SoC — State of Charge
State of Charge (SoC) wskazuje aktualny poziom naładowania ogniwa lub pakietu baterii jako procent pojemności nominalnej. SoC 100 % oznacza w pełni naładowany, 0 % w pełni rozładowany. BMS oblicza SoC zazwyczaj poprzez całkowanie ładunku (integracja prąd-czas), korygowane w punktach napięcia spoczynkowego. W przypadku LiFePO4 jest to wymagające, ponieważ krzywa rozładowania jest prawie płaska na szerokich zakresach.
SoH — State of Health
State of Health (SoH) opisuje stan starzenia baterii w odniesieniu do jej stanu nowego. Wynika z mierzonej pojemności resztkowej i zwiększonej rezystancji wewnętrznej. SoH na poziomie 80 % jest standardowym progiem końca życia (EOL) w branży — pakiet dostarcza wtedy tylko cztery piąte swojej pierwotnej pojemności. SoH jest podstawą planowania konserwacji opartej na stanie i prognoz pozostałej żywotności.
DoD — Depth of Discharge
Depth of Discharge (DoD) wskazuje, jaka część pojemności nominalnej jest pobierana w jednym cyklu. DoD 80 % oznacza, że bateria jest rozładowana od 100 % do 20 % SoC. Głębsze wartości DoD znacznie skracają żywotność cykliczną, podczas gdy mniejsze głębokości rozładowania ją znacznie wydłużają. W praktyce AGV często wybiera się DoD 70–80 % jako kompromis między wykorzystaniem pojemności a żywotnością.
Prąd C (C-Rate)
Prąd C normalizuje prąd ładowania lub rozładowania do pojemności nominalnej baterii. Dla pakietu 100 Ah 1C odpowiada 100 A; 2C odpowiada 200 A. Wyższe wartości prądu C generują więcej ciepła i bardziej obciążają ogniwa, skracając żywotność. Dla aplikacji stałego ładowania i rozładowania zalecany prąd C wynosi typowo 0,5C do 1C; krótkotrwałe szczyty mogą być znacznie wyższe w zależności od technologii ogniwa.
BMS — System zarządzania baterią
System zarządzania baterią (BMS) to elektronika ochronna i monitorująca wewnątrz pakietu baterii. Mierzy napięcia ogniw, prądy i temperatury, balansuje nierówności między ogniwami, ogranicza prąd ładowania i rozładowania oraz chroni przed napięciem nadmiernym i niedostatecznym, a także zwarciami. W przemyśle BMS komunikuje się przez magistrale polowe takie jak CAN-Bus lub SMBus ze sterownikiem nadrzędnym maszyny i dostarcza SoC, SoH oraz kody błędów w czasie rzeczywistym.
LiFePO4 — Litowo-żelazowo-fosforanowy
LiFePO4 (litowo-żelazowo-fosforanowy, LFP) to chemia ogniwa litowo-jonowego o szczególnie wysokiej stabilności termicznej i długiej żywotności cyklicznej. Napięcie nominalne wynosi około 3,2 V na ogniwo, dopuszczalne okno napięcia mniej więcej 2,5 V do 3,65 V. Ogniwa LFP mają niższą gęstość energii niż Li-NMC, ale są znacznie bardziej stabilne termicznie i są preferowanym wyborem dla aplikacji z wieloma pełnymi cyklami — jak AGV, FTS lub magazynowanie stacjonarne.
Li-NMC — Litowo-niklowo-manganowo-kobaltowy
Li-NMC (tlenek litowo-niklowo-manganowo-kobaltowy) to chemia ogniwa litowo-jonowego o wysokiej gęstości energii grawimetrycznej i wolumetrycznej. Napięcie nominalne wynosi około 3,6–3,7 V na ogniwo, okno napięcia mniej więcej 3,0 V do 4,2 V. Li-NMC nadaje się do aplikacji krytycznych pod względem masy lub przestrzeni, ale ma niższą stabilność termiczną niż LFP i stawia wyższe wymagania dla zarządzania termicznego pakietu.
