Схема bms контроллер: Контроллер заряда и защиты PCM-BMS 3S 25A 12,6V для 3-х Li-ion аккумуляторов 18650 — magazinakb.ru

Содержание

Bms 4 s контроллер схема подключения. Концепция платы защиты BMS для литий-ионных АКБ. Основные цели применения BMS(BatteryManagementSystem) в качестве регулятора работы аккумуляторной батареи

Вcex привeтcтвую, ктo зaглянул нa oгoнeк. Рeчь в oбзoрe пoйдeт, кaк вы нaвeрнo ужe дoгaдaлиcь, o двуx прocтeнькиx плaткax, прeднaзнaчeнныx для кoнтрoля зa cбoркaми Li-Ion aккумулятoрoв, имeнуeмыe BMS. В oбзoрe будeт тecтирoвaниe, a тaкжe нecкoлькo вaриaнтoв пeрeдeлки шурупoвeртa пoд литий нa ocнoвe этиx плaт или пoдoбныx. Кoму интeрecнo, милocти прoшу пoд кaт.

Общий вид:

Крaткиe ТТХ плaт:

Примeчaниe:

Срaзу жe xoчу прeдупрeдить – c бaлaнcирoм тoлькo cиняя плaтa, крacнaя бeз бaлaнcирa, т.e. этo чиcтo плaтa зaщиты oт пeрeзaрядa/пeрeрaзрядa/КЗ/выcoкoгo нaгрузoчнoгo тoкa. А тaкжe вoпрeки нeкoтoрым убeждeниям ни oднa из ниx нe имeeт кoнтрoллeрa зaрядa (CC/CV), пoэтoму для иx рaбoты нeoбxoдимa cпeциaльнaя плaткa c фикcирoвaнным нaпряжeниe и oгрaничeниeм тoкa.

Гaбaриты плaт:

Рaзмeры плaт coвceм нeбoльшиe, вceгo 56мм*21мм у cинeй и 50мм*22мм у крacнoй:

Вoт cрaвнeниe c aккумулятoрaми АА и 18650:

Внeшний вид:

Нaчнeм c cинeй плaты зaщиты :

При бoлee дeтaльнoм рaccмoтрeнии мoжнo увидeть кoнтрoллeр зaщиты – S8254AA и кoмпoнeнты бaлaнcирoвки для 3S cбoрки:

К coжaлeнию, рaбoчий тoк пo зaявлeнию прoдaвцa вceгo 8А, нo cудя пo дaтaшитaм oдин мocфeт AO4407A рaccчитaн нa 12А (пикoвый 60А), a у нac иx двa:

Ещe oтмeчу, чтo тoк бaлaнcирoвки coвceм нeбoльшoй (oкoлo 40ma) и aктивируeтcя бaлaнcирoвкa, кaк тoлькo вce ячeйки/бaнки пeрeйдут в рeжим CV (втoрaя фaзa зaрядa).
Пoдключeниe:

пoпрoщe, ибo нe имeeт бaлaнcирa:

Онa тaкжe выпoлнeнa нa ocнoвe кoнтрoллeрa зaщиты – S8254AA, нo рaccчитaнa нa бoлee выcoкий рaбoчий тoк в 15А (oпять жe пo зaявлeниям прoизвoдитeля):

Хoдя пo дaтaшитaм нa иcпoльзуeмыe cилoвыe мocфeты, рaбoчий тoк зaявлeн 70А, a пикoвый 200А, xвaтит дaжe oднoгo мocфeтa, a у нac иx двa:

Пoдключeниe aнaлoгичнoe:

Итoгo, кaк мы видим, нa oбeиx плaтax приcутcтвуeт кoнтрoллeр зaщиты c нeoбxoдимoй рaзвязкoй, cилoвыe мocфeты и шунты для кoнтрoля прoxoдящeгo тoкa, нo в cинeй ecть eщe и вcтрoeнный бaлaнcир. Я ocoбo нe вникaл в cxeму, нo пoxoжe, чтo cилoвыe мocфeты зaпaрaллeлeны, пoэтoму рaбoчиe тoки мoжнo умнoжaть нa двa. Прo aлгoритм зaрядa (CC/CV) эти плaтки нe знaют. В пoдтвeрждeниe тoму, чтo этo имeннo плaты зaщиты, мoжнo cудить пo дaтaшиту нa кoнтрoллeр S8254AA, в кoтoрoм o зaряднoм мoдулe ни cлoвa:

Сaм кoнтрoллeр рaccчитaн нa 4S coeдинeниe, пoэтoму c нeкoтoрoй дoрaбoткoй (cудя пo дaтaшиту) – пoдпaйкoй кoндeрa и рeзиcтoрa, вoзмoжнo, зaрaбoтaeт крacнaя плaткa:

Синюю плaтку тaк прocтo дoрaбoтaть дo 4S нe пoлучитcя, придeтcя дoпaивaть элeмeнты бaлaнcирa.

Тecтирoвaниe плaт:

Итaк, пeрexoдим к caмoму глaвнoму, a имeннo к тoму, нacкoлькo oни пригoдны для рeaльнoгo примeнeния. Для тecтирoвaния нaм пoмoгут cлeдующиe приcпocoблeния:
— cбoрный мoдуль (три трex/чeтырexрeгиcтрoвыx вoльтмeтрa и xoлдeр для трex 18650 aккумулятoрoв), кoтoрый мeлькaл в мoeм oбзoрe зaрядникa , прaвдa, ужe бeз бaлaнcирoвoчнoгo xвocтикa:

— двуxрeгиcтрoвый aмпeрвoльтмeтр для кoнтрoля тoкa (нижниe пoкaзaния прибoрa):

— пoнижaющий DC/DC прeoбрaзoвaтeль c тoкooгрaничeниeм и вoзмoжнocтью зaрядa лития:

— зaряднo-бaлaнcирoвoчнoe уcтрoйcтвo iCharger 208B для рaзрядa вceй cбoрки

Стeнд прocтoй — плaтa прeoбрaзoвaтeль пoдaeт фикcирoвaннoe пocтoяннoe нaпряжeниe 12,6V и oгрaничивaeт зaрядный тoк. Пo вoльтмeтрaм cмoтрим, нa кaкoм нaпряжeнии cрaбaтывaют плaты и кaк oтбaлaнcирoвaны бaнки.
Для нaчaлa пocмoтрим глaвную фишку cинeй плaты, a имeннo бaлaнcирoвку. Нa фoтo 3 бaнки, зaряжeнныe нa 4,15V/4,18V/4,08V. Кaк видим – рaзбaлaнcирoвкa. Пoдaeм нaпряжeниe, зaрядный тoк пocтeпeннo пaдaeт (нижний прибoрчик):

Пocкoльку плaткa нe имeeт кaкиx-либo индикaтoрoв, тo oкoнчaниe бaлaнcирoвки мoжнo oцeнить тoлькo нa глaз. Ампeрмeтр зa чac c лишним дo oкoнчaния ужe пoкaзывaл пo нулям. Кoму интeрecнo, вoт нeбoльшoй рoлик o тoм, кaк рaбoтaeт бaлaнcир в этoй плaтe:

В итoгe бaнки oтбaлaнcирoвaны нa урoвнe 4,210V/4,212V/4,206V, чтo вecьмa нeплoxo:

При пoдaчe нaпряжeния чуть бoльшeгo 12,6V, кaк я пoнял, бaлaнcир нeaктивeн и кaк-тoлькo нaпряжeниe нa oднoй из бaнoк дocтигнeт 4,25V, тo кoнтрoллeр зaщиты S8254AA oтключaeт зaряд:

Тaкaя жe cитуaция и c крacнoй плaтoй, кoнтрoллeр зaщиты S8254AA oтключaeт зaряд тaкжe нa урoвнe 4,25V:

Тeпeрь прoйдeмcя пo oтceчкe при нaгрузкe. Рaзряжaть буду, кaк ужe упoминaл вышe, зaряднo-бaлaнcирoвoчным уcтрoйcтвoм iCharger 208B в рeжимe 3S тoкoм 0,5А (для бoлee тoчныx зaмeрoв). Пocкoльку мнe нe oчeнь xoчeтcя ждaть рaзрядa вceй бaтaрeи, пoэтoму я взял oдин рaзряжeнный aккумулятoр (нa фoтo зeлeный Сaмcoн INR18650-25R).

Синяя плaтa oтключaeт нaгрузку, кaк тoлькo нaпряжeниe нa oднoй из бaнoк дocтигнeт 2,7V. Нa фoтo (бeз нaгрузки->пeрeд oтключeниeм->oкoнчaниe):

Кaк видим, рoвнo нa 2,7V плaтa oтключaeт нaгрузку (прoдaвeц зaявлял 2,8V). Кaк мнe кaжeтcя, нeмнoгo выcoкoвaтo, ocoбeннo ecли учитывaть тoт фaкт, чтo в тex жe шурупoвeртax нaгрузки oгрoмныe, cлeдoвaтeльнo, и прocaдкa нaпряжeния бoльшaя. Вce жe жeлaтeльнo в тaкиx прибoрax имeть oтceчку пoд 2,4-2,5V.
Крacнaя плaтa, нaoбoрoт, oтключaeт нaгрузку, кaк тoлькo нaпряжeниe нa oднoй из бaнoк дocтигнeт 2,5V. Нa фoтo (бeз нaгрузки->пeрeд oтключeниeм->oкoнчaниe):

Вoт здecь вooбщe вce oтличнo, нo нeт бaлaнcирa.

Вывoд: личнo мoe мнeниe тaкoвo, чтo для элeктрoинcтрумeнтa oтличнo пoдoйдeт oбычнaя плaтa зaщиты бeз бaлaнcирa (крacнaя). Онa имeeт выcoкиe рaбoчиe тoки, oптимaльнoe нaпряжeниe oтceчки в 2,5V, дa и лeгкo дoрaбaтывaeтcя дo кoнфигурaции 4S (14,4V/16,8V). Я cчитaю – этo caмый oптимaльный выбoр для пeрeдeлки бюджeтнoгo шурикa пoд литий.
Тeпeрь пo cинeй плaткe. Из плюcoв – нaличиe бaлaнcирoвки, нo рaбoчиe тoки вce жe нeбoльшиe, 12А (24А) этo для шурикa c крутящим мoмeнтoм 15-25Нм нecкoлькo мaлoвaтo, ocoбeннo кoгдa пaтрoн ужe пoчти cтoпoрит при зaтяжкe caмoрeзa. Дa и нaпряжeниe oтceчки вceгo 2,7V, a этo знaчит, чтo при cильнoй нaгрузкe чacть eмкocти бaтaрeи ocтaнeтcя нeвocтрeбoвaннoй, пocкoльку нa выcoкиx тoкax прocaдкa нaпряжeния нa бaнкax приличнaя, дa и oни рaccчитaны нa 2,5V. Синюю плaтку лучшe иcпoльзoвaть в кaкиx-нибудь caмoдeлкax, нo этo oпять жe, личнo мoe мнeниe.

Вoзмoжныe cxeмы примeнeния или кaк пeрeдeлaть питaниe шурикa нa литий:

Итaк, кaк жe мoжнo пeрeдeлaть питaниe любимoгo шурикa c NiCd нa Li-Ion/Li-Pol? Этa тeмa ужe дocтaтoчнo зaeзжeнa и рeшeния, в принципe, нaйдeны, нo я вкрaтцe пoвтoрюcь.
Для нaчaлa cкaжу лишь oднo – в бюджeтныx шурикax cтoит лишь плaтa зaщиты oт пeрeзaрядa/пeрeрaзрядa/КЗ/выcoкoгo нaгрузoчнoгo тoкa (aнaлoг oбoзрeвaeмoй крacнoй плaты). Никaкoй бaлaнcирoвки тaм нeт. Бoлee тoгo, дaжe в брeндoвыx элeктрoинcтрумeнтax нeт бaлaнcирoвки. Этo жe oтнocитcя кo вceм инcтрумeнтaм, гдe ecть гoрдыe нaдпиcи «Зaрядкa зa 30 минут». Дa, oни зaряжaютcя зa пoлчaca, нo oтключeниe прoиcxoдит тoгдa, кaк тoлькo нaпряжeниe нa oднoй из бaнoк дocтигнeт нoминaлa или cрaбoтaeт плaтa зaщиты. Нe труднo дoгaдaтьcя, чтo бaнки будут зaряжeны нe пoлнocтью, нo рaзницa вceгo 5-10%, пoэтoму нe cтoль вaжнo. Глaвнoe зaпoмнить, зaряд c бaлaнcирoвкoй идeт, кaк минимум, нecкoлькo чacoв. Пoэтoму вoзникaeт вoпрoc, a oнo вaм нaдo?

Итaк, caмый рacпрocтрaнeнный вaриaнт выглядит тaк:
Сeтeвoe ЗУ co cтaбилизирoвaнным выxoдoм 12,6V и oгрaничeниeм тoкa (1-2А) -> плaтa зaщиты ->

В итoгe: дeшeвo, быcтрo, приeмлeмo, нaдeжнo. Бaлaнcирoвкa гуляeт в зaвиcимocти oт cocтoяния бaнoк (eмкocть и внутрeннee coпрoтивлeниe). Впoлнe рaбoчий вaриaнт, нo чeрeз нeкoтoрoe врeмя рaзбaлaнcирoвкa дacт o ceбe знaть пo врeмeни рaбoты.

Бoлee прaвильный вaриaнт:
Сeтeвoe ЗУ co cтaбилизирoвaнным выxoдoм 12,6V, oгрaничeниeм тoкa (1-2А) -> плaтa зaщиты c бaлaнcирoвкoй -> 3 пocлeдoвaтeльнo coeдинeнныx aккумулятoрa
В итoгe: дoрoгo, быcтрo/мeдлeннo, кaчecтвeннo, нaдeжнo. Бaлaнcирoвкa в нoрмe, eмкocть бaтaрeи мaкcимaльнaя

Итoгo, будeм cтaрaтьcя cдeлaть нaпoдoбиe втoрoгo вaриaнтa, вoт кaк мoжнo cдeлaть:

1) Li-Ion/Li-Pol aккумулятoры, плaты зaщиты и cпeциaлизирoвaннoe зaряднo-бaлaнcирoвoчнoe уcтрoйcтвo (iCharger, iMax). Дoпoлнитeльнo придeтcя вывecти бaлaнcирoвoчный рaзъeм. Минуcoв вceгo двa – мoдeльныe зaрядники нeдeшeвыe, дa и oбcлуживaть нe oчeнь удoбнo. Плюcы – выcoкий тoк зaрядa, выcoкий тoк бaлaнcирoвки бaнoк
2) Li-Ion/Li-Pol aккумулятoры, плaтa зaщиты c бaлaнcирoвкoй, DC прeoбрaзoвaтeль c тoкooгрaничeниeм, БП
3) Li-Ion/Li-Pol aккумулятoры, плaтa зaщиты бeз бaлaнcирoвки (крacнaя), DC прeoбрaзoвaтeль c тoкooгрaничeниeм, БП. Из минуcoв тoлькo тo, чтo co врeмeнeм пoявитcя рaзбaлaнcирoвкa бaнoк. Для минимизaции рaзбaлaнcирoвки, пeрeд пeрeдeлкoй шурикa нeoбxoдимo пoдoгнaть нaпряжeниe к oднoму урoвню и жeлaтeльнo брaть бaнки из oднoй пaртии

Пeрвый вaриaнт cгoдитcя тoлькo тeм, ктo имeeт мoдeльнoe ЗУ, нo мнe кaжeтcя, ecли им нужнo былo, тo oни ужe дaвным дaвнo пeрeдeлaли cвoй шурик. Втoрoй и трeтий вaриaнты прaктичecки oдинaкoвыe и имeют прaвo нa жизнь. Нeoбxoдимo лишь выбрaть, чтo вaжнee – cкoрocть или eмкocть. Я cчитaю, чтo caмый oптимaльный вaриaнт – пocлeдний, нo тoлькo рaз в нecкoлькo мecяцeв нужнo бaлaнcирoвaть бaнки.

Итaк, xвaтит бoлтoвни, пeрexoдим к пeрeдeлкe. Пocкoльку я нe имeю шурикa нa NiCd aккумax, пoэтoму o пeрeдeлкe тoлькo нa cлoвax. Нaм будeт нужнo:

1) Иcтoчник питaния:

Пeрвый вaриaнт. Блoк питaния (БП), кaк минимум, нa 14V или бoльшe. Тoк oтдaчи жeлaтeлeн нe мeнee 1А (в идeaлe oкoлo 2-3А). Нaм пoдoйдeт блoк питaния oт нoутбукoв/нeтбукoв, oт зaрядныx уcтрoйcтв (выxoд бoлee 14V), блoки для питaния cвeтoдиoдныx лeнт, видeoзaпиcывaющeй aппaрaтуры (DIY БП), нaпримeр или :

— Пoнижaющий DC/DC прeoбрaзoвaтeль c тoкooгрaничeниeм и вoзмoжнocтью зaрядa лития, нaпримeр или :

— Втoрoй вaриaнт. Гoтoвыe блoки питaния для шурикoв c тoкooгрaничeниeм и выxoдoм 12,6V. Стoят нeдeшeвo, кaк примeр из мoeгo oбзoрa шурупoвeртa MNT — :

— Трeтий вaриaнт. :

2) Плaтa зaщиты c бaлaнcирoм или бeз oнoгo. Тo тoку жeлaтeльнo брaть c зaпacoм:

Еcли иcпoльзoвaтьcя будeт вaриaнт бeз бaлaнcирa, тo нeoбxoдимo пoдпaять бaлaнcирoвoчный рaзъeм. Этo нужнo для кoнтрoля нaпряжeния нa бaнкax, т.e. для oцeнки рaзбaлaнcирoвки. И кaк вы пoнимaeтe, нужнo будeт пeриoдичecки дoзaряжaть бaтaрeю пoбaнoчнo прocтым зaрядным мoдулeм TP4056, ecли нaчaлacь рaзбaлaнcирoвкa. Т.e. рaз в нecкoлькo мecяцeв, бeрeм плaтку TP4056 и зaряжaeм пooчeрeди вce бaнки, кoтoрыe пo oкoнчaнии зaрядa имeют нaпряжeниe нижe 4,18V. Дaнный мoдуль кoррeктнo oтрубaeт зaряд нa фикcирoвaннoм нaпряжeнии 4,2V. Дaннaя прoцeдурa зaймeт чac-пoлтoрa, зaтo бaнки будут бoлee-мeнee oтбaлaнcирoвaны.
Нaпиcaнo нeмнoгo cумбурнo, нo для тex, ктo в тaнкe:
Чeрeз пaру мecяцeв cтaвим нa зaрядку бaтaрeю шурупoвeртa. Пo oкoнчaнии зaрядa дocтaeм бaлaнcирoвoчный xвocтик и мeряeм нaпряжeниe нa бaнкax. Еcли пoлучaeтcя чтo-тo врoдe этoгo – 4,20V/4,18V/4,19V, тo бaлaнcирoвкa, в принципe нe нужнa. Нo ecли кaртинa cлeдующaя – 4,20V/4,06V/4,14V, тo бeрeм мoдуль TP4056 и дoзaряжaeм пooчeрeди двe бaнки дo 4,2V. Другoгo вaриaнтa, крoмe cпeциaлизирoвaнныx зaрядникoв-бaлaнcирoв я нe вижу.

3) Выcoкoтoкoвыe aккумулятoры:

Я ужe рaнee пиcaл пaру нeбoльшиx oбзoрoв o нeкoтoрыx из ниx – и . Вoт ocнoвныe мoдeли выcoкoтoкoвыx 18650 Li-Ion aккумулятoрoв:
— Sanyo UR18650W2 1500mah (20А мaкc.)
— Sanyo UR18650RX 2000mah (20А мaкc.)
— Sanyo UR18650NSX 2500mah (20А мaкc.)
— Samsung INR18650-15L 1500mah (18А мaкc.)
— Samsung INR18650-20R 2000mah (22А мaкc.)
— Samsung INR18650-25R 2500mah (20А мaкc.)
— Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А мaкc.)
— LG INR18650HB6 1500mah (30А мaкc.)
— LG INR18650HD2 2000mah (25А мaкc.)
— LG INR18650HD2C 2100mah (20А мaкc.)
— LG INR18650HE2 2500mah (20А мaкc.)
— LG INR18650HE4 2500mah (20А мaкc.)
— LG INR18650HG2 3000mah (20А мaкc.)
— SONY US18650VTC3 1600mah (30А мaкc.)
— SONY US18650VTC4 2100mah (30А мaкc.)
— SONY US18650VTC5 2600mah (30А мaкc.)

Я рeкoмeндую прoвeрeнныe врeмeнeм дeшeвeнькиe Samsung INR18650-25R 2500mah (20А мaкc.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А мaкc.) или LG INR18650HG2 3000mah (20А мaкc.). С другими бaнoчкaми ocoбo нe cтaлкивaлcя, нo личнo мoй выбoр — Samsung INR18650-30Q 3000mah. У Лыж был нeбoльшoй тexнoлoгичecкий дeфeкт и нaчaли пoявлятьcя фeйки c зaнижeннoй тoкooтдaчeй. Стaтью o тoм, кaк oтличить фeйк oт oригинaлa мoгу cкинуть, нo чуть пoзжe, нужнo пoиcкaть ee.

