Как подобрать bms по току
BMS – обзор контроллеров защиты аккумуляторов
В наш современный век всеобщей популяризации литиевых батарей любой, даже простой пользователь бытовых устройств, должен хотя-бы примерно представлять их функционирование и факторы риска при их эксплуатации. Среди произошедших несчастных случаев с аккумуляторами (например, электронных сигарет) лишь небольшой процент обязан производственному браку, чаще всего неисправности возникают в результате неправильной эксплуатации.
В нашей статье мы рассмотрим новейшие технологии, которые призваны защитить литиевые аккумуляторы, а также расскажем, почему они так важны.
Из теории литиевых аккумуляторов можно узнать, что им противопоказан перезаряд, переразряд или разряд слишком большими токами, а также короткие замыкания. При переразряде, в аккумуляторе образуются металлические связи между катодом и анодом, которые приводят к короткому замыканию при зарядке аккумулятора, что может привести к порче не только элементов питания, но и зарядного устройства. Перезаряд же (набор аккумулятором напряжения больше разрешенного) почти сразу ведёт к возгоранию, а зачастую даже к взрыву.
Для горения литиевых аккумуляторов не нужен кислород – оно происходит анаэробно, поэтому стандартные методы тушения не подходят; также, при реакции лития с водой выделяется еще и горючий газ водород, который только ухудшает ситуацию. Разряд высокими токами приводит к вздутию аккумулятора, а если нарушается целостность оболочки – происходит реакция лития с водяными парами в воздухе, что само по себе способно спровоцировать возгорание.
Всё это отнюдь не перечёркивает явные преимущества аккумуляторов, среди них:
Незначительное снижение напряжения в процессе разряда накладывает некоторые обязанности на пользователя. Нельзя допустить превышения максимального напряжения (4.25 В), снижение напряжения ниже минимального (2.75 В), а также превышения рабочего тока, который отличается для каждой модели. И в этом хитром деле нам помогут специальные устройства – BMS-контроллеры!
Что такое BMS?
В переводе с английского, BMS (Battery Management System) – система управления батареей. Понятие слишком широкое, поэтому оно описывает почти все устройства, так или иначе обеспечивающие корректную работу аккумуляторов в данном устройстве, начиная с простых плат защиты или балансировки, заканчивая сложными микроконтроллерными устройствами, подсчитывающими ток разряда и количество циклов заряда (например, как в батареях ноутбуков). Мы не будем рассматривать сложные устройства – как правило, они специфичны и не предназначаются для рядового радиолюбителя, а выпускаются только под заказ для крупных производителей устройств.
То, что продаётся повсеместно, условно можно разделить на четыре категории:
Чем функциональней и разветвлённей защита – тем больше ресурс работы вашего аккумулятора.
Принцип работы BMS-контроллеров
Давайте посмотрим, по какому принципу BMS системы выполняют своё предназначение.
Структурно на плате можно выделить:
Рассмотри подробнее работу каждой из защит.
Защита по току (от короткого замыкания / превышения допустимого тока)
Существует множество вариантов узнать, какой ток течёт по линии. Самый распространённый – шунт (измерение падения напряжения на резисторе с низким сопротивлением и большой мощностью), но он требует большой точности измерений и весьма громоздкий. Метод с измерением на основе эффекта Холла лишён этих недостатков, но стоит дороже, поэтому самый распространённый метод определения КЗ на линии – измерение напряжения, которое проседает практически до нуля в режиме КЗ.
Современные контроллеры позволяют сделать это в очень короткий промежуток времени, за который ущерб не нанесётся ни подключенному устройству, ни самому аккумулятору. Но защита по току может функционировать и на шунте – ведь в случае BMS тут не нужно точное измерение, важен лишь переход падения напряжения через определённый порог. Как только событие наступает, контроллер сразу же отключает нагрузку при помощи транзисторов.
Защита по напряжению (от перезаряда или переразряда)
С этой защитой разобраться попроще, так как измерение напряжения легко можно сделать, используя аналогово-цифровой преобразователь. Но и тут есть некая специфика – стоит отметить, что если контроллер защищает большую сборку из последовательно соединённых аккумуляторов, то обычно он меряет напряжение каждой банки персонально, так как ввиду мельчайших различий в элементах они имеют мельчайшие же различия по ёмкости, что выливается в неравномерный разряд и возможность высадить «в ноль» отдельный элемент.