LTO — Tytanian litu
LTO (tytanian litu) to chemia ogniwa litowo-jonowego, w której materiał anody składa się z tytanianu litu zamiast grafitu. Ogniwa LTO wyróżniają się ekstremalnie szybką ładownością (5C–10C są typowe), bardzo długą żywotnością cykliczną i doskonałą wydajnością przy niskich temperaturach. Jednak gęstość energii jest znacznie niższa niż dla LFP lub Li-NMC, co ogranicza LTO do aplikacji z najwyższymi wymaganiami dotyczącymi szybkiego ładowania i żywotności.
Balansowanie ogniw
Balansowanie ogniw to środek BMS do kompensowania różnic napięcia między ogniwami połączonymi szeregowo. Przy balansowaniu pasywnym najwyższe ogniwo jest rozładowywane przez rezystor odprowadzający, aż pozostałe je dogonią. Przy balansowaniu aktywnym ładunek jest przesuwany z najbardziej naładowanego ogniwa do najsłabiej naładowanego — mniejsze straty, ale bardziej złożona elektronika. Bez balansowania ogniwa coraz bardziej się rozbiegają z każdym cyklem, stopniowo zmniejszając całkowitą pojemność pakietu.
UN 38.3
UN 38.3 to norma badań transportowych ONZ dla ogniw i baterii litowych. Wymaga serii badań — w tym symulacji wysokości, cykli termicznych, wibracji, wstrząsów, zewnętrznego zwarcia i przeładowania — przed transportem baterii litowych jako towarów niebezpiecznych drogą lotniczą, morską lub lądową. Producent musi dostarczyć podsumowanie badań; bez niego transport jest niedozwolony.
IEC 62619
IEC 62619 to międzynarodowa norma bezpieczeństwa dla wtórnych ogniw i baterii litowych stosowanych w aplikacjach przemysłowych. Definiuje wymagania bezpieczeństwa dotyczące projektowania, produkcji i badań, i jest kluczowym dokumentem dla zgodności CE baterii przemysłowych. Norma uzupełnia specyficzne dla produktu badania UN 38.3 o systemowe wymagania bezpieczeństwa dla BMS, ochrony ogniw i odporności na nadużycia.
Oznakowanie CE
Oznakowanie CE wskazuje, że produkt jest zgodny z obowiązującymi dyrektywami UE. Dla przemysłowych pakietów baterii istotne są — w zależności od zastosowania — Dyrektywa niskonapięciowa (LVD, 2014/35/UE), Dyrektywa EMC (2014/30/UE) oraz przy integracji z maszynami Dyrektywa maszynowa (2006/42/WE). Deklaracja zgodności jest przechowywana przez producenta; bez niej produkt nie może być wprowadzony do obrotu na rynku EOG.
Klasa ochrony IP (IEC 60529)
Klasa ochrony IP (Ingress Protection) wg IEC 60529 klasyfikuje ochronę obudowy przed ciałami obcymi i wodą. Pierwsza cyfra opisuje ochronę przed cząstkami stałymi (0–6), druga ochronę przed wilgocią (0–9K). IP54 oznacza ochronę przed pyłem i ochlapaniem wodą; IP67 oznacza pyłoszczelność i ochronę przed chwilowym zanurzeniem. Dla AGV i wózków przemysłowych pracujących w mokrych magazynach lub na zewnątrz często wymagane jest IP65 lub wyższe.
Żywotność cykliczna
Żywotność cykliczna wskazuje, ile pełnych cykli ładowania-rozładowania bateria może wytrzymać przy zdefiniowanej DoD i warunkach, zanim jej pojemność spadnie do 80 % wartości nowej (kryterium EOL). Ogniwa LFP osiągają kilka tysięcy cykli w korzystnych warunkach; Li-NMC typowo kilkaset do ponad tysiąca. Wysokie temperatury, głębokie wartości DoD i wysokie prądy C skracają żywotność.
