz z balanserem – kolejny przykład na fotografii 3.

Słowo balanser (ang. balancer) pochodzi od słowa balans, a z nim nieodłącznie kojarzy się pojęcie równowagi i szukania równowagi. Czyli nazwa balanser sugeruje zrównoważenie, wyrównanie – zapewne wyrównanie napięcia, a jeszcze lepiej ładunku czy energii poszczególnych ogniw.

Nazwa coś obiecuje, a raczej dużo obiecuje: że BMS z balanserem spowoduje jakiegoś rodzaju wyrównanie, a to nasuwa wniosek, że pozwoli uzyskać z akumulatora więcej energii, a raczej całą energię ze wszystkich ogniw baterii.

Prawda jest dużo bardziej skomplikowana, a zdecydowana większość użytkowników ma nadmierne oczekiwania i całkowicie błędne wyobrażenia na temat roli i realnych korzyści z obecności balanserów. Te nadmierne oczekiwania powodują i utwierdzają nieprecyzyjne i błędne wpisy na stronach internetowych. Przykładem może być fragment artykułu z pewnej, wartościowej skądinąd, strony internetowej: BMS monitoruje napięcia ogniw, czy to podczas ładowania, czy rozładowywania po wykryciu np. spadku napięcia, na którymś ogniwie odłącza układ i analogicznie podczas ładowania balansuje cele i jeżeli któraś przekroczy górny próg napięcia (spadek natężenia prądu poniżej 0,05C ok 130 mA), to zostaje odłączona, a reszta ładuje się do tego samego poziomu.

To prawda, że każdy BMS nieustannie monitoruje napięcia ogniw. Tylko jest poważny problem z tym „odłączaniem po przekroczeniu górnego progu napięcia”, a zupełnie fałszywe nadzieje budzi stwierdzenie, że „reszta ładuje się do tego samego poziomu”. Jeżeli ktoś nie rozumie szczegółów, to może odnieść wrażenie, że każdy balanser skutecznie wspomaga ogniwa słabsze, żeby je w pełni wykorzystać.

Tymczasem rzeczywistość jest inna, bardzo skomplikowana, a najprostsze balansery pasywne w wielu przypadkach tak naprawdę nie spełniają swojej roli i nic nie pomagają – to zależy też od właściwości użytej ładowarki. Tylko bardziej skomplikowane i droższe balansery aktywne pozwalają w pełni wykorzystać możliwości wszystkich ogniw baterii. Najprostsze i najpopularniejsze balansery (tzw. pasywne) mogą trochę pomóc, ale tylko w niektórych przypadkach. Zagadnienie jest dość skomplikowane i obszerne, dlatego trzeba zacząć od przypomnienia podstaw.

Balansowanie podczas ładowania

Ogólnie biorąc, nowoczesne akumulatory litowe są prawie pod wszystkimi względami dużo lepsze od kwasowych i zasadowych, ale są też dużo delikatniejsze. Bardzo łatwo je zepsuć. Już jednokrotne silne przeładowanie lub jednorazowe rozładowanie „do zera” może spowodować dużą, nieodwracalną utratę pojemności, a nawet je całkowicie uszkodzić.

Żeby nie dopuścić do przeładowania, należy kontrolować napięcie wszystkich ładowanych ogniw i nie dopuścić, żeby napięcie któregokolwiek wzrosło ponad bezpieczną granicę, którą dla ogniw Li-Ion przyjmuje się powszechnie na poziomie 4,20 V, natomiast dla ogniw LiFePO4 – 3,65 V.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w październikowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 10/2026). 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 10/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

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