Как подключить BMS плату?

Статья обновлена: 2020-07-06

Для долгой и безопасной работы литий-ионных аккумуляторов важно не допускать их глубокого разряда и избыточного заряда – не выходить за рамки диапазона 2,5–4,2 В. Контроль соблюдения этих условий возлагается на особую электронную систему – BMS плату. Она следит за рабочими характеристиками аккумуляторной батареи, не допускает возникновения опасных ситуаций, управляет процессом зарядки, распределяет нагрузку и продлевает срок службы АКБ.

В зависимости от функционала, БМС плата может обеспечивать защиту Li-ion батареи:

• от избыточного и критически малого напряжения – отключает зарядник при достижении верхнего предела и не дает подключить потребляющее устройство, если батарея разряжена;
• от токовых перегрузок и КЗ – при превышении допустимого тока отключает источник потребления энергии, разомкнув цепь;
• от дисбаланса между «банками» в сборке – при помощи балансировочного шлейфа выравнивается их уровень заряда;
• от перегрева – терморезистор отключает нагрузку, если температура АКБ превышает допустимое значение.

Подготовка АКБ к подключению BMS платы

Перед подключением БМС платы важно корректно собрать аккумуляторную батарею – соединить элементы питания в единый блок. Схема BMS их соединения зависит от заданных характеристик собираемой батареи. При параллельном соединении ячеек суммируется емкость, а при последовательном – наращивается напряжение АКБ.

Чаще всего используется параллельно-последовательное соединение: вначале «банки» соединяются параллельно, а затем полученные сборки – последовательно. Например, по схеме 9S4P последовательно соединяется 9 параллельных сборок, каждая из которых состоит из 4 аккумов. При последовательной сборке элементов между ними обязательно размещаются изолирующие прослойки, например, из стеклотекстолита толщиной 0,5 мм. БМС плата воспринимает параллельно соединенные «банки» как 1 аккумулятор.

Схема подключения BMS контроллера

Платы защиты АКБ бывают разной конструкции, но большинство из них похожи. Чтобы подключить BMS плату для 18650 или других элементов питания в сборке, используют 2 основные набора проводов – тонкие (балансировочные) и толстые (силовые, предназначенные для подключения нагрузки и зарядного устройства). Обычно БМС плата имеет 3 толстых провода – В, Р и С.

Проще подключить BMS (PCM) плату, к которой уже припаяны толстые провода. В противном случае нужно припаять их самостоятельно. Вначале нужно взять отрезок провода, припаять его к В-колодке на плате, а его свободный конец – подключить к контактам АКБ на отрицательном терминале 1-й группы элементов. В результате плата защиты будет подключена к минусовому полюсу АКБ.

Далее устанавливаются балансировочные провода. Если их число на 1 больше, чем количество последовательных ячеек, то все проводки соединяются с «+» терминалами параллельных групп аккумуляторов, за исключением первого – он соединяется с «-» полюсу первой параллельной группы. Если число балансировочных проводов равно количеству последовательных элементов, то каждый проводок подключается к «+» терминалу каждой группы аккумуляторов.

После проводов баланса подключается Р-провод. Он обеспечивает минусовое разрядное соединение – идет к контроллеру или другому устройству, к которому подключается питание. Далее подключается С-провод, обеспечивающий соединение с зарядным устройством, и устанавливается разъем ЗУ. Провода «+» заряда и разряда обычно подключаются напрямую к АКБ – к «+» выводу последней группы.

Как правильно подключить плату BMS

Рассмотрим схему подключения BMS платы симметричной конфигурации:

При подсоединении этой электронной системы важно соблюдать последовательность действий:

1. Подсоединить балансировочный шлейф. Взять тонкий черный проводок, идущий от точки «В-» шлейфа. Подсоединить его к «-» клемме 1-го элемента сборки. Второй проводок шлейфа подсоединить к «+» клемме 1-го элемента. Далее последовательно подсоединить остальные тонкие проводки шлейфа балансировки к «+» клеммам каждого элемента.
2. Проконтролировать последовательность подсоединения проводов.
3. Измерить напряжение на клеммах разъема – поместить «-» мультиметра на черный проводок шлейфа балансировки, а «+»– на красный.
4. Поместить разъем в гнездо БМС модуля.
5. Подсоединить силовой провод «В-» к «-» клемме 1-го элемента. Черный силовой провод «Р-» – это «минус» АКБ, идущий на зарядник и потребляющее оборудование.
6. Плюсовой полюс АКБ подсоединить к «+» клемме последней ячейки АКБ. Вывести на потребляющее устройство и ЗУ.
7. Измерить напряжение АКБ на клеммах, проверить крайние полюса батареи, напряжение через БМС, провод «Р-» и крайний плюсовой полюс. При отличиях в напряжении отследить последовательность подсоединения.

После того, как БМС плату подключили, ее нужно протестировать.

