BMS плата — что это?
Современные продвинутые модели литиевых аккумуляторов для электроники дополняются системами управления батарей, которые упрощают контроль и настройку параметров работы. Эта статья объяснит, что означает BMS плата, какие функции она выполняет и в каких случаях необходима.
Что такое БМС в аккумуляторах
BMS контроллер — это электронная плата, расшифровка которой «battery management system» переводится как «система управления батареи». Этот элемент предназначен для защиты аккумулятора и увеличения её срока эксплуатации. Более дорогие модели имеют расширенный функционал, оснащены дисплеями и делают доступной настройку рабочих параметров для оптимизации процесса.
Необходимость применения контроллера вытекает из того, что любая АКБ рассчитана на вполне конкретный рабочий диапазон напряжения. Если хотя бы одна параллель в батарее в ходе эксплуатации превысит предел нагрузки, то запустится необратимая деградация. В самом лёгком случае это приводит к заметной потере ёмкости и длительности срока службы, если не повезёт — может произойти поломка и даже возгорание элемента. Плата BMS измеряет параметры работы и предотвращает аварийные ситуации.
Понятие платы управления включает в себя любые микросхемы, цель которых — защитить и выстроить корректную работу АКБ. Сюда относятся как самые упрощенные платы балансировки или защиты, так и сложные микроконтроллеры с дисплеем для отображения данных и возможностью тонкой настройки параметров.
Что делает система BMS
Управляющая плата собирает данные и регулирует работу аккумулятора, чтобы спасти его от короткого замыкания, перегрева, перезаряда и перегрузки. В задачи системы управления входят:
- Контроль процесса зарядки и разрядки аккумулятора, счёт циклов
- Регистрация состояния всех компонентов
- Снятие параметров температуры, напряжения, сопротивления, тока заряда
- Распределение и балансировка токов между разными компонентами
- Защита подключения к нагрузке и отключения
Более сложные устройства с расширенным функционалом имеют возможность обеспечивать и другие задачи. Например, интеллектуально-вычислительную функцию. Такие платы сами рассчитывают предел допустимого тока заряда, сопротивление компонентов, определяют количество энергии на входе и выходе, а также ведут счет «пробега » электро накопителя. Обычно такие продвинутые модификации умеют передавать данные на ПК или приложение в смартфоне.
Устройство работы и функции BMS
Пользуясь преимуществами управляющей платы, можно добиться от аккумулятора максимальной производительности и защитить его в непредвиденных экстренных случаях, предотвратить поломку. Накопители с БМС служат дольше и реже нуждаются в ремонте. Как именно плата регулирует работу и принимает решения, описано ниже:
-
Измерение тока на заряде и разряде, предотвращение КЗ.
BMS контролирует, чтобы ток не выходил за пределы максимального и минимального значения. Если это происходит, контроллер размыкает ненадолго цепь.
- BMS не даёт какой-либо одной параллели перезарядиться и обгонять другие ветви. Если бы этой функции не было, то АКБ невозможно было бы зарядить полностью, и тогда заявленную ёмкость отдавать в полной мере она не сможет. Балансировка производит стимуляцию заряда на «отстающих » частях батареи, выравнивает напряжение на всех параллелях и обеспечивает корректную работу АКБ.
Производители Battery Management System заботятся о том, чтобы защитить микросхему от загрязнений и влаги, поэтому зачастую эти платы имеют особое защитное покрытие.
BMS как балансир аккумулятора
В роли балансира микросхема управления следит за тем, чтобы все ячейки батареи заряжались синхронно и до одинакового уровня. БМС могут быть активными или пассивными:
- Активный BMS контролирует, чтобы после полного заряда одной параллели она отключалась от питания, и заряд перенаправлялся на следующие, еще не зарядившиеся полностью ячейки.
- Пассивный балансир состоит из аналоговых комплектующих с более надежной точностью, для его работы не нужно внешнее питание. Через резисторы с помощью малых токов устройство снижает напряжение на заряженных элементах, направляя избыток на ячейки с недостатком заряда.
