Bms схема – BMS платы — полный обзор контроллеров для защиты аккумуляторов

BMS платы — полный обзор контроллеров для 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:

• большая плотность энергии на единицу массы
• низкий процент саморазряда
• практически полное отсутствие эффекта памяти (когда заряд неполностью разряженного элемента приводит к снижению ёмкости)
• большой температурный диапазон работы

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!

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:

• балансиры
• защиты (по току, напряжению)
• платы, обеспечивающие заряд (да, они тоже считаются устройствами BMS)
• те или иные комбинации вышеперечисленных вариантов, вплоть до объединения всего в одно устройство

Чем функциональней и разветвлённей защита – тем больше ресурс работы вашего аккумулятора.

Давайте посмотрим, по какому принципу BMS системы выполняют своё предназначение.

Структурно на плате можно выделить:

• микросхема защиты
• аналоговая обвязка (для определения тока/балансировки аккумуляторов)
• силовые транзисторы (для отключения нагрузки)

Рассмотри подробнее работу каждой из защит.

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.

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).

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.

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.

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 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:

Итак, в завершение хочется сказать, что под каждую задачу на современном рынке можно найти такую плату менеджмента заряда аккумуляторов, которая удовлетворит Ваши потребности и надёжно защитит устройство и сами аккумуляторы.

Не стоит недооценивать важность техники безопасности, и если в небольших устройствах с низкими токами потребления защита является правилом хорошего тона, то для высокотоковых проектов она практически панацея, способная спасти даже жизнь в непредвиденной ситуации.

Творите, а магазин Вольтик.ру всегда предоставит возможность выбрать и купить нужные Вам компоненты!

voltiq.ru

BMS контроллер: устройство и функциональные возможности

Литиевые батареи уверенно удерживают лидерство среди всех разновидностей аккумуляторов. Даже простые пользователи примерно представляют себе принципы правильной эксплуатации. На все случаи выхода батарей из строя только единицы приходятся на производственный брак. В остальных ситуациях виновниками происшествий являются сами пользователи. Чтобы предотвратить поломку источника питания, производители прибегают к использованию инновационных технологических решений. BMS контроллер является одним из ярчайших тому примеров.

Что являет собой BMS?

BMS – это специальная система, отвечающая за управление аккумуляторной батареей. Это понятие является слишком широким, поэтому сюда входит подавляющее большинство устройств, в той или иной степени обеспечивающих правильную эксплуатацию источников питания внутри устройства. К этому понятию относятся как простые защитные/балансировочные платы, так и технически сложные микроконтроллеры, вычисляющими остаточные циклы заряда и определяющими токи разряда. Ниже не будут рассмотрены технически сложные системы ввиду их специфичности. По большому счету, они крайне редко попадают в руки рядовых радиолюбителей, их целевая аудитория – крупные производители оборудования.

Системы, которые продаются везде, условно разделяются на 4 группы.

1. Балансир для li ion аккумуляторов.
2. Защита по напряжению или току.
3. Плата, отвечающая за обеспечение заряда.
4. Вариации устройств, перечисленных выше, включая объединение нескольких групп в единую систему.

Чем более функциональна и разветвленная защита, тем выше эксплуатационный ресурс аккумуляторной батареи.

Как работает BMS-контроллер?

В общей сложности, плата состоит из:

• защитной микросхемы;
• аналоговой обвязки, определяющей балансировку или ток источника питания;
• силового транзистора, отвечающего за отключение нагрузки в нужный момент.

Упрощенные схемы балансиров

Упрощенный балансир для аккумуляторов обычно разрабатывается на основе TL431. Задача резисторов R1 и R2 заключается в поддержке стабильного напряжения. Если имеющийся тип батареи несовместим с имеющимися резисторами, для нее можно выбрать другие резисторы. От транзистора передается эталонное напряжение, после чего, ближе к границе требуемого тока система приступает к постепенному открыванию транзистора. Тем самым она предотвращает превышение заданного мастером напряжения. При минимальном увеличении подаваемого тока транзисторное напряжение быстро увеличится.

К категории упрощенных балансиров подходят практически любые PNP-транзисторы, предназначенные для работы в пределах установленных токов/напряжений. Если источник питания должен получить ток 500 миллиампер, мощность транзистора составит 2.1 вольта. Идентичный уровень потеряет транзистор, вследствие чего систему надо снабдить небольшой системой охлаждения. При одноамперном зарядном токе или превышении этого значения увеличивается мощность потерь. Следовательно, с каждым разом системе будет сложнее избавляться от чрезмерной тепловой энергии. При выборе делителя напряжения необходимо ориентироваться на предельную величину напряжения ограничения, которого надо добиться.

Особенности схемы устройств для балансировки АКБ

В общей сложности, схема балансировки аккумулятора выступает в качестве стабилитрона повышенной мощности, на который подается низкоомная нагрузка. Посредством микросхем D1 ведется измерение напряжения на минусовой и плюсовой стороне аккумуляторной батареи. При достижении максимального значения открывается транзистор повышенной мощности, через который проходит все напряжение от зарядного устройства.