Алгоритм тестирования BMS платы

Аккумуляторную батарею нужно полностью зарядить. По завершении зарядного процесса на каждом элементе питания необходимо отследить напряжение отсечки БМС по верхнему пределу. Плата управления и защиты должна отключать ЗУ в момент, когда хотя бы на одном аккумуляторе из сборки напряжение достигнет максимума, и через небольшой временной промежуток снова включать его. Это необходимо для выполнения балансировки ячеек и недопущения их перезаряда. В рамках тестирования нужно проверить все элементы АКБ до достижения их полной балансировки.

Дальнейшее тестирование работы БМС платы выполняется в процессе разряда АКБ. Ее нужно разрядить и проконтролировать напряжение отсечки по нижней границе. После тестирования готовая батарея с BMS платой помещается в прочный защитный корпус и может использоваться по назначению.

О том, как выбрать зарядное устройство для титаната лития, читайте здесь.

2020-10-14

Комментарии: 0

Просмотры: 55000

Комментарии

BMS-плата — что это такое, зачем нужен балансир для li-ion аккумуляторов, схема подключения

Автор Акум Эксперт На чтение 9 мин Просмотров 4.5к. Опубликовано 02. 07.2022 Обновлено 20.08.2022

Одна из особенностей литиевых аккумуляторов – они не терпят глубокого разряда и перезаряда. Кроме того, в батареи этого типа необходимо устанавливать балансировочное устройство. В статье мы выясним, что такое BMS-плата и балансир, узнаем, для чего они служат и как работают.

Содержание

1. Что такое Battery Management System (BMS)
2. Балансир и BMS — это одно и то же или нет
3. Принцип работы
4. Функции BMS
5. Виды плат
6. Схема подключения к аккумуляторной батарее
7. Как проверить плату

Что такое Battery Management System (BMS)

Согласно Википедии BMS (Battery Management System или «Система контроля батареи») – устройство для контроля за состоянием батареи и предотвращения ее работы в нештатном режиме. BMS следит за основными параметрами литиевого аккумулятора – температурой и напряжением. Если один из них выходит за допустимые пределы, батарея отключается от потребителя или зарядного устройства. Таким образом, плата BMS в минимальной конфигурации предотвращает глубокий разряд, перезаряд или перегрев АКБ.

Дополнительно BMS-контроллер следит за токами заряда/разряда и при перегрузке принимает соответствующие меры. В зависимости от схемотехники он либо ограничивает токи, либо аварийно отключает потребитель или зарядное устройство (ЗУ) для защиты батареи.

Балансир и BMS — это одно и то же или нет

Для начала разберемся, для чего нужна балансировка батареи. Аккумуляторы, из которых собирается батарея, неизбежно имеют разброс параметров, в частности, электрическую емкость и внутреннее сопротивление. Кроме того, в процессе эксплуатации эти показатели «разбегаются» еще сильнее.

Задача балансира для Li-ion-аккумуляторов – обеспечить полный заряд всех ячеек и одновременно не допустить глубокого разряда и перезаряда каждой из них. Если ячейка зарядилась полностью, она отключается от зарядного устройства, при этом все остальные продолжают заряжаться.

Если одна из ячеек разрядилась до минимального уровня, вся батарея отключается от нагрузки. Это обеспечивает бесперебойную и длительную работу всех элементов АКБ. Таким образом, балансир и модуль BMS – разные устройства, выполняющие разные функции.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

На заметку. Часто в BMS-платы встраивается балансировочный узел. Поэтому BMS и балансир путают.

Слева – модуль BMS со встроенным пятиканальным балансиром, справа – просто восьмиканальный балансир

И еще пару слов о балансирах. Они бывают пассивными и активными. Пассивная балансировка проще в построении, но оперирует малыми выравнивающими токами. Если ЗУ мощное, батарея емкая, а зарядные токи большие, то пассивный балансир не выполнит свою функцию. Схема активного балансира сложная, но она эффективнее и справится со своей задачей в любом случае.

Активный балансир с перераспределением энергии между ячейками с помощью накопительных конденсаторов

Принцип работы

Разберемся, как работает BMS-плата, использовав в качестве примера модель, собранную на специализированном контроллере HY2120 Series. Конструктивно устройство представляет собой два полевых транзистора, включенных встречно-последовательно. На схеме это сборки 8205А, включенные попарно-параллельно. Оба транзистора управляются при помощи HY2120.

Внешний вид и принципиальная схема BMS-модуля на 2 ячейки

Пока напряжение на батарее в норме, открыты оба транзистора – энергию от АКБ можно брать и ей отдавать (зарядка). Если напряжение на любой из ячеек снизится до минимально допустимого (около 2.5-2.9 В), закроется транзистор M1 и запретит разрядку. Заряжать же батарею можно – М2 открыт, а закрытый М1 зашунтирован диодом в обратном направлении. Когда в процессе зарядки напряжение на любой из ячеек достигнет 4.2 В, контроллер закроет М2. Зарядка прекратится, но М1 открыт, а М2 зашунтирован – энергией можно пользоваться.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Контроль температуры в схеме не предусмотрен, но принцип тот же. При перегреве ячеек контроллер закрывает оба транзистора, запрещая заряд/разряд, пока батарея не остынет.