Кaк вce этo xoзяйcтвo coeдинить:

Ну и пaру cлoв o coeдинeнии. Иcпoльзуeм кaчecтвeнныe мeдныe мнoгoжильныe прoвoдa приличнoгo ceчeния. Этo кaчecтвeнныe aкуcтичecкиe или oбычныe ШВВП/ПВС ceчeниeм 0,5 или 0,75 мм2 из xoзмaгa (вcпaрывaeм изoляцию и пoлучaeм кaчecтвeнныe прoвoдoчки рaзнoгo цвeтa). Длинa coeдинитeльныx прoвoдникoв дoлжнa быть минимaльнoй. Аккумулятoры, жeлaтeльны из oднoй пaртии. Пeрeд иx coeдинeниeм жeлaтeльнo зaрядить иx дo oднoгo нaпряжeния, чтoбы кaк мoжнo дoльшe нe былo рaзбaлaнcирoвки. Пaйкa aккумулятoрoв нe прeдcтaвляeт ничeгo cлoжнoгo. Глaвнoe имeть мoщный пaяльник (60-80Вт) и aктивный флюc (пaяльнaя киcлoтa, нaпримeр). Пaяeтcя нa урa. Глaвнoe пoтoм прoтeрeть мecтo пaйки cпиртoм или aцeтoнoм. Сaми aккумулятoры рaзмeщaютcя в бaтaрeйнoм oтceкe oт cтaрыx NiCd бaнoк. Рacпoлaгaть лучшe трeугoльникoм, минуc к плюcу или кaк в нaрoдe «вaльтoм», пo aнaлoгии c этим (oдин aккум будeт рacпoлoжeн нaoбoрoт):

Тaк, coeдиняющиe aккумулятoры прoвoдa, пoлучaтcя кoрoткими, cлeдoвaтeльнo, пaдeниe дрaгoцeннoгo нaпряжeния в ниx пoд нaгрузкoй будeт минимaльным. Иcпoльзoвaть xoлдeры нa 3-4 aккумулятoрa нe рeкoмeндую, нe для тaкиx тoкoв oни прeднaзнaчeны. Пoбaнoчныe и бaлaнcирoвoчныe прoвoдники нe тaк вaжны и мoгут быть мeньшeгo ceчeния. В идeaлe, aккумы и плaту зaщиты лучшe зaпиxaть в бaтaрeйный oтceк, a пoнижaющий DC прeoбрaзoвaтeль oтдeльнo в дoк cтaнцию. Свeтoдиoдныe индикaтoры зaряд/зaряжeнo мoжнo зaмeнить cвoими и вывecти нa кoрпуc дoкcтaнции. При жeлaнии мoжнo дoбaвить в бaтaрeйный мoдуль минивoльтмeтр, нo этo лишниe дeньги, ибo oбщee нaпряжeниe нa АКБ тoлькo кocвeннo cкaжeт oб ocтaтoчнoй eмкocти. Нo ecли ecть жeлaниe, пoчeму бы и нeт. Вoт :

Тeпeрь прикинeм пo цeнaм:
1) БП – oт 5 дo 7 дoллaрoв
2) DC/DC прeoбрaзoвaтeль – oт 2 дo 4 дoллaрoв
3) Плaты зaщиты — oт 5 дo 6 дoллaрoв
4) Аккумулятoры – oт 9 дo 12 дoллaрoв (3-4$ штучкa)

Итoгo, в cрeднeм 15-20$ зa пeрeдeлку (co cкидкaми/купoнaми), либo 25$ бeз oныx.

Прeимущecтвa:
Я ужe рaнee упoминaл o прeимущecтвax литиeвыx иcтoчникoв питaния (Li-Ion/Li-Pol) нaд никeлeвыми (NiCd). В нaшeм cлучae cрaвнeниe лицoм к лицу – типичнaя бaтaрeя шурикa из NiCd aккумoв прoтив литиeвoй:
+ выcoкaя плoтнocть энeргии. У типичнoй никeлeвoй бaтaрeи 12S 14,4V 1300mah зaпaceннaя энeргия 14,4*1,3=18,72Wh, a у литиeвoй бaтaрeи 4S 18650 14,4V 3000mah — 10,8*3=43,2Wh
+ oтcутcтвиe эффeктa пaмяти, т.e. мoжнo зaряжaть иx в любoй мoмeнт, нe дoжидaяcь пoлнoгo рaзрядa
+ мeньшиe гaбaриты и вec при oдинaкoвыx пaрaмeтрax c NiCd
+ быcтрoe врeмя зaрядa (нe бoятcя бoльшиx тoкoв зaрядa) и пoнятнaя индикaция
+ низкий caмoрaзряд

Из минуcoв Li-Ion мoжнo oтмeтить тoлькo:
— низкaя мoрoзocтoйкocть aккумулятoрoв (бoятcя oтрицaтeльныx тeмпeрaтур)
— трeбуeтcя бaлaнcирoвкa бaнoк при зaрядe и нaличиe зaщиты oт пeрeрaзрядa
Кaк видим, прeимущecтвa лития нaлицo, пoэтoму зaчacтую имeeт cмыcл пeрeдeлки питaния…

Вывoд: oбoзрeвaeмыe плaтки нeплoxи, дoлжны пoдoйти для любoй зaдaчи. Еcли бы у мeня был шурик нa NiCd бaнкax, для пeрeдeлки я бы выбрaл крacную плaтку, :-)…

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

Аккумуляторы LiFePO4 – компактные и функциональные, отличаются легкостью веса, долговечностью и оптимальны для любых целей использования. Для защиты от переразряда и перезаряда, предупреждения длительного превышения разрядного тока комплектуются BMS платой, при емкости свыше сорок ампер дополняются балансирами. По своим преимуществам устройства значительно опережают «собратьев», не обладают эффектом памяти, отличается термической и химической стабильностью, нетоксичны и не подвержены самовоспламенению. Минимальное количество циклов даже при усиленной эксплуатации составляет не менее 2000 (до стопроцентного разряда), а при щадящем режиме использования – около 8000 (если не разряжать свыше 80%).

Сборка LiFePO4 аккумулятора состоит в последовательно-параллельном соединении ячеек устройства. Для этого необходимы электроизоляционные материалы, коннекторы, кабель, зарядное устройство, паяльник или же контактная сварка, ячейки LiFePO4. Батареи располагаются вместе, выравниваются, для удобства склеиваются (по заранее выбранной схеме). После этого с каждой убирается технологический пятачок (с помощью отпайки или ножа), соединяются перемычки, балансир и силовой провод. Для защиты от замыкания стоит воспользоваться термоусадкой.

Схема подключения с симметричной BMS платы

Схема подключения BMS платы

LiFePO4: сборка по правилам

Важно помнить, что использовать ячейки лучше из одной партии, в противном случае, ориентируйтесь на их внутреннее сопротивление. Не новые изделия стоит протестировать на емкость.

Если конструкция создается последовательно, то напряжение по ячейкам суммируется, показатель емкости неизменен. При этом обязательно балансировать элементы, потому как каждый из них будет иметь различное время заряда.

Параллельное соединение не требует балансировки ячеек по параллелям, предполагает суммирование емкости, а параметр напряжения – неизменен.

Инструкция по сборке LiFePO4 аккумулятора довольно проста, но процесс требует соблюдения определенных мер безопасности. Все элементы необходимо оберегать от механических ударов, для работы использовать защитные очки. Нельзя замыкать клеммы с разной полярностью (как на самих аккумуляторах, так и на электродах), рекомендуется их залудить, либо произвести пайку до начала монтажа конструкции.

Соединение производится:

Точечной сваркой.
Пайкой.
Болтовым соединением.

Первый вариант подходит для самостоятельной сборки, он эффективен и не требует мастерских навыков, второй необходимо выполнять с помощью мощного паяльника и при воздействии на контакты не дольше пары секунд и третий самый удобный способ сборки LiFePO4 аккумулятора из ячеек, которые имеют болтовое соединение.

Собрать LiFePO4 аккумулятор просто.

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 —
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 Али из предлагаемых плат BMS, остановился на обозреваемой, по ее размерам и параметрам:

Модель: 548604
Отключение по перезаряду при напряжении: 4.28+ 0.05 V (на ячейку)
Восстановление после отключение по перезаряду при напряжении: 4.095-4.195V (на ячейку)
Отключение по переразряду при напряжении: 2.55±0.08 (на ячейку)
Задержка отключения по перезаряду: 0.1s
Температурный диапазон: -30-80
Задержка отключения по КЗ: 100ms
Задержка отключения по превышению тока: 500 ms
Ток балансировки ячеек: 60mA
Рабочий ток: 30A
Максимальный ток (срабатывание защиты): 60A
Работа защиты по КЗ: самовосстановление после отключения нагрузки
Размеры: 45x56mm
Основные функции: защита от перезаряда, защита от переразряда, защита от КЗ, защита от перегрузки по току, балансировка.

Вроде все отлично подходит для задуманного, наивно думал я:) Нет, чтобы почитать обзоры других BMS, а главное — комментарии к ним… Но мы же предпочитаем свои грабли, и только наступив на них, узнаем, что авторство на эти грабли уже давным давно и множество раз описано в инете:)

Все компоненты платы размещены на одной стороне:

Вторая сторона пустая и покрыта белой маской:

Часть, отвечающая за балансировку при заряде:

Эта часть отвечает за защиту ячеек от перезаряда/переразряда и она же отвечает за общую защиту от КЗ:

Мосфеты:

Собрано аккуратно, откровенных разводов флюса нет, вид вполне приличный. В комплекте шел хвост с разъемом, был сразу воткнут в плату. Длина проводов в этом разъеме — около 20-25 см. К сожалению, сразу его не сфотографировал.

Что еще заказал именно для этой переделки:
Аккумуляторы —
Никелевые полоски для спайки аккумуляторов: (да, знаю, что можно спаять и проводами, но полосками будет занято меньше пространства и получится эстетичнее:)) Да и изначально я хотел даже собрать контактную сварку (не только для этой переделки, конечно), поэтому и заказал полоски, но лень победила и пришлось паять.

Выбрав свободный день (точнее, нагло послав все остальные дела подальше), я взялся за переделку. Для начала разобрал батарею со сдохшими китайскими аккумуляторами, выкинул аккумуляторы и тщательно замерил пространство внутри. После чего сел рисовать держатель батарей и платы в 3D-редакторе. Плату тоже пришлось нарисовать (без подробностей) чтобы примерить все в сборе. Получилось как-то так:

По задумке плата крепится сверху, одной стороной в пазы, вторая сторона зажимается накладкой, сама плата серединой лежит на выступающей плоскости, чтобы при ее прижатии она не прогибалась. Сам держатель сделан такого размера, чтобы плотно сидеть внутри корпуса батареи и не болтаться там.
Сначала подумывал сделать пружинные контакты для аккумуляторов, но отказался от этой мысли. Для больших токов это не лучший вариант, поэтому оставил в держателе вырезы для никелевых полосок, которыми аккумуляторы будут спаяны. Так же оставил вертикальные вырезы для проводов, которые должны выходить от межбаночных соединений за пределы крышки.
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 М2.5:

Брал тут —
Отличная вещь для подобного применения! Вплавляется не спеша паяльником. Чтобы пластик не набился внутрь при вплавлении в глухие отверстия, я вкручивал в эту гайку болтик подходящей длины и грел его шляпку жалом паяльника с большой каплей олова для лучшей теплопередачи. Отверстия в пластике под эти гайки оставляются чуть меньше (на 0.1-0.2 мм) диаметра внешней гладкой (средней) части гайки. Держатся очень крепко, можно сколько угодно вкручивать-выкручивать болтики и не особо стесняться с усилием затяжки.

Для того чтобы иметь возможность побаночного контроля и, при необходимости, зарядки с внешней балансировкой, в задней стенке батареи будет торчать 5-контактный разъем, для которого я быстро накидал платку и изготовил ее на станке:

В держателе предусмотрена площадка для этой платки.

Как я уже писал, аккумуляторы я спаивал никелевыми полосками. Увы, этот метод не лишен недостатков и один из аккумуляторов возмутился таким обращением с ним настолько, что оставил на своих контактах только 0.2 вольта. Пришлось его выпаивать и паять другой, благо брал их с запасом. В остальном никаких трудностей не возникло. С помощью кислоты лудим контакты аккумулятора и нарезанные по нужной длине никелевые полоски, потом тщательно протираем ватой со спиртом (но можно и с водой) все залуженное и вокруг него, и паяем. Паяльник должен быть мощным и либо уметь очень резво реагировать на остывание жала, либо просто иметь массивное жало, которое не остынет мгновенно при контакте с массивной железкой.
Очень важно: во время пайки и при всех последующих операциях со спаянным блоком аккумуляторов нужно внимательнейшим образом следить за тем, чтобы не замкнуть какие-либо контакты аккумуляторов! Кроме того, как указал в комментариях ybxtuj , очень желательно паять их разряженными, и я абсолютно согласен с ним, так последствия будут легче если все-таки что-то замкнется. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.
К трем промежуточным соединениям между аккумуляторами припаял провода — они пойдут на разъем платы BMS для контроля за банками и на внешний разъем. Забегая вперед, хочу сказать, что с этими проводами я проделал немного лишней работы — их можно не вести к разъему платы, а припаять к соответствующим контактам B1, B2 и B3. Эти контакты на самой плате соединены с контактами разъема.

Кстати, я везде использовал провода в силиконовой изоляции — совершенно не реагируют на нагрев и очень гибкие. Покупал на Ебее нескольких сечений, но точную ссылку уже не помню… Очень они мне нравятся, но есть и минус — силиконовая изоляция не слишком прочна механически и легко повреждается острыми предметами.

Примерил аккумуляторы и плату в держателе — все превосходно:

Примерил платку с разъемом, дремелем выпилил в корпусе батареи отверстие под разъем… и промахнулся по высоте, не от той плоскости взял размер. Получилась приличная такая щель:

Теперь остается спаять все в кучу.
На свою платку припаял идущий в комплекте хвост, обрезав его по нужной длине:

Туда же впаял провода от межбаночных соединений. Хотя, как я уже писал, можно было припаять их на соответствующие контакты платы BMS, но тут есть и неудобство — чтобы вытащить аккумуляторы нужно будет отпаивать от BMS не только плюс и минус, но и еще три провода, а сейчас можно просто выдернуть разъем.
Немного повозиться пришлось с контактами батареи: в родном исполнении пластиковая деталь (держащая контакты) внутри ножки батареи поджимается одним аккумулятором, стоящим прямо под ней, а сейчас пришлось думать чем эту деталь зафиксировать, да так чтобы не намертво. Вот эта деталь:

В конце концов взял кусок силикона (остался от заливки какой-то формы), отрезал от него примерно подходящий кусок и вставил в ножку, поджав ту деталь. Заодно этот же кусок силикона прижимает держатель с платой, ничего болтаться не будет.
На всякий случай проложил поверх контактов каптоновую изоленту, провода прихватил несколькими соплями каплями термоклея, чтобы они не попали между половинками корпуса при его сборке.

Зарядка и балансировка

Зарядку я оставил родную от шуруповерта, она как раз выдает на холостом ходу около 17 вольт. Правда, зарядка тупа и никакой стабилизации тока или напряжения в ней нет, есть только таймер, отключающий ее примерно через час после начала заряда. Ток выдает около 1.7А, что хоть и многовато, но допустимо для этих аккумуляторов. Но это пока я не доделаю ее до нормальной, со стабилизацией тока и напряжения. Потому что сейчас плата отказывается балансировать одну из ячеек, имевшую изначально заряд на 0.2 вольта больше. BMS отключает заряд когда напряжение на этой ячейке доходит до 4.3 вольта, соответственно на остальных оно остается в пределах 4.1 вольта.
Читал где-то утверждение, что эта BMS нормально балансирует только с зарядкой CV/CC, когда ток под конец заряда постепенно снижается. Возможно, это так и есть, так что впереди меня ждет модернизация зарядки:)
Разряжать до конца не пробовал, но уверен, что защита по разряду сработает. На Ютубе есть ролики с тестами этой платы, все работает как положено.

А теперь о граблях

Все банки заряжены до 3.6 вольт, все готово к запуску. Вставляю батарею в шуруповерт, нажимаю курок и… Уверен, что не один человек, знакомый с этими граблями, сейчас подумал «И хрен стартанул у тебя шуруповерт»:) Абсолютно верно, шуруповерт слегка дернулся и все. Отпускаю курок, нажимаю снова — то же самое. Нажимаю плавно — стартует и разгоняется, но стоит стартануть его чуть порезче — отказ.
«Вот же…», подумал я. Китаец, наверное, указал в спецификации китайские амперы. Ну да ладно, у меня есть отличная толстая нихромовая проволока, сейчас я напаяю ее кусок поверх резисторов-шунтов (стоят два по 0.004 Ома в параллель) и настанет мне если и не счастье, то хотя бы какое-то улучшение ситуации. Улучшение не настало. Даже когда я вообще исключил из работы шунт, просто припаяв минус батареи после него. То есть не то что улучшений не настало, а не настало вообще никаких изменений.
И вот тогда я полез в инет и обнаружил, что копирайт на эти грабли мне не светит — они давно уже исхожены другими. Но вот решения как-то не было видно, кроме кардинального — покупать плату, подходящую именно для шуруповертов.

И решил я попробовать все же доковыряться до корня проблемы.

Предположения что срабатывает защита от перегрузки при пусковых токах я отмел, так как даже без шунта ничего не менялось.
Но все же посмотрел осциллографом на самодельном шунте 0.077 ома между аккумуляторами и платой — да, ШИМ видно, резкие пики потребления с частотой примерно 4 кГц, через 10-15 мс после начала пиков плата отрубает нагрузку. Но эти пики показывали меньше 15 ампер (исходя из сопротивления шунта), так что точно дело не в токовой перегрузке (как оказалось впоследствии, это не совсем верно). Да и керамическое сопротивление 1 Ом не вызывало отключения, а ведь ток тоже под 15 ампер.
Был еще вариант кратковременной просадки на банках при пуске, от чего срабатывает защита от переразряда и я полез смотреть что творится на банках. Ну да, там ужас творится — пиковая просадка до 2.3 вольта на всех банках, но она очень короткая — меньше миллисекунды, тогда как плата обещает ждать сотню миллисекунд перед тем как врубит защиту от переразряда. «Китайцы указали китайские миллисекунды», подумал я и полез смотреть схему контроля напряжения банок. Оказалось, что в ней стоят RC-фильтры, сглаживающие резкие изменения (R=100 Om, C=3.3 uF). После этих фильтров — уже на входе микросхем, контролирующих банки, просадка была поменьше — всего до 2.8 вольт. Кстати, вот даташит на микросхемы контроля банок на этой плате DW01B —
По даташиту время реакции на переразряд тоже немалое — от 40 до 100 мс, что не вписывается в картину. Но ладно, предположить больше нечего, поэтому поменяю-ка я сопротивления в RC-фильтрах со 100 Ом на 1 кОм. Это кардинально улучшило картину на входе микросхем, просадок меньше 3.2 вольт там больше не было. Но ничуть не изменило поведение шуруповерта — чуть более резкий старт — и затык.
«Пойдем простым логическим ходом»©. Отрубать нагрузку могут только эти микросхемы DW01B, которые контролируют все параметры разряда. И я просмотрел осциллографом управляющие выходы всех четырех микросхем. Все четыре микросхемы никаких попыток отключить нагрузку при старте шуруповерта не делают. А с затворов мосфетов управляющее напряжение пропадает. Или мистика или китайцы что-то навертели в простой схеме, которая должна быть между микросхемами и мосфетами.
И начал я реверс-инжиниринг этой части платы. С матюками и бегая от микроскопа к компьютеру.

Вот что нарисовалось в итоге:

В зеленом прямоугольнике — это сами аккумуляторы. В синем — ключи с выходов микросхем защиты, тоже ничего интересного, в нормальной ситуации их выходы на R2,R10 просто «висят в воздухе». Самая интересная часть — в красном квадрате, вот тут-то, как оказалось, собака и порылась. Мосфеты я нарисовал по одному для упрощения, левый отвечает за разряд в нагрузку, правый за заряд.
Насколько я понял, причина отключения в резисторе R6. Через него организована «железная» защита от токовой перегрузки за счет падения напряжения на самом мосфете. Причем эта защита работает как триггер — стоит напряжению на базе VT1 начать повышаться, как он начинает снижать напряжение на затворе VT4, от чего тот начинает снижать проводимость, на нем повышается падение напряжения, что приводит к еще большему увеличению напряжения на базе VT1 и пошел лавинообразный процесс, приводящий к полному открытию VT1 и, соответственно, закрытию VT4. Почему это происходит при пуске шуруповерта, когда пики тока не достигают и 15А, тогда как постоянная нагрузка в 15А работает — я не знаю. Возможно тут играет роль емкость элементов схемы или индуктивность нагрузки.
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.
На нижнем графике — включение нагрузки (на цифры по Y можно не смотреть, они условны, просто вверх — нагрузка включена, вниз — выключена). Нагрузкой является сопротивление 1 Ом.
На верхнем графике красным — ток нагрузки, синим — напряжение на затворе мосфета. Как видно, напряжение на затворе (синим) снижается с каждым импульсом тока нагрузки и в конце концов падает до нуля, а значит нагрузка отключается. И не восстанавливается даже когда нагрузка перестает пытаться что-то потреблять (после 2 миллисекунд). И хотя здесь применены другие мосфеты с другими параметрами, картина один в один как в плате BMS — попытка старта и отключение через считанные миллисекунды.
Ну что ж, примем это за рабочую гипотезу и вооружившись новыми знаниями попробуем разгрызть этот кусок науки китайца:)
Тут есть два варианта:
1. Поставить небольшой конденсатор параллельно резистору R1, это:

Конденсатор 0.1 мкф, по симуляции можно и меньше, до 1 нф.
Результат симуляции в таком варианте:

2. Убрать вообще резистор R6:

Результат симуляции этого варианта:

Я попробовал оба варианта — оба работают. Во втором варианте шуруповерт не отключается ни при каких обстоятельствах — старт, блокировка вращения — крутит (или изо всех сил пытается). Но как-то не совсем спокойно жить с отключенной защитой, хотя еще и остается защита от КЗ на микросхемах.
При первом варианте шуруповерт уверенно стартует при любом нажатии. Добиться отключения я смог только когда стартовал его на второй скорости (повышенная для сверления) с заблокированным патроном. Но и то он довольно сильно дергает перед отключением. На первой скорости я не смог добиться его отключения. Этот вариант я и оставил себе, меня он полностью устраивает.