Учитывая небольшие размеры блоков, у мастеров появляется возможность без проблем устанавливать их на элемент. Правда, не стоит забывать о потенциале отрицательного полюса, появляющегося на корпусе источника питания. Важно проявлять максимальную осторожность в ходе установки систем общего радиатора. Обязательным условием является использование изоляции для транзисторных корпусов.

Защита по току

Есть несколько способов определения величины тока по линиям. Наиболее распространенным является шунт. Он фиксирует напряжение на резисторах, имеющее большую мощность и низкое сопротивление. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты. При проведении измерений, опираясь на эффект Холла, эти недостатки полностью устраняются, но это неизбежно приводит к удорожанию конструкции. Следовательно, наиболее популярным методом диагностики короткого замыкания на линиях является проверка напряжения, проседающего до полного нуля при коротком замыкании.

Благодаря современным контроллерам появляется возможность мгновенно измерить напряжение и предотвратить порчу как аккумулятора, так и питаемого устройства. Возможно использование шунта. Если BMS предназначается для высокоточных измерений, тут они не требуются. Все, что надо – это зафиксировать скачок напряжения выше предельного значения. При наступлении события автоматически срабатывает контроллер, отключая посредством транзисторов нагрузку.

Защита по напряжению

Тут разобраться в сути вопроса гораздо проще. Для измерения напряжения требуется минимум времени, так как процедура выполняется посредством аналогово-цифрового преобразователя. Но и здесь есть свои нюансы. Если контроллеры отвечают за защиту большой сборки аккумуляторов, соединенных между собой последовательно, тут они отдельно меряют напряжение на каждой банке. Учитывая минимальные различия в элементах, емкость также, хоть и минимально, но все же отличается. Результат – неравномерность разряда с риском высадки отдельного элемента «в ноль».

В некоторых системах не подключается нагрузка без дозарядки аккумуляторной батареи до установленного напряжения, когда триггер по переразряду сработает. Другими словами, одной подзарядки элемента на протяжении нескольких минут будет явно недостаточно для продления эксплуатации. Как правило, требуется зарядка до номинального напряжения.

Защита по температуре

В современном устройстве редко используется защита по температуре для зарядки литиевых аккумуляторов. С другой стороны, на аккумуляторах для смартфонов не просто так имеется третий контакт. Он вводит в цепь терморезистор, сопротивление которого зависит от величины окружающей температуры. Как правило, перегрев не наступает сам по себе. До его появления срабатывают другие защитные элементы.

Важно! Появление перегрева может спровоцировать короткое замыкание.

Как работает заряд батарей?

Аккумуляторы на литиевой основе заряжаются в два этапа. Первый – при постоянном токе, второй – при постоянном напряжении. На протяжении 1-го этапа устройство для зарядки плавно увеличивает напряжение так, чтобы батарея брала определенный ток. Доведя напряжение до четырех вольт, первый этап заканчивается, после чего наступает следующий – плавное поддержание напряжение аккумулятора на уровне 4.2 вольта.

Как только источник питания прекратит прием тока, система зарегистрирует это поведение как завершение зарядки. Реализация этого алгоритма также возможна с использованием обычных лабораторных блоков питания. Но это не всегда актуально, учитывая активное применение специализированных микросхем, предварительно настроенных под соблюдение четкой последовательности действий, указанных выше. Примером такой схемы является TP4056 – она может заряжать устройство, подавая ток величиной не более 1 А.

Что являет собой балансировка?

BMS контроллер оснащен еще одной, по мнению многих – самой интересной функцией. В многобаночных аккумуляторах предусмотрена функция балансировки элементов.

Что такое балансировка? Ее задача заключается в том, чтобы повысить общее напряжение сборки. Положительный эффект достигается за счет выравнивания напряжения каждого элемента. Многобаночные АКБ не состоят из элементов с идентичной емкостью – хоть и немного, но она все-таки отличается. Может возникнуть ситуация, когда один элемент зарядится полностью, в то время как другие еще нуждаются в доборе заряда.

Закон Ома дает понять, что когда такая сборка начнет разряжаться, те элементы, которые зарядились больше всего, примут на себя наивысший ток. При одном-двух циклах зарядки подобным образом с батареей вряд ли что-то случится. Но на длительной дистанции банки, постоянно принимающие наибольший объем энергии, постепенно начнут изнашиваться. Причем их износ окажется сильнее по сравнению с аккумуляторными банками, постоянно принимающими меньшее напряжение.

Важно! Во предотвращение негативных последствий проводится балансировка литий ионных аккумуляторов. Для этого используются специальные балансиры.