Эта же микросхема контролирует и ток разряда (вывод CS). В качестве токоизмерительных резисторов используются сопротивления переходов транзисторов М1 и М2. Вот и все, что умеет этот простенький контроллер. Балансира, как мы видим, нет. Есть только контроль по напряжению каждой ячейки и общему току разряда. Схема настолько проста, что ее можно собрать своими руками. Но есть и сложные схемы с использованием программируемых микроконтроллеров.

Функции BMS

Рассмотрим функции BMS, которыми они оснащаются в зависимости от модели:

• контроль глубины разряда;
• контроль уровня зарядки;
• контроль зарядного/разрядного токов;
• контроль температуры батареи или каждой ячейки;
• контроль уровня заряда и глубины разряда каждой ячейки;
• балансировка (выравнивание уровней заряда) каждой ячейки;
• ведение статистики – количество циклов заряда/разряда, режимы и время работы, объём энергии и пр. ;
• передача на внешнее устройство текущей информации об АКБ и статистики, управление и настройка режимов с внешнего устройства.

Виды плат

Платы защиты, как мы выяснили, бывают разными. Самые простые следят за напряжением АКБ и током. Стало напряжение ниже допустимого или ток выше заданного, включая КЗ, модуль отключает нагрузку. Стало выше положенного – отключает ЗУ – батарея заряжена. Более сложные устройства контролируют температуру аккумулятора, поскольку все литиевые элементы боятся перегрева.

Если плата рассчитана на работу не с одним аккумулятором, а с батареей, то, как мы выяснили, она может иметь в составе балансир. Некоторые из них даже контролируют температуру каждой ячейки. Количество каналов балансира тоже разное – до 10 и более. Схема балансировки, как мы знаем, может быть пассивной и активной.

Особняком стоят интеллектуальные устройства, собранные на микроконтроллерах. Они кроме вышеперечисленных функций ведут статистику – время работы, текущие напряжения и ток, оставшееся количество энергии, отданная мощность и пр. Информация может выводиться на встроенный дисплей, накапливаться или передаваться на внешнее устройство – к примеру, ПК.

Интеллектуальная Smart BMS с передачей данных и управлением со смартфона по блютуз-каналу

Таким образом, есть из чего выбрать, но нужно иметь в виду, что каждая функция платы BMS – дополнительные деньги. Так что не стоит брать то, что больше умеет. Покупайте модуль с тем функционалом, который вам действительно необходим. Зачем, к примеру, статистика, дисплеи и внешние интерфейсы, если ваше устройство – плеер или даже электросамокат? Зачем гибкая программная настройка диапазонов напряжений, токов и температур для этих устройств? Вам нужен не стенд, а плата защиты.

Схема подключения к аккумуляторной батарее

Перейдем к вопросу, как подключить BMS-плату к АКБ. Тут все зависит от ее «внутренностей». Модуль без встроенного балансира подключается примерно так:

Схема подключения АКБ к BMS без балансира (количество элементов зависит от модели модуля)

Если у платы есть встроенный балансир, то схема не особо усложняется. К плате так же нужно подключить каждую ячейку. Для этого в модуль устанавливается балансировочный разъем (фото выше) или просто предусмотрены контактные площадки.

Схема подключения АКБ к BMS-системе со встроенным балансиром на 6 элементов

Если в нашем распоряжении просто балансир, то подключим его следующим образом:

Схема подключения АКБ к BMS к балансиру на 8 элементов

Во всех случаях основной принцип подключения в том, что “крайние” банки подключаются к плюсу и минусу, а от минуса к плюсу по возрастающей каждая банка подключается к своему контакту. Другими словами, плюс первой банки и минус второй – к B1, плюс второй и минус третьей – к B2, и так далее.

У вас меньше ячеек? Лишние каналы балансира можно просто не использовать, начиная от плюса и по убывающей по номерам батарей B7-B6-B5 и т.д., а минус последней банки – к B-. На схеме ниже показан пример, как использовать с тремя аккумуляторами плату БМС, рассчитанную на 4 элемента. Расточительно, но, как говорится, «я тебя слепила из того, что было».

Схема подключения трёх аккумуляторов к BMS типа 4S

Выше мы рассматривали последовательное соединение ячеек, повышающее выходное напряжение батареи. Для увеличения электрической емкости используют параллельное подключение. При таком соединении дополнительный балансир не нужен – параллельно включенные аккумуляторы контролируются, как если бы он был один.

Часто используют смешанное подключение, чтобы увеличить и напряжение, и ёмкость. В этом случае каждый канал балансира отвечает за свои элементы, включенные параллельно.

Вариант смешанного подключения литиевых аккумуляторов

На заметку. Смешанное подключение обозначается цифрами с литерами -S и -P, где цифра до S – количество последовательных модулей, P – количество ячеек в модуле. Таким образом, АКБ, схема которого изображена выше, обозначается 3S3P.