Некоторые системы не подключают нагрузку, не дождавшись дозаряда аккумулятора до определённого напряжения после срабатывания триггера по переразряду, то есть недостаточно подзарядить элемент пару минут, чтобы он поработал ещё хоть малое время – обычно необходимо зарядить до номинального напряжения (3.6 – 4.2В, в зависимости от типа аккумулятора).
Защита по температуре
Редко встречается в современных устройствах, но не зря большинство аккумуляторов для телефонов оборудовано третьим контактом – это и есть вывод терморезистора (резистора, имеющего чёткую зависимость сопротивления от окружающей температуры). Обычно перегрев не наступает сам собой и раньше успевают сработать другие виды защиты – например, перегрев может быть вызван коротким замыканием.
Алгоритм работы заряда батарей
Зарядка литиевых аккумуляторов происходит в 2 этапа: CC (constant current, постоянный ток) и CV (constantvoltage, постоянное напряжение). В течение первого этапа зарядное устройство постепенно поднимает напряжение таким образом, чтобы заряжаемый элемент брал заданный ток (обычное рекомендованное значение равно 1 ёмкости аккумулятора). Когда напряжение достигает 4В, зарядка переходит на второй этап и поддерживает напряжение 4.2В на батарее.
Когда элемент практически перестанет брать ток, он считается заряженным. На практике, алгоритм можно реализовать и при помощи обычного лабораторного блока питания, но зачем, если есть специализированные микросхемы, заранее «заточенные» под выполнение этой последовательности действий, например, самая известная из них – TP4056, способна заряжать током до 1А.
Что такое балансировка?
Напоследок мы оставили самую интересную функцию BMS – функцию балансировки элементов многобаночного аккумулятора.
Итак, что же такое балансировка? Сам процесс её подразумевает выравнивание напряжений на элементах батареи, соединённых последовательно для повышения общего напряжения сборки. Из-за небольших отличиях в ёмкости батарей они заряжаются за немного разное время, и когда одна банка может уже достигнуть апогея зарядки, остальные могут ещё недобрать заряд.
При разряде такой сборки большими токами наиболее заряженные элементы по закону Ома возьмут на себя больший ток (при равном сопротивлении ток будет зависеть от напряжения, которое находится в знаменателе формулы), что вызовет их ускоренный износ и может вывести элемент из строя. Для того, чтобы избежать этой проблемы, применяют аккумуляторные балансиры – специальные устройства, выравнивающие напряжения на банках до одного уровня.
Активные и пассивные балансиры
Активные балансиры производят балансировку уже при зарядке – зарядив одну банку сборки, они отключают её от питания, продолжая заряжать вторую. Как яркий пример такого устройства – популярное среди моделистов ЗУ Imax B6, в режиме Balance оно сразу проверяет напряжения индивидуально на каждой банке и справляется с этим на отлично.
Пассивные балансиры наоборот, разряжают элементы до одного значения малыми токами через резисторы. Их основной плюс – они не требуют внешнего питания, а также являются более точными за счёт применения аналоговых комплектующих (и более дешёвыми, так как не содержат сложных микросхем).
Рассмотрим некоторые примеры готовых плат BMS:
Выбор платы BMS
Статья обновлена: 2020-12-17
BMS расшифровывается как battery management system — в переводе “система управления батареи”. Без этого устройства практически нельзя обойтись в эксплуатации литиевых аккумуляторов, так как оно защищает батарею и продлевает её срок службы. В этой статье мы разберём, зачем нужна BMS, какими они бывают, как подобрать конкретную плату под свои задачи по функционалу.
Функции BMS
Каждый аккумулятор рассчитан на определенную нагрузку и имеет свой конкретный свой диапазон рабочего напряжения. К примеру, литий-ионные батареи работают с напряжением 2,7-4.2V на параллель. Есть батареи из всего одной параллели, в конструкции других АКБ несколько параллелей соединены последовательным способом.
Например, батарея Li-ion с номиналом напряжения 11,1 Вольт будет представлять собой 3 параллели (3S). Рабочее напряжение АКБ получим, сложив значения напряжения всех параллелей: от 8,1 до 12,6 Вольт. Если при работе напряжение всей батареи или одной параллели выйдет за свой максимальный предел, в батарее начнется необратимый процесс деградации и существенно снизится емкость батареи, её длительность эксплуатации.