На плате даже есть пустые места для компонентов и одно из них как будто специально предназначено для этого конденсатора. Рассчитано оно под размер SMD 0603, сюда я и впаял 0.1 мкф (обвел его красным):

ИТОГ

Плата вполне оправдала ожидания, хотя и преподнесла сюрприз:)
Плюсы и минусы расписывать не вижу смысла, все это в ее параметрах, укажу только одно достоинство: совершенно незначительная доработка превращает эту плату в полноценно работающую с шуруповертами:)

ЗЫ: блин, я шуруповерт переделывал меньше времени, чем писал этот обзор:)
ЗЗЫ: возможно меня поправят в чем-то более опытные в силовой и аналоговой схемотехнике товарищи, сам-то я цифровик и аналог воспринимаю через пень колоду:)

Планирую купить +266 Добавить в избранное Обзор понравился +359 +726

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о двух простеньких платках, предназначенных для контроля за сборками Li-Ion аккумуляторов, именуемые BMS. В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных. Кому интересно, милости прошу под кат.
Update 1, Добавлен тест рабочего тока плат и небольшое видео по красной плате
Update 2, Поскольку тема вызвала небольшой интерес, поэтому постараюсь дополнить обзор еще несколькими способами переделки шурика, чтобы получился некий простенький FAQ

Общий вид:

Краткие ТТХ плат:

Примечание:

Сразу же хочу предупредить – с балансиром только синяя плата, красная без балансира, т.е. это чисто плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока. А также вопреки некоторым убеждениям ни одна из них не имеет контроллера заряда (CC/CV), поэтому для их работы необходима специальная платка с фиксированным напряжение и ограничением тока.

Габариты плат:

Размеры плат совсем небольшие, всего 56мм*21мм у синей и 50мм*22мм у красной:

Вот сравнение с аккумуляторами АА и 18650:

Внешний вид:

Начнем с :

При более детальном рассмотрении можно увидеть контроллер защиты – S8254AA и компоненты балансировки для 3S сборки:

К сожалению, рабочий ток по заявлению продавца всего 8А, но судя по даташитам один мосфет AO4407A рассчитан на 12А (пиковый 60А), а у нас их два:

Еще отмечу, что ток балансировки совсем небольшой (около 40ma) и активируется балансировка, как только все ячейки/банки перейдут в режим CV (вторая фаза заряда).
Подключение:

попроще, ибо не имеет балансира:

Она также выполнена на основе контроллера защиты – S8254AA, но рассчитана на более высокий рабочий ток в 15А (опять же по заявлениям производителя):

Ходя по даташитам на используемые силовые мосфеты, рабочий ток заявлен 70А, а пиковый 200А, хватит даже одного мосфета, а у нас их два:

Подключение аналогичное:

Итого, как мы видим, на обеих платах присутствует контроллер защиты с необходимой развязкой, силовые мосфеты и шунты для контроля проходящего тока, но в синей есть еще и встроенный балансир. Я особо не вникал в схему, но похоже, что силовые мосфеты запараллелены, поэтому рабочие токи можно умножать на два. Важное примечание — максимальные рабочие токи ограничиваются токовыми шунтами! Про алгоритм заряда (CC/CV) эти платки не знают. В подтверждение тому, что это именно платы защиты, можно судить по даташиту на контроллер S8254AA, в котором о зарядном модуле ни слова:

Сам контроллер рассчитан на 4S соединение, поэтому с некоторой доработкой (судя по даташиту) – подпайкой кондера и резистора, возможно, заработает красная платка:

Синюю платку так просто доработать до 4S не получится, придется допаивать элементы балансира.

Тестирование плат:

Итак, переходим к самому главному, а именно к тому, насколько они пригодны для реального применения. Для тестирования нам помогут следующие приспособления:
— сборный модуль (три трех/четырехрегистровых вольтметра и холдер для трех 18650 аккумуляторов), который мелькал в моем обзоре зарядника , правда, уже без балансировочного хвостика:

— двухрегистровый ампервольтметр для контроля тока (нижние показания прибора):

— понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития:

— зарядно-балансировочное устройство iCharger 208B для разряда всей сборки

Стенд простой — плата преобразователь подает фиксированное постоянное напряжение 12,6V и ограничивает зарядный ток. По вольтметрам смотрим, на каком напряжении срабатывают платы и как отбалансированы банки.
Для начала посмотрим главную фишку синей платы, а именно балансировку. На фото 3 банки, заряженные на 4,15V/4,18V/4,08V. Как видим – разбалансировка. Подаем напряжение, зарядный ток постепенно падает (нижний приборчик):

Поскольку платка не имеет каких-либо индикаторов, то окончание балансировки можно оценить только на глаз. Амперметр за час с лишним до окончания уже показывал по нулям. Кому интересно, вот небольшой ролик о том, как работает балансир в этой плате:

В итоге банки отбалансированы на уровне 4,210V/4,212V/4,206V, что весьма неплохо:

При подаче напряжения чуть большего 12,6V, как я понял, балансир неактивен и как-только напряжение на одной из банок достигнет 4,25V, то контроллер защиты S8254AA отключает заряд:

Такая же ситуация и с красной платой, контроллер защиты S8254AA отключает заряд также на уровне 4,25V:

Теперь пройдемся по отсечке при нагрузке. Разряжать буду, как уже упоминал выше, зарядно-балансировочным устройством iCharger 208B в режиме 3S током 0,5А (для более точных замеров). Поскольку мне не очень хочется ждать разряда всей батареи, поэтому я взял один разряженный аккумулятор (на фото зеленый Самсон INR18650-25R).
Синяя плата отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,7V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание):

Как видим, ровно на 2,7V плата отключает нагрузку (продавец заявлял 2,8V). Как мне кажется, немного высоковато, особенно если учитывать тот факт, что в тех же шуруповертах нагрузки огромные, следовательно, и просадка напряжения большая. Все же желательно в таких приборах иметь отсечку под 2,4-2,5V.
Красная плата, наоборот, отключает нагрузку, как только напряжение на одной из банок достигнет 2,5V. На фото (без нагрузки->перед отключением->окончание):

Вот здесь вообще все отлично, но нет балансира.

Update 1: Тест нагрузки:
По току отдачи нам поможет следующий стенд:
— все тот же холдер/держатель для трех 18650 аккумуляторов
— 4-х регистровый вольтметр (контроль общего напряжения)
— автомобильные лампы накаливания в качестве нагрузки (к сожалению, у меня всего 4 лампы накаливания по 65W, больше не имею)
— мультиметр HoldPeak HP-890CN для измерения токов (макс 20А)
— качественные медные многожильные акустические провода большого сечения

Пару слов о стенде: аккумуляторы соединены «вальтом», т.е. как бы друг за другом, для уменьшения длины соединительных проводов, а следовательно и падения напряжения на них при нагрузке будет минимальным:

Соединение банок на холдере («вальтом»):

В качестве щупов для мультиметра выступили качественные провода с крокодилами от зарядно-балансировочного устройства iCharger 208B, ибо HoldPeak’овские не внушают доверие, да и лишние соединения будут вносить дополнительные искажения.
Для начала потестим красную плату защиты, как самую интересную в плане токовой нагрузки. Припаяем силовые и побаночные провода:

Получается что-то типа этого (нагрузочные соединения получились минимальной длины):

Я уже упоминал в разделе о переделке шурика о том, что подобные холдеры не очень предназначены для таких токов, но для тестов пойдет.
Итак, стенд на основе красной платки (по замерам не более 15А):

Коротко поясню: плата держит 15А, но у меня нет подходящей нагрузки, чтобы вписаться в этот ток, поскольку четвертая лампа добавляет еще около 4,5-5А, а это уже за пределами платки. При 12,6А силовые мосфеты теплые, но не горячие, самое то для продолжительной работы. При токах более 15А плата уходит в защиту. Я замерял с резисторами, они добавляли пару ампер, но стенд уже разобран.
Огромный плюс красной платы – нет блокировки защиты. Т.е. при срабатывании защиты ее не нужно активировать подачей напряжения на выходные контакты. Вот небольшой видеоролик:

Немного поясню. Поскольку лампы накаливания в холодном виде имеют низкое сопротивление, да к тому же еще включены параллельно, то платка думает, что произошло короткое замыкание и срабатывает защита. Но благодаря тому, что у платы нет блокировки, можно немного разогреть спиральки, сделав более «мягкий» старт.

Синяя платка держит больший ток, но на токах более 10А силовые мосфеты сильно греются. На 15А платка выдержит не более минуты, ибо через 10-15 секунд палец уже не держит температуру. Благо остывают быстро, поэтому для кратковременной нагрузки вполне подойдут. Все бы ничего, но при срабатывании защиты плата блокируется и для разблокировки необходимо подавать напряжение на выходные контакты. Это вариант явно не для шуруповерта. Итого, ток в 16А держит, но мосфеты очень сильно греются:

Вывод: лично мое мнение таково, что для электроинструмента отлично подойдет обычная плата защиты без балансира (красная). Она имеет высокие рабочие токи, оптимальное напряжение отсечки в 2,5V, да и легко дорабатывается до конфигурации 4S (14,4V/16,8V). Я считаю – это самый оптимальный выбор для переделки бюджетного шурика под литий.
Теперь по синей платке. Из плюсов – наличие балансировки, но рабочие токи все же небольшие, 12А (24А) это для шурика с крутящим моментом 15-25Нм несколько маловато, особенно когда патрон уже почти стопорит при затяжке самореза. Да и напряжение отсечки всего 2,7V, а это значит, что при сильной нагрузке часть емкости батареи останется невостребованной, поскольку на высоких токах просадка напряжения на банках приличная, да и они рассчитаны на 2,5V. И самый большой минус – плата при сработке защиты блокируется, поэтому применение в шуруповерте нежелательно. Синюю платку лучше использовать в каких-нибудь самоделках, но это опять же, лично мое мнение.

Возможные схемы применения или как переделать питание шурика на литий:

Итак, как же можно переделать питание любимого шурика с NiCd на Li-Ion/Li-Pol? Эта тема уже достаточно заезжена и решения, в принципе, найдены, но я вкратце повторюсь.
Для начала скажу лишь одно – в бюджетных шуриках стоит лишь плата защиты от перезаряда/переразряда/КЗ/высокого нагрузочного тока (аналог обозреваемой красной платы). Никакой балансировки там нет. Более того, даже в некоторых брендовых электроинструментах нет балансировки. Это же относится ко всем инструментам, где есть гордые надписи «Зарядка за 30 минут». Да, они заряжаются за полчаса, но отключение происходит тогда, как только напряжение на одной из банок достигнет номинала или сработает плата защиты. Не трудно догадаться, что банки будут заряжены не полностью, но разница всего 5-10%, поэтому не столь важно. Главное запомнить, заряд с балансировкой идет, как минимум, несколько часов. Поэтому возникает вопрос, а оно вам надо?

Итак, самый распространенный вариант выглядит так:
Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V и ограничением тока (1-2А) -> плата защиты ->
В итоге: дешево, быстро, приемлемо, надежно. Балансировка гуляет в зависимости от состояния банок (емкость и внутреннее сопротивление). Вполне рабочий вариант, но через некоторое время разбалансировка даст о себе знать по времени работы.

Более правильный вариант:
Сетевое ЗУ со стабилизированным выходом 12,6V, ограничением тока (1-2А) -> плата защиты с балансировкой -> 3 последовательно соединенных аккумулятора
В итоге: дорого, быстро/медленно, качественно, надежно. Балансировка в норме, емкость батареи максимальная

Итого, будем стараться сделать наподобие второго варианта, вот как можно сделать:
1) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, платы защиты и специализированное зарядно-балансировочное устройство (iCharger, iMax). Дополнительно придется вывести балансировочный разъем. Минусов всего два – модельные зарядники недешевые, да и обслуживать не очень удобно. Плюсы – высокий ток заряда, высокий ток балансировки банок
2) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты с балансировкой, DC преобразователь с токоограничением, БП
3) Li-Ion/Li-Pol аккумуляторы, плата защиты без балансировки (красная), DC преобразователь с токоограничением, БП. Из минусов только то, что со временем появится разбалансировка банок. Для минимизации разбалансировки, перед переделкой шурика необходимо подогнать напряжение к одному уровню и желательно брать банки из одной партии

Первый вариант сгодится только тем, кто имеет модельное ЗУ, но мне кажется, если им нужно было, то они уже давным давно переделали свой шурик. Второй и третий варианты практически одинаковые и имеют право на жизнь. Необходимо лишь выбрать, что важнее – скорость или емкость. Я считаю, что самый оптимальный вариант – последний, но только раз в несколько месяцев нужно балансировать банки.

Итак, хватит болтовни, переходим к переделке. Поскольку я не имею шурика на NiCd аккумах, поэтому о переделке только на словах. Нам будет нужно:

1) Источник питания:

Первый вариант. Блок питания (БП), как минимум, на 14V или больше. Ток отдачи желателен не менее 1А (в идеале около 2-3А). Нам подойдет блок питания от ноутбуков/нетбуков, от зарядных устройств (выход более 14V), блоки для питания светодиодных лент, видеозаписывающей аппаратуры (DIY БП), например или :

— Понижающий DC/DC преобразователь с токоограничением и возможностью заряда лития, например или :

— Второй вариант. Готовые блоки питания для шуриков с токоограничением и выходом 12,6V. Стоят недешево, как пример из моего обзора шуруповерта MNT — :

— Третий вариант. :

2) Плата защиты с балансиром или без оного. То току желательно брать с запасом:

Если использоваться будет вариант без балансира, то необходимо подпаять балансировочный разъем. Это нужно для контроля напряжения на банках, т.е. для оценки разбалансировки. И как вы понимаете, нужно будет периодически дозаряжать батарею побаночно простым зарядным модулем TP4056, если началась разбалансировка. Т.е. раз в несколько месяцев, берем платку TP4056 и заряжаем поочереди все банки, которые по окончании заряда имеют напряжение ниже 4,18V. Данный модуль корректно отрубает заряд на фиксированном напряжении 4,2V. Данная процедура займет час-полтора, зато банки будут более-менее отбалансированы.
Написано немного сумбурно, но для тех, кто в танке:
Через пару месяцев ставим на зарядку батарею шуруповерта. По окончании заряда достаем балансировочный хвостик и меряем напряжение на банках. Если получается что-то вроде этого – 4,20V/4,18V/4,19V, то балансировка, в принципе не нужна. Но если картина следующая – 4,20V/4,06V/4,14V, то берем модуль TP4056 и дозаряжаем поочереди две банки до 4,2V. Другого варианта, кроме специализированных зарядников-балансиров я не вижу.

3) Высокотоковые аккумуляторы:

Я уже ранее писал пару небольших обзоров о некоторых из них – и . Вот основные модели высокотоковых 18650 Li-Ion аккумуляторов:
— Sanyo UR18650W2 1500mah (20А макс.)
— Sanyo UR18650RX 2000mah (20А макс.)
— Sanyo UR18650NSX 2500mah (20А макс.)
— Samsung INR18650-15L 1500mah (18А макс.)
— Samsung INR18650-20R 2000mah (22А макс.)
— Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.)
— Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.)
— LG INR18650HB6 1500mah (30А макс.)
— LG INR18650HD2 2000mah (25А макс.)
— LG INR18650HD2C 2100mah (20А макс.)
— LG INR18650HE2 2500mah (20А макс.)
— LG INR18650HE4 2500mah (20А макс.)
— LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.)
— SONY US18650VTC3 1600mah (30А макс.)
— SONY US18650VTC4 2100mah (30А макс.)
— SONY US18650VTC5 2600mah (30А макс.)

Я рекомендую проверенные временем дешевенькие Samsung INR18650-25R 2500mah (20А макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15А макс.) или LG INR18650HG2 3000mah (20А макс.). С другими баночками особо не сталкивался, но лично мой выбор — Samsung INR18650-30Q 3000mah. У Лыж был небольшой технологический дефект и начали появляться фейки с заниженной токоотдачей. Статью о том, как отличить фейк от оригинала могу скинуть, но чуть позже, нужно поискать ее.

Как все это хозяйство соединить:

Ну и пару слов о соединении. Используем качественные медные многожильные провода приличного сечения. Это качественные акустические или обычные ШВВП/ПВС сечением 0,5 или 0,75 мм2 из хозмага (вспарываем изоляцию и получаем качественные проводочки разного цвета). Длина соединительных проводников должна быть минимальной. Аккумуляторы, желательны из одной партии. Перед их соединением желательно зарядить их до одного напряжения, чтобы как можно дольше не было разбалансировки. Пайка аккумуляторов не представляет ничего сложного. Главное иметь мощный паяльник (60-80Вт) и активный флюс (паяльная кислота, например). Паяется на ура. Главное потом протереть место пайки спиртом или ацетоном. Сами аккумуляторы размещаются в батарейном отсеке от старых NiCd банок. Располагать лучше треугольником, минус к плюсу или как в народе «вальтом», по аналогии с этим (один аккум будет расположен наоборот), либо чуть выше хорошее пояснение (в разделе тестирование):

Так, соединяющие аккумуляторы провода, получатся короткими, следовательно, падение драгоценного напряжения в них под нагрузкой будет минимальным. Использовать холдеры на 3-4 аккумулятора не рекомендую, не для таких токов они предназначены. Побаночные и балансировочные проводники не так важны и могут быть меньшего сечения. В идеале, аккумы и плату защиты лучше запихать в батарейный отсек, а понижающий DC преобразователь отдельно в док станцию. Светодиодные индикаторы заряд/заряжено можно заменить своими и вывести на корпус докстанции. При желании можно добавить в батарейный модуль минивольтметр, но это лишние деньги, ибо общее напряжение на АКБ только косвенно скажет об остаточной емкости. Но если есть желание, почему бы и нет. Вот :

Теперь прикинем по ценам:
1) БП – от 5 до 7 долларов
2) DC/DC преобразователь – от 2 до 4 долларов
3) Платы защиты — от 5 до 6 долларов
4) Аккумуляторы – от 9 до 12 долларов (3-4$ штучка)

Итого, в среднем 15-20$ за переделку (со скидками/купонами), либо 25$ без оных.

Update 2, еще несколько способов переделки шурика:

Следующий вариант (подсказали по комментам, спасибо I_R_O и cartmannn ):
Использовать недорогие 2S-3S зарядные устройства типа (это производитель того же iMax B6) или всевозможные копии B3/B3 AC/imax RC B3 () или ()
Оригинальный SkyRC e3 имеет зарядный ток на каждую банку 1,2А против 0,8А у копий, должен быть точен и надежен, но в два раза дороже копий. Совсем недорого можно купить на том же . Как я понял по описанию, он имеет 3 независимых зарядных модуля, что-то сродни 3 модулей TP4056. Т.е. SkyRC e3 и его копии не имеют балансировки как таковой, а просто заряжают банки до одного значения напряжения (4,2V) одновременно, поскольку у них не выведены силовые разъемы. В ассортименте SkyRC есть действительно зарядно-балансировочные устройства, например, но ток балансировки всего 200ma и стоит уже в районе 15-20 долларов, зато умеет заряжать лифешки (LiFeP04) и токи заряда до 3А. Кому интересно, могут ознакомиться с модельным рядом .
Итого, для данного варианта необходимо любое из вышеперечисленных 2S-3S зарядных устройств, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты и высокотоковые аккумуляторы:

Как по мне, очень хороший и экономичный вариант, наверно, я бы остановился на нем.

Еще один вариант, предложенный камрадом Volosaty :
Использовать так называемый «Чешский балансир»:

Где он продается лучше спросить у него, я первый раз о нем услышал, :-). По токам ничего не подскажу, но судя по описанию, ему необходим источник питания, поэтому вариант не такой бюджетный, но вроде как интересный в плане зарядного тока. Вот ссылка на . Итого, для данного варианта необходимы: источник питания, красная или аналогичная (без балансировки) плата защиты, «чешский балансир» и высокотоковые аккумуляторы.

Преимущества:
Я уже ранее упоминал о преимуществах литиевых источников питания (Li-Ion/Li-Pol) над никелевыми (NiCd). В нашем случае сравнение лицом к лицу – типичная батарея шурика из NiCd аккумов против литиевой:
+ высокая плотность энергии. У типичной никелевой батареи 12S 14,4V 1300mah запасенная энергия 14,4*1,3=18,72Wh, а у литиевой батареи 4S 18650 14,4V 3000mah — 14,4*3=43,2Wh
+ отсутствие эффекта памяти, т.е. можно заряжать их в любой момент, не дожидаясь полного разряда
+ меньшие габариты и вес при одинаковых параметрах с NiCd
+ быстрое время заряда (не боятся больших токов заряда) и понятная индикация
+ низкий саморазряд

Из минусов Li-Ion можно отметить только:
— низкая морозостойкость аккумуляторов (боятся отрицательных температур)
— требуется балансировка банок при заряде и наличие защиты от переразряда
Как видим, преимущества лития налицо, поэтому зачастую имеет смысл переделки питания…
+173 +366

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 LiFePO 4 ячеек, контроль заряда которой осуществлялся посредством пассивной BMS . Математическая модель аккумуляторной LiFePO 4 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

Bms 10s схема подключения — Вэб-шпаргалка для интернет предпринимателей!