Как проверить плату

Специалисты обычно проверяют платы BMS всевозможными стендами, тестерами и блоками питания. К примеру, такими:

«Простенький» стенд для проверки BMS-контроллера

Такой вариант оправдан, если мы занимаемся этим регулярно. Можно обойтись приборами попроще – амперметром, вольтметром, регулируемым блоком питания. Проверку проводим следующим образом:

1. Заряд. Ставим АКБ на зарядку, контролируем ток и напряжение. По достижении номинального напряжения на батарее (4.2 В на каждый элемент) зарядка должна прекратиться, а ток заряда – упасть до 0.
2. Разряд. Разряжаем батарею током около 0.3С, контролируя напряжение на каждой ячейке. Как только на любой из них напряжение упадет ниже 2.5-2.9 В (зависит от модели), нагрузка должна отключиться.
3. Защита по току. Постепенно нагружаем заряженную АКБ резисторами соответствующего сопротивления, контролируя ток. Как только он превысит допустимый (зависит от модели платы), нагрузка должна отключиться.
4. Температура (если есть). Нагреваем термодатчик любым удобным (сухим) способом, сняв его с АКБ. При достижении критической температуры (порядка 60 градусов Цельсия) процесс зарядки/разрядки должен прекратиться до остывания датчика.
5. Балансировка (если есть). Ставим батарею на зарядку и контролируем напряжение на всех ячейках. В процессе заряда оно должно выравниваться, а по окончании иметь разброс между ячейками не более 0.1 В.

И в завершение приведём несколько роликов, доступно и наглядно поясняющих то, о чем мы сегодня говорили. В статье использовались иллюстрации из первого видео (“10 ПЛАТ BMS С Алиэкспресс. САМЫЙ ПОЛНЫЙ ОБЗОР…” с канала Major Tom Workshop).

Мы выяснили, что такое плата BMS и балансир аккумуляторных батарей, разобрались с их назначением. Теперь вы без труда соберете любую АКБ на литиевых аккумуляторах и заставите ее работать правильно и безопасно.

Сейчас читают:

Разборка модуля управления и защиты литий-ионных аккумуляторов (BMS)

В этой статье мы узнаем о функциях и работе системы управления аккумуляторами 4s 40A (BMS), мы рассмотрим все компоненты и схемотехника модуля. Я сделал полный обратный инжиниринг этого модуля, чтобы выяснить, как он работает, чтобы показать, как работает BMS. У нас также есть еще одна статья и видео, где мы проверили параметры безопасности этой BMS. На изображении ниже показан аккумуляторный блок, в котором также есть вольтметр, нагрузка (лампа) и розетка постоянного тока для зарядного устройства, вы можете прочитать больше об этом здесь .

Эта BMS поставляется в 3 вариантах: стандартная версия, расширенная версия и сбалансированная версия.

Мы рассмотрим сбалансированную версию. Сбалансированная версия имеет 4 резистора, способных балансировать нагрузку, эта функция недоступна в других версиях. Стандартная версия и расширенная версия почти аналогичны с разницей только в 1 пассивном компоненте, эти варианты не способны активно балансировать ячейки, тогда как сбалансированная версия имеет схему для балансировки ячеек.

Функции защиты 4S 40A BMS Принципиальная схема

BMS необходима для продления срока службы батареи, а также для защиты аккумуляторной батареи от любой потенциальной опасности. Функции защиты, доступные в системе управления батареями 4s 40A:

• Балансировка ячеек
• Защита от перенапряжения
• Защита от короткого замыкания
• Защита от пониженного напряжения

Принципиальная схема BMS

Схема этой BMS разработана с использованием KiCAD . Полное объяснение схемы сделано позже в статье.

Соединение BMS с блоком батарей

Модуль BMS имеет аккуратную схему с маркировкой для подключения BMS к различным точкам блока батарей. На изображении ниже показано, как нам нужно подключить соту к BMS.

BMS действует как 4 отдельных модуля для 4 отдельных ячеек, а затем эти 4 модуля очень разумно интегрируются вместе с транзисторами и пассивными компонентами, чтобы создать законченную BMS, способную подавать ток до 40 А и защищать параметры отдельных ячеек.

Углубление в BMS

BMS имеет 2 IC, DW01 и BB3A; некоторые варианты этой BMS могут иметь одинаковые или похожие ИС от разных производителей. Но все микросхемы будут иметь одинаковые выводы и функционирование. Я буду обсуждать 2 ICs позже. На рисунке ниже показаны части BMS, отвечающие за различные операции.

Из приведенного выше изображения видно, что одна микросхема отвечает за защиту от перенапряжения, перегрузки по току и короткого замыкания, и эта микросхема имеет номер DW01-A , тогда как другая микросхема BB3A отвечает за балансировку ячеек.

DW01-A: ИС защиты аккумулятора

DW01-A представляет собой 1-элементную ИС защиты литий-ионного/полимерного аккумулятора. Он отвечает за все функции защиты BMS. К каждой отдельной ячейке подключен 1 DW01-A, который контролирует состояние конкретной ячейки. Он поставляется в 6-контактном корпусе сот-23-6. Вы можете обратиться к техническому описанию микросхемы, чтобы увидеть функциональную схему и другие данные. Он имеет внутреннюю схему делителя напряжения, которая отвечает за измерение пониженного и повышенного напряжения ячейки. Короткое замыкание и перегрузка по току обнаруживаются компараторами, которые сравнивают напряжение между входом на выводе CS и напряжением VSS.