Для каких аккумуляторов нужна плата BMS
В определенной степени плата контроля BMS будет полезна практически для любой литиевой АКБ. Например, литий-ионные батареи при всём своём многообразии преимуществ печально известны высоким риском возгорания при перегреве, как раз такую ситуацию плата БМС способна заранее выявить и предотвратить. В этом и состоит причина, для чего нужна BMS плата на самокате или электровелосипеде.
Ещё актуальнее этот элемент для LiFePO4 — литий-железо-фосфатных аккумуляторов. В сравнении с Li-ion, такие батареи безопасны; кроме того, у них больше производительность и стабильнее работа. Существенный недостаток состоит в том, что устройство восприимчиво к избыточному заряду или, наоборот, предельному разряду ниже уровня 10%. Установив систему контроля, удается обезопасить девайс от порчи как отдельных ячеек, так и всей АКБ и её поломки.
Неравномерность заряда на разных участках АКБ не так сильно грозит в случае параллельного соединения ячеек. Однако при сборке с последовательным подключением ровного распределения заряда добиться без BMS невозможно. Одни ячейки будут недозаряжаться, другие — получать избыточный заряд. Хроническое и регулярное повторение ситуации приводит к резкому ухудшению эксплуатационных качеств батареи.
Специфика выбора БМС-плат
Сейчас можно найти аккумуляторные батареи уже с интегрированным блоком контроля. Если же вы собираете комплектующие отдельно, удостоверьтесь, что микросхема BMS подходит для вашего аккумулятора. Разные модели плат рассчитаны под конкретный тип АКБ, исключением являются только Smart-модификации, которые могут настраиваться на совместимость с разными литиевыми батареями.
Важно также знать количество параллелей, или ячеек батареи: к примеру, платы с пометками «10 cells» или «10S » предназначены на обслуживание батареи с 12 элементами.
Ранее мы выпускали материал о том, как выбрать плату BMS. Если у вас возникли вопросы, обращайтесь к нам: мы бесплатно проконсультируем в выборе, эксплуатации и уходе за любыми компонентами аккумуляторной батареи.
Балансир пассивный LiFePO4 1,7A 3,52-3,63V
Функциональное назначение:
Балансир пассивный LiFePO4 1,7A 3,52-3,63V обеспечивает выравнивание потенциалов напряжения на последовательно соединенных ячейках (элементах) в LiFePO4 аккумуляторе до установленных параметров во время окончания цикла заряда аккумуляторной батареи (на фотографиях испытания Балансир пассивный LiFePO4 1,7A 3,52-3,7V)
Принцип действия:
Данные балансиры идеально подходят для LiFePO4 ячеек из нашего каталога 56Ah, 75Ah, 90Ah, 100Ah, 200Ah, также данные устройства подходят к аналогичным LiFePO4 ячейкам подходящих по типоразмеру.
В пассивном балансире LiFePO4 1,7A 3,52-3,63V применяется два уровня балансировки:
Первый уровень балансировки – момент срабатывания возможно настроить в зависимости от назначения применения аккумуляторной батареи (различные зарядные устройства, работа от ИБП, различные режимы циклов и т.д.). Настройка возможна в диапазоне от 3.4В до 3.63В, настраивается при помощи переменного резистора. Максимальный ток первого уровня 750mA.
Второй уровень балансировки – фиксированный момент срабатывания при достижении напряжения 3,62V – 3,64V. В момент срабатывания загорается красный светодиод. Ток балансировки на втором уровне составляет 750mA.
Для стравливания большой мощности в 5W на балансире установлен мощный радиатор. Несмотря на это, при продолжительной работе, балансир может нагреваться до 90-120℃ в локальных местах.
ВНИМАНИЕ! Во время работы балансира, запрещено прикасаться к местам теплопровода.
В случае если необходимы большие токи балансировки, на плате балансира присутствует подготовленное место с отверстиями для подключения дополнительных пассивных балансиров
Длительный режим балансировки 3.62V-3.64V, ток балансировки до 1.3A.