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 зарядаразряда 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.

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.

Как собрать LiFePO4 аккумулятор: этапы и особенности

Схема подключения с симметричной BMS платы

Схема подключения BMS платы

LiFePO4: сборка по правилам

Точечной сваркой.
Пайкой.
Болтовым соединением.

Собрать LiFePO4 аккумулятор просто. Для этого необходимо использовать качественные комплектующие, найти которые вы сможете в нашем магазине LiFePO4.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.

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.

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.

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.

Как подключить BMS плату?

Главное преимущество современной аккумуляторной батареи (АКБ) – высокая плотность энергии на единицу массы – сопровождается недостатками, которые нужно компенсировать. Речь идет о перезаряде и глубоком разряде. АКБ не потерпит подобного обращения и отреагирует выходом из строя. BMS (Battery Management System) плата, устройство, которое следит за параметрами аккумулятора, управляет зарядкой и коммутирует нагрузку.

Защита по току. При коротком замыкании или подключении потребителя с избыточной энергоемкостью контроллер автоматически размыкает цепь (отключает нагрузку).
Защита по напряжению. Контроллер измеряет его значение на каждой банке. Он не дает подключить нагрузку при низком напряжении и автоматически отключает зарядку при достижении максимального значения.
Защита по температуре. Терморезистор отключает нагрузку и не допускает перегрева АКБ.
Балансировка. Эта функция компенсирует разницу в емкости отдельных батарей, не допускает их перезаряда или недостаточной зарядки.

Перечисленные функции встречаются в BMS платах в различных комбинациях. Многие производители предлагают АКБ с интегрированной системой управления. Также существуют отдельные модули BMS, которые можно подключить к обычному аккумулятору без защиты.

Подготовка аккумулятора к установке BMS платы.

Перед подключением BMS платы важно правильно коммутировать (собрать) ячейки аккумулятора в аккумуляторный блок.

Между ячейками аккумулятора при последовательной сборке ОБЯЗАТЕЛЬНО необходимо поставить изолирующие прокладки, лучшим вариантом для изолирующих прокладок служит стеклотекстолит толщиной 0,5 миллиметров.

Типы коммутаций:

1. Параллельное соединение ячеек аккумулятора.
При параллельном соединении ячеек аккумулятора мы увеличиваем емкость аккумулятора, например: у нас есть 4 аккумулятора 3,2V 25Ah, соединив данные аккумуляторы параллельно мы получим 3,2V 100Ah. При параллельном соединении аккумуляторов изолирующие прокладки между ними можно не устанавливать.

2. Последовательное соединение ячеек аккумулятора.
При последовательном соединении ячеек аккумулятора мы увеличиваем напряжение (вольтаж) аккумулятора, например: у нас есть 4 аккумулятора 3,2V 25Ah, соединив данные аккумуляторы последовательно мы получим 12V 25Ah. При последовательном соединении аккумуляторов изолирующие прокладки между ними устанавливать ОБЯЗАТЕЛЬНО.

3. Параллельно-последовательное соединение ячеек аккумулятора.
При данном способе сборки, первым этапом ячейки соединяются параллельно, затем параллельные сборки соединяются последовательно. Для BMS платы, параллельная сборка считается одной единой ячейкой аккумулятора.

Инструкция по подключению симметричной BMS платы.

При подключении BMS платы необходимо соблюдать последовательность операций:

Первым этапом необходимо подключить балансировочный шлейф, для этого, берем черный тонкий провод, соединяющего «B-» балансировочного шлейфа, подсоединяется к минусовой «-» клемме первой ячейки аккумуляторной сборки, далее берем следующий тонкий провод (на схеме обозначен красным цветом) балансировочного шлейфа и подсоединяем к положительной «+» клемме первой ячейки. Далее необходимо в строгой последовательности подключить остальные провода (на схеме обозначен красным цветом) балансировочного шлейфа к положительным клеммам каждой ячейки аккумуляторной сборки. Очень ВАЖНО подключить шлейф в строгой последовательности от черного провода до последнего красного провода, перед установкой шлейфа в гнездо проверьте последовательность подключения проводов балансировочного шлейфа.

После подключения балансировочного шлейфа к ячейкам аккумулятора не спешите устанавливать разъем в BMS плату. Проверьте напряжение на клеммах разъема (минус мультиметра на черный провод балансировочного шлейфа, плюс на красный).

После проверки последовательности соединения и напряжения на балансировочном шлейфе, установите разъем в гнездо BMS платы.

Силовой провод «B-» подключите к минусовой клемме первой ячейки (на данной клемме ячейки установлен черный провод балансировочного шлейфа). Черный силовой провод «P-» идет на потребитель и зарядное устройство, является минусом аккумулятора.

Положительный полюс аккумулятора необходимо подключить к плюсовой клемме последней ячейки аккумуляторной сборки и пустить ее напрямую на потребитель и зарядное устройство.

После того, как подключение BMS платы завершено, необходимо проверить напряжение аккумулятора на клеммах, крайний минус «-» и крайний плюс «+» сборки ячеек, затем напряжение через BMS, провод «P-» и крайний плюс «+» сборки. В случае если напряжение отличается, проверьте последовательность подключения.

После сборки аккумулятора необходимо протестировать его в работе.

Первым этапом необходимо полностью зарядить аккумулятор и по окончании заряда, проверить напряжение отсечки BMS платы по верхнему порогу напряжения по каждой ячейки, т. е. BMS должна отключать зарядное устройство, как только на одной из ячеек напряжение достигнет верхнего порога, затем, через короткий промежуток времени вновь включать. Данную проверку необходимо сделать на всех ячейках аккумуляторной сборки, до полной балансировки аккумулятора.

Вторым этапом необходимо под контролем полностью разрядить аккумулятор и проверить напряжение отсечки по нижнему порогу BMS платы.

На этом этап сборки аккумулятора и подключения BMS платы можно считать законченным и, если не требуется подключение дополнительного оборудования, аккумуляторную сборку можно упаковывать в защитный корпус. В случае, если корпус аккумулятора металлический, предварительно необходимо изолировать аккумулятор, например, обложить листами стеклотекстолита.

BMS плата защиты 1S 3A 3,7V для Li-Ion аккумуляторов (контроллер заряда/разряда).

Плата защиты BMS 1S 3A 3.7V для Li-ion аккумуляторов (контроллер заряда/разряда).

Обеспечивает защиту по четырем параметрам.

Плата защиты BMS 1S 3.7V 3А для Li-Ion аккумуляторов — контроллер заряда/разряда для литиевых аккумуляторов (аккумуляторных сборок) с непрерывным током заряда до 2А и напряженем полного заряда в 4,2В.

Контроллер BMS 1S 3,7В обеспечивает защиту Li-Ion аккумуляторов по четырем параметрам:

Защита от перезаряда;
Защита от глубокого разряда;
Защита от корткого замыкания;
Защита от перегрузки по току.

Используя BMS плату контроллер 1S Вы обезопасите эксплуатацию Ваших Li-Ion аккумуляторов и они смогут прослужить намного дольше.

BMS (Battery Management System) – это электронная плата, которую устанавливают на незащищенные аккумуляторы (или на сборки из аккумуляторов) с целью контроля заряда/разряда, а также мониторинга состояния аккумулятора: контроля температуры, количества циклов заряда/разряда, защиты составных элементов батареи.

Плата защиты BMS обеспечивает индивидуальный контроль напряжение и сопротивления каждого аккумулятора, правильно распределяет ток заряда между каждой ячейкой в аккумуляторной сборке во время заряда, контролирует ток заряда, определяет потерю ёмкости каждого аккумулятора, а также гарантирует безопасное подключение и отключение потребителя (нагрузки).

BMS платы отличаются друг от друга размером, параметрами, количеством подключаемых аккумуляторов. Принцип работы BMS платы защиты простой — плата следит за напряжением на каждом аккумуляторе и если какой-либо элемент превысит порог срабатывания, BMS отключит такой аккумулятор от зарядки или от потребителя, тем самым сохранив его свойства. Кроме этого платы BMS могут быть с балансировкой. Также при выборе платы защиты BMS необходимо обращать внимание на ток, который данная плата может выдерживать.

Схема подключения платы защиты BMS 1S 3,7В, 3А:

Особенности платы защиты BMS 1S 3.7V 3A:

Высокая точность измерения напряжения;
Выводы для подключения питания;
Трехуровневая схема контроля перегрузки по току;
Контроллер управляет зарядом и разрядом аккумуляторов.

Техническая характеристика BMS платы 1S 3.7V 3A:

Номинальное напряжение: 3.7-4.2В
Номинальное полного заряда: 4.2В
Максимальное напряжение: 4,25В (± 0,05В)
Защита от перезаряда (выпускное напряжение): 2.45В
Максимальный непрерывный ток разряда: 2А
Максимальный непрерывный ток заряда: 2А
Защита по току: 3А
Рабочая температура: от -40 до +85 С
Размер: 30 х 4 х 2 мм.

Цена указана за 1 шт.

Оказываем услуги по точечной сварке аккумуляторов. Можем изготовить сборку любой конфигурации и на базе любых аккумуляторов.

По вопросам изготовления акумуляторных сборок обращайтесь по телефону/Viber:
+38 067 726 88 66

Модуль BMS 5S заряда Li-Ion аккумуляторов 21,0В/80A, с защитой и балансировкой

BMS (Battery Management System) — система управления батареей, которая предназначена для контроля состояния аккумуляторов, управления процессом заряда/разряда батареи и т.д.
К данному модулю можно подключить одновременно пять, четыре или три аккумулятора (18650). По умолчанию схема собрана для работы с 5 аккумуляторами. Для перевода в режим на 3 или 4 аккумулятора, необходимо впаять перемычку или SMD резистор с маркировкой «0» в соответствующие места (см. фото). Также, особенностями данного контроллера являются: защита от КЗ (короткого замыкания) и защита от переразряда (перезаряда). Также особенностью модуля является отключение подачи питания для аккумуляторов при достижении максимальной емкости всех батарей (балансировка). Максимальный рабочий ток данного BMS контроллера составляет 80 А, а ток покоя достигает до 40 мкА. Отключение заряда аккумулятора происходит при достижении напряжения 4,25 — 4,35 В, а разряда при снижении напряжения до 2,3 — 3,0 В.
Данный модуль контроллер заряда-разряда аккумуляторов имеет 8 выводов:
B+: положительный полюс аккумулятора, нагрузки и зарядки
B-: отрицательный полюс аккумулятора
B4: средняя точка сборки 1 и 2 аккумуляторов
B3: средняя точка сборки 2 и 3 аккумуляторов
B2: средняя точка сборки 3 и 4 аккумуляторов
B1: средняя точка сборки 4 и 5 аккумуляторов
P-: отрицательная клемма разряда при токе, более 60А
C-: отрицательная клемма заряда/разряда при токе, менее 60А
На плате присутствует светодиодная индикация заряда каждого сегмента аккумуляторной батареи (беспрерывное горение) и балансировки отдельных сегментов (мигание).
При превышении максимального допустимого значения напряжения питания, контроллер заряда активирует режим «защиты». Для того чтобы восстановить работу модуля, необходимо заново подать напряжение на вход платы BMS или подождать некоторое время пока контроллер заряда не отключит защиту автоматически.
Диапазон напряжения питания модуля составляет от 12,0 до 21,0 В, в зависимости от количества сегментов: 3S/4S/5S.


Встроенная защита —	От переразряда От перезаряда
Напряжение входное, максимальное (постоянное) DC	21,5V
Напряжение входное, минимальное (постоянное) DC	12,3V
Напряжение полного заряда:	4,2V
Напряжение полного разряда:	2,7V
Размер	60х42mm
Ток зарядки до	60 А
Ток разрядки до	80 А

Модуль защиты BMS 3S 25A с переделкой и установкой + аккумуляторы SONY US18650VTC4 + зарядка Colaier 3S 3A

Плата эта давно лежала в закромах, пока не подвернулся шанс использовать её по прямому назначению. Если Вы любите схемы и инструмент — будет интересно.

Тут длинная предыстория, не поленитесь прочитать

Если кто помнит, есть у меня переделанный шуруповёрт mysku.ru/blog/aliexpress/31869.html
Больше 2 лет он активно и исправно работал, разряжал и заряжал его раз 40.
До тех пор, пока сам его жестоко не перегрузил, делая вентиляционное отверстие в ОСБ коронкой 102 мм, еле удерживая инструмент обоими руками 🙂

Сетевой шуруповёрт также не справился с такой работой, а мощной дрели под рукой не оказалось. Результат — один из аккумуляторов не выдержал издевательств и ушёл в обрыв. Совсем 🙁
После частичной разборки аккумулятора выяснилось, что отгорел ленточный алюминиевый контакт к рулону. Ремонтировать аккумуляторы я пока не умею 🙁

Инструмент был срочно необходим, поэтому первая мысль — купить такой-же 26650 LiMn2O4 аккумулятор и быстренько восстановить батарейный блок. Но в магазинах такой-же аккумулятор не был обнаружен. Заказывать из Китая и ждать — слишком долго…
Кроме того, решил добавить в блок плату защиты BMS, чтобы подобное не повторилось. Но вот беда — свободное место в батарейном блоке совсем отсутствует 🙁
Короче, купил относительно недорого высокотоковые SONY US18650VTC4 (2100мАч 30А пиковый 60А). Обошлись в 750р за 3 штуки — это незначительно дороже, чем на заказ из Китая, зато здесь и сейчас! Брал ТУТ
Ёмкость 2100мАч конечно существенно меньше бывших 3500мАч, но я это как нибудь переживу, всё равно устаёшь быстрее, чем он разряжается. Во время очередного ~~перекура~~ перекуса можно его подзарядить, тем более теперь заряжать буду новой зарядкой большим током 🙂
Работавшие ранее оставшиеся два аккумулятора 26650 3500мАч проверил на остаточную ёмкость — получил 3140мАч. Падение ёмкости на 10% вполне в допуске и аккумуляторы ещё можно где-нибудь использовать.

Пакет

Из-за невысокой стоимости и встроенного балансира плату защиты можно встраивать прямо в батарейный блок электроинструмента. Функций зарядки плата не имеет.
Маркировка платы HX-3S-FL25A-A
Ранее уже были краткие обзоры этой платы, например тут
mysku.ru/blog/ebay/47091.html
Размер платы совпадает с указанным 56х45мм, однако, толщина 4мм значительно больше заявленных 1,2мм, имейте это в виду.
Шунт собран из двух SMD резисторов по 5мОм в параллель (суммарно 2,5мОм).
Проволочные шунты всё-же надёжнее держат перегрузку, тут очевидно немного сэкономили, зато резисторы плоские и не торчат.
Полевики стоят AOD514 в параллель по 4 штуки

Балансировка собрана на базе HY2213-BB3A, номинальное напряжение балансировки 4,20В
Ток балансировки фиксированный 42мА (4,20В/100Ом=42мА), для не шибко ёмких аккумуляторов этого вполне достаточно.
Балансировка работает постоянно и независимо от схемы защиты. Пока напряжение на любом из аккумуляторов превышает 4,20В, к нему подключается нагрузочное сопротивление 100 Ом до тех пор, пока он не разрядится до 4,20В.

При желании, данную плату можно легко переделать в 2S просто замкнув перемычкой B2 и B+, при этом силовые ключи могут греться сильнее за счёт повышения сопротивления каналов полевиков.
Защиту обеспечивают контроллеры HY2110-CB

Не нарушая своих принципов, срисовал исходную принципиальную схему.

Схема хоть и выглядит сложновато, работает просто и понятно. Ошибки естественно никуда не делись — китайцы держат марку 🙂
Нумерация транзисторов показана условно.
На p-n-n транзисторах Q1-Q6 собран преобразователь уровней и сумматор сигналов с HY2210
На n-p-n транзисторах Q7-Q9 собрана нехитрая транзисторная логика управления силовыми ключами
Q7 отпирается при переразряде любого аккумулятора до напряжения ниже 2,40В, восстановление происходит при напряжении свыше 3,0В (после снятия нагрузки либо подключения к зарядке).
Q8 обеспечивает защёлкивание защиты после её срабатывания до момента полного снимания нагрузки. Одновременно, на нём организована быстродействующая защита при коротком замыкании нагрузки, когда ток прыгает свыше 100А.
Q9 отпирается при перезаряде любого аккумулятора до напряжения свыше 4,28В, восстановление происходит под нагрузкой при напряжении ниже 4,08В. При этом силовые ключи не препятствуют протеканию разрядного тока.
Точные пороги всех контроллеров я не проверял, т.к. это трудоёмко, но реально они не сильно отличаются от заявленных в спецификации.

S1 и S2 — просто контрольные точки, к термозащите отношения не имеют. Более того, замыкать их между собой нельзя. Как нормально подключить термозащиту — ниже расскажу и покажу.
На S1 появляется сигнал при переразряде любого элемента.
На S2 появляется сигнал при перезаряде любого элемента, а также после срабатывания токовой защиты.
Ток потребления платой очень мал — 8мкА.

Новые аккумуляторы SONY US18650VTC4

Аккумуляторы подписаны и проверены, ёмкость соответствует номинальной
1 – 2225мАч
2 – 2214мАч
3 – 2221мАч

Несмотря на наличие аппарата контактной сварки, аккумуляторы паял, т.к. в данном случае это лучшее решение.
Перед пайкой, необходимо аккумуляторы хорошо залудить.

Аккумуляторы спаяны и установлены на место

Плата припаяна (на фото плата уже переделана)
Соблюдать осторожность и не замыкать концы с аккумуляторов

Силовые провода — в силиконовой изоляции 1,5кв.мм
Контрольные провода — МГТФ-0,2

Типовая схема подключения платы не является оптимальной, т.к. к плате идут аж 4 силовых провода. Я подключил по более простой схеме, когда к плате идёт всего 2 силовых провода. Такое подключение допускается при малой длине соединительных проводов до аккумуляторов

Под нагрузкой при резком нажатии курка тут-же срабатывает защита платы 🙁
Сначала, я логично предположил, что она отрубается из-за токовой перегрузки, но замыкание шунта платы ничего не изменило. Стало понятно, что не токовая перегрузка платы вызывает срабатывание защиты.
Далее, подключил осциллограф в режиме записи к аккумуляторам и проверил напряжение на них под нагрузкой. Напряжение успело провалиться ниже 7В и защита тут-же сработала 🙁
Вот и причина срабатывания защиты. Почему напряжение так сильно провалилось, ведь аккумуляторы высокотоковые? Давайте займёмся измерениями и расчётами:
— напряжение аккумуляторов 11,4В (HP890CN)
— внутреннее сопротивление аккумуляторов из даташита на постоянном токе DC-IR 66мОм (3х22мОм)
— измеренное сопротивление двигателя 63мОм
— сопротивление соединительных проводов и переключателя шуруповёрта — 23мОм
— сопротивление платы защиты — шунт + MOSFET + провода подключения — 10мОм
Общее сопротивление цепи 66+63+23+10=162мОм
Ток в цепи 11,4/0,162=70А
Немало, однако…

Но проблема не в токе, а в падении напряжения на аккумуляторах.
При токе 70А напряжение каждого аккумулятора снижается на 70*0,022=1,54В и становится 3,8-1,54=2,26В. Вот она, реальная причина срабатывания защиты!
Корректировать или убирать защиту нежелательно — снижается безопасность использования, поэтому её надо просто замедлить на время пуска двигателя. Добавляем конденсатор 0,47мкФ в нужное место и задержка готова 🙂
Если кому-то паять мелочь на плату затруднительно, можно запаять конденсатор навесным монтажом между S1 и B-
Мне проще было поставить SMD конденсатор 🙂
Теперь есть достаточно времени, чтобы двигатель успел раскрутиться под нагрузкой. При жёсткой блокировке двигателя на полном газу, защита срабатывает через 0,3 сек, а не мгновенно, как раньше.
Переделанная плата

На резистор 470кОм не обращайте внимания — родной резиcтор 510кОм пострадал в результате экспериментов и был заменён что под руку попало 🙂
Плата содержит высокоомные цепи, поэтому после пайки необходимо тщательно отмывать плату.

Схема после переделки

Описание всех доработок
1. Выпаян ненужный конденсатор 0,1мкФ со 2 вывода HY2210 к шунту. Зачем его вообще поставили — непонятно, в даташите на HY2210 он отсутствует. На работу не влияет, но выпаял его от греха подальше.
2. Добавлен резистор база-эмиттер для нормального восстановления после срабатывания защиты.
Без него, автовосстановление защиты после снятия нагрузки работает крайне нестабильно, т.к. малейшие наводки на P- мешают сбрасывать защиту. Подходящий номинал резистора 1-3МОм. Паял этот резистор аккуратно непосредственно к выводам транзистора. Осторожно, не перегревайте его!
3. Добавлен конденсатор 0,47мкф для замедления срабатывания защиты от переразряда с 25мс (типовое для HY2210) до 300мс. Пробовал подключать конденсатор 0,1мкФ — защита срабатывает слишком быстро для здоровенного двигателя RS-775. Если двигатель совсем зверский, может понадобиться установка более ёмкого конденсатора, например 1мкФ

Теперь резкое нажатие на курок под нагрузкой не приводит к срабатыванию защиты 🙂

Подключение защитного термовыключателя.
К данной плате можно подключить как NO так и NC термовыключатель.
Схемы привожу ниже.