Электрические характеристики DW01-A

Работа любой интегральной схемы зависит от ее конструкции, указанной производителем, электрические характеристики DW01 приведены в таблице ниже:

Схема защиты 

Здесь показана схема защиты этого аккумуляторного блока. Здесь Batt+ и S3 обозначают положительный и отрицательный выводы ячейки соответственно. ИС измеряет напряжение ячейки, используя внутреннюю схему делителя напряжения между V _CC и контакт заземления, и на основании таблицы электрических характеристик, показанной выше, управляют контактами переразряда (OD) и перезаряда (OC), таким образом управляя транзисторами Q2 и Q3 на рисунке ниже.
DW01-A постоянно контролирует перегрузку по току или короткое замыкание, измеряя напряжение на выводе датчика тока. В случае короткого замыкания напряжение превышает V _SIP , а неисправность, т.е. короткое замыкание, подавляется отключением управления разрядкой MOSFET. Объяснение перегрузки по току дается далее в этой статье.

На приведенном выше рисунке видно, что вывод VSS подключен к положительной клемме ячейки с помощью резистора R24, а VSS и VDD имеют конденсатор C1, параллельный им. Конденсатор и резистор необходимы для подавления пульсаций и помех от зарядного устройства.

HY2212 BB3A: ИС балансировки элементов

Что касается схемы балансировки элементов, сердцем этой схемы является HY2212 BB3A , ИС балансировки зарядного устройства 1-элементного литий-ионного/полимерного аккумулятора. Эта ИС способна к активной балансировке ячейки с помощью контроля электрического уровня и включает в себя высокоточную схему определения напряжения и схему задержки.

Серия HY2212 предназначена для одноэлементных литий-ионных аккумуляторов или также может использоваться для многоэлементных аккумуляторных батарей с отдельными элементами. Он имеет ИС контроля баланса заряда , ИС контроля электрического уровня , а также содержит схему высокоточного обнаружения напряжения и схему задержки . Функциональная блок-схема ИС приведена ниже, как вы можете видеть, ИС имеет схему делителя напряжения, подключенную к входу VSS и VDD, который подается на компаратор обнаружения перезарядки, который используется для управления улучшающим MOSFET. Вы можете обратиться к таблице данных IC, чтобы увидеть внутреннюю блок-схему этой IC. Он имеет очень простую схему, которая просто измеряет напряжение с помощью компаратора обнаружения напряжения и выдает результат. Выход используется для управления затвором MOSFET. Можно использовать MOSFET P-типа или N-типа, эффективная работа обоих MOSFET приведена в таблице ниже.

В этой BMS используется N-канальная BMS, которая затем подключается к резистору 480 Ом, схема, используемая в BMS, показана на изображении ниже:

с этой ИС используется A2SHB, который представляет собой N-канальный МОП-транзистор с улучшенными характеристиками. Когда выходной контакт от контакта 6 BB3A подает высокий сигнал на затвор этого полевого МОП-транзистора с улучшенным типом, полевой МОП-транзистор подключает путь с низким сопротивлением через это сопротивление 480 Ом, которое действует как нагрузочный резистор и начинает разряжать батарею.

Скорость разряда легко найти по закону Ома. V=IR

Таким образом, аккумулятор можно разряжать со скоростью 91 миллиампер в час. Мы можем изменить скорость разряда, изменив номинал резистора.

Полная схема 4S 40A BMS

На изображении выше показана полная принципиальная схема цепи BMS, как обсуждалось выше, цепь может быть разделена на более мелкие модули для балансировки и контроля каждой отдельной ячейки.
Как показано на изображении ниже, мы видим, что микросхема Balancer IC подключена параллельно ячейке. Аналогично, микросхема зарядки аккумулятора, DW01, также подключена параллельно ячейке.

Как объяснялось выше, VSS и VDD DW01 подключены к минусу и плюсу ячейки соответственно, а контакт 2, который является контактом датчика тока, подключен к минусовой шине. В соответствии с полученным входным сигналом от вывода датчика тока управляются транзисторы перезарядки и переразрядки.

Как работает схема BMS 4s 40A?

10 MOSFET AOD472 фактически соединены как 2 набора по 5 MOSFET в каждом. Первый набор предназначен для защиты от перегрузки по току, а другой набор отвечает за защиту от переразряда. Все элементы в цепях могут активировать защиту от перегрузки по току или переразряда, это необходимо, поскольку работоспособность элемента ухудшается с разной скоростью для разных элементов. Ворота всех параллельных МОП-транзисторов соединены вместе, как и выводы источника, чтобы запускать их вместе. Все 10 полевых МОП-транзисторов имеют свои стоковые контакты, а это означает, что схема будет работать только тогда, когда все полевые МОП-транзисторы находятся во включенном состоянии, в противном случае ток не будет течь, и аккумуляторная батарея не будет ни питать выход, ни заряжаться в это время.

Почему подключено несколько МОП-транзисторов?