Разновидности балансиров – активные и пассивные

В общей сложности, активные и пассивные балансиры отличаются между собой в зависимости от принципа работы. Так, например, активный балансир для зарядки нормализует напряжение в элементах при зарядке. Суть следующая – когда одна банка полностью зарядится, балансир активирует подачу напряжения на другую банку, делая это до тех пор, пока все банки не будут равномерно заряжены. Моделисты пользуются зарядным устройством Imax B6, которое в режиме балансировки индивидуально диагностирует каждую банку.

А как работает балансир li ion аккумуляторов пассивного типа? Здесь все наоборот – выравнивание происходит при разрядке, когда ток проходит через группу резисторов. Преимущество заключается в отсутствии необходимости пользоваться внешним питанием. А благодаря использованию аналоговых элементов при сборке их точность значительно увеличивается.

Следовательно, алгоритм работы заряда батарей может отличаться между собой в зависимости от типа балансира.

Выводы

Если возникают сомнения в том, какая именно балансировочная плата подойдет к тому или иному устройству, при выборе необходимо ориентироваться на спектр задач, решаемых батареей, особенности конструкции источника питания и технические характеристики. На рынке представлен широкий спектр специальных контроллеров, способных обеспечить батарею равномерной подачей тока заряда.

Категорически запрещается игнорировать требования техники безопасности. Если установка защиты в устройствах, где ток потребления минимален – это правило хорошего тона, это не значит, что от нее можно отказаться и высокотоковом проекте. За счет обеспечения качественной защиты аккумуляторных батарей достигается не только продление срока эксплуатации, но и повышение общей безопасности при работе с источниками питания.

batteryzone.ru

Бмс Схемы Подключения — tokzamer.ru

ЗЫ: много текста, картинки без спойлеров.


Возможно использование шунта.

В течение первого этапа зарядное устройство постепенно поднимает напряжение таким образом, чтобы заряжаемый элемент брал заданный ток обычное рекомендованное значение равно 1 ёмкости аккумулятора.
Посылка из Китая — 4S 30A BMS Li-ion с балансиром

Чем более функциональна и разветвленная защита, тем выше эксплуатационный ресурс аккумуляторной батареи.

Шуруповерт работает, аккумулятор в защиту не уходит и нагрузки держит.

Китаец, наверное, указал в спецификации китайские амперы. Наиболее распространенным является шунт.

Благодаря современным контроллерам появляется возможность мгновенно измерить напряжение и предотвратить порчу как аккумулятора, так и питаемого устройства. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.

Что такое балансировка?

Обзор и тест BMS для электровелосипеда 10s li-ion

Recommended Posts

То, что продаётся повсеместно, условно можно разделить на четыре категории: балансиры платы, обеспечивающие заряд да, они тоже считаются устройствами BMS те или иные комбинации вышеперечисленных вариантов, вплоть до объединения всего в одно устройство Чем функциональней и разветвлённей защита — тем больше ресурс работы вашего аккумулятора. Зарядка и балансировка Зарядку я оставил родную от шуруповерта, она как раз выдает на холостом ходу около 17 вольт. Нельзя замыкать клеммы с разной полярностью как на самих аккумуляторах, так и на электродах , рекомендуется их залудить, либо произвести пайку до начала монтажа конструкции. Кстати, эти ножки очень хороши и в качестве именно ножек как ни странно : — упругие и совершенно не скользят.

Я замерял с резисторами, они добавляли пару ампер, но стенд уже разобран.

Аккумуляторы на литиевой основе заряжаются в два этапа.

Преимущество заключается в отсутствии необходимости пользоваться внешним питанием. Реализация этого алгоритма также возможна с использованием обычных лабораторных блоков питания.

Сборка LiFePO4 аккумулятора состоит в последовательно-параллельном соединении ячеек устройства.

Параллельное соединение не требует балансировки ячеек по параллелям, предполагает суммирование емкости, а параметр напряжения — неизменен. Так же оставил вертикальные вырезы для проводов, которые должны выходить от межбаночных соединений за пределы крышки.

Среди произошедших несчастных случаев с аккумуляторами например, электронных сигарет лишь небольшой процент обязан производственному браку, чаще всего неисправности возникают в результате неправильной эксплуатации.
Как подключить BMS (PCM) плату и собрать аккумулятор 12в lifepo4 своими руками

Join the conversation

Остальные ячейки, обозначенные зеленым цветом в момент остановки процесса заряда сохраняют текущий уровень емкости, а в момент его возобновления продолжают заряжаться. Вот такой аккумулятор мы сегодня собрали и разобрались как его можно зарядить.

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. Главное преимущество самостоятельной сборки батарей из отдельных ячеек состоит в возможности получения сборного аккумуляторного комплекта максимально приближенного к запросам пользователя с точки зрения рабочих параметров и емкости.

Поставил печататься на 3D-принтере из ABS и через несколько часов все было готово : Прикручивание всего навесного я решил не доверять шурупам и вплавил в корпус вот такие вставные гаечки М2. Но на длительной дистанции банки, постоянно принимающие наибольший объем энергии, постепенно начнут изнашиваться.