Gęstość energii
Gęstość energii opisuje możliwą do zmagazynowania energię w odniesieniu do masy (grawimetryczna, Wh/kg) lub objętości (wolumetryczna, Wh/L). Li-NMC osiąga wyższe wartości grawimetryczne niż LFP; LFP ma zalety w zakresie bezpieczeństwa i żywotności. W aplikacjach AGV gęstość energii wolumetryczna jest często decydująca, ponieważ przestrzeń montażowa w podwoziu pojazdu jest ograniczona.
Napięcie nominalne
Napięcie nominalne to nominalne napięcie robocze ogniwa lub pakietu w warunkach standardowych. Leży między napięciem odcięcia ładowania i rozładowania w zależności od chemii ogniwa. Dla LiFePO4 napięcie nominalne wynosi około 3,2 V na ogniwo; pakiet 48 V składa się zatem z 15 ogniw LFP w szeregu. Rzeczywiste napięcie na zaciskach odbiega od nominalnego w zależności od stanu naładowania i warunków obciążenia.
Pojemność nominalna
Pojemność nominalna (Ah) to ilość ładunku elektrycznego, którą świeżo naładowana bateria może oddać przy zdefiniowanych warunkach rozładowania (temperatura, prąd C, napięcie odcięcia). Pojemność użytkowa w eksploatacji jest niższa od nominalnej ze względu na wybrany zakres SoC (DoD), wpływ temperatury i starzenie. Producenci zazwyczaj podają pojemność nominalną przy 0,2C i 25 °C.
CAN-Bus
CAN-Bus (Controller Area Network) to szeregowy protokół magistrali polowej opracowany pierwotnie dla elektroniki samochodowej, a dziś szeroko stosowany w mobilnych maszynach roboczych, AGV i przemysłowych pakietach baterii. BMS komunikuje SoC, SoH, napięcia ogniw, temperatury i kody błędów ze sterownikiem nadrzędnym przez CAN-Bus. Popularne profile to CANopen (w tym profile baterii CiA) oraz J1939 dla pojazdów użytkowych.
SMBus
SMBus (System Management Bus) to cyfrowy protokół komunikacyjny oparty na I²C, opracowany do podłączania systemów inteligentnych baterii (SBS) do hosta. Definiuje standardowy zestaw rejestrów dla pojemności, napięcia, prądu, temperatury i stanu błędu. SMBus jest często stosowany w mniejszych pakietach baterii i urządzeniach przenośnych; dla mobilnych maszyn przemysłowych CAN-Bus jest bardziej powszechnym wyborem.
Lithium plating
Lithium plating oznacza niepożądane osadzanie się metalicznego litu na anodzie grafitowej, które występuje, gdy prąd ładowania jest zbyt wysoki lub temperatura ogniwa zbyt niska (poniżej około 0 °C). Osadzony lit tworzy dendryty, które mogą przebić separator i spowodować wewnętrzne zwarcie. Lithium plating jest jedną z głównych przyczyn nieodwracalnej utraty pojemności i thermal runaway.
Thermal runaway
Thermal runaway (ucieknięcie termiczne) to samowzmacniająca się reakcja egzotermiczna w ogniwie litowym: ciepło przyspiesza chemiczne reakcje rozkładu, które generują jeszcze więcej ciepła — aż do niekontrolowanego uwolnienia energii, gazów i w skrajnych przypadkach pożaru. Wyzwalacze obejmują uszkodzenia mechaniczne, przeładowanie, zewnętrzne źródła ciepła lub wewnętrzne zwarcie. Zarządzanie termiczne i dobrze zaprojektowany układ ochronny w BMS to podstawowe środki zaradcze.
Napięcie odcięcia rozładowania i ładowania
Napięcie odcięcia rozładowania to dolny limit napięcia, przy którym BMS kończy lub rozłącza proces rozładowania, aby zapobiec nieodwracalnym uszkodzeniom ogniw. Napięcie odcięcia ładowania to górny limit, do którego następuje ładowanie. Oba limity są specyficzne dla typu ogniwa: dla LFP typowo 2,5 V (rozładowanie) i 3,65 V (ładowanie) na ogniwo. Precyzyjne ustawienie tych limitów w BMS ma bezpośredni wpływ na pojemność, żywotność i bezpieczeństwo pakietu.