Поскольку BMS предназначен для работы двигателя дрели, пусковой ток обычно выше номинального тока. Пусковой ток двигателей может превышать номинальный ток в 4-8 раз. Ток уменьшается и возвращается к своей номинальной скорости по мере того, как двигатель ускоряется и достигает своей синхронной или базовой скорости. Таким образом, несмотря на то, что он рассчитан на 40 А, если подключен двигатель мощностью 500 Вт, который потребляет около 40 А, импульсный ток может быть выше 240 А в течение очень короткого времени, поэтому несколько полевых МОП-транзисторов подключены параллельно.

Примечание : При параллельном подключении МОП-транзисторов убедитесь, что все МОП-транзисторы имеют очень близкие фактические значения V _{GS (TS)  в то же время, чтобы избежать повреждения МОП-транзистора.}

На изображении выше показан ток, когда все МОП-транзисторы находятся во включенном состоянии. Ток от батареи протекает через аккумуляторную батарею и последовательно-параллельное соединение MOSFET AOD 472s.

Управление полевыми МОП-транзисторами  

Управление полевыми МОП-транзисторами осуществляется путем управления выводами перезарядки и переразрядки микросхемы DW01. Исток на левой стороне МОП-транзисторов подключен к земле, контакт датчика тока DW01 подключен к источнику, поэтому, когда происходит короткое замыкание или перегрузка по току, обнаруженная микросхемой DW01, она включает Q9, который включает транзистор. пара подает сигнал на клемму затвора, тем самым отключая полевые МОП-транзисторы.

Затвор правой пары МОП-транзисторов, отвечающих за защиту аккумуляторной батареи от перезарядки, подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи. Когда батарея перезаряжена, микросхема DW01 обнаружит состояние перезарядки, используя внутреннюю схему делителя потенциала, и включит транзистор OD.

Взяв IC 1 в это состояние, он включит транзистор Q2, поток тока включит Q21, соединяющий затвор комбинации параллельных МОП-транзисторов, отвечающих за защиту от перезаряда, с землей, тем самым отключая его и, следовательно, отключив всю цепь. На приведенном ниже графике показана работа микросхемы DW01 во время зарядки.

Компоненты, используемые в модуле 4S 40A BMS

Что касается компонентов BMS, BMS имеет 2 микросхемы: DW01-A , которая представляет собой микросхему защиты аккумулятора , и BB3A 0, которая представляет собой 3 a 0. балансировка ячеек IC . Помимо двух ИС, у нас есть этот компонент с текстом G1 , который представляет собой MMBT5551 a Высоковольтный NPN-транзистор , 2L , который представляет собой высоковольтный PNP-транзистор , PMST5401 , кроме этого, у нас есть выпрямитель Шоттки , а здесь внизу у нас есть 10 N-канальных улучшенных MOSFET D472 с 2 параллельными наборами из 5 MOSFET, соединенных последовательно, что обеспечивает высокую передачу тока и является очень важным компонентом. для защиты от перегрузки по току и защиты от перезарядки.

Все компоненты, используемые в BMS, приведены в таблице ниже:

Функции защиты модуля BMS 4S 40A

Как обсуждалось выше, модуль BMS имеет все необходимые функции для защиты аккумуляторной батареи, он обеспечивает защиту от перезарядки, защиту от переразряда, защиту от короткого замыкания и балансировку элементов. Более подробная информация о функциях защиты приведена ниже.

Состояние перезарядки

Когда элемент заряжается выше безопасного зарядного напряжения, это влияет на работоспособность элемента и сокращает его жизненный цикл. Для защиты элемента от перезарядки в этой BMS используется механизм защиты от перезарядки, который отключает аккумулятор от зарядного устройства. Работа защиты от перезарядки показана на графике ниже

Из приведенного выше графика видно, что при подключении зарядного устройства напряжение аккумулятора продолжает расти, и как только оно превышает В _OCP (напряжение защиты от перезарядки), он ожидает T _OC (время задержки перезарядки) и открывает транзистор защиты от перезарядки, тем самым отключая МОП-транзисторы защиты от перезарядки. Микросхема не выключит вывод OC, если напряжение элемента не упадет ниже V _OCR (напряжение снятия перезарядки батареи).

Состояние переразряда

Когда напряжение элемента падает ниже безопасного рабочего напряжения, ухудшается состояние элемента и сокращается его жизненный цикл. Для защиты элемента от переразряда в этой BMS используется защита от переразряда. Работа защиты от переразряда показана на графике ниже-

На приведенном выше графике видно, что при подключении нагрузки напряжение аккумулятора продолжает снижаться, и как только оно становится ниже V _ODP (напряжение защиты от переразряда), он ожидает T _OD (время задержки переразряда) и открыть транзистор защиты от переразряда, тем самым отключив МОП-транзисторы защиты от переразряда. Следовательно, через BMS не протекает ток. И до тех пор, пока аккумулятор не зарядится и напряжение элемента не превысит В _ODR (напряжение срабатывания при переразрядке), BMS не позволяет использовать аккумуляторную батарею, тем самым увеличивая срок службы нашей аккумуляторной батареи.

На изображении выше показано протекание тока в условиях переразряда. Как вы можете видеть, транзисторы соединены параллельно, потому что, когда транзисторы соединены параллельно, они действуют как один большой транзистор, который может выдерживать более высокий ток.