Для проверки я сначала сделал симуляцию этой части схемы: И вот что получил по результатам ее работы: По оси X — время в миллисекундах, по Y — напряжение в вольтах. Ток зарядки пока выставим примерно 55мА, потому как напряжение банок отличается и их нужно правильно сбалансировать. Красный был куплен как дублёр, со временем стал основным — держал до последнего разбора — из 10 банок две уже померли в ноль на тот момент, но аккум шурик крутил! Пробуйте и главное не спешите.

Некоторые модели BMS могут настраиваться под разные типы батарей уровни их напряжения, значения тока, емкость. Балансировка — это метод равномерного распределения заряда между всеми ячейками аккумуляторной батареи, благодаря чему максимально продлевается срок службы аккумулятора. BMS контроллер оснащен еще одной, по мнению многих — самой интересной функцией.

Что являет собой BMS?

Зеленая плата с индикаторами показывала только наличие питания, об окончании зарядки никогда не индицировала — пока оставил ее для той цели, но собираюсь выкинуть ее и воткнуть туда АмперВольтметр куплен, но нет времени ковыряться! Для управления процессом заряда и балансировки был последовательно включен ключ, открытие и закрытие которого осуществлялось по команде, поступающей от BMS. Полный размер Аккум установленный на зарядной базе и подключена балансировка Старый черный аккум, когда окончательно сел, был переделан в адаптер с кабелем и крокодилами для присоединения к автомобильному аккумулятору — поэтому я сначала посчитал что, если двигатель выдержал напряжение 14,2В от заведенного автомобиля, то должен выдержать и 16В — типа всё-равно эти 16 просядут до и будет нормуль!

Нагрузкой является сопротивление 1 Ом. Напряжение на каждой из ячеек, объединенных в литий-железо-фосфатную батарею, должно находиться в определенных пределах и быть равным между собой.

При последовательном же соединении равномерного распредения заряда между ячейками не происходит, в результате чего одни элементы остаются недозаряженными, а другие перезаряжаются. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.
Продолжение сборки аккумулятора (подключение BMS)

Принцип работы BMS-контроллеров

Что являет собой балансировка?

Получилась приличная такая щель: Теперь остается спаять все в кучу.

По выше описанному принципу начинает работать балансир.

BMS защищает батарею, предотвращая её выход за пределы безопасной работы. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты.

Статья по теме: Пуэ глубина заложения кабеля

Метки: переделка аккумулятора шуруповерта на литий

В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных. Теперь в случае перезаряда и перерязряда что для лития важно плата просто отключит нагрузку и аккумулятор останется рабочим. Ну да ладно, у меня есть отличная толстая нихромовая проволока, сейчас я напаяю ее кусок поверх резисторов-шунтов стоят два по 0. BMS может предотвратить опасный для аккумуляторной батареи процесс путем непосредственного влияния на неё или же подачи соответствующего сигнала о невозможности последующего использования аккумулятора к управляющему устройству контроллеру.

Как все это хозяйство соединить: Ну и пару слов о соединении. Ячейки с наименьшим уровнем заряда станут своеобразным «cлабым местом» аккумулятора: они будут быстро поддаваться разряду, в то время, когда аккумуляторные элементы большей емкости будут проходить только частичный разрядный цикл. Но проверять двигатель не стал и заменил его на двигатель 14,4В Старый и новый двигатель!

Научно-популярный журнал

Не новые изделия стоит протестировать на емкость. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты. Отверстия в пластике под эти гайки оставляются чуть меньше на 0.

Для этого используются специальные балансиры. Разновидности балансиров — активные и пассивные В общей сложности, активные и пассивные балансиры отличаются между собой в зависимости от принципа работы. Если бы у меня был шурик на NiCd банках, для переделки я бы выбрал красную платку, :- … Киса: Товар предоставлен для написания обзора магазином.
Обзор BMS контроллера заряда литий-ионных аккумуляторов 18650 3.7В.

tokzamer.ru

Сборка аккумулятора с BMS 4S 2P Li-ion 14,4В

Приветствую, Самоделкины!
Сейчас мы вместе с автором YouTube канала «Radio-Lab» будем собирать аккумулятор на 4 банки из отдельных Li-ion аккумуляторов 18650 с платой защиты, она же BMS.

Для будущих проектов автора такой аккумулятор будет нужен. В интернете он купил 8 вот таких Li-ion аккумуляторов из разборки, вроде фирмы Sanyo.

Банки б.у., но прогнав на заряднике — все нормально, еще будут работать, емкость примерно 2100 мАч. Плату защиты будем использовать вот такую из не дорогих со встроенным балансиром (что важно), есть защиты от перезаряда и переразряда.