Максимальный кратковременный режим работы 3-5 мин. – 3,65V, 1.7A.
Для чего нужен балансир в LiFePO4 аккумуляторе
Из-за естественной разницы в разряде отдельных элементов уровень заряда ячеек аккумулятора может производиться с разной скоростью, когда одни уже достигли определенных показателей ампер-часов, а другие еще нет. Это может привести к дисбалансу и неэффективному использованию устройства. Для того чтобы выровнять разницу заряда всех ячеек, используются балансиры.
Обратите внимание! Балансиры устанавливаются на аккумуляторную сборку, если емкость превышает 40Ah, с балансировкой аккумулятора до 40Ah справляется BMS плата.
Данные устройства бывают пассивными и активными:
Пассивные балансиры на всем протяжении заряда аккумулятора находятся в спящем режиме, пока напряжение на ячейках аккумулятора не достигнет напряжения балансира, т. е. как только уровень напряжения на ячейке достигает напряжения балансира, балансир начинает работать и выводить излишки емкости в тепло с полностью заряженной ячейки, а остальные ячейки продолжают заряжаться. Благодаря этому процессу все ячейки аккумуляторной батареи заряжаются полностью, не накапливая дисбаланс и аккумулятор сохраняет свою емкость. Пассивные балансиры рекомендуются для установки в LiFePO4 аккумулятор, т. к. они не снижают ресурс аккумулятора и не мешают работе BMS платы. Напряжение балансира должно быть немного меньше, чем напряжение отсечки BMS платы по верхнему порогу напряжению.
Активные балансиры в отличие от пассивных, переносят энергию из более заряженных ячеек к менее заряженным. Активные балансиры не расходуют энергию, а направляют ее на соседние менее заряженные элементы аккумулятора. Кроме всего этого, благодаря данной системе, батарея также надежно защищена от перегрева. В LiFePO4 аккумуляторе не рекомендуется использование активных балансиров, т. к. они снижают ресурс аккумулятора и не всегда корректно взаимодействуют с BMS платой защиты.
31.08.2020 12:58:59
Рекомендуемые статьи
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 ра..
Балансир для LiFePO4
Статья о балансирах для LiFePO4 аккумуляторов. Назначение балансиров, преимущества их использования, особенности выбора и нюансы использования.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы отличаются стабильной и безопасной работой, но чувствительны к перезаряду и глубокому разряду. Чтобы уберечь их от преждевременного износа и выхода из строя, используют BMS платы и балансиры.
Ячейки в аккумуляторной батарее должны иметь одинаковые рабочие параметры. Даже незначительные отличия емкости у последовательно соединенных элементов приводят к неравномерному заряду и разряду, из-за чего более заряженные ячейки быстрее выходят из строя. К тому же, при неравномерном заряде снижается общая емкость батареи, т.к. процесс подзарядки АКБ прекращается до полного восполнения заряда всеми ячейками.
Выравнивание напряжения при помощи балансиров
Балансиры для литий-железо-фосфатных аккумуляторов выравнивают напряжение на ячейках в сборке и блокируют его рост выше порогового значения. Они контролируют напряжение на ячейках и при достижении заданного значения инициируют включение силового ключа. В результате параллельно подзаряжаемой секции подключается балластный резистор.
Когда остаточный ток зарядки становится меньше величины тока, проходящего через балластный резистор, рост напряжения на заряжаемой секции останавливается. Но ячейки с меньшим напряжением продолжают заряжаться до тех пор, пока сработают балансиры всех частей батареи. В результате напряжение на всех ячейках будет равным пороговому значению, на которое настроены балансиры.
Основной принцип балансировки – шунтирование резисторами ячеек батареи с наибольшим напряжением. Стандартные балансиры рассчитаны на литий-железо-фосфатные элементы с номинальным напряжением 3,2 В. По заказу поставляются модули с балансировочными резисторами для ячеек с номинальным напряжением 3,6– 3,7 В.