Параллельные транзисторы

Защита от перегрузки по току 

Защита от перегрузки по току в BMS необходима для защиты аккумуляторных систем от перегрузки по току или короткого замыкания, когда происходит короткое замыкание или возникает скачок тока от нагрузки, превышающий технические характеристики аккумуляторных блоков. . Это состояние может повлиять на здоровье клетки или даже привести к повреждению клетки, что приведет к возгоранию. Для защиты ячейки от перегрузки по току в этой BMS используется защита от перегрузки по току. Работа защиты от перегрузки по току показана на графике ниже 9.0009

В нормальных условиях вывод CS контролирует ток разряда, постоянно контролируя напряжение на выводе CS. Когда есть скачок в токе, потребляемом ячейкой, и напряжение на выводе CS превышает V _OIP (напряжение защиты от перегрузки по току) дольше, чем T _OI1 (время задержки перегрузки по току), срабатывает схема защиты от перегрузки по току и выключает OC MOSFET, тем самым отключая цепь. Защита от перегрузки по току срабатывает только тогда, когда нагрузка отключена или полное сопротивление батареи между положительной и отрицательной клеммами становится больше 500 кОм.

Заключение

BMS 4s 40A является экономичным и очень эффективным модулем для защиты литий-ионных аккумуляторов от повреждений. Конструкция может быть изменена для использования с большим или меньшим количеством ячеек, что делает ее очень универсальной. Компоненты, используемые в BMS, легко доступны, и на рынке доступно множество запасных частей, что делает эту BMS действительно хорошей для вашего следующего проекта.

Я надеюсь, что вам понравилось читать эту статью и вы узнали что-то новое. Если у вас есть другие сомнения, вы можете опубликовать их в разделе комментариев ниже.

Самодельная сбалансированная схема зарядного устройства BMS Руководство по схеме «Сделай сам»

Самодельная схема BMS

24. 07.2021 | Просмотров: 22967 | Схемы | автор: ELECTRONOOBS

Доля

Сегодня пробуем схему из интернета для зарядки аккумуляторов, BMS или системы управления батареями. Я покажу вам схему только для одной ячейки и масштабирую ее для любого количества батарей, если вам нужен аккумуляторный блок 2S, 3S и так далее. Функция этой схемы заключается в зарядке аккумуляторов, их защите от перенапряжения, ограничении тока, а также балансировке аккумуляторов в случае более чем одной ячейки. Не самая лучшая схема или самая компактная, но работает ли она? Что ж, держись до конца, чтобы узнать. Я покажу компоненты, которые нам нужны, и то, что каждая часть будет делать в схеме, и тем самым, как работает схема. Мы устанавливаем его на печатную плату и тестируем, чтобы зарядить и сбалансировать наши батареи. Эта схема не моя идея, в интернете уже есть много подобных схем, таких как эта. Итак, ребята, приступим.

Часть 1. Зачем нам нужна BMS?

Как дела, друзья, с возвращением. Это ниже PCB мы проанализируем сегодня и узнаем, как это работает. Сможет ли эта простая схема ограничить ток, контролировать перенапряжение и сбалансировать аккумулятор? Что ж, посмотрим. Литий-ионные или LiPo аккумуляторы очень популярны, особенно у таких производителей, как мы, небольших роботов, портативных устройств, игрушечных радиоуправляемых машинок, дронов и так далее. Но эти аккумуляторы тоже очень разумно и опасно . Если не контролировать процесс зарядки и разрядки таких аккумуляторов, они перестанут работать или хуже. Ячейки батареи могут вздуться и даже взорваться от перезарядки, а глубокая разрядка может привести к выходу батареи из строя.

Вот почему эти батареи следует использовать вместе с блоком системы управления батареями или BMS . Это позволит контролировать напряжение и ток от батареи и сохранить их в безопасности. Обычно номинальное напряжение батареи LIPO составляет 3,8 вольта и 4,2 вольта при полной зарядке. Итак, как только элемент батареи достигнет этого значения, процесс зарядки должен прекратиться, что и должна делать эта схема.

Часть 2.1 — Зарядное устройство 1S

Когда у вас есть только одна ячейка, вы заботитесь только о максимальном напряжении и ограничении тока для защиты батареи. Но когда у вас есть аккумуляторная батарея из более чем 1 ячейки, то есть 2S, 3S и т. д., вам также необходимо сбалансировать стоимость каждой отдельной ячейки.

У нас есть транзистор PNP, соединенный последовательно с 4 диодами, которые будут имитировать нагрузку. В базе транзистора у нас есть эталонный диод ZENNER (TL431), который открывается при определенном значении напряжения и тем самым соединяет землю с базой транзистора, и когда транзистор активен, мы шунтируем батарею и тратим энергию на вместо них диоды. Этот диод ZENNER — TL431, и у него есть эталонный контакт, поэтому, регулируя потенциометр, мы можем установить это опорное напряжение на уровне 4,2 В, таким образом мы выбираем, когда процесс зарядки остановится.

Часть 2.2 — Список деталей

Как видите, эта схема не так эффективна, так как мы тратим энергию внутри диодов и транзистора. Кроме того, если потери мощности слишком велики, возможно, транзистору потребуется рассеиватель тепла, чтобы он не сгорел. Но мы не ищем эффективности с этой схемой, потому что мы можем использовать это зарядное устройство с питанием от основной розетки, поэтому мы не очень заботимся об эффективности.