Ток разряда заявлено до 30А, для большинства задач этого с запасом. Для увеличения емкости будем паять по два аккумулятора для каждой банки в параллель. Но сразу это делать нельзя, нужно выровнять уровни заряда аккумуляторов, чтобы они друг друга и испортили. Проще всего — это полностью зарядить все аккумуляторы и потом можно их соединять в параллель. Для зарядки, например, можно использовать вот такой простенький зарядник на основе популярной платки.

Заряженные аккумуляторы уже можно паять в параллель, паять такие аккумуляторы можно, но делать это нужно быстро.

Между собой аккумуляторы будем соединять с помощью двухсторонней клейкой ленты.


После этого паяем аккумуляторы в пары и получаем 4 отдельные банки для будущего 4S аккумулятора. Соединением аккумуляторов в параллель мы получаем увеличение емкости. Для таких сборок желательно брать аккумуляторы одной партии.

Дальше соединяем аккумуляторы так, чтобы получилась цепочка чередования плюс (+) и минус (-).

После этого соединяем все банки последовательно и в итоге получился один аккумулятор.

Суммарное напряжение всей сборки пока составляет 15,69 В, но чтобы этот аккумулятор работал долго, его нужно защищать. Для этой цели будем использовать вот такую плату BMS.


Как ее правильно подключить можно увидеть на рисунке выше. В первую очередь будем подключать силовые + и — сборки. Припаяем силовые + и — к аккумулятору и потом, соблюдая полярность, эти провода припаяем к контактам В+ и В- на плате, все удобно сделано.


Теперь очень важно правильно подключить провода для балансировки. Два крайних провода балансирного разъёма (они же силовые + и -) автор вытащил, они на плате BMS уже подключены к основным дорожкам и в данном случае не нужны.

Подключаем балансирный разъём и по схеме паяем балансировочные провода к аккумулятору, ничего сложного главное не спешить.

Если это сделать неправильно, то детали балансира начнут греться и могут поотлетать или сгореть. В итоге у нас получился вот такой уже защищенный аккумулятор. Теперь в случае перезаряда и перерязряда (что для лития важно) плата просто отключит нагрузку и аккумулятор останется рабочим. Так же есть защита от коротких замыканий.


К контактам Р+ и Р- припаяем провода, по которым будет производится зарядка и разрядка нашего аккумулятора.


И вот, аккумулятор собран, получилось вроде нормально. Дальше можно будет попробовать его зарядить. Для этого нужно использовать специальный блок питания с функцией зарядки для 4S Li-ion аккумуляторов. Но автор решил использовать обычный блок питания с напряжением 19В от ноутбука.

Подключать напрямую его к аккумулятору нельзя, нужно настроить напряжение зарядки и ограничить зарядный ток, а плата BMS этого не умеет и работает примерно, как реле на включение и выключение. Чтобы аккумулятор заряжался правильно, будем использовать вот такую дополнительную платку понижающего DC-DC преобразователя.

В ней есть необходимый алгоритм для зарядки Li-ion аккумуляторов, с настройкой напряжения и ограничением тока заряда. Напряжение одного заряженного аккумулятора составляет 4.2В, умножаем на 4 и получаем напряжение всей заряженной сборки. По расчетам это 16,8В, но для нормальной работы платы BMS возьмем значение 4,25В и настраиваем на выходе преобразователя значение немного выше.

Для удобства автор подписал где регулировка напряжения, а где тока. Напряжение выставляем 17,2В. Ток зарядки пока выставим примерно 55мА, потому как напряжение банок отличается и их нужно правильно сбалансировать.
Ток балансировки для этой платы указан в описании и составляет 60мА.


Во время балансировки начинают греться вот эти 8 резисторов:

При большом токе зарядки балансир может не успеть преобразовать лишнюю энергию зарядки в тепло и нормально отбалансировать банки. Измеряем напряжение каждой банки и можно увидеть, что они отличаются.

Балансировать их нужно обязательно, то есть дозарядить те, которые ниже по уровню напряжения, чтобы все было одинаково на всех банках. Без балансировки некоторые банки буду недозаряжены, и вся сборка не будет работать на полную. Вот теперь после всех настроек можно подключить платку понижающего DC-DС преобразователя к аккумулятору и начать процесс зарядки. Для удобства автор подписал где + а где -. Все подключаем и засветился синий светодиод, то есть идет ограничение по току, всего 55мА, которые были ранее настроены, хотя блок питания ноутбука отдает более 4А.

Напряжение на входе 19,6В, а на выходе преобразователя постепенно будет расти до уровня заряженного аккумулятора и по окончанию синий светодиод погаснет, засветится красный и плата BMS отключит аккумулятор.

Спустя несколько часов проверяем уровни напряжения на каждой банке.

Можно увидеть, что они выровнялись и составляют примерно 4,2В, аккумулятор практически заряжен и отбалансирован. Все работает.
Первый цикл зарядки аккумулятора желательно сделать малым током, а потом можно выставить ток выше, т.к. обычно дальше разброс на банках не большой и балансир успевает выровнять напряжения. После двух циклов автор настроил ток заряда на 2А и все банки зарядились одинаково, теперь этот аккумулятор можно использовать для питания разных устройств. Для теста подключим шуруповерт.