Типы балансиров
Балансиры бывают управляемые и неуправляемые, внешние и входящие в состав АКБ. Но прежде всего они подразделяются на:
- Активные балансиры для LiFePO4 – такие системы выравнивают напряжение в процессе зарядки. После зарядки 1-го элемента из сборки они прекращают его питание и продолжают заряжать 2-й аккумулятор. Производители создают балансиры с использованием различных подходов. В частности, активные системы балансировки бывают трансформаторными и емкостными.
- Пассивные балансиры для LiFePO4 аккумуляторов – такие системы балансировки разряжают ячейки до одинакового значения небольшими токами с использованием резисторов. Их ключевые преимущества – независимость от внешнего питания и высокая точность, которая достигается благодаря использованию аналоговых компонентов.
Артикул: 1954
Артикул: 4985
Артикул: 4986
Артикул: 1953
Артикул: 2829
Принцип работы пассивных балансиров
Пассивные системы баланса снижают зарядный ток аккумулятора, у которого наблюдается наиболее интенсивный рост напряжения. В классическом варианте это осуществляется замыканием элемента питания шунтирующим резистором R. В результате через замкнутый аккумулятор зарядный ток протекает только частично, а остальной ток идет через шунт R. Скорость заряда зашунтированного аккумулятора снижается, и напряжение на нем растет медленнее. Когда напряжение заряда достигает конечного значения, на всех элементах оно оказывается практически равным.
Цена пассивных балансиров невысока, т.к. они не содержат сложных микросхем. К тому же, они компактны и незначительно влияют на удельные характеристики батареи. К недостаткам пассивных систем относят невозможность использования всего объема энергии, которую способна запасти АКБ, и рассеивание энергии в форме тепла при прохождении через шунты. В результате уменьшается КПД системы «АКБ – зарядное устройство».
Использовать пассивные балансиры рекомендуется в батареях с очень близкими по емкости аккумуляторами, т.е. применение пассивных систем баланса накладывает дополнительные требования при выборе ячеек перед комплектованием и сборкой АКБ. В идеале все элементы в сборке должны быть одинакового химического состава, равной емкости, одного производителя и даже из одной партии.
Принцип работы активных балансиров
Активные балансиры умеют перераспределять энергию между ячейками батареи и способны работать и при разряде, и при заряде. Энергия перераспределяется от элемента с большей емкостью к элементу с меньшей емкостью. При заряде активный балансир уменьшает зарядный ток элемента с большей емкостью и увеличивает ток заряда элемента с меньшей емкостью. При разряде наоборот: балансир берет часть энергии у элемента с большей емкостью и увеличивает его разрядный ток, уменьшая при этом ток разряда элементов с меньшей емкостью.
У активных балансиров LiFePO4 схемы сложнее, зато выделение тепла намного меньше, чем при работе пассивных моделей. Поэтому активные системы балансировки незаменимы в случаях, когда нужен балансировочный ток свыше 5 А. У таких моделей высокий КПД (более 85%), а их способность работать при разряде позволяет не увеличивать время заряда для балансировки батареи.
Недостатками активных систем считаются высокая стоимость, сложность проектирования и изготовления. Собрать активный балансир для LiFePO4 своими руками проблематично. Еще один недостаток активных балансиров – ощутимое потребление тока на холостом ходу. Чтобы снизить потребление тока, такие устройства делают управляемыми – с возможностью включения при необходимости.
Как работает 2-х уровневый балансир для LiFePO4
В 2-уровневых балансирах для литий-железо-фосфатных аккумуляторов реализован следующий принцип выравнивания напряжения:
- 1 уровень. В процессе заряда, когда напряжение на ячейке достигает 3,49–3,51 В, включается изолированный DC-DC преобразователь и скидывает излишки энергии на соседний элемент. Если соседний элемент имеет достаточное напряжение, энергия скидывается на следующую ячейку и т.д. КПД этого цикла – порядка 70%, что не вызывает местных нагревов и значительного выделения тепла. Перераспределение энергии происходит между всеми элементами батареи.
- 2 уровень. Когда напряжение на элементе достигает 3,67–3,69 В, для профилактики избыточного заряда включается пассивный балансир с разрядным током 800 мА.