Я использовал NO термовыключатель KSD 9700 5A 70ºC

Приклеил его к аккумуляторам

Заодно решил отказаться от зарядки с БП через токоограничивающие резисторы и заряжать аккумуляторы переделанной зарядкой 3S 12,6V 3A

Итоговая схема получилась такова

Зарядка Colaier 12,6В 3А
aliexpress.com/item/12-6v-3a-lithium-battery-charger-3-lithium-battery-12v-polymer-battery-pack-charger/32304311673.html
Хороший обзор на неё уже делал ув. kirich, но мне как всегда есть что добавить

В исходном виде зарядка не держит заявленный ток 3А и перегревается. К тому-же, она излучает заметные помехи на близко расположенный радиоприёмник.
Зарядка была разобрана ещё до тестов 🙂

От простых БП зарядка отличается установленными дополнительно элементами схемы токоограничения

С доработками буду краток 🙂
— Поставил отсутствующий входной фильтр. Теперь радиоприёмник не реагирует на работающую зарядку.
— Переставил в нужные места термистор NTC1 (5D-9) и предохранитель LF1 (T2A)
— На плате есть место для установки разрядных резисторов R1 + R2. Они нужны для разряда CX1 после отключения зарядки из сети. Поставил разрядный резистор ОМЛТ-0,5 620 кОм параллельно CX1 🙂

— Поставил выходной дроссель L1 вместо перемычек. На работу никак не повлияло, ибо выходные пульсации для зарядки не имеют большого значения.

— Снизил выходное напряжение с 12,8В до 12,65В подключением параллельно резистору R29 8.2кОм резистора 390кОм
— Снизил выходной ток с 3,2А до 2А заменой резистора R26 1,6кОм на резистор 1кОм

Ток снизил потому, что во-первых, данная зарядка не может без перегрева выдать ток 3А, а во-вторых потому, что аккумуляторы US18650VTC4 имеют максимальный зарядный ток 2А.
Разводка печатной платы выполнена некорректно, из-за этого нет хорошей стабильности выходного напряжения и тока. Менять не стал ибо не сильно критично.

Выводы:
— Аккумуляторы SONY US18650VTC4 имеют только один недостаток — небольшую ёмкость
— Плата BMS 3S 25A способна работать нормально после небольшой доработки
— Зарядка 3S 12,6В 3A в исходном виде работает неудовлетворительно и требует значительной доработки, рекомендовать её не могу, извините

После переделки, шуруповёрт нормально работает уже 4 месяца. Снижение мощности не ощущается, заряжается быстро, чуть более часа.

Подружка

Обзор писал очень долго, за это время у моего шуруповёрта появилась подружка 🙂
Если кого-либо она интересует — сделаю обзор и на неё

Всех поздравляю с наступившим Новым Годом и спасибо всем, кто прочитал обзор от начала и до конца 🙂

Для чего литий─ионному аккумулятору нужен контроллер ?

Простейший вариант контроллера заряда-разряда литий-ионных АКБ можно увидеть, если разобрать аккумулятор планшетного компьютера или телефона. Он состоит из банки (аккумуляторного элемента) и печатной платы защиты BMS (Battery Monitoring System). Это и есть контроллер заряда-разряда, который можно видеть на фото ниже.

Назначение контроллера в том, что он следит за тем, чтобы банка не заряжалась выше напряжения 4,2 вольта. Литиевый аккумуляторный элемент имеет номинальное напряжение 3,7 вольта. Перезаряд и превышение напряжения выше 4,2 вольта могут привести к тому, что элемент выйдет из строя.Также контроллер следит за процессом разрядки аккумуляторного элемента. При падении напряжения ниже порогового (обычно 3 вольта) схема отключает банку от потребителя тока. В результате устройство, работающее от аккумулятора, просто выключается. Среди прочих функций контроллера зарядки стоит отметить защиту от короткого замыкания. На некоторых платах защиты BMS устанавливается терморезистор для защиты аккумуляторного элемента от перегрева.Контроллер, рассмотренный выше, является простейшим вариантом защиты BMS. На самом деле разновидностей таких плат гораздо больше и есть довольно сложные и дорогостоящие.Почти все такие и похожие платы отвечают только за три вещи:
1. Контроль переразряда батареи
2. Контроль перезаряда батареи
3. Защита от превышения тока нагрузки.
Иногда плата может контролировать температуру батареи. В нашем магазине Эсма вы можете приобрести несколько разновидностей подобных контроллеров, а также литиевые элементы, контактные площадки для сборки элементов в батареи и термоусадку к ним. Используя подобные контроллеры, при достаточной квалификации, вы можете переделать старые Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторы шуруповертов, дрелей, р/станций и др. электронных устройств на современные, более легкие и долговечные литиевые батареи. Стоит отметить что прежние зарядные устройства без дополнительных работ использовать нельзя!

Рассмотрим некоторые контроллеры, продаваемые в магазине Эсма города Магнитогорска.

HX-3S-A02 цена 170р

. . HX-3S-A02 Прилагается вариант схемы подключения. Удачная разработка китайцев, плата (модуль) HX-3S-A02 (3A) на основе чипа (контроллера) S-8254AA, выполняет функцию защиты заряда-разряда LI-ION элементов типа 18650. Обеспечивает защиту от перезаряда, защиту от переразряда, защиту от короткого замыкания. Позволяет подключить три аккумулятора типа 18650 с максимальным током разряда до 10A. Размер платы 50х16 мм

FDC-2S-2 цена 50р

Плата (модуль) FDC-2S-2 (HX-2S-02) на основе чипа HY2120, выполняет функцию защиты LI-ION элементов типа 18650. Обеспечивает защиту от перезаряда, защиту от переразряда, защиту от короткого замыкания. Позволяет подключить два аккумулятора типа 18650 с максимальным током разряда до 3A. Размер платы 36x6x1 мм. Прилагается вариант схемы подключения.

HX-2S-01 цена 60р

HX-2S-01 Плата (модуль) на основе чипа HY2120, выполняет функцию защиты LI-ION элементов типа 18650. Обеспечивает защиту от перезаряда, защиту от переразряда, защиту от короткого замыкания. Позволяет подключить два аккумулятора типа 18650 с максимальным током разряда до 3A

HX-3S-D01 цена 220р

HX-3S-D01. Плата (модуль) на основе чипа (контроллера) S-8254AA, выполняет функцию защиты заряда-разряда LI-ION элементов типа 18650. Обеспечивает защиту от перезаряда, защиту от переразряда, защиту от короткого замыкания. Позволяет подключить три аккумулятора типа 18650 с максимальным током разряда до 20A. Размер платы 51х23 мм.

HX-3S-D02 цена 200р

Плата (модуль) HX-3S-D02 на основе чипа (контроллера) S-8254AA, выполняет функцию защиты заряда-разряда LI-ION элементов типа 18650. Обеспечивает защиту от перезаряда, защиту от переразряда, защиту от короткого замыкания. Позволяет подключить три аккумулятора типа 18650 с максимальным током разряда до 10A. Размер платы 50х16 мм. Прилагается вариант схемы подключения.

HX-4S-A01 цена 200р

Прилагается вариант схемы подключения. Плата (модуль) HX-4S-A01 (6A) на основе чипа (контроллера) S-8254AA, выполняет функцию защиты заряда-разряда LI-ION элементов типа 18650. Обеспечивает защиту от перезаряда, защиту от переразряда, защиту от короткого замыкания. Позволяет подключить четыре аккумулятора типа 18650 с максимальным током разряда до 6A. Размер платы 67х16 мм.

Теперь мы знаем, что контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора играет важную роль в обеспечении длительности работоспособности мобильных устройств и позитивно сказывается на сроке их службы. Благодаря простоте производства их можно найти практически в любом телефоне или планшете. Если будет желание собственными глазами увидеть, а руками потрогать контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора и его содержимое, то при разборе следует помнить, что работа ведётся с химическим элементом, поэтому следует соблюдать определённую осторожность.

Как работает BMS | Система управления литий-ионными аккумуляторами Orion

Система управления батареями Orion (BMS) выполняет три основные функции:

Защищает аккумуляторную батарею от перезарядки (слишком высокое напряжение элементов) или чрезмерной разрядки (слишком низкое напряжение элементов), тем самым продлевая срок службы аккумуляторной батареи. Это достигается путем постоянного мониторинга каждой ячейки в аккумуляторном блоке и точного расчета, сколько тока может безопасно входить (источник, заряд) и выходить (нагрузка, разряд) аккумуляторного блока, не повреждая его.Эти рассчитанные пределы тока затем отправляются источнику (обычно зарядному устройству) и нагрузке (контроллер двигателя, инвертор мощности и т. Д.), Которые отвечают за соблюдение этих ограничений.
Он вычисляет состояние заряда (количество энергии, оставшейся в аккумуляторе), отслеживая, сколько энергии входит и выходит из аккумуляторного блока, а также отслеживая напряжения в элементах. Это значение можно рассматривать как указатель уровня топлива, показывающий, сколько заряда батареи осталось в батарее.
It контролирует состояние и безопасность аккумуляторной батареи , постоянно проверяя наличие коротких замыканий, неплотных соединений, пробоев изоляции проводов, а также слабых или дефектных аккумуляторных элементов, которые необходимо заменить.

Есть также второстепенные функции, которые выполняет BMS:

Уравновешивает все элементы в аккумуляторной батарее, разумно отводя избыточную энергию из ячеек, которые заряжены больше, чем другие. Это обеспечивает максимальное количество полезной энергии (емкости) от аккумуляторной батареи, поскольку мощность батареи определяется мощностью самого слабого элемента.
Контролирует температуру аккумуляторной батареи и управляет вентилятором аккумуляторной батареи для регулирования температуры аккумуляторной батареи. Кроме того, он постоянно контролирует мощность вентилятора, чтобы убедиться, что он работает правильно.
Предоставляет информацию и значения в реальном времени другим устройствам, таким как контроллеры двигателей, зарядные устройства, дисплеи и регистраторы данных, используя несколько различных методов (CANBUS, аналоговые выходы и цифровые выходы).
Хранит коды ошибок и исчерпывающую диагностическую информацию, чтобы помочь в устранении проблем с аккумулятором в случае возникновения каких-либо проблем.

Рисунок 1: Общий обзор соединений и сигналов, передаваемых и принимаемых BMS.

Система управления батареями

Новая система управления батареями Thunderstruck Motors от Dilithium Design

Показано с одним контроллером BMS, одним спутником, жгутом и тестером жгута

Система управления батареями Dilithium Design — это модульная BMS, разработанная для электромобилей.BMS реализована в виде двух сборок. Контроллер BMS (BMSC) состоит из процессора BMS и измерительной платы в едином корпусе. BMS Satellite (BMSS) содержит измерительную плату BMS. Контроллер BMS представляет собой автономную систему BMS с 24 ячейками, , и можно добавить до трех спутников BMS, что дает системы 48, 72 и 96 ячеек . Несколько систем могут использоваться вместе для контроля больших упаковок.

Измерительная плата BMS была оптимизирована для контроля ячеек в больших литиевых батареях и была разработана для минимизации энергопотребления, особенно при длительном хранении, когда разряд батареи недопустим.

Диагностика BMS проверяет правильное функционирование измерительной схемы, проверяет проводку ячейки и отслеживает ошибки связи. В процессе работы все ячейки в системе измеряются примерно 8 раз в секунду с высокой согласованностью и точностью.

Во время движения BMS контролирует упаковку и собирает статистику упаковки и ячеек. Статистика включает данные водяного знака ячеек с высоким и низким уровнем, которые можно использовать для отслеживания производительности ячеек под нагрузкой, и стандартное отклонение, которое измеряет баланс упаковки.

BMS поддерживает несколько состояний ошибки (или «предупреждений»). Во время движения генерируется предупреждение, если какая-либо ячейка падает ниже настраиваемого порога отсечки по низкому напряжению (LVC) . Во время зарядки BMS генерирует предупреждение, если какая-либо ячейка превысит порог отключения высокого напряжения (HVC), который можно использовать для остановки зарядки. BMS поддерживает настраиваемое пороговое значение отсечки балансного напряжения (BVC), которое можно использовать для связи с зарядным устройством для снижения тока заряда.

BMS поддерживает интеллектуальную балансировку ячеек .Ячейка сбалансирована, если ее напряжение больше, чем среднее напряжение ячейки для блока, и если ее напряжение больше, чем конфигурируемый минимальный порог (установленный BVMIN). Балансировка ячеек происходит при движении и зарядке, а , а не , только в самом конце цикла зарядки.

Контейнер примерно 5 3/8 дюйма на 3 3/8 дюйма и 1 1/8 дюйма в высоту.

Руководства

Краткое руководство

Версия 2.2

Версия 2.1

Версия 2.0

Установка утилит последовательного порта

Программное обеспечение для ПК (.zip)

Программное обеспечение Mac (.zip)

Контурная цепь BMS

Примечание по внешней коммутации

Видео : Подключение и тестирование BMS

Взгляд изнутри системы управления батареями

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275e5f6d5f267ee20be1a» data-embed-element = «aside» data-embed-alt = «Insidepenton Com Электронный дизайн Adobe Pdf Logo Tiny» data-embed-src = «https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2013/01/insidepenton_com_electronic_design_adobe_pdf_logo_tiny.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

Скачать эту статью в формате .PDF
Этот тип файла включает графику и схемы с высоким разрешением, если это применимо.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f4df» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 02 Райан Родерик Фото «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/03/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_02_Ryan_Roderick_photo.png?auto=format&fit=max&w=1440 «Ryan_Roderick_photo.png?auto=format&fit=max&w=1440» Data-Engineed-embed-caption Precision Products Group, Intersil Corp.

Современные электронные устройства обладают большей мобильностью и экологичнее, чем когда-либо прежде. Достижения в области аккумуляторов подпитывают этот прогресс в широком спектре продуктов, от портативных электроинструментов до подключаемых гибридных электромобилей и беспроводных динамиков.В последние годы эффективность батареи — количество энергии, которое может выдать батарея в зависимости от ее размера и веса — значительно улучшилось.

Подумайте о весе и громоздкости автомобильного аккумулятора. Его основное предназначение — завести машину. Однако с недавними достижениями вы можете запустить свой автомобиль с помощью литий-ионного аккумулятора, который размером с вашу руку и весит всего пару фунтов.

Непрерывное преобразование аккумуляторных технологий побудило многих новичков стать осведомленными в проектировании систем управления аккумуляторными батареями.Эта статья представляет собой руководство для начинающих по архитектуре системы управления батареями (BMS), обсуждает основные функциональные блоки и объясняет важность каждого блока для системы BMS.

Архитектура системы управления батареями

Система управления батареями (BMS) обычно состоит из нескольких функциональных блоков, включая пороговые датчики с полевым эффектом (FET), монитор топливомера, монитор напряжения ячеек, баланс напряжения ячеек, часы реального времени, мониторы температуры и конечный автомат (рис.1) . Доступны несколько типов ИС BMS.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f4e1» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 г. 02 Обновление 02 27 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/03/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_02_UPDATEng__&fit=format=ru max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 1.Система управления батареями (BMS) включает в себя несколько строительных блоков.

Группировка функциональных блоков широко варьируется от простого аналогового внешнего интерфейса, такого как ISL94208, который предлагает балансировку и мониторинг и требует микроконтроллера, до автономного интегрированного решения, которое работает автономно (например, ISL94203). Теперь давайте рассмотрим назначение и технологию каждого блока, а также плюсы и минусы каждой технологии.

Полевые транзисторы с отсечкой и драйвер на полевых транзисторах

Функциональный блок драйвера полевого транзистора отвечает за соединение аккумуляторной батареи и изоляцию между нагрузкой и зарядным устройством.Поведение драйвера полевого транзистора основано на измерениях напряжений аккумуляторных элементов, измерениях тока и схемах обнаружения в реальном времени. На рис. 2 показаны два различных типа соединений на полевых транзисторах между нагрузкой и зарядным устройством, а также аккумуляторной батареей.

Рис. 2A требует наименьшего количества подключений к аккумуляторной батарее и ограничивает режимы работы аккумуляторной батареи: зарядка, разрядка или спящий режим. Направление тока и поведение конкретного теста в реальном времени определяют состояние устройства.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f4e3» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Файлы Загрузки 2015 02 Intersil Roderick Fig2b «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/03/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_fo2_Informil_uploads_2015_fo2_Informil_png max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% 2. Показаны схемы полевых транзисторов с отсечкой для одиночного соединения между нагрузкой и зарядным устройством (A), а также двухконтактное соединение, которое позволяет одновременно заряжать и разряжать (B).

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f4e5» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов, 2015 г. 02 Intersil Roderick Fig2a «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/03/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_Formit=3d02_Files_uploads_2015_Format=2d3 = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

Например, ISL94203 имеет монитор канала (CHMON), который контролирует напряжение на правой стороне полевых транзисторов с отсечкой.Если зарядное устройство подключено и аккумуляторная батарея изолирована от него, ток, подаваемый в аккумуляторную батарею, вызовет повышение напряжения до максимального напряжения питания зарядного устройства. Уровень напряжения на CHMON срабатывает, что позволяет устройству BMS знать, что зарядное устройство присутствует. Чтобы определить подключение нагрузки, в нагрузку вводят ток, чтобы определить, присутствует ли нагрузка. Если напряжение на выводе не увеличивается значительно при подаче тока, результат определяет наличие нагрузки.Затем включается DFET драйвера полевого транзистора. Схема подключения на рисунке 2B позволяет аккумуляторной батарее работать во время зарядки.

Драйверы

FET могут быть предназначены для подключения к верхней или нижней стороне аккумуляторной батареи. Подключение высокого уровня требует, чтобы драйвер накачки заряда активировал полевые транзисторы NMOS. При использовании драйвера верхнего плеча он обеспечивает надежное заземление для остальной схемы. Соединения драйвера полевого транзистора нижнего плеча используются в некоторых интегрированных решениях для снижения затрат, поскольку им не нужен подкачивающий насос.Им также не требуются высоковольтные устройства, которые занимают большую площадь кристалла. Использование отсекающих полевых транзисторов на стороне низкого напряжения сглаживает заземление аккумуляторного блока, что делает его более восприимчивым к шумам, вносимым в измерения. Это влияет на производительность некоторых микросхем.

Датчик уровня топлива / измерения тока

Функциональный блок указателя уровня топлива отслеживает вход и выход заряда аккумуляторной батареи. Заряд — это произведение тока и времени. При разработке указателя уровня топлива можно использовать несколько различных методов.

Усилитель с датчиком тока и микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) низкого разрешения — это один из методов измерения тока. Усилитель считывания тока, который работает в средах с высоким уровнем синфазности, усиливает сигнал, обеспечивая измерения с более высоким разрешением. Однако этот дизайнерский прием приносит в жертву динамический диапазон.

В других методах используется АЦП с высоким разрешением или дорогостоящая ИС измерителя уровня топлива. Понимание зависимости текущего потребления тока от времени при нагрузке определяет лучший тип конструкции топливомера.

Наиболее точным и экономичным решением является измерение напряжения на измерительном резисторе с использованием 16-разрядного или более мощного АЦП с низким смещением и высоким синфазным номиналом. АЦП с высоким разрешением предлагает большой динамический диапазон за счет скорости. Если аккумулятор подключен к неустойчивой нагрузке, например к электромобилю, медленный АЦП может пропустить сильные и высокочастотные всплески тока, подаваемые на нагрузку.

Для неустойчивых нагрузок может быть более желательным АЦП последовательного приближения (SAR) с, возможно, входным каскадом усилителя с измерением тока.Любая ошибка смещения влияет на общую ошибку в количестве заряда батареи. Ошибки измерения с течением времени приведут к значительным ошибкам состояния заряда аккумуляторной батареи. При измерении заряда достаточно смещения измерения 50 мкВ или менее при разрешении 16 бит.

Напряжение элементов и увеличение срока службы батареи

Мониторинг напряжения каждой ячейки в аккумуляторной батарее необходим для определения ее общего состояния. Все элементы имеют окно рабочего напряжения, в котором должна происходить зарядка / разрядка для обеспечения правильной работы и срока службы батареи.Если в приложении используется батарея с литиевым составом, рабочее напряжение обычно находится в диапазоне от 2,5 до 4,2 В. Диапазон напряжения зависит от химического состава. Эксплуатация аккумулятора вне диапазона напряжений значительно сокращает срок службы элемента и может сделать его бесполезным.

Элементы соединены последовательно и параллельно, образуя аккумуляторную батарею. Параллельное соединение увеличивает ток аккумуляторной батареи, а последовательное соединение увеличивает общее напряжение. Характеристики элемента имеют следующее распределение: в момент времени, равный нулю, скорость заряда и разряда элемента аккумуляторной батареи одинакова.По мере того, как каждая ячейка проходит цикл между зарядкой и разрядкой, скорость зарядки и разрядки каждой ячейки меняется. Это приводит к распределению распределения по аккумуляторной батарее.

Простой способ определить, заряжена ли аккумуляторная батарея, — это контролировать напряжение каждой ячейки до заданного уровня. Напряжение первого элемента, достигшее предела напряжения, приводит к срабатыванию предела заряда аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея с более слабой, чем в среднем, ячейкой приводит к тому, что самая слабая ячейка первой достигает предела, не позволяя остальным элементам полностью заряжаться.

Схема зарядки, как описано, не увеличивает время включения аккумуляторной батареи на одну зарядку. Схема зарядки сокращает срок службы аккумуляторной батареи, поскольку ей требуется больше циклов зарядки и разрядки. Более слабый элемент разряжается быстрее. Это также происходит в цикле разряда; более слабый элемент сначала выходит за пределы разряда, оставляя остальные элементы с оставшимся зарядом.