Шуруповерт работает, аккумулятор в защиту не уходит и нагрузки держит. Шуруповерт сам старый, на 1-й скорости автор остановить его не смог, а на 2-й скорости у него получилось остановить его рукой. Теперь давайте проверим защиту от коротких замыканий.

Защита есть. И когда короткого уже нет, то плата выходит из защиты и готова дальше питать устройства. Вот такой аккумулятор мы сегодня собрали и разобрались как его можно зарядить. Минусом все же можно считать малый ток балансировки именно на этой плате BMS, но это не страшно. В будущем этот аккумулятор точно пригодится.


Надеюсь было интересно и полезно. Пробуйте и главное не спешите. Полезные ссылки вы найдете в описании под видеороликом автора (ссылка ИСТОЧНИК). Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:

Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Высокотоковые аккумуляторы и универсальная BMS в переделке шуруповерта.

Завалялся у меня без дела старый шуруповерт «Спецмаш ДША 6016»-аккумуляторная батарея приказала долго жить еще лет пять назад, крышка от аккумуляторного блока развалилась. Вроде и выкинуть жалко, может пойдет на запчасти или сделать из него сетевой. Хотя в хозяйстве есть еще один рабочий шуруповерт, решил оживить ДША. Попробовать что получится, да второй может в перспективе тоже переделать( на нем уже менял пару NiСd элементов, скоро и эта батарея выйдет из строя).Если купить новый никель-кадмиевый аккумуляторный блок то цена его составит половину стоимости нового шуруповерта. А без шуруповерта как без рук -бытовые ремонты, работы в гараже, на даче и т.п.
Фото ДША

Можно в принципе и купить новый «Шурик» на литий ионных аккумуляторах, но имея два шуруповерта с еще нормальной механической частью решено было провести реконструкцию электроинструмента. Особо интересно попробовать сделать все это своими руками.
Изучив вопрос переделки на литий в сети, выбрал у китайцев комплектующие. Основными составляющими в той переделки являются качественные высокотоковые литий ионные аккумуляторы формата 18650 и надежная плата BMS с балансировкой элементов аккумуляторной сборки. Замерил рабочий ток моего шуруповерта и он составил 10-15Ампер. Я выбрал аккумуляторы типа Samsung INR18650-30Q 3000mAh 15A (спасибо обзорами на эту тему опубликованным ранее) и плату защиты и контроля заряда\разряда с балансировкой BMS 5S60-100A.

Схема подключения.
Я применил универсальную плату BMS, то есть можно включить ее по схеме на три, четыре или пять аккумуляторов(12Вольт,16,8Вольт или 18Вольт). Остается выбрать схему подключения в соответствие вашего шуруповерта.
ТТХ платы BMS
BMS 5S 60-100А, 21V Контроллер заряда разряда, плата защиты Li-Ion, LiFePO4 аккумулятора c балансиром
Контролер заряда разряда 5S Li-Ion, LiFePO4 для батареи из 5 штук Li-Ion аккумуляторов 21V 100А, LiFePO4 аккумуляторов 16V 100А
Простая переделка под 3S или 4S, при установке перемычек плата будет полноценно работать с 3S или 4S Li-ioN, LiFePO4 аккумуляторами.
Есть светодиодная индикация окончания заряда, когда происходит балансировка аккумуляторов.
Технические характеристики Li-ioN:
Максимальный ток: 60А, 80А с радиатором охлаждения.
Ток срабатывания защиты 100A.
Максимальное напряжение при зарядке: 4.2 В на один элемент
Минимальное напряжение при разрядке: 2.8V на один элемент
Напряжение восстановления 2.9V на один элемент
Ток балансировки 60mA.
Технические характеристики LiFePO4:
Ток срабатывания защиты 100A.
Максимальное напряжение при зарядке: 3.65V на один элемент
Минимальное напряжение при разрядке: 2.35V на один элемент
Напряжение восстановления 2.55V на один элемент
Ток балансировки 50mA.
Размер: 60х42×3 мм.

Перемычки у микросхемы

У микросхемы есть места запайки перемычек, обозначенные цифрами 4 и 3. По схеме 5S перемычки не устанавливаем. По схеме 4S перемычку припаиваем между контактами 4, ну а по схеме 3S припаиваем между контактами 3. Лучше и удобней схема с общим минусовым проводом на питание двигателя шуруповерта и зарядки аккумуляторов. Общий минус подключаем к площадке С-.

Литий –ионный аккумуляторы 18650 установил в пластмассовом боксе с перемычками(который был в комплекте с аккумуляторами), к которым также припаяны провода управления балансировкой. Можно соединить аккумуляторы между собой при помощи пайки, но нужно быстро припаять провода исключая перегрев корпуса аккумулятора. Можно применить точечную сварку или использовать готовый холдер. Силовые выводы лучше сделать из гибкого медного провода сечением 1,5-2,5 кв.мм, так как токи на двигатель шуруповерта в рабочем режиме большие.
.