Так же добавляем регулятор LM317 на место входа в токовом режиме. В этой конфигурации предельный ток задается резистором на выходе и равен формуле VREF, деленной на значение сопротивления. VREF для LM317 составляет 1,25 В, поэтому несложно выбрать резистор и ограничить зарядный ток, скажем, на уровне 600 мА. Добавляем второй стабилизатор LM317, но в режиме управления напряжением. Без этого на входе должно быть ровно 4,2В. Но иногда у нас есть только 5 В от USB-разъема или, может быть, 12 В от адаптера постоянного тока. Таким образом, используя этот второй LM317, мы можем настроить выходное напряжение на 4,2 В, поэтому независимо от входного значения напряжение, подаваемое на батарею, составляет 4,2 В. Выходное значение определяется этими двумя резисторами.

• 1 литий-ионный аккумулятор 1S (для теста): ССЫЛКА на eBay
• 1 x TL431 Zenner, артикул: ССЫЛКА на eBay
• 1 x транзистор BD140 PNP: ССЫЛКА eBay
• 4 диода 1N4007: ССЫЛКА eBay
• 2 регулятора LM317: ССЫЛКА eBay
• 1 светодиод 5 мм: ССЫЛКА eBay
• Комплект резисторов ССЫЛКА eBay
• 1 x потенциометр 20K LINK eBay
• 1 x резистор 2R 1 Вт ССЫЛКА eBay
• 2 конденсатора по 100 мкФ ССЫЛКА на eBay
• 1 x прототипирование печатной платы LINK eBay

Часть 2.3. Проверка цепи

Я монтирую эту простую схему на макетной плате. Я питаю его 4,2 В от моего блока питания. Я подключаю свой мультиметр к выходу и с помощью потенциометра мы сначала фиксируем пороговое значение около 4,16 В, некоторое значение ниже 4,2 В. Я буду использовать батарею, которая разряжена и ниже 4,2 В (было 3,8 В). Когда я подключаю его к зарядному устройству, светодиод гаснет. У нас есть ток около 450 мА, и батарея заряжается. Через некоторое время, когда мы превысим 4,16 В, светодиод загорится, что означает, что процесс зарядки завершен. Теперь ток течет через диоды и транзистор, и мы пропускаем батарею, поэтому ячейка защищена от перенапряжения. Я измеряю tge батареи, и это 4,11 вольта. Хорошо, но теперь, как мы можем контролировать ограничение по току, которое также является важным фактором защиты? На данный момент мы не можем реально регулировать ограничение тока с помощью этой схемы.

Часть 3.1 — Цепь 3S

Теперь самое интересное. Мы можем взять эту простую схему и соединить ее последовательно с другими идентичными схемами. Теперь мы можем заряжать аккумуляторы 2S, 3S и более, а также балансировать напряжение, как я упоминал ранее. С помощью этой схемы мы можем, например, зарядить аккумулятор 3S, и все отдельные элементы перестанут заряжаться при напряжении 4,2 В. Кроме того, имея два регулятора LM317 на входе, мы имеем защиту от ограничения тока, но мы также можем питать всю схему, скажем, от 16 до 20 В и устанавливать напряжение, подаваемое на аккумулятор, равным 12,6 В, что соответствует напряжению заряда. из 3-х аккумуляторов последовательно.

Часть 3.2. Сборка печатной платы

Список деталей такой же, как и для 1S, но в 3 раза больше тех же компонентов, не считая LM317, которых нам нужно только 2. Получите эту окончательную схему сверху. Я получаю все необходимые компоненты и припаиваю схему к макетной плате. Сначала я добавляю транзисторы и диоды ZENNER, затем потенциометры и 4 обычных диода для каждой группы. Затем я добавляю светодиоды и, наконец, добавляю регуляторы LM317 и токоограничивающий резистор, состоящий из 5 резисторов по 10 Ом. Я делаю соединения припоем и проводами сзади. Теперь у нас есть 3 пары соединений для аккумулятора и два провода для входа и выхода. Каждый светодиод включается, когда каждая отдельная ячейка заполнена. Используя потенциометр, вы можете точно настроить пороговое значение. Изменение этого резистора, подключенного ко второму LM317, может изменить ограничение зарядного тока.

Часть 3.3 — Тест

Подключаю все и запитываю схему 16В от своего блока питания. Теперь все аккумуляторы заряжаются. Через некоторое время один светодиод загорелся почти при достижении максимального напряжения. Затем загорается второй светодиод и, наконец, загораются все 3, так что все батареи заряжены почти до 12,6 вольт. Напряжение проверяю мультиметром и чуть ниже 4,2В. Так что схема работает без проблем. Единственным недостатком является эффективность и тепловыделение. Но если вас это не волнует, эта схема может быть полезна для вашего аккумулятора. И если вы хотите больше мощности, вы должны использовать мощные транзисторы, большие диоды для имитации нагрузки, а также добавить рассеиватель тепла на компоненты.