Есть два способа уменьшить время работы от одной зарядки аккумуляторной батареи. Первый — замедлить заряд самой слабой ячейки во время цикла зарядки.Это достигается подключением байпасного полевого транзистора с токоограничивающим резистором через ячейку (фиг. 3A) . Он принимает ток от ячейки с наибольшим током, что приводит к замедлению заряда ячейки. В результате другие элементы аккумуляторной батареи могут догнать. Конечная цель — максимально увеличить емкость аккумулятора за счет одновременного достижения всеми элементами полностью заряженного предела.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f4e7» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Сообщество сайтов Электронный дизайн com Загрузка файлов 2015 02 Intersil Roderick Fig3b «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/03/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_02_Intersil_Roderick_Fig3b.png?auto=format&fit=max&wpass=1440} «data-embed help. замедлить скорость заряда элемента во время цикла заряда (A). Активная балансировка используется во время цикла разряда, чтобы украсть заряд у сильного элемента и передать заряд слабому элементу (B).

% {[data-embed- type = «image» data-embed-id = «5df275ecf6d5f267ee20f4e9» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 02 Intersil Roderick Fig3a «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2015/03/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2015_02_Intersil_Roderick_Fig3a.png?auto=format&fit=max&w=1440} «data-embed000»

Второй метод состоит в том, чтобы сбалансировать аккумуляторную батарею в цикле разряда путем реализации схемы заряда-смещения. Это достигается за счет принятия заряда через индуктивную связь или емкостное накопление от альфа-ячейки и инжекции накопленного заряда в самую слабую ячейку.Это сокращает время, необходимое самому слабому элементу для достижения предела разряда, также известного как активная балансировка (фиг. 3B) .

Контроль температуры

Современные батареи вырабатывают большой ток, сохраняя при этом постоянное напряжение. Это может привести к разгону, что приведет к возгоранию аккумулятора. Химические вещества, используемые для изготовления батареи, очень летучие — батарея, пронзенная правильным предметом, также может вызвать возгорание батареи.Измерения температуры используются не только в целях безопасности, они также могут определить, нужно ли заряжать или разряжать аккумулятор.

Датчики температуры контролируют каждую ячейку для приложений системы хранения энергии (ESS) или группу ячеек для небольших и более портативных приложений. Термисторы, питаемые от внутреннего источника опорного напряжения АЦП, обычно используются для контроля температуры каждой цепи. Кроме того, внутренний источник опорного напряжения помогает снизить неточность показаний температуры по сравнению с изменениями температуры окружающей среды.

Конечные автоматы или алгоритмы

Для большинства систем BMS требуется микроконтроллер (MCU) или программируемая вентильная матрица (FPGA) для управления информацией от схемы считывания, а затем принятия решений на основе полученной информации. В некоторых устройствах, таких как ISL94203, алгоритм с цифровым кодированием позволяет использовать автономное решение с одним чипом. Автономные решения также ценны при подключении к MCU, потому что автономный конечный автомат может использоваться для освобождения тактовых циклов MCU и пространства памяти.

Прочие строительные блоки BMS

Другие функциональные блоки BMS могут включать аутентификацию батареи, часы реального времени (RTC), память и шлейфовое соединение. Часы реального времени и память используются для приложений «черного ящика» — часы реального времени используются в качестве отметки времени, а память используется для хранения данных. Это позволяет пользователю узнать о поведении аккумуляторной батареи до катастрофического события. Блок аутентификации аккумулятора предотвращает подключение электроники BMS к аккумуляторной батарее стороннего производителя.Опорное напряжение / регулятор напряжения используется для питания периферийных схем системы BMS. Наконец, схема последовательного подключения используется для упрощения соединения между устройствами в стеке. Блок шлейфового подключения устраняет необходимость в оптических соединителях или других схемах смещения уровня.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275e5f6d5f267ee20be1a» data-embed-element = «aside» data-embed-alt = «Insidepenton Com Электронный дизайн Adobe Pdf Logo Tiny» data-embed-src = «https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2013/01/insidepenton_com_electronic_design_adobe_pdf_logo_tiny.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» «]}%

Заключение

Системы управления батареями могут быть построены с использованием множества функциональных блоков и методов проектирования.Тщательное рассмотрение требований к батарее и целей по сроку службы батареи поможет определить правильную архитектуру, функциональные блоки и соответствующие ИС для создания системы управления батареями и схемы зарядки, которые оптимизируют срок службы батареи. Для получения дополнительной информации о решениях для управления батареями перейдите сюда.

Системы управления и мониторинга аккумуляторных батарей BMS

BMS означает разные вещи для разных людей.Для некоторых это просто мониторинг батареи, отслеживающий ключевые рабочие параметры во время зарядки и разрядки, такие как напряжение и ток, внутренняя температура батареи и температура окружающей среды. Цепи мониторинга обычно обеспечивают входы для устройств защиты, которые генерируют сигналы тревоги или отключают аккумулятор от нагрузки или зарядного устройства, если какой-либо из параметров выходит за допустимые пределы.

Для энергетика или инженера завода, ответственного за резервное питание, батарея является последней линией защиты от отключения электроэнергии или выхода из строя телекоммуникационной сети. BMS означает системы управления батареями.Такие системы включают в себя не только мониторинг и защиту батареи, но также методы поддержания ее готовности к выдаче полной мощности при необходимости и способы продления ее срока службы. Это включает в себя все, от управления режимом зарядки до планового обслуживания.

Для автомобильного инженера система управления батареями является компонентом гораздо более сложной быстродействующей системы управления энергопотреблением и должна взаимодействовать с другими бортовыми системами, такими как управление двигателем, климат-контроль, системы связи и безопасности.

Таким образом, существует множество разновидностей BMS.

Проектирование BMS

Чтобы контролировать производительность и безопасность аккумуляторной батареи, необходимо понимать, что необходимо контролировать и почему это необходимо контролировать. Это требует глубокого понимания фундаментального химического состава элементов, рабочих характеристик и режимов отказа батарей, особенно отказов литиевых батарей.Аккумулятор нельзя рассматривать просто как черный ящик.

Строительные блоки BMS

Есть три основные цели, общие для всех систем управления батареями

Защищать элементы или аккумулятор от повреждений
Продлить срок службы батареи
Поддерживайте аккумулятор в таком состоянии, в котором он может выполнять функциональные требования приложения, для которого он был задан.

Для достижения этих целей BMS может включать в себя одну или несколько из следующих функций. (Перейдите по ссылкам, чтобы увидеть, как реализованы эти функции.)

Cell Protection Защита аккумулятора от недопустимых условий эксплуатации является фундаментальной для всех приложений BMS. На практике BMS должна обеспечивать полную защиту ячеек, чтобы покрыть практически любые непредвиденные обстоятельства.Эксплуатация батареи за пределами указанных проектных ограничений неизбежно приведет к выходу батареи из строя. Помимо неудобств, стоимость замены батареи может быть непомерно высокой. Это особенно верно для высоковольтных и высокомощных автомобильных аккумуляторов, которые должны работать в агрессивных средах и которые в то же время являются предметом злоупотреблений со стороны пользователя.
Контроль заряда Это важная функция BMS. Из-за неправильной зарядки повреждается больше батарей, чем по любой другой причине.
Управление потреблением Хотя управление потреблением напрямую не связано с работой самой батареи, оно относится к приложению, в котором используется батарея. Его цель состоит в том, чтобы свести к минимуму утечку тока в батарее за счет разработки методов энергосбережения в схемах приложений и, таким образом, продлить время между зарядками батареи.
Определение SOC Для многих приложений требуется знание состояния заряда (SOC) батареи или отдельных ячеек в цепи батареи.Это может быть просто для предоставления пользователю индикации оставшейся емкости в аккумуляторе или может потребоваться в схеме управления для обеспечения оптимального управления процессом зарядки.
Определение SOH Состояние работоспособности (SOH) — это мера способности батареи обеспечивать заданную мощность. Это жизненно важно для оценки готовности оборудования аварийного электроснабжения и является индикатором необходимости проведения технического обслуживания.
Балансировка ячеек В цепях многоэлементных батарей небольшие различия между элементами из-за производственных допусков или условий эксплуатации, как правило, увеличиваются с каждым циклом заряда / разряда.Более слабые элементы перенапрягаются во время зарядки, в результате чего они становятся еще слабее, пока они в конечном итоге не выйдут из строя, что приведет к преждевременному выходу из строя батареи. Балансировка ячеек — это способ компенсации более слабых ячеек путем выравнивания заряда всех ячеек в цепи и, таким образом, продления срока службы батареи.
История — (функция журнала) Мониторинг и сохранение истории батареи — еще одна возможная функция BMS. Это необходимо для оценки состояния батареи, а также для определения того, подвергалась ли она неправильному обращению.Такие параметры, как количество циклов, максимальное и минимальное напряжение и температура, а также максимальные токи зарядки и разрядки, могут быть записаны для последующей оценки. Это может быть важным инструментом при оценке претензий по гарантии.
Аутентификация и идентификация BMS также позволяет записывать информацию о ячейке, такую как обозначение типа производителя и химический состав ячейки, что может облегчить автоматическое тестирование, а также номер партии или серийный номер и дату производства, что позволяет отслеживать в случае отказы ячеек.
Связь Большинство систем BMS включают в себя ту или иную форму связи между аккумулятором и зарядным устройством или испытательным оборудованием. У некоторых есть ссылки на другие системы, взаимодействующие с батареей для отслеживания ее состояния или истории. Интерфейсы связи также необходимы, чтобы предоставить пользователю доступ к батарее для изменения параметров управления BMS или для диагностики и тестирования.

Следующие примеры иллюстрируют три очень разных приложения BMS в действии.

Интеллектуальные батареи

Срок службы никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов, таких как те, которые используются в электроинструментах, можно продлить за счет использования интеллектуальной системы зарядки, которая облегчает обмен данными между аккумулятором и зарядным устройством. Батарея предоставляет информацию о своих характеристиках, текущем состоянии и истории использования, которая используется зарядным устройством для определения оптимального профиля зарядки или, в зависимости от приложения, в котором она используется, для управления ее использованием.

Основная цель комбинации зарядного устройства / аккумулятора состоит в том, чтобы разрешить включение более широкого диапазона схем защиты, которые предотвращают перезарядку или повреждение аккумулятора и, таким образом, продлевают срок его службы. Контроль заряда может осуществляться как аккумулятором, так и зарядным устройством. Целью комбинации приложения / аккумулятора является предотвращение перегрузок и сохранение заряда аккумулятора. Как и в случае с комбинацией зарядных устройств, контроль разряда может осуществляться либо в приложении, либо в аккумуляторе.

Несмотря на то, что были разработаны некоторые специальные элементы, включающие интеллект, этот интеллект, скорее всего, будет реализован в аккумуляторной батарее.

Система работает следующим образом:

Интеллектуальная батарея или интеллектуальная батарея обеспечивает выходные сигналы датчиков, которые показывают фактическое состояние напряжений, токов и температур внутри батареи, а также состояние заряда.Он также может обеспечивать функции сигнализации, указывающие на выход за пределы допуска.

Интеллектуальная батарея также содержит микросхему памяти, которая запрограммирована производителем с информацией о технических характеристиках батареи, например: —

Производственные данные (имя, дата, серийный номер и т. Д.)
Клеточная химия
Емкость ячейки
Механический код схемы
Верхний и нижний пределы напряжения
Пределы максимального тока
Пределы температуры

После того, как аккумулятор введен в эксплуатацию, в памяти также могут быть записаны: —

Сколько раз заряжался и разряжался аккумулятор.
Истекшее время
Внутреннее сопротивление батареи
Температурный профиль, которому он был подвергнут
Работа любых контуров принудительного охлаждения
Любые случаи превышения лимитов.

Система также требует устройств, которые могут быть либо в аккумуляторе, либо в зарядном устройстве, либо в обоих, которые могут прерывать или изменять зарядку в соответствии с набором правил.Точно так же разряд батареи может контролироваться батареей или схемами управления потреблением в приложении.

Intelligent Battery также требует интеллектуального зарядного устройства, с которым можно разговаривать, и языка, на котором они могут говорить.

Зарядное устройство запрограммировано так, чтобы реагировать на входные данные от аккумулятора, оптимизировать профиль зарядки, заряжать с максимальной скоростью до достижения заданной температуры, затем замедлять или останавливать заряд и / или включать охлаждающий вентилятор, чтобы не превышать температурный предел и, таким образом, избежать необратимого повреждения аккумулятора.Если ухудшение внутреннего импеданса батареи указывает на необходимость восстановления, зарядное устройство также можно запрограммировать на восстановление батареи, подвергнув ее нескольким циклам глубокой зарядки и разрядки. Поскольку аккумуляторная батарея содержит информацию о ее характеристиках, которую может прочитать зарядное устройство, можно создать универсальные зарядные устройства, которые могут автоматически адаптировать профиль зарядки к диапазону химического состава и емкости аккумулятора, если они соответствуют согласованному протоколу сообщений.

Для облегчения взаимодействия между аккумулятором и зарядным устройством необходим отдельный канал связи. Одним из примеров, используемых для простых приложений, является шина управления системой (SMBus), которая является частью системы интеллектуальной батареи, которая используется в основном в приложениях с низким энергопотреблением. Батареи, соответствующие стандарту SBS, называются интеллектуальными батареями. Однако интеллектуальные батареи не ограничиваются схемой SMS, и многие производители внедрили свои собственные схемы, которые могут быть более простыми или более сложными, в зависимости от требований приложения.

Заявлено о 50% увеличении срока службы батареи при использовании таких методов.

Система автоматического управления

Это пример системы автоматического управления, в которой аккумулятор предоставляет информацию о своем фактическом состоянии зарядному устройству, которое сравнивает фактическое состояние с желаемым состоянием и генерирует сигнал ошибки, который используется для инициирования управляющих действий для приведения фактического состояния в норму. линия с желаемым состоянием.Управляющие сигналы образуют часть контура обратной связи, который обеспечивает автоматическую компенсацию, чтобы поддерживать батарею в пределах требуемых рабочих параметров. Не требует вмешательства пользователя. Система автоматического управления в той или иной форме является неотъемлемой частью всех BMS

Мониторинг батареи

Помимо разговора с зарядным устройством, Intelligent Battery может также разговаривать с пользователем или с другими системами, частью которых может быть аккумулятор.Подаваемые им сигналы могут использоваться для включения сигнальных ламп или для информирования пользователя о состоянии аккумулятора и оставшемся заряде.

Мониторинг состояния батареи является неотъемлемой частью всех систем управления батареями. В первом из следующих двух примеров управляющие воздействия выполняются вручную — инженер по ремонту электростанции устраняет любые недостатки. Во втором примере аккумулятор является частью системы автоматического управления, состоящей из нескольких взаимосвязанных контуров обратной связи, управляющих самой аккумуляторной батареей и ее ролью как части общей системы управления энергопотреблением транспортного средства.

Электростанция БМС

Требования к управлению батареями сильно различаются для установок резервного и аварийного питания. Батареи могут быть неактивными в течение длительного времени, время от времени подзаряжаемые непрерывным зарядом, или, как в телекоммуникационных установках, они могут оставаться на плавающем заряде, чтобы они всегда были полностью заряжены. По своей природе такие установки должны быть доступны для использования в любое время.Важной обязанностью по управлению такими установками является знание состояния батареи и того, можно ли рассчитывать на то, что она будет поддерживать свою нагрузку во время отключения электроэнергии. Для этого очень важно знать SOH и SOC батареи. В случае свинцово-кислотных аккумуляторов можно определить SOC отдельных элементов, используя ареометр для измерения удельного веса электролита в элементах. Традиционно единственным способом определения SOH было испытание на разряд, то есть полностью разрядив аккумулятор и измерив его выходную мощность.Такое тестирование очень неудобно. Для большой установки может потребоваться восемь часов, чтобы разрядить аккумулятор, и еще три дня, чтобы зарядить его. В это время установка будет без аварийного питания, если не будет предоставлена резервная батарея.

Современный способ измерения SOH батареи — это проверка импеданса или проверка проводимости. Было обнаружено, что импеданс ячейки имеет обратную корреляцию с SOC, а проводимость, обратная импедансу, имеет прямую корреляцию с SOH ячейки.Оба этих теста можно проводить без разряда батареи, но еще лучше, чтобы устройство контроля оставалось на месте, обеспечивая постоянное измерение в режиме онлайн. Это позволяет инженеру завода иметь актуальную оценку состояния батареи, чтобы можно было обнаружить любое ухудшение характеристик элемента и спланировать соответствующие действия по техническому обслуживанию.

Автомобильная BMS

Управление автомобильными аккумуляторными батареями намного сложнее, чем в двух предыдущих примерах.Он должен взаимодействовать с рядом других бортовых систем, он должен работать в режиме реального времени в быстро меняющихся условиях зарядки и разрядки

, поскольку транспортное средство ускоряется и тормозит, и ему приходится работать в суровых и неконтролируемых условиях. Этот пример описывает сложную систему как иллюстрацию того, что возможно, однако не всем приложениям потребуются все функции, показанные здесь.

Функции BMS, подходящие для гибридного электромобиля, следующие:

Контроль состояния отдельных ячеек, составляющих аккумулятор
Поддержание всех ячеек в рабочих пределах
Защита ячеек от недопустимых условий
Обеспечение «отказоустойчивого» механизма в случае неконтролируемых условий, потери связи или злоупотреблений
Изоляция аккумуляторной батареи в экстренных случаях
Компенсация любого дисбаланса параметров элементов в цепи батареи
Установка рабочей точки аккумулятора, позволяющей поглощать заряды рекуперативного торможения без перезарядки аккумулятора.
Предоставляет информацию о состоянии заряда (SOC) аккумулятора. Эта функция часто упоминается как «Датчик уровня топлива» или «Датчик газа»
Предоставляет информацию о состоянии здоровья (SOH) батареи. Это измерение дает представление о состоянии использованной батареи по сравнению с новой батареей.
Предоставление информации для дисплеев и сигналов тревоги водителя
Прогнозирование возможного диапазона с оставшимся зарядом аккумулятора (это требуется только для электромобилей)
Принятие и выполнение команд управления от связанных систем транспортного средства
Обеспечение оптимального алгоритма зарядки для зарядки ячеек
Обеспечение предварительной зарядки для проверки сопротивления нагрузки перед включением и двухступенчатой зарядки для ограничения пусковых токов
Обеспечение доступа для зарядки отдельных ячеек
Реагирование на изменение режима работы автомобиля
Запись использования батареи и злоупотребления.(Частота, величина и продолжительность состояний за пределами допуска), известная как функция журнала регистрации
Аварийный режим «Limp Home Mode» при выходе из строя ячейки.

Таким образом, в практических системах BMS может включать в себя больше функций транспортного средства, чем простое управление аккумулятором. Он может определить желаемый режим работы транспортного средства, будь то ускорение, торможение, холостой ход или остановка, и реализовать соответствующие действия по управлению электропитанием.

Защита ячеек

Одной из основных функций системы управления батареями является обеспечение необходимого мониторинга и контроля для защиты элементов от недопустимых условий окружающей среды или рабочих условий. Это особенно важно в автомобильной промышленности из-за суровых условий труда. Помимо защиты отдельных элементов, автомобильная система должна быть спроектирована так, чтобы реагировать на внешние неисправности путем изоляции батареи, а также устранения причины неисправности.Например, охлаждающие вентиляторы можно включить, если аккумулятор перегревается. Если перегрев станет чрезмерным, аккумулятор можно отключить.

Методы защиты подробно описаны в разделе «Защита».

Состояние заряда аккумулятора (SOC)

Определение уровня заряда (SOC) батареи — вторая важная функция BMS.SOC нужен не только для индикации уровня топлива. BMS отслеживает и вычисляет SOC каждой отдельной ячейки в батарее, чтобы проверить равномерность заряда во всех ячейках, чтобы убедиться, что отдельные ячейки не становятся чрезмерно напряженными.

Индикация SOC также используется для определения окончания циклов зарядки и разрядки. Избыточная зарядка и чрезмерная разрядка являются двумя основными причинами выхода из строя батареи, и BMS должна поддерживать элементы в желаемых рабочих пределах DOD.

Для аккумуляторов гибридных автомобилей

требуются как возможности заряда высокой мощности для рекуперативного торможения, так и возможности разряда высокой мощности для помощи при запуске или ускорении. По этой причине их батареи должны поддерживаться на уровне SOC, который может разряжать требуемую мощность, но все же иметь достаточный запас для приема необходимой регенеративной мощности без риска перезарядки элементов. Полная зарядка аккумулятора HEV для балансировки ячеек (см. Ниже) снизит способность принимать заряд для рекуперативного торможения и, следовательно, эффективность торможения.Нижний предел установлен для оптимизации экономии топлива, а также для предотвращения чрезмерной разрядки, которая может сократить срок службы аккумулятора. Поэтому для HEV необходима точная информация о SOC, чтобы аккумулятор работал в требуемых безопасных пределах.

Рабочий диапазон аккумуляторной батареи HEV

Методы определения SOC описаны в разделе о состоянии заряда.

Система управления батареями (BMS)

Объем и последствия отказа BMS

На схеме ниже показаны возможные механизмы отказа элементов, их последствия и необходимые действия, которые должна предпринять система управления батареями

Отказ ячеек, последствия и механизмы защиты

BMS должна защищать аккумулятор и пользователя при всех этих условиях

Многоуровневая система безопасности

BMS является частью многоуровневой системы безопасности со следующими целями и гарантиями

Химия искробезопасных элементов

Аудит технического проекта ячейки

Проверка поставщиков электролизеров и производства

Техническая компетентность персонала
АСУ ТП (установленные и работающие)

Устройства безопасности на уровне ячеек (внутренние)

Устройство прерывания цепи (CID) отключает цепь при превышении пределов внутреннего давления
Запорный сепаратор
Сброс давления

Устройства внешней цепи

Резисторы PTC (только маломощные)
Предохранители
Изоляция элементов и батарей.Электрическое и механическое разделение (контакторы и физическое разделение) для предотвращения распространения событий

Программное обеспечение BMS

Мониторинг всех ключевых показателей в сочетании с управляющими воздействиями. (Охлаждение, отключение питания, управление нагрузкой)
Управляющие воздействия или отключение при выходе за допустимые пределы

Оборудование BMS — отказоустойчивое резервное копирование

Аппаратное отключение при программном сбое.Установить чуть более высокие пределы
Выключение аккумуляторной батареи при выходе из строя низковольтного источника питания BMS

Защитная оболочка

Прочный внешний контейнер с контролируемой вентиляцией
Физические барьеры между ячейками

Внедрение BMS

Следующая диаграмма представляет собой концептуальное представление основных функций BMS.На нем показаны три основных строительных блока BMS: блок мониторинга аккумуляторной батареи (BMU), блок управления аккумуляторной батареей (BCU) и сеть связи транспортного средства с шиной CAN, а также их взаимодействие с остальными системами управления энергопотреблением транспортного средства. Возможны другие конфигурации с распределенной BMS, встроенной в межэлементные соединения батареи.

На практике BMS также может быть соединена с другими системами транспортного средства, которые обмениваются данными с BMS через шину CAN (см. Ниже), такими как система управления температурой или с противоугонными устройствами, которые отключают аккумулятор.Также могут быть требования к системному мониторингу и программированию, а также к регистрации данных с использованием последовательной шины RS232.

Блок контроля батареи

Блок контроля батареи — это микропроцессорный блок, включающий три функции или подмодули. Эти подмодули не обязательно являются отдельными физическими единицами, но для ясности здесь показаны отдельно.

Модель батареи

Модель батареи описывает в программном алгоритме поведение батареи в ответ на различные внешние и внутренние условия. Затем модель может использовать эти входные данные для оценки состояния батареи в любой момент времени.

Важной функцией модели батареи является расчет SOC батареи для функций, указанных выше.

SOC определяется, по существу, путем интегрирования протекания тока с течением времени, модифицированного для учета многих факторов, влияющих на работу ячеек, а затем вычитания результата из известной емкости полностью заряженной батареи. Это подробно описано в разделе SOC.

Модель аккумулятора можно использовать для регистрации прошлой истории в целях технического обслуживания или для прогнозирования того, сколько миль может пробежать автомобиль, прежде чем потребуется подзарядка аккумулятора.Оставшийся запас хода, основанный на недавних моделях вождения или использования, рассчитывается на основе текущего SOC, потребляемой энергии и пройденных миль с момента предыдущей зарядки (или, альтернативно, из предыдущего долгосрочного среднего значения). Пройденное расстояние рассчитывается на основе данных, предоставляемых другими датчиками на шине CAN (см. Ниже).

Точность расчета дальности более важна для электромобилей, единственным источником энергии которых является аккумулятор. В автомобилях HEV и велосипедах есть альтернативный источник питания, позволяющий добраться до дома в случае полной разрядки аккумулятора.

Проблема потери всей мощности при выходе из строя одной ячейки может быть уменьшена за счет добавления четырех более дорогих контакторов, которые эффективно разделяют батарею на два отдельных блока. Если элемент выйдет из строя, контакторы могут изолировать и обойти половину батареи, содержащую вышедшую из строя ячейку, позволяя автомобилю хромать домой при половинной мощности, используя другую (исправную) половину батареи.

Выходные данные модели отправляются на дисплеи автомобиля также по шине CAN.

Мультиплексирование

Для снижения затрат, вместо того, чтобы контролировать каждую ячейку параллельно, блок мониторинга батареи включает в себя архитектуру мультиплексирования, которая переключает напряжение с каждой ячейки (входные пары) по очереди на одну аналоговую или цифровую выходную линию (см. Ниже). Экономия затрат может быть достигнута за счет уменьшения количества аналоговых цепей управления и / или цифровых выборок и, следовательно, количества компонентов до минимума.Недостатки заключаются в том, что одновременно можно контролировать только напряжение одной ячейки. Для переключения выходной линии на каждую ячейку требуется высокоскоростной механизм переключения, чтобы можно было контролировать все ячейки последовательно.

BMU также предоставляет входные данные для оценки SOH батареи, однако, поскольку SOH изменяется только постепенно в течение срока службы батареи, требуются менее частые выборки.В зависимости от метода, используемого для определения SOH, интервалы отбора проб могут составлять всего один раз в день. Например, измерения импеданса можно проводить только в периоды, когда автомобиль не используется. Подсчет циклов, конечно, может происходить только тогда, когда автомобиль находится в рабочем состоянии.

Модуль спроса или личности

Модуль Demand в некоторых отношениях похож на модель батареи в том, что он содержит эталонную модель со всеми допусками и ограничениями, относящимися к различным параметрам, отслеживаемым моделью батареи.Модуль Demand также получает инструкции от коммуникационной шины, такие как команды от BMS, чтобы принять регенеративный тормозной заряд, или от других датчиков транспортного средства, таких как устройства безопасности, или непосредственно от оператора транспортного средства. Этот блок также используется для установки и контроля параметров режима работы автомобиля.

Этот модуль иногда называют персональным модулем, поскольку он включает в себя возможность программирования в системе, все специальные требования, которые могут быть специфичными для приложения заказчика.Например, производитель элементов порекомендует предел температуры, при котором из соображений безопасности аккумулятор должен автоматически отключаться. Однако производитель автомобиля может установить два нижних предела: один, при котором может быть включено принудительное охлаждение, и другой, при котором загорается сигнальная лампа на приборной панели водителя.

Для приложений HEV персональный модуль взаимодействует с электронным блоком управления двигателем (ЭБУ) через шину CAN.В этом модуле предусмотрена возможность установки желаемого рабочего диапазона SOC системы и параметров для управления распределением мощности между электроприводом и двигателем внутреннего сгорания.

Модуль запроса также содержит блок памяти для хранения всех справочных данных и для накопления исторических данных, используемых для мониторинга SOH батареи. Данные для отображения SOH или включения сигнальных ламп могут быть переданы на модуль приборов транспортного средства через шину CAN.

Выходы модуля запроса служат эталонными точками для настройки условий работы батареи или срабатывания схем защиты.

Тестовый доступ к BMS для мониторинга или настройки параметров системы и для загрузки истории батареи предоставляется через стандартную последовательную шину RS 232 или RS485.

Модуль логики принятия решений

Модуль логики принятия решений сравнивает состояние измеренных или рассчитанных параметров батареи из модели батареи с желаемым или эталонным результатом из модуля запроса.Затем логические схемы выдают сообщения об ошибках для инициирования действий по защите элементов или для использования в различных контурах обратной связи BMS, которые приводят систему в желаемую рабочую точку или изолируют батарею в случае небезопасных условий. Эти сообщения об ошибках служат входными сигналами для блока управления аккумуляторной батареей.

Системные коммуникации

BMS необходим канал связи для передачи сигналов между различными блоками внутренних функциональных схем.Он также должен взаимодействовать с несколькими внешними системами автомобиля для мониторинга или управления удаленными датчиками, исполнительными механизмами, дисплеями, блокировками безопасности и другими функциями.

Поэтому

Automotive BMS использует шину CAN, которая была разработана для этой цели, в качестве основного канала связи.

Система также должна включать в себя стандартную автомобильную бортовую диагностику (OBD) с диагностическими кодами неисправности (DTC), доступную для сервисного инженера.Это соединение важно для выявления любых внешних причин отказа батареи.

Блок управления аккумулятором

Блок управления аккумуляторной батареей содержит всю схему силовой электроники BMS. Он принимает управляющие сигналы от блока мониторинга батареи для управления процессом зарядки батареи и переключения силовых соединений на отдельные ячейки.

Некоторые из возможных функций этого устройства:

Управление профилем напряжения и тока на выходе зарядного устройства во время процесса зарядки.
Обеспечивает подзарядку отдельных ячеек для выравнивания заряда всех ячеек в цепочке батарей.
Изоляция батареи при возникновении неисправности или сигнала тревоги
Включение заряда рекуперативного торможения в аккумуляторную батарею по мере необходимости
Сброс избыточных зарядов рекуперативного торможения при полностью заряженной батарее
Реагирование на изменение режима работы автомобиля

Для обеспечения этих функций каждой ячейке в батарее могут потребоваться дорогие сильноточные переключатели, способные переключать 200 А или более для обеспечения необходимых соединений.

Двоичное управление и прогрессивное управление

В своей простейшей форме BMS обеспечивает «двоичную» реакцию ВКЛ / ВЫКЛ на сбой или выходящее за пределы допустимое состояние, такое как перегрузка, просто полностью изолируя аккумулятор путем размыкания главных контакторов. Однако в случае перегрузки может быть обеспечено прогрессивное или переменное управление, используя шину CAN для вызова пониженной нагрузки на батарею.

Балансировка ячеек

Это еще одна важная функция автомобильной BMS. Как отмечалось выше, это необходимо для компенсации слабых мест в отдельных элементах, которые в конечном итоге могут привести к выходу из строя всей батареи. Причины балансировки ячеек и способы ее реализации объясняются на странице «Балансировка ячеек».

Неустойчивый домашний режим

Несмотря на то, что батареи рассчитаны на бесперебойную работу в течение 3 и более лет, всегда существует вероятность того, что батарея выйдет из строя из-за выхода из строя одного элемента.Если в элементе происходит разрыв цепи, батарея практически разряжена. Однако BMS предназначена для мониторинга состояния каждой ячейки, поэтому местоположение неисправной ячейки будет автоматически идентифицировано. Нетрудно разделить батарею на две последовательно соединенные секции, каждую из которых можно независимо обойти, отсоединив часть батареи, содержащую неисправный элемент, и переключив на ее место проводящую перемычку. Это позволит автомобилю добраться до дома или ближайшего убежища на половинной мощности, используя исправную секцию аккумулятора.Для реализации этой функции системе потребуются два более дорогих контактора высокой мощности, но эти вложения могут быть вполне оправданы, если альтернативой может быть дорогостоящая и опасная поломка на автомагистрали.

Расширения системы

От

Automotive BMS также может потребоваться выполнение различных функций, которые не обязательно необходимы для управления аккумулятором.Они могут включать удаленный мониторинг батареи из штаб-квартиры автопарка, а также может включать в себя местоположение автомобиля по GPS. Таким образом, водитель может быть предупрежден, если в автомобиле заканчивается заряд или если он удаляется слишком далеко от зарядной станции.

К счастью, не все приложения BMS такие сложные, как это.

Практическое внедрение BMS

Существует множество способов реализации системы управления батареями, и два различных примера для 256-вольтовой батареи, состоящей из 80 литий-железо-фосфатных элементов, показаны ниже.

Главный и подчиненные

Ведущее устройство и ведомые устройства (звездообразная топология) объединяют ячейки в блоки или модули, при этом один ведомый блок управляет каждым модулем. В показанном примере элементы на 16 х 3,2 В расположены в модулях, каждый с выходным напряжением 51,2 В, но возможны модули других размеров и напряжений.

Подчиненные — Каждая ячейка имеет датчик температуры, а также соединения для измерения напряжения, все из которых подключены к ведомому устройству, которое контролирует состояние ячейки и осуществляет балансировку ячеек.
Мастер — Несколько подчиненных устройств могут быть подключены к главному устройству, которое контролирует ток и интегрирует его с течением времени для расчета чистого кулоновского потока, который изменяется с использованием данных напряжения и температуры от подчиненных устройств для расчета SOC батареи. Ведущее устройство управляет контактором (-ами) разъединения основного аккумулятора, инициируя защиту аккумулятора в ответ на данные от датчика основного тока или данные напряжения и температуры от ведомых устройств. Ведущее устройство также обеспечивает связь с системой.

Главный и подчиненные устройства BMS (звездообразная топология)

Эта конфигурация имеет преимущества, заключающиеся в том, что она не требует подключения печатных плат к отдельным элементам, а высоковольтные батареи могут быть размещены путем добавления дополнительных модулей, а поскольку ток основной батареи не проходит через ведомые устройства, ее также можно использовать для сильноточных батарей. .Обработка сигналов распределяется между ведущим и ведомыми устройствами, что упрощает управление нагрузкой на обработку информации. Внутренняя связь осуществляется по шинам I ² C.

Недостатки состоят в том, что связь между датчиками и ведомыми устройствами имеет аналоговую форму и, следовательно, чувствительна к шуму, а также требуется очень большое количество сенсорных проводов, по четыре на ячейку. Также требуются оптоизолированные соединения между подчиненными устройствами и главным устройством, поскольку в противном случае напряжения на подчиненных устройствах были бы постепенно выше, вплоть до полного напряжения батареи, поскольку соединения выполняются с более высоких уровней цепи элементов.

Связь с внешним миром (COMS на схемах выше и ниже) обычно осуществляется через RS232 или, что более вероятно, через последовательное соединение USB.

Гирляндная цепь BMS

В гирляндной цепи с кольцевой топологией используется небольшая простая ведомая печатная плата, подключенная к каждой ячейке для размещения датчиков напряжения и температуры с аналого-цифровым преобразователем, а также токовый обходной переключатель для обеспечения балансировки ячеек с помощью шунтирования заряда и коммуникационный трансивер со встроенной емкостной развязкой для приема и передачи данных в цифровом виде.Ведомое устройство получает питание от ячейки, которую он контролирует, и одна трехпроводная шина данных RS 485 соединяет узлы всех ведомых устройств с ведущим устройством, которое по очереди опрашивает каждый узел и запрашивает обновление состояния его ячейки. Подчиненное устройство не выполняет никакой обработки сигналов, кроме аналого-цифрового преобразования, поскольку все это выполняется ведущим вместе со всеми функциями мониторинга, защиты и связи, как в приведенном выше примере.

Гирляндная цепь BMS (кольцевая топология)

Основными преимуществами этой топологии являются ее более простой дизайн и конструкция, а также возможность повышения надежности в автомобильной среде.

Недостатками являются большое количество необходимых мини-ведомых печатных плат и сложность их установки на некоторые типы ячеек. Вдобавок мастер имеет более высокую нагрузку на обработку.

Учебное пособие по системе управления батареями

| Renesas

Продолжающаяся трансформация аккумуляторных технологий побудила многих новичков узнать о проектировании систем управления аккумуляторными батареями.Эта статья представляет собой руководство для начинающих по архитектуре системы управления батареями (BMS), обсуждает основные функциональные блоки и объясняет важность каждого блока для системы управления батареями.

Введение

Современные электронные устройства обладают большей мобильностью и экологичнее, чем когда-либо прежде. Достижения в области аккумуляторов способствуют развитию широкого спектра продуктов, от портативных электроинструментов до подключаемых гибридных электромобилей и беспроводных динамиков.

В последние годы эффективность батареи с точки зрения того, сколько энергии она может выдавать по отношению к размеру и весу, значительно улучшилась.Подумайте, насколько тяжелый и громоздкий автомобильный аккумулятор. Его основное предназначение — завести машину. Благодаря последним достижениям вы можете приобрести литий-ионный аккумулятор, чтобы быстро завести машину, он весит всего пару фунтов и размером с вашу руку.

Рис. 1. Упрощенная схема строительных блоков системы управления батареями

Строительные блоки BMS

Система управления батареями может состоять из множества функциональных блоков, включая: полевые транзисторы отключения, монитор датчика уровня топлива, монитор напряжения элемента, баланс напряжения элемента, часы реального времени (RTC), мониторы температуры и конечный автомат.Доступно множество типов ИС для управления батареями. Группировка функциональных блоков широко варьируется от простого аналогового внешнего интерфейса, который предлагает балансировку и мониторинг и требует микроконтроллера (MCU), до автономного, высокоинтегрированного решения, которое работает автономно. Теперь давайте посмотрим на цель и технологию каждого блока, а также на плюсы и минусы этой технологии.

Отсечные полевые транзисторы и драйвер на полевых транзисторах

Функциональный блок драйвера полевого транзистора отвечает за соединение и изоляцию аккумуляторной батареи между нагрузкой и зарядным устройством.Поведение драйвера полевого транзистора основывается на измерениях напряжений аккумуляторных элементов, измерениях тока и схемах обнаружения в реальном времени. На рисунках 2A и 2B показаны два разных типа соединений на полевых транзисторах между нагрузкой и зарядным устройством, а также аккумуляторной батареей.

Рис. 2. Схематическое изображение полевого транзистора с отсечкой для (A) Одно соединение для нагрузки и зарядного устройства (B) Двухконтактное соединение, которое позволяет заряжать и разряжать одновременно

Рисунок 2A требует наименьшего количества подключений к аккумуляторной батарее и ограничивает режимы работы аккумуляторной батареи зарядкой, разрядкой или спящим режимом.Направление тока и поведение конкретного теста в реальном времени определяют состояние устройства. Например, автономный монитор аккумуляторной батареи ISL94203 компании Renesas имеет вход CHMON, который контролирует напряжение на правой стороне полевых транзисторов отключения. Если зарядное устройство подключено и аккумуляторная батарея изолирована от зарядного устройства, ток, подаваемый на аккумуляторную батарею, вызовет повышение напряжения до максимального напряжения питания зарядного устройства. Уровень напряжения на CHMON сбрасывается, позволяя устройству BMS узнать о наличии зарядного устройства.Подключение нагрузки определяется путем подачи тока в нагрузку, чтобы определить, присутствует ли нагрузка. Если напряжение на выводе не увеличивается значительно при подаче тока, результат определяет наличие нагрузки. Затем включается DFET драйвера полевого транзистора. Схема подключения на Рисунке 2B позволяет аккумуляторной батарее работать во время зарядки.

Драйверы

FET могут быть предназначены для подключения к верхней или нижней стороне аккумуляторной батареи. Для подключения высокого напряжения требуется драйвер зарядового насоса для активации полевых транзисторов NMOS.Использование драйвера верхнего плеча обеспечивает надежное заземление для остальной схемы. Соединения драйвера полевого транзистора нижнего плеча используются в некоторых интегрированных решениях для снижения стоимости, поскольку не требуется подкачки заряда. Для подключения низкого напряжения не требуются высоковольтные устройства, которые занимают большую площадь кристалла. Использование отсекающих полевых транзисторов на стороне низкого напряжения смещает заземление аккумуляторного блока, делая его более восприимчивым к шумам, вносимым в измерения, которые могут повлиять на производительность некоторых ИС.

Датчик уровня топлива / измерения тока

Функциональный блок указателя уровня топлива отслеживает вход и выход заряда аккумуляторной батареи. Заряд — это произведение тока и времени. Существует несколько различных методов, которые можно использовать при проектировании указателя уровня топлива. Усилитель считывания тока и микроконтроллер со встроенным АЦП низкого разрешения — это один из методов измерения тока. Усилитель считывания тока работает в средах с высоким уровнем синфазности и усиливает сигнал, обеспечивая измерения с более высоким разрешением.Этот дизайнерский прием приносит в жертву динамический диапазон. Другие методы заключаются в использовании АЦП с высоким разрешением или в покупке дорогостоящей ИС для измерителя уровня топлива. Понимание поведения нагрузки с точки зрения потребления тока в зависимости от времени определяет лучший тип конструкции указателя уровня топлива. Наиболее точным и экономичным решением является измерение напряжения на измерительном резисторе с использованием 16-разрядного или более мощного АЦП с низким смещением и высоким синфазным номиналом. АЦП с высоким разрешением предлагает большой динамический диапазон за счет скорости.Если аккумулятор подключен к неустойчивой нагрузке, например к электромобилю, медленный АЦП может пропустить высокие амплитудные и высокочастотные всплески тока, которые подаются на нагрузку. Для неустойчивых нагрузок может оказаться более желательным АЦП последовательного приближения с входным каскадом усилителя считывания тока. Любая ошибка смещения приводит к общей ошибке в количестве заряда аккумулятора. Ошибки измерения с течением времени приведут к значительным ошибкам состояния заряда аккумуляторной батареи. Для измерения заряда достаточно смещения измерения 50 мкВ или менее при разрешении 16 бит.

В большинстве блоков измерения тока есть аналоговые компараторы, контролирующие условия короткого замыкания и перегрузки по току. Сигнал аналогового компаратора напрямую подключается к драйверам полевых транзисторов, чтобы минимизировать задержку между событием и изолировать аккумуляторную батарею от нагрузки или зарядного устройства. Время задержки в несколько десятков микросекунд является достаточным для большинства приложений, и в большинстве приложений чем быстрее время отсоединения аккумулятора, тем лучше.

Напряжение элементов и увеличение срока службы батареи

Контроль напряжения каждой ячейки в аккумуляторной батарее важен для определения ее общего состояния.Все элементы имеют окно рабочего напряжения, в котором должна происходить зарядка и разрядка для обеспечения надлежащей работы и срока службы батареи. Если в приложении используется батарея с литиевым составом, рабочее напряжение обычно находится в диапазоне от 2,5 до 4,2 В. Диапазон напряжения зависит от химического состава. Эксплуатация батареи вне диапазона напряжений значительно сокращает срок службы элемента и может сделать его бесполезным. Элементы соединены последовательно и параллельно, образуя аккумуляторную батарею. Параллельное соединение увеличивает ток аккумуляторной батареи, а последовательное соединение увеличивает общее напряжение.Напряжения ячеек такие же, как и все, что производится. Характеристики элемента имеют распределение: в момент времени, равный нулю, скорость заряда и разряда элементов в аккумуляторной батарее одинакова. Поскольку каждая ячейка циклически переключается между зарядкой и разрядкой, скорость, с которой каждая ячейка заряжается и разряжается, изменяется, что приводит к распределению распределения по аккумуляторной батарее. Упрощенное средство определения того, заряжен ли аккумуляторный блок, состоит в том, чтобы контролировать напряжение каждой ячейки до установленного уровня напряжения. Первое напряжение элемента, достигшее предела напряжения, приводит к срабатыванию предела заряда аккумуляторной батареи.Если бы аккумуляторный блок имел ячейку слабее, чем в среднем, это привело бы к тому, что самая слабая ячейка первой достигла предела, а остальные элементы не были полностью заряжены. Описанная схема зарядки не увеличивает время включения аккумуляторной батареи за одну зарядку. Схема зарядки также сокращает срок службы аккумуляторной батареи, поскольку требуется больше циклов зарядки и разрядки. Более слабый элемент разряжается быстрее. То же самое происходит в цикле разряда. Более слабый элемент сначала преодолевает предел разряда, оставляя остальные элементы с оставшимся зарядом.

Рис. 3. Различные типы балансировки ячеек (A) Обходная балансировка ячеек Полевые транзисторы используются для замедления скорости заряда элемента во время цикла заряда (B) Активная балансировка используется во время цикла разряда, чтобы украсть заряд у сильного элемента и дать заряд на слабую батарею

Увеличение времени работы аккумулятора при зарядке

Есть два способа улучшить время включения аккумуляторной батареи за одну зарядку. Первый из них замедляет заряд, который самая слабая ячейка получает во время цикла зарядки, что достигается подключением байпасного полевого транзистора с токоограничивающим резистором через ячейку (см. Рисунок 3A).Этот подход берет ток от элемента с самым высоким током, что приводит к замедлению заряда элемента, позволяя другим элементам в аккумуляторной батарее наверстать упущенное. Конечная цель — максимально увеличить емкость аккумулятора, что достигается за счет одновременного достижения всеми элементами полностью заряженного предела.

Аккумуляторная батарея может быть сбалансирована в цикле разряда за счет реализации схемы замещения заряда. Схема смещения заряда достигается за счет принятия заряда через индуктивную связь или емкостное накопление от альфа-ячейки и инжекции накопленного заряда в самую слабую ячейку.Это сокращает время, необходимое самому слабому элементу для достижения предела разряда. Это называется активной балансировкой (см. Рисунок 3B).

Несколько аккумуляторов, подключенных последовательно или параллельно, выигрывают от балансировки

Батарейные блоки, в которых от одной до четырех параллельно включенных и трех или более последовательно соединены, получают наибольшую выгоду от балансировки. По мере увеличения количества параллельных комбинаций на ячейку производительность слабой ячейки усредняется с другими параллельными ячейками. Распределение производительности между ячейками более жесткое.Преимущество наличия большего количества ячеек параллельно также является недостатком, потому что труднее найти более слабый элемент в аккумуляторной батарее. Батарейный блок, находящийся в режиме ожидания, может сжигать заряд из-за сильных элементов, поддерживающих более слабый элемент.

Защита батарей от переходных процессов

Схема напряжения ячеек и балансировки подвергается наиболее суровому обращению в случае «горячего» подключения. На аккумуляторе нет кнопки ВЫКЛ. Подключение схемы к батарее, нагрузке или зарядному устройству может привести к возникновению больших переходных процессов на входах устройства.Дизайнер должен знать максимальный рейтинг чувствительных контактов. Максимальное номинальное напряжение вывода является ключевой характеристикой для определения вероятности того, что переходное событие повредит схему. Эмпирическое правило заключается в том, что чем выше номинальное напряжение вывода, тем более надежной будет деталь для подавления переходных процессов.

Производитель ИС, разрабатывающий процесс с высоким напряжением, обеспечивает защиту устройства от переходных процессов за счет конструкции с большой геометрией.Это увеличивает стоимость устройства. Другие производители ИС будут проектировать с использованием процесса низкого напряжения и складывать устройства таким образом, чтобы устройство никогда не превышало номинальные характеристики процесса. Этот подход основан на таких схемах, как конденсаторы, резисторы и диоды, для подавления переходного процесса до того, как он достигнет контакта. Оба типа производства требуют использования диодов, резисторов и конденсаторов для гашения переходных процессов. Использование микросхемы высокого напряжения обеспечивает дополнительную защиту от вредных и посторонних сигналов. Оба подхода к проектированию будут работать, но устройство с более низким номинальным напряжением может потребовать дополнительных настроек на стадии разработки, чтобы обеспечить защиту от вредных событий.

Время получения измерения ячейки напряжения зависит от поведения нагрузки, а также от количества ячеек для сканирования. Нагрузки с неустойчивым поведением требуют быстрого сканирования, чтобы отслеживать выход ячейки за допустимые пределы. АЦП последовательного приближения часто используется для выполнения быстрых измерений за короткий период времени. АЦП последовательного приближения потребляет больше энергии и имеет меньшее разрешение.

Контроль температуры

Современные батареи вырабатывают большой ток при поддержании постоянного напряжения, что может привести к разгону, вызывающему возгорание батареи.Химические вещества, используемые для создания батареи, очень летучие, и батарея, пронзенная правильным предметом, может привести к возгоранию батареи. Измерения температуры используются не только для обеспечения безопасности, их также можно использовать для определения того, нужно ли заряжать или разряжать аккумулятор.

Датчики температуры контролируют каждую ячейку для приложений системы накопления энергии (ESS) или группу ячеек для небольших и более портативных приложений. Термисторы, питаемые от внутреннего источника опорного напряжения АЦП, обычно используются для контроля температуры каждой цепи.Внутреннее опорное напряжение используется для уменьшения неточностей в показаниях температуры в зависимости от изменений температуры окружающей среды.

Конечные автоматы или алгоритмы

Для большинства систем управления батареями требуется MCU или FPGA для управления информацией от схемы считывания и принятия решений на основе полученной информации. В некоторых избранных предложениях, таких как ISL94203 Renesas, алгоритм закодирован с некоторой программируемостью, что позволяет создать автономное решение с одним чипом в цифровом виде.Автономные решения также ценны при подключении к MCU, потому что конечный автомат в автономном может использоваться для освобождения тактовых циклов MCU и пространства памяти.

Другие стандартные блоки системы управления батареями

Другие функциональные блоки BMS включают аутентификацию батареи, часы реального времени, память и шлейфовое соединение. Часы реального времени и память используются для приложений черного ящика, где RTC используется для отметки времени, а память используется для хранения данных, позволяя пользователю знать поведение аккумуляторной батареи до катастрофического события.Блок аутентификации аккумулятора предотвращает подключение электроники BMS к аккумуляторной батарее стороннего производителя. Опорное напряжение / регулятор напряжения используется для питания периферийных схем системы BMS. Наконец, схема последовательного подключения используется для упрощения соединения между устройствами в стеке. Блок гирляндной цепи заменяет необходимость в оптических соединителях или других схемах переключения уровня.

Заключение

Системы управления батареями

могут быть спроектированы с использованием различных функциональных блоков и методов проектирования.Тщательное рассмотрение требований к батарее и целевого срока службы батареи поможет вам определить правильную архитектуру, функциональные блоки и соответствующие ИС для создания вашей системы управления батареями и схемы зарядки для оптимизации срока службы батареи.

ресурсов

Система управления низковольтными батареями

| Nuvation Energy

Надежное управление батареями для низковольтных приложений

Интеллектуальная система BMS 11-60 В пост. Низковольтная система управления зданием Nuvation Energy используется в средах, где качество и надежность электроэнергии имеют решающее значение.Эта признанная UL 1973 система управления батареями обеспечивает точное управление батареями и дополнительные уровни обеспечения безопасности с такими функциями, как обнаружение обрыва провода, интеллектуальное соединение и отключение стека, а также последовательное отключение контакторов под нагрузкой. Он также включает в себя мощный набор программного обеспечения для управления пользователем, доступный через веб-браузер.

Низковольтная система управления зданием Nuvation Energy используется в коммерческих и жилых хранилищах энергии, в специальных транспортных средствах, системах резервного питания для телекоммуникационных сетей и т. Д.Он обеспечивает балансировку ячеек и управление зарядом и может быть настроен для большинства типов батарей. Полные технические характеристики см. В: Руководствах пользователя и технических ресурсах.

Характеристики системы управления батареями

Low Voltage and Utility Grade — тот же высоконадежный аппаратный дизайн и программный пакет, что и наша BMS высокого напряжения для мегаваттных систем, в форм-факторе для низковольтных приложений .
Универсальное масштабируемое устройство — Одна автономная система управления низковольтными батареями может использоваться для управления до 12 или 16 ячеек.Дополнительные модули интерфейса ячейки могут быть добавлены для увеличения размера стека. Для крупномасштабных приложений добавьте панель управления батареями для интеллектуального управления несколькими стеками.
Универсальный и настраиваемый — Может быть настроен практически для любого химического состава батареи и характеристик заряда и подключен к внешним системам через Modbus TCP (Ethernet), CAN и Modbus RTU (RS-485).
Smart System Bring-Up — Когда стек переведен в оперативный режим, несоответствие напряжения и тока между стеком и шиной постоянного тока может привести к переходным напряжениям и скачкам тока, которые могут повредить батареи и компоненты.С помощью вспомогательной цепи BMS может выполнять автономную процедуру предварительной зарядки, которая помогает предотвратить скачки тока при подключении стека к шине постоянного тока. Он заранее проверяет соединение, подключает стек только тогда, когда это безопасно, и сообщает PCS, когда можно безопасно начать зарядку или разрядку стека.
Выключение интеллектуальной системы — Когда она получает сигнал выключения, BMS снижает пороговые значения ограничения тока, которые она предоставляет PCS, что заставляет PCS уменьшать ток заряда или разряда.Когда ток будет достаточно снижен, чтобы уменьшить вероятность возникновения электрической дуги в контакторах, BMS размыкает контакторы в последовательности, которая создает безопасный путь.
Удобный интерфейс оператора — Удаленное подключение для просмотра и настройки производительности системы, внесения изменений в конфигурацию BMS, снятия или подъема стеков и обновления микропрограмм BMS.
Обнаружение обрыва провода — Обнаруживает и определяет местоположения отключенных или плохо подключенных отводов напряжения и датчиков температуры, которые могут вызвать ошибки управления батареей.Если BMS обнаруживает неисправность сенсорной проводки, это предотвратит запуск системы или, если система активна, отключит батареи от цепи питания.
Black-Start Support — Может получать питание от внешнего источника или полностью от аккумулятора для поддержки систем накопления энергии, требующих возможности запуска от черного. В системе, где BMS питается от батареи, встроенная схема отключает BMS в случае, если батарея достигает установленного порога пониженного напряжения.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Поддерживает номинальное напряжение стека 11-60 В постоянного тока.Для аккумуляторных приложений, которые включают процесс выравнивания (например, некоторые свинцовые химические соединения), система Nuvation Energy Low-Voltage BMS будет поддерживать периодические пиковые напряжения до 68 В постоянного тока, которые могут возникать во время этой операции обслуживания. Для приложений, которые постоянно превышают 60 В постоянного тока, Nuvation Energy рекомендует нашу высоковольтную BMS. Чтобы обсудить конкретные сценарии использования, свяжитесь с нами.
Обеспечивает балансировку ячеек во время цикла зарядки литий-ионных аккумуляторов и аккумуляторов другого химического состава.
В качестве автономного устройства низковольтная BMS поддерживает 12 или 16 отводов напряжения в зависимости от модели и 8 датчиков температуры.Его можно расширить для поддержки дополнительных ячеек, добавив интерфейс ячеек.
Предоставляет пороговые значения профиля батареи для систем преобразования энергии и других контроллеров заряда для обеспечения безопасной работы. Динамически регулирует пороговые значения ограничения тока для защиты аккумулятора во время зарядки и разрядки.
Запускает предупреждающие уведомления, когда батареи приближаются к номинальным пределам производительности, и отключает батареи, если они превышают указанные параметры.
Несколько стеков могут быть подключены параллельно с помощью многостекового контроллера.
Контролирует ток в сумме через токовый шунт для расчета состояния заряда и обеспечения ограничений по току.
Включает встроенные драйверы катушек для питания до четырех контакторов.
Включает защиту от перенапряжения и обратного подключения аккумулятора.
Четыре входа общего назначения и четыре выхода общего назначения.
Поддерживает обновление прошивки через Ethernet.

Примеры конфигураций системы управления низковольтными батареями

Слева: одна система управления низковольтными батареями Nuvation Energy, управляющая батареей из 12 или 16 последовательно соединенных ячеек.Справа: система управления низковольтными батареями с дополнительным модулем расширения интерфейса ячеек, позволяющим управлять последовательными элементами до 32 ячеек, и дополнительным модулем панели управления батареями для параллельного управления стеками (один низкий уровень заряда). -Напряжение блока BMS требуется для каждого стека).

Низковольтные стандарты и соответствие BMS

БЕЗОПАСНОСТЬ

UL 1973 Признан и проверен в соответствии с ANSI / UL 1998 и UL 991 на предмет функциональной безопасности. Скачать сертификат соответствия UL.Номер файла: MH64071

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ (ЭМС) — ПРОВОДИМЫЕ И ИЗЛУЧАЕМЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

FCC CFR 47 Part 15 Subpart B: 2016 — Непреднамеренные излучатели, класс B
IC Equipment 003, Technology Issue 6: 2016 — Включая цифровую аппаратуру) — Пределы и методы измерения, класс B

stuartpittaway / diyBMSv4: версия 4 diyBMS

Версия 4 diyBMS

Самостоятельная система управления батареями для литий-ионных аккумуляторных блоков / элементов

Еще обсуждение Open Energy Monitor Forum

Если вы ищете версию 3 (устаревшую) этого проекта, посмотрите здесь

НАСТОЯЩИЙ РЕПОЗИТОРИЙ СОДЕРЖИТ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СИСТЕМЫ

Плейлист YouTube для видео DIYBMS

Сборка и заказ печатной платы у JLCPCB

Если вы найдете BMS полезной, подумайте о том, чтобы купить мне пива, зайдите в Patron для получения дополнительной информации

https: // patreon.com / StuartP

Этот репозиторий содержит проекты оборудования, как правило, в формате KiCad. Если вы не меняете дизайн, вам не нужно использовать / устанавливать KiCad, просто используйте готовые файлы.

Структура папок в репозитории содержит:

Конструкции контроллеров

— плата контроллера ESP32 (новейший дизайн)
ESP8266ControllerCircuit — [устаревшая] печатная плата для устаревшего контроллера на базе ESP8266

Модули для схемы контроллера ESP8266

ModuleV440 — новейшая конструкция модуля, рекомендованная как для ручной пайки, так и для массового производства
ModuleV400 — [устаревшая] печатная плата модуля V4.00, предназначен для облегчения пайки вручную (большие детали)
ModuleV421 — [устаревшая] печатная плата модуля V4.21, предназначенная для массового производства с использованием службы сборки JLCPCB

Если вы используете этот код купона при размещении заказа JLCPCB

JLC-Стюарт

и по этой ссылке

https://jlcpcb.com/RSZ

, вы получите скидку, а я получаю очень небольшую сумму кредита за каждые 30 заказов, что помогает покрыть расходы на создание прототипов новых дизайнов и добавление новых функций.

Контроллер ESP32

Последняя версия контроллера использует ESP32 и поддерживает протокол CANBUS, RS485, SD CARD, реле, выходы SSR, несколько входов, программатор AVR и многое другое.

Несмотря на то, что аппаратное обеспечение завершено, не все функции могут использоваться в программном обеспечении, оно будет со временем доработано и улучшено для использования аппаратного обеспечения.

Спецификация

Модуль V4.40

Последняя версия аппаратного обеспечения модуля была разработана для тех, кто хочет использовать сервисы сборки, такие как JLCPCB, а также для тех, кто хочет паять вручную.

Размер деталей не меньше 0805 (около 2 мм!), Что, вероятно, является наименьшим размером, который вы хотите пытаться паять вручную.

Кроме того, оборудование имеет более высокий ток баланса, предохранитель и TVS-диод, чтобы помочь с пиками напряжения.
Самое главное, что к микроконтроллеру (attiny841) был добавлен внешний кристалл, что означает, что устройство более надежно в условиях низкого напряжения.

Балансный ток для модулей V4.40 следующий:

1.27 А при 4,2 В (5,35 Вт)
1,21 А при 4,0 В (4,84 Вт)
1,13 А при 3,75 В (4,26 Вт)

Модуль физически больше, чем предыдущие модули, это способствует рассеиванию тепла, но также имеет внешнюю дочернюю плату для контроля температуры для использования в мониторинге температуры ячеек.

Эти детали также необходимо заказать

Программное обеспечение и код для модулей и контроллера теперь можно найти в отдельном репозитории

Для устаревшего контроллера (ESP8266) diyBMSv4Code

Для последнего контроллера (ESP32) diyBMSv4ESP32

Это продукт / решение для дома, поэтому не используйте его для систем, критически важных для безопасности, или в любых ситуациях, где существует опасность для жизни.

Нет гарантии, может работать не так, как ожидалось, или вообще не работать.

Вы используете этот проект на свой страх и риск. Это может быть электрическое напряжение, которое может убить — в случае сомнений обратитесь за помощью.

Использование этого проекта может не соответствовать местным законам или постановлениям — в случае сомнений обратитесь за помощью.

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.0 UK: England & Wales License.

https: // creativecommons.org / licenses / by-NC-sa / 2.0 / uk /

Вы можете:

Поделиться — копирование и распространение материала на любом носителе или любом формате
Adapt — ремикс, преобразование и развитие материала Лицензиар не может отозвать эти свободы, пока вы соблюдаете условия лицензии.

На следующих условиях:

Атрибуция — Вы должны указать соответствующую ссылку, предоставить ссылку на лицензию и указать, были ли внесены изменения. Вы можете сделать это любым разумным способом, но не любым способом, который предполагает, что лицензиар одобряет вас или ваше использование.
Некоммерческий — Вы не можете использовать материал в коммерческих целях.
ShareAlike — Если вы ремикшируете, трансформируете или дополняете материал, вы должны распространять свои материалы по той же лицензии, что и оригинал.
Никаких дополнительных ограничений. Вы не можете применять юридические условия или технические меры, которые юридически ограничивают другие действия, разрешенные лицензией.

Уведомления: Вы не обязаны соблюдать лицензию в отношении элементов материалов, находящихся в общественном достоянии, или в тех случаях, когда ваше использование разрешено применимыми исключениями или ограничениями.

Никаких гарантий не дается. Лицензия может не предоставлять вам все разрешения, необходимые для предполагаемого использования. Например, другие права, такие как публичность, неприкосновенность частной жизни или неимущественные права, могут ограничивать использование вами материала.

Зачем все это

Ну и теперь о главном:)

Зарядка и балансировка

А теперь о граблях

ИТОГ

Bms 10s схема подключения — Вэб-шпаргалка для интернет предпринимателей!

Recommended Posts

Join the conversation

Что являет собой BMS?

Принцип работы BMS-контроллеров

Метки: переделка аккумулятора шуруповерта на литий

Научно-популярный журнал

Рекомендуем к прочтению

Как подключить BMS плату?

При подключении BMS платы необходимо соблюдать последовательность операций:

BMS плата защиты 1S 3A 3,7V для Li-Ion аккумуляторов (контроллер заряда/разряда).

Плата защиты BMS 1S 3A 3.7V для Li-ion аккумуляторов (контроллер заряда/разряда).

Схема подключения платы защиты BMS 1S 3,7В, 3А:

Особенности платы защиты BMS 1S 3.7V 3A:

Техническая характеристика BMS платы 1S 3.7V 3A:

Модуль BMS 5S заряда Li-Ion аккумуляторов 21,0В/80A, с защитой и балансировкой

Модуль защиты BMS 3S 25A с переделкой и установкой + аккумуляторы SONY US18650VTC4 + зарядка Colaier 3S 3A

Для чего литий─ионному аккумулятору нужен контроллер ?

Как работает BMS | Система управления литий-ионными аккумуляторами Orion

Система управления батареями

Взгляд изнутри системы управления батареями

Системы управления и мониторинга аккумуляторных батарей BMS

Проектирование BMS

Строительные блоки BMS

Интеллектуальные батареи

Электростанция БМС

Автомобильная BMS

Главный и подчиненные устройства BMS (звездообразная топология)

Гирляндная цепь BMS (кольцевая топология)

| Renesas

Введение

Строительные блоки BMS

Отсечные полевые транзисторы и драйвер на полевых транзисторах

Датчик уровня топлива / измерения тока

Напряжение элементов и увеличение срока службы батареи

Увеличение времени работы аккумулятора при зарядке

Несколько аккумуляторов, подключенных последовательно или параллельно, выигрывают от балансировки

Защита батарей от переходных процессов

Контроль температуры

Конечные автоматы или алгоритмы

Другие стандартные блоки системы управления батареями

Заключение

ресурсов

| Nuvation Energy

Надежное управление батареями для низковольтных приложений

Характеристики системы управления батареями

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Низковольтные стандарты и соответствие BMS

БЕЗОПАСНОСТЬ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ (ЭМС) — ПРОВОДИМЫЕ И ИЗЛУЧАЕМЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

stuartpittaway / diyBMSv4: версия 4 diyBMS

Конструкции контроллеров

Модули для схемы контроллера ESP8266

Контроллер ESP32

Модуль V4.40

Недорогой планшет с мощной батареей: Лучшие планшеты с хорошей батареей

Универсальные аккумуляторы для смартфонов внутренние: Универсальные аккумуляторы с контактами на шлейфе

Добавить комментарий Отменить ответ