Худший случай — полный выход батареи из строя и даже риск самовоспламенения. Чтобы этого не произошло, за параметрами работы АКБ следит плата BMS. В её функции входит:
Виды BMS
В широком смысле BMS определяет сразу несколько разновидностей устройств, предназначенных для нормальной работы аккумуляторов:
Именно комплексный вариант — самый распространенный. Они объединяют в себе функционал защиты от замыкания, защиты по току и напряжению, оснащены температурным датчиком, устанавливают баланс токами небольшой величины (до 50-100 мА, этого достаточно для батареи качественной сборки).
Платы BMS могут быть:
Продвинутый вариант: Smart BMS
В платах Smart встроено сразу несколько температурных датчиков, что позволяет более тонко контролировать температурные изменения в батарее. К таким платам можно подключить специальный дисплей для отображения всей важной информации о работе и состоянии АКБ. Smart BMS поддерживает bluetooth и организует управление через приложение на смартфоне с широким функционалом:
Балансиры
Зачем нужны балансиры, мы уже описывали в этой статье. BMS-балансиры различаются активные и пассивные.
Активный балансир вмешивается в работу аккумулятора в процессе зарядки: восполнив энергию в одной параллели сборки, он отключает её от питания и продолжает заряд другой.
Пассивные балансиры малыми токами через резисторы уравнивают напряжение, снижая его на элементах до одинакового значения. Основное преимущество в том, что пассивный балансир не нуждается во внешнем питании, а также их аналоговые комплектующие дают лучшую точность.
Пошаговый выбор BMS для АКБ
Вы можете проконсультироваться у менеджеров нашего интернет-магазина, мы поможем подобрать плату BMS.
Как выбрать BMS плату для LiFePO4 аккумулятора?
Статья обновлена: 2020-12-17
BMS для LiFePO4 аккумуляторов – это электронная система, обеспечивающая корректную и безопасную работу всех элементов питания в сборке. Она управляет процессом заряда и разряда батареи, отслеживает ее рабочие параметры, не допускает опасных состояний и выполняет балансировку ячеек.
Хотя литий-железо-фосфатные аккумуляторы отличаются химической стабильностью и максимально безопасны в эксплуатации, использованием BMS платы для них не стоит пренебрегать. Как и остальные Li-ionаккумуляторы, они чувствительны к перезарядам и глубоким разрядам, а разбалансировка ячеек приводит к сокращению времени автономной работы АКБ и ее преждевременному выходу из строя.
Функционал BMS платы
БМС плата устанавливается на аккумуляторную батарею и выполняет следующие функции:
Напряжение литий-железо-фосфатных аккумуляторов, объединенных в батарею, должно быть одинаковым. Даже незначительный разброс емкости впоследствии приводит к ощутимой разнице в уровнях заряда и разряда элементов. Одни из ячеек постоянно оказываются недостаточно заряженными, в результате чего батарея не отдает требуемой емкости, быстрее разряжается и приходит в негодность. Избежать этой проблемы позволяет использование балансиров, входящих в состав BMS.
Критерии выбора БМС платы для LiFePO4
При выборе платы БМС для LiFePO4батареи учитываются:
БМС платы для литиевых АКБ бывают симметричными и несимметричными. В 1-м случае заряд и разряд АКБ может производиться через общий разъем, а во 2-м – для зарядки и разрядки используются отдельные разъемы. Иногда использование несимметричных BMS невозможно, например, в гироскутерах – их АКБ заряжаются и разряжаются через 1 разъем.
Выбор платы BMS
Статья обновлена: 2020-12-17
BMS расшифровывается как battery management system — в переводе “система управления батареи”. Без этого устройства практически нельзя обойтись в эксплуатации литиевых аккумуляторов, так как оно защищает батарею и продлевает её срок службы. В этой статье мы разберём, зачем нужна BMS, какими они бывают, как подобрать конкретную плату под свои задачи по функционалу.
Функции BMS
Каждый аккумулятор рассчитан на определенную нагрузку и имеет свой конкретный свой диапазон рабочего напряжения. К примеру, литий-ионные батареи работают с напряжением 2,7-4.2V на параллель. Есть батареи из всего одной параллели, в конструкции других АКБ несколько параллелей соединены последовательным способом.