После сборки всей схемы остается припаять два провода питания к клеммам отсека аккумуляторного блока. Я использовал два старых никель-кадмиевый аккумулятора с клеммной колодкой. Плюсовой провод припаял к плюсу аккумулятора а минусовой к металлическому корпусу другого аккумулятора. В результате эта конструкция плотно вошла на свое штатное место.
Колодка с аккум.

Плату контроллера BMS приклеил двухсторонним скотчем к пластмассовому аккумуляторному боксу. Вся эта конструкция плотно вошла в корпус старого аккумуляторного отсека. Чтобы не вывалилась закрепил металлической полоской. Нижняя крышка аккумуляторного отсека была давно утеряна-позже надо будет сделать самодельную.

До установки платы BMS и аккумуляторов в штатный отсек провел зарядку проверку работы всей схемы. После источника питания лучше всего включить плату заряда. Это даст стабилизированное напряжение ( в моем случае 16,8Вольт) и ограничит ток заряда аккумуляторов.

Для этого на холостом ходу выставляем регулятором напряжения 16,8Вольт а регулятором тока нужный зарядный ток -1,5Ампера. Для литий ионных аккумуляторов других марок выставляем согласно собственных технических данных.
Можно установить эту плату в штатное зарядное устройство шуруповерта.

Для контроля степени заряда аккумуляторов можно установить в аккумуляторный отсек минивольтметр или индикатор заряда. Чтобы не было лишнего потребления тока с его стороны, можно включить через выключатель или кнопку. Индикатор заряда выпускается в исполнении 3s/4s/5s.

Плата контроллера BMS в конце зарядки проводит балансировку всех элементов аккумуляторной батареи, чтобы все ячейки зарядились одинаково. Ячейка набравшая полный заряд шунтируется схемой (загорится соответствующий светодиод).

Зарядная энергия переходит к элементам имеющий меньшее напряжение. Уже зарядившиеся ячейки получат меньший ток чем недозаряженные (ток балансировки -60mA). Это процесс будет проходить пока все элементы аккумуляторной батареи не будут иметь заданный уровень напряжения.
В конце балансировки все светодиоды платы будут гореть.

Контроллер BMS управляет батареей –осуществляет балансировку, контролирует температуру перегрева банок и защищает от перегрузок. Все эти функции значительно повышает срок эксплуатации аккумуляторов.На плате BMS с обратной стороны есть контакты NTC предназначенные для подключения датчика термореле. Этим датчиком можно контролировать температуру самих аккумуляторов.
Плюсом данной конструкции считаю, что применение данных аккумуляторов даст стабильную работу и достаточную емкость( в два раза больше против штатных никель-кадмиевыми (NiCd) аккумуляторов).А. универсальная плата BMS-3s/4s/5s позволит работать без лишних уходов в защиту при резком старте и увеличении механической нагрузки на шуруповерт. С данной платой можно переделать любой «Шурик», рассчитанный на напряжение от 12Вольт до 18Вольт. Минусом может будет сама цена на аккумуляторы, но мне попались я думаю оригиналы(за несколько месяцев эксплуатации никаких нареканий нет).
Подробнее процесс работы BMS и тест переделанного шуруповерта можно посмотреть в видео youtu.be/Kw_ZWyZmQ7U

Всем желаю здоровья и успехов в покупках и спасибо за потраченное время!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

mysku.ru

Принцип работы системы контроля заряда АКБ (BMS)

Сегодня в России наблюдается рост производителей автономных электротранспортных средств малой и средней мощности. К таковым относятся не только электромобили и городской транспорт. Электротяга успешно используется для реализации погрузчиков, складской и сельскохозяйственной техники, в рыболовной и охотничьей сферах для бесшумной охоты и рыбалки (багги, лодки, квадроциклы), а также в спортивной и развлекательной сферах.

Производители большинства данных транспортных средств используют электропривод средней мощности и литиевые аккумуляторы в качестве источников питания. Для обеспечения корректной и безопасной работы такой системы требуется контроль заряда каждой ячейки аккумуляторной батареи. Большинство производителей использует для этого готовые системы контроля (BMS) зарубежного производства (КНР, США, Германия).

Наиболее эффективные литиевые источники питания, широко используемые в электротранспорте, по природе своей выдают рабочее напряжение порядка 3,2…4 В. Для обеспечения работы электропривода на большем напряжении их соединяют последовательно. При такой конфигурации в батарее, в случае изменения параметров одной или нескольких ячеек, может возникать дисбаланс – перезаряд, переразряд ячеек, достигающий в худшем случае 30%. Такой режим существенно (в разы) снижает ресурс аккумуляторной батареи.

Система BMS позволяет осуществлять контроль и балансировку заряда последовательно и параллельно-последовательно соединенных аккумуляторных ячеек батареи автономного электротранспортного средства.

Можно выделить 2 основных типа балансировок аккумуляторных ячеек: активная и пассивная.

При достижении порового напряжения система пассивной балансировки начинает рассеивать энергию на резисторе в виде тепла, при этом процесс заряда прекращается, далее достигнув напряжения нижнего порога система вновь начинает заряд всей батареи. Процесс заряда прекращается, когда напряжение всех ячеек находится в требуемом диапазоне.

Пассивная балансировка – система однонаправленная, она может только поглощать заряд ячейки. Активная система балансировки использует двунаправленные преобразователи постоянного тока, тем самым позволяя из более заряженной ячейки направлять энергию в более разряженную ячейку под управлением микроконтроллера BMS. Матричный коммутатор обеспечивает маршрутизацию зарядов в ячейку или из нее. Коммутатор подключен к DC-DC преобразователю, который регулирует ток, он может быть и положительный, когда ячейку нужно зарядить, отрицательный, когда необходимо разрядить. Вместо использования резистора и рассеивания тепла, величина тока перетекающего при зарядке-разрядке контролируется алгоритмом балансировки нагрузки.

Наиболее широкое распространение получили аналоговые системы пассивной балансировки. На рисунке приведена типовая система и её характеристики.

Нами была разработана математическая модель аккумуляторной батареи, состоящей из 16 LiFePO4 ячеек, контроль заряда которой осуществлялся посредством пассивной BMS. Математическая модель аккумуляторной LiFePO4 ячейки в системе Matlab—Simulink учитывает нелинейные зарядочные и разрядочные характеристики батареи, соответствующие данному типу ячеек, внутреннее сопротивление, а также текущий уровень максимальной емкости, изменяющийся во время жизненного цикла ячейки.

К каждой из ячеек параллельно был подключен пассивный балансир. Для управления процессом заряда и балансировки был последовательно включен ключ, открытие и закрытие которого осуществлялось по команде, поступающей от BMS. Исследование проводилось для заключительного этапа заряда аккумуляторной батареи от идеального источника напряжения.

Осциллограммы процесса заряда АКБ, состоящей из 16 LiFePO4 ячеек, одна из которых была «повреждена» и имела меньшую емкость

На рисунке приведен случай, когда у одной из ячеек были изменены параметры, в частности, моделировался случай потери емкости и увеличения внутреннего сопротивления, что может случиться в реальной жизни, например, в результате удара или вследствие перегрева.

Поврежденная ячейка заряжается быстрее и первой достигает требуемого напряжения. Однако, дальнейший заряд ее не происходит. По выше описанному принципу начинает работать балансир. Остальные ячейки, обозначенные зеленым цветом в момент остановки процесса заряда сохраняют текущий уровень емкости, а в момент его возобновления продолжают заряжаться.

Когда уровень напряжения всех ячеек достигает требуемого диапазона, процесс заряда останавливается

blog.e-karting.ru

Очередная переделка шуруповерта на литий + решаем проблемы платы BMS

Давно не было обзора переделки шуруповерта на литий 🙂
Обзор посвящен в основном плате BMS, но будут ссылки и еще на некоторые мелочи, задействованные в переводе моего старого шуруповерта на литиевые батареи формата 18650.
Коротко — эту плату брать можно, после небольшого допиливания она вполне нормально работает в шуруповерте.
ЗЫ: много текста, картинки без спойлеров.

P.S. Обзор почти юбилейный на сайте — 58000-й, если верить адресной строке браузера 😉

Зачем все это

Трудится у меня уже несколько лет купленный в строймаге по дешевке безымянный двухскоростной шуруповерт на 14.4 вольта. Точнее, не прям совсем безымянный — на нем проставлена марка этого строймага, но и не какой-то именитый. На удивление живуч, до сих пор не сломался и выполняет все, что я от него требую — и сверление, и закручивание-раскручивание шурупов, и как намотчик трудится 🙂

Но вот его родные NiMH аккумуляторы так долго работать не захотели. Один из двух комплектных окончательно сдох год назад после 3 лет эксплуатации, второй в последнее время уже не жил, а существовал — полной зарядки хватало на 15-20 минут работы шуруповерта с перерывами.
Сначала я хотел обойтись малыми силами и просто заменить старые банки на такие же новые. Купил вот эти у вот этого продавца — aliexpress.com/item/Russian-seller-18-pcs-Sub-C-SC-battery-1-2V-1300mAh-Ni-Cd-NiCd-Rechargeable-Battery/32660234790.html
Они отлично работали (хотя и немного хуже родных) целых два или три месяца, после чего сдохли быстро и полностью — после полного заряда их не хватало даже на закрутить десяток шурупов. Не рекомендую брать у него аккумуляторы — хотя емкость изначально соответствовала обещанной, долго они не протянули.
И я понял, что придется все-таки заморочиться.

Ну и теперь о главном 🙂

Повыбирав на Ал

mysku.me