Например, батарея Li-ion с номиналом напряжения 11,1 Вольт будет представлять собой 3 параллели (3S). Рабочее напряжение АКБ получим, сложив значения напряжения всех параллелей: от 8,1 до 12,6 Вольт. Если при работе напряжение всей батареи или одной параллели выйдет за свой максимальный предел, в батарее начнется необратимый процесс деградации и существенно снизится емкость батареи, её длительность эксплуатации.
Худший случай — полный выход батареи из строя и даже риск самовоспламенения. Чтобы этого не произошло, за параметрами работы АКБ следит плата BMS. В её функции входит:
Виды BMS
В широком смысле BMS определяет сразу несколько разновидностей устройств, предназначенных для нормальной работы аккумуляторов:
Именно комплексный вариант — самый распространенный. Они объединяют в себе функционал защиты от замыкания, защиты по току и напряжению, оснащены температурным датчиком, устанавливают баланс токами небольшой величины (до 50-100 мА, этого достаточно для батареи качественной сборки).
Платы BMS могут быть:
Продвинутый вариант: Smart BMS
В платах Smart встроено сразу несколько температурных датчиков, что позволяет более тонко контролировать температурные изменения в батарее. К таким платам можно подключить специальный дисплей для отображения всей важной информации о работе и состоянии АКБ. Smart BMS поддерживает bluetooth и организует управление через приложение на смартфоне с широким функционалом:
Балансиры
Зачем нужны балансиры, мы уже описывали в этой статье. BMS-балансиры различаются активные и пассивные.
Активный балансир вмешивается в работу аккумулятора в процессе зарядки: восполнив энергию в одной параллели сборки, он отключает её от питания и продолжает заряд другой.
Пассивные балансиры малыми токами через резисторы уравнивают напряжение, снижая его на элементах до одинакового значения. Основное преимущество в том, что пассивный балансир не нуждается во внешнем питании, а также их аналоговые комплектующие дают лучшую точность.
Пошаговый выбор BMS для АКБ
Вы можете проконсультироваться у менеджеров нашего интернет-магазина, мы поможем подобрать плату BMS.
Как выбрать BMS плату для LiFePO4 аккумулятора
Перезаряд и переразряд литий-железо-фосфатной LiFePO4 батареи сильно снижает срок ее использования и может привести к порче аккумулятора. Защитить ресурс батареи призвана система защиты BMS. Специальная плата, установленная при сборке внутри аккумулятора, осуществляет контроль заряда/разряда ячеек аккумулятора. Если на одной из ячеек напряжение превышает допустимый предел по уровню заряда или разряда, силовые транзисторы в плате срабатывают, отключая аккумулятор от потребителя или зарядного устройства, также BMS плата устраняет дисбаланс напряжения, в ячейках аккумулятора, осуществляя балансировку ячеек в процессе заряда аккумулятора.
Основной параметр, на который нужно обратить внимание, – это сила тока, который может выдержать плата защиты. Платы рассчитаны на разное количество ячеек и напряжение. Есть как аналоговые, так и симметричные BMS платы. Симметричные платы наиболее удобны в использовании, так как имеют единый выход на зарядное устройство и потребитель (заряд и разряд идёт по одному каналу), также симметричные BMS платы безопаснее в эксплуатации, поскольку имеют равный ток заряда/разряда, т. е подойдет любое зарядное устройство, которое не превышает силы тока платы. В аналоговых BMS платах, для разряда и заряда есть два разных канала, ток заряда как правило 5A, хотя встречаются с равным током.
Когда дополнительно нужно ставить балансиры
Балансиры – специальные устройства для выравнивания напряжения внутри аккумулятора, – устанавливаются тогда, когда на элементах батареи, установленных последовательно, фиксируется разный заряд из-за разной ёмкости элементов. Разница даже в несколько долей ампер-часа может привести к дисбалансу. В этом случае элементы могут заряжаться за разное время и при разряде примут на себя больший ток, что приведет к быстрому окончанию их ресурса. Это и призваны предотвратить балансиры. Дополнительная балансировка аккумулятора с BMS платой потребуется, если аккумулятор имеет ёмкость более 40 ампер-часов. В паре с BMS рекомендуется ставить пассивные балансиры.
В каких случаях BMS-плата не нужна
Если в Вашей системе установлен контролер, на котором есть возможность установить напряжение заряда/разряда в необходимых пределах, можно обойтись без применения BMS платы, но при этом необходимо установить мощные балансиры, чтобы предотвратить дисбаланс напряжения в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи.