бмс для li ion аккумуляторов что это такое
Все о плате BMS для электротранспорта
Статья обновлена: 2021-10-28
Плата BMS, система управления батареи – это электронное устройство, обеспечивающее стабильную и безопасную работу АКБ. К этой категории относятся устройства с разным функционалом – от простейших балансиров и плат защиты по напряжению, температуре и току до сложных микроконтроллерных систем с множеством функций. Сложные системы управления, способные определять разрядный ток и считать циклы заряда, производятся на заказ для крупных компаний.
В продаже представлены BMS контроллеры для решения различных задач, способные надежно защитить аккумуляторы и технику или приборы, для питания которых они используются. Пренебрегать такой защитой не стоит. Даже в небольших приборах с низкими потребляемыми токами использование BMS платы считается признаком качества и залогом безопасной работы. А для высокотоковой техники такая защита – обязательна с точки зрения здравого смысла и техники безопасности.
Защитные функции BMS платы
Ключевые элементы в структуре BMS платы – это защитная микросхема, силовые транзисторы для отключения нагрузки и аналоговая обвязка для замеров тока или балансировки элементов питания. Благодаря этим элементам обеспечивается:
Функция балансировки
Одна из функций BMS платы – балансировка аккумуляторов в сборке – выравнивание напряжений на последовательно соединенных элементах сборки. Из-за незначительных отличий в емкости элементы в сборке заряжаются неравномерно: когда одни ячейки максимально заряжены, другие остаются с неполным зарядом.
При разряде такой АКБ значительными токами максимально заряженные аккумуляторы берут на себя больший ток, поэтому быстрее изнашиваются и приходят в негодность. Для решения этой проблемы используются балансиры. Они выравнивают напряжения на ячейках до одинакового уровня.
Как выбрать плату BMS
Дешевые аналоговые платы со строгими порогами защиты и балансировки подходят для электрических транспортных средств и инструмента, но не способны работать в буферном режиме и одновременно выравнивать напряжение на элементах. Это вызывает дисбаланс, частое включение защиты и чрезмерный заряд аккумуляторов. Дорогие BMS платы имеют широкий функционал и оптимально подходят для АКБ солидной емкости. Для батарей небольшой емкости использовать такие платы защиты нецелесообразно, т.к. они обойдутся дороже самих АКБ.
Наиболее важная характеристика платы BMS – это контроль ячеек и всей батареи по напряжению. Измерениями тока и сопротивления играют второстепенную роль, а датчики температуры – вообще считаются лишними. При исправных аккумуляторах перегрев не происходит, а перезаряд и КЗ определяют другие элементы.
Важный критерий при выборе платы защиты – возможность ее настройки под разнообразные типы Li-ion батарей и возможность изменения порогов балансировки. Для реализации этих задач необходим дисплей, кнопки управления и возможность установки порогового значения напряжения, при котором будет отключаться ЗУ.
При создании платы BMS своими руками следует распределить заряд и разряд на 2 отдельных канала. Это исключит ситуацию, когда при отключении ЗУ от АКБ прибор получает питание только от ЗУ, в роли которого может выступать солнечная батарея, ветрогенератор или другой источник с непостоянным напряжением. При подключении к такому источнику потребителей без АКБ прибор рискует сгореть. Поэтому важно разделить каналы потребляющих приборов и отключения зарядки.
Как подключить BMS плату
Схема подключения платы BMS зависит от используемой модели и приводится в инструкции по ее эксплуатации. Внешне модуль контроля и балансировки выглядит как небольшая плата с контактными площадками, к которым подключаются элементы питания и выходные клеммы для заряда-разряда. Чтобы правильно подключить BMS плату, нужно следовать схеме, предоставленной производителем.
Вначале подключается «–» аккумуляторной сборки. Провод припаивается к «–» АКБ, а затем с соблюдением полярности – к контакту В- на плате. Затем подключаются провода для балансировки. Если их подключить неправильно, элементы балансира будут греться и могут отпасть или сгореть. При правильном подсоединении получается полноценная защита от перезаряда, глубокого разряда и КЗ. К контактам С- и Р- припаиваются провода для зарядки и разрядки АКБ.
Как вывести плату BMS из защиты?
Как правило, плата BMS уходит в защиту при перегрузке по току, например, при резком старте шуруповерта или другого прибора. Для решения этой проблемы можно впаять между контроллером и мотором дроссель на 1,5 МН или припаять к выходу на двигатель P-конденсатор емкостью порядка 20 мкФ на 25 вольт.
Но плата может срабатывать не только из-за токовой перегрузки. В частности, причиной срабатывания защиты может стать снижение напряжения на аккумуляторах во время пуска двигателя. В качестве решения такой проблемы рекомендуется замедлить защиту на время пуска мотора, добавив в схему конденсатор.
Использование BMS плат в электротранспорте
Платы BMS используются для защиты и контроля работы АКБ электровелосипедов, самокатов, скутеров, мопедов и других транспортных средств на электротяге. Платы защиты выполняют такие функции:
BMS платы могут выполнять разное количество функций. Кроме управления работой АКБ, они способны участвовать в контроле рабочих параметров персонального электротранспорта и выполнять действия по управлению его электрической мощностью. Если в транспортном средстве используется система рекуперации энергии при торможении, BMS плата может управлять процессом подзарядки АКБ на спусках и при замедлении движения.
На Токе заряженный портал
Что такое BMS (Battery Management System) и для чего она нужна? — На токе
Что такое BMS (Battery Management System) и для чего она нужна?
Современные аккумуляторные батареи не являются такими примитивными как их древние предшественники. Технический прогресс шагает вперёд неудержимо, да и к тому же, разработчикам нужно что-то постоянно изобретать, дабы удивлять публику совершенством своего мозга и естественно, вытягивать с завидной регулярностью деньги с кармана неискушённого потребителя, удивляя его какими-либо научно-техническими «фокусами». Но даже если откинуть эти самые чудеса, имеет место чисто технологическая необходимость, от которой просто никуда не деться. В этой теме речь пойдёт о такой нужной «примочке», как система управления батареей или сокращённо BMS, которая практически всегда является неотъемлемым атрибутом современной, высокотехнологичной АКБ.
Содержание:
Что такое система управления батареей (BMS)?
BMS — это электронная плата, устанавливаемая на АКБ для выполнения таких задач:
BMS получает данные и на их основе балансирует заряд компонентов, предохраняет батарею от КЗ, излишнего разряда и излишнего заряда, перегрузки по току, перегрева и переохлаждения. Функционал БМС не только повышает эффективность работы аккумуляторов, но и в значительной степени продлевает срок эксплуатации накопителей. Если АКБ доходит до критического состояния, BMS принимает соответствующее решение: она запрещает использование накопителя в системе, просто отключая его. Есть такие вариации BMS, в которых разработчики организовали запись данных о функционировании электробатареи и их передачу на ПК.
BMS очень важна для такой разновидности АКБ, как литий-железо-фосфатная (обозначается LiFePO4). Эти изделия весомо переигрывают своих Li-ion оппонентов по безопасности, производительности, а также стабильности. Однако у LiFePO4 АКБ есть один недостаток: девайсы восприимчивы к перезаряду, а также к разряду ниже допустимого для них напряжения. Поэтому система управления аккумулятором устанавливается на LiFePO4 в обязательном порядке, так будет максимально снижен риск порчи отдельных ячеек АКБ и полной поломки агрегата.
В идеале, напряжение каждого из компонентов находящегося в составе LiFePO4 аккумулятора, не должно выходить за определённые рамки и оно должно быть у всех составляющих одинаковым. Как обстоят дела на самом деле? Очень редко можно встретить аккумуляторную батарею, у которой все элементы входящие в её состав демонстрируют идеально ровную ёмкость. Думаете различие всего на долю-другую ампер-часов останется незаметным и всё обойдётся? Ошибаетесь! Даже такая мизерная разница, может в дальнейшем обусловить разность напряжения при процессе зарядки/разрядки. Для LiFePO4 эта самая разница может обернуться довольно печальными последствиями.
Если ячейки соединены параллельно, то напряжение на каждой будет находиться почти на одном и том же уровне: те компоненты, которые окажутся более заряженными, смогут тянуть своих менее заряженных коллег. А вот при последовательном подключении, к сожалению, ровного распределения заряда ожидать не приходится. Чем это чревато? А тем, что одни компоненты будут недозаряжаться, а другие наоборот, будут получать избыточный заряд. Не стоит обманываться, если общее напряжение по окончанию зарядки дойдёт практически до идеального показателя.
Даже при скромном превышении заряда некоторых элементов аккумуляторной батареи, имеет место деградация: электронакопитель по ходу эксплуатации не сможет отдавать нужную ёмкость и из-за неравномерного распределения заряда, агрегат в ускоренном режиме станет сдавать свои былые позиции и по итогу, дойдёт до полной неработоспособности. Компоненты с самым маленьким уровнем заряда станут просто-напросто слабым звеном аккумуляторной батареи: они будут довольно быстро разряжаться, а вот элементы обладающие большей ёмкостью будут разряжаться только отчасти.
В этом случае помогает балансировка аккумулятора, которую осуществляет BMS. Микросхема тщательно отслеживает чтобы все компоненты АКБ по окончанию зарядного процесса получили равномерное напряжение. Когда зарядное мероприятие подходит к логическому окончанию, БМС осуществляет балансировку посредством шунтирования подзарядившихся компонентов либо же переправляет энергию ячеек с повышенным напряжением, компонентам на которых оно меньше. Блок контроля АКБ, балансируя агрегат и контролируя температурный режим, а также осуществляя ряд других функций, обеспечивает максимально долгий срок эксплуатации батареи.
Для чего нужна BMS (основное назначение)
Вообще, понятие BMS — весьма широкое, поэтому оно распространяется практически на всё оборудование, обеспечивающее корректное функционирование АКБ. Это могут быть как простенькие платы защиты либо балансировки, так и более сложные микроконтроллерные приспособления.
То, что сейчас предлагают разработчики, можно условно выделить в 4 категории:
Функции BMS
1. Контролирует:
Схема имеет возможность сохранять в памяти некоторые данные: число циклов заряда/разряда, значение наибольшего и наименьшего напряжения составляющих и тока зарядки/разрядки. Именно на эту информацию и нужно ориентироваться при определении рабочего состояния АКБ.
2. Интеллектуально-вычислительная функция. На основе выше приведённых пунктов, система контроля АКБ оценивает:
3. Связная функция. Микросхема предоставляет возможность подавать вышеприведённые данные на внешние устройства управления, посредством проводной либо беспроводной связи.
4. Защитная функция. Система защиты АКБ оберегает её, не давая выходить на тот режим работы, который может нанести ущерб. Микросхема осуществляет безопасное подключение и отключение нагрузки, её гибкое регулирование, а также защищает электробатарею от:
Контрольная плата может нейтрализовать опасный для электронакопителя процесс, воздействуя непосредственно на аккумулятор либо же, подавая нужный сигнал контроллеру о недопустимости дальнейшего использования АКБ. Система отключает электронакопитель от нагрузки или зарядного приспособления в ситуации, когда хотя бы один из рабочих параметров выйдет за рамки принятых значений.
5. Функция балансировки. Равный заряд всех ячеек электронакопителя, продлевает срок его службы в максимальной степени.
Другие технические нюансы
1. Для защиты микросхемы БМС от влаги и пыли, производитель наносит на неё специальное защитное покрытие.
2. Бывают случаи, когда в распоряжении батареи имеется несколько контрольных плат и каждая из них заведует определённым количеством элементов и отправляет выходящие данные общему контроллеру.
3. На самом деле, БМС могут брать на себя намного больше обязанностей, чем просто управление аккумулятором. Данная плата может даже в некоторой степени контролировать режим работы электротранспорта. Если АКБ участвует в функционировании системы рекуперации, то высокотехнологичная микросхема может осуществлять регулировку процесса зарядки электробатареи при замедлении.
4. Практически во всех магазинах можно найти уже готовые решения в состав которых входит блок контроля батареи. Однако если случилось так, что вам нужно найти BMS отдельно, то учитывайте следующее: плату контроля нужно совмещать только с той разновидностью аккумуляторных батарей, на которую она рассчитана. Кроме того, нужно учитывать, какое количество ячеек должна обслуживать приобретаемая BMS. Этот параметр обозначается «Cells» либо литерой «S». К примеру, если микросхема имеет обозначение «12S» или «12 cells», то плата рассчитана на обслуживание 12 элементов.
5. Для избежания перезарядки, в принципе, можно обойтись и без BMS — оказывается защитить аккумуляторную батарею от перезаряда может и контроллер. У этих устройств есть такая функция как отключение АКБ, если та разрядится до определённого напряжения, а защиту от перегрева, как правило, берёт на себя зарядное оборудование. Что касается конкретно балансировки, то можно собственными силами соорудить простейший балансир.
Как определить качественную BMS (советы сведущих людей)
1. Если говорить о продукции приобретаемой на всенародно любимом AliExpress, то у хорошей платы должно быть большое количество положительных отзывов от покупателей их Европы, США и естественно России.
2. Количество баланс-резисторов и светодиодных элементов (при их наличии), должно быть равно числу ячеек в аккумуляторной батарее.
3. Разводка и пайка должны быть выполнены аккуратно хотя бы внешне, кроме того, нужно обращать внимание на «полиграфические изыски», проще говоря на наклейку, и толщину силовых дорожек.
4. Весьма хорошим вариантом будет поиск информации о присмотренной вами платы управления в рунете. Ищите особенности оборудования, нюансы и отзывы реальных людей.
5. Отнеситесь к выбору BMS с максимальной степенью ответственности. Не рационально экономить на этом устройстве, ведь даже качественное, стоит не так уж и много, а запороть аппаратуру в случае с некачественным вариантом может на приличную сумму.
Заключение
Ну что же, как видим, Battery Management System, вещь действительно необходимая современным аккумуляторам. От чего она только не спасает! Если на вашей АКБ установлена подобная система — можете спасть спокойно, ваш агрегат не пропадёт и кроме того, прослужит вам максимально долго, радуя своей предельной отдачей при этом!
Устройство BMS платы
Статья обновлена: 2020-12-17
Li-ion аккумуляторы наряду с многочисленными достоинствами имеют слабую сторону – это чувствительность к перезаряду выше 4,2 В и разряду ниже допустимой границы в 2,5 В на элемент. Поэтому для безопасного использования литий-ионные батареи снабжаются системами контроля заряда-разряда – BMS платами управления, обеспечивающими защиту и балансировку элементов питания в сборке.
Польза от применения БМС
BMS – это электронная система, управляющая зарядно-разрядными процессами в автономном источнике питания. Она:
Благодаря использованию платы Battery Management System обеспечивается безопасное использование АКБ и по максимуму увеличивается срок ее службы. К АКБ и контроллеру этот модуль подсоединяется выходящими проводами. Вместо одной платы может использоваться связка регулировочных электронных систем. В таком случае каждая из них управляет отдельной группой ячеек, отправляя информацию об их работе на общий контроллер.
Устройство БМС платы
На этой электронной системе распаяны компоненты, защищающие аккумуляторы от различных нежелательных отклонений по цепи питания. Электрическая схема этого модуля предельно простая. На печатной плате обычно находятся:
Иногда контроллер вместо 2-х имеет 3 контакта. В таком случае кроме «плюса» и «минуса» используется «информационный контакт».
Принцип работы BMS платы
Принцип работы BMS контроллера заключается в постоянном мониторинге состояния батареи и ее компонентов. При обнаружении какого-либо опасного фактора плата управления отключает батарею. Например, при превышении граничного значения напряжения она отключает АКБ от зарядного устройства, а при критическом снижении напряжения – происходит отключение от нагрузки.
Некоторые конфигурации BMS плат способны сохранять сведения о работе АКБ и в дальнейшем передавать эти данные на компьютер. В целом использование БМС контроллера снижает риск повреждения отдельных аккумуляторов и поломки батареи. Дополнительно этот модуль обеспечивает балансировку ячеек – выравнивает напряжение всех элементов в сборке. Это необходимо, чтобы избежать перезаряда одних ячеек и недостаточного заряда других, что приводит к быстрому износу батареи.
Как работает плата BMS с балансировкой
Даже незначительное различие в емкости приводит к разнице напряжений аккумуляторов сборки при их циклическом заряде-разряде. Параллельно соединенные ячейки имеют приблизительно одинаковое напряжение, т.к. более заряженные из них отдают его менее заряженным. Но при последовательной схеме соединения заряд между аккумуляторами не распределяется, и уровень их емкости оказывается различным. В итоге, даже при оптимальном общем напряжении сборки после зарядки некоторые ячейки будут перезаряжены.
Из-за этого в них будут протекать необратимые процессы деградации. На практике это будет проявляться как снижение емкости батареи, уменьшение ее токоотдачи и преждевременный выход из строя. Ячейки с недозарядом будут быстрее разряжаться, а элементы с более высоким зарядом будут разряжаться только частично. Балансировка ячеек позволяет не допустить разнобоя в напряжении и избежать ускоренной деградации в АКБ.
На завершающем этапе процесса зарядки батареи БМС плата выполняет балансировку шунтированием заряженных элементов или перенаправляет энергию аккумов с более высоким напряжением к менее заряженным. При пассивной балансировке элементы питания, которые почти восполнили своей заряд, получают минимальный зарядный ток или не участвуют в процессе подзарядки до момента, когда напряжение у всех составляющих аккумуляторной сборки станет одинаковым.
Функции БМС платы
Напряжения, уровня заряда и глубины разряда
Модуль отслеживает общее напряжение АКБ, напряжение отдельных элементов, не допускает их выхода за рамки допустимых значений.
БМС контроллер может иметь собственные температурные датчики и отслеживать температуру компонентов батареи.
Токов при заряде и разряде
При превышении допустимых значений тока контроллер отключает зарядное устройство или потребляющее оборудование.
Контроль исправности выполняется путем анализа данных, хранящихся в памяти модуля управления: количества циклов перезарядки, граничных значений напряжения и тока.
Мониторинг предельно допустимых токов, количества получаемой и расходуемой энергии при зарядно-разрядном процессе. Оценка внутреннего сопротивления элементов. Анализ общего числа рабочих циклов батареи.
Поддержание оптимальных условий для безопасной работы батареи. Корректное подключение и отключение нагрузки, управление ею, защита АКБ от токовых перегрузок, излишнего заряда, критического разряда, нагрева, утечки тока, КЗ. БМС плата не допускает опасного состояния, непосредственно влияя на батарею (отключая ее), или подает соответствующий сигнал на управляющий контроллер. Отключение АКБ от нагрузки или ЗУ происходит при несоответствии требованиям хотя бы 1 рабочего параметра.
БМС плата может передавать сведения о рабочих параметрах на внешние управляющие устройства по проводной или беспроводной связи.
Распределение энергии между элементами АКБ – для обеспечения корректной зарядки и продления срока службы батареи.
Кроме отслеживания работы батареи, БМС плата может участвовать в контроле рабочих параметров электротранспорта, управлять его электрической мощностью и выполнять другие функции. Если электротранспортное средство имеет систему рекуперации энергии, плата управления может управлять подзарядкой АКБ при торможении.
Типы BMS плат
Типы BMS платПод это понятие подпадают всевозможные устройства, которые каким-либо образом обеспечивают корректную эксплуатацию аккумуляторов и батарей. БМС платами считаются и простейшие защитно-балансировочные модули, и микроконтроллеры со сложной конструкцией, способные считать циклы заряда-разряда и определять разрядные токи.
Широко распространенные BMS платы подразделяются на 4 категории:
Чем шире функционал используемой платы защиты, тем дольше сможет проработать батарея – благодаря исключению нежелательных условий ее эксплуатации. И хотя теоретически литий-ионные аккумуляторы могут работать и без БМС платы, такое пренебрежение модулем защиты значительно ускорит их выход из строя и может привести к критическим последствиям.
Рекомендации по выбору и использованию БМС плат
При выборе защитно-балансировочной платы нужно учитывать перечень задач, решаемых аккумуляторной батареей, ее конструкционные особенности и технические характеристики. В продаже представлен большой выбор защитных модулей, способных обеспечить стабильную и безопасную работу аккумуляторной батареи любой конфигурации.
Подключение БМС платы рекомендуется даже в устройствах с минимальным потреблением тока, а при использовании высокотокового оборудования это – обязательное требование безопасности. Помните, что защитно-балансировочная плата поддерживает корректные условия работы АКБ, что благоприятно сказывается на сроке службы батареи и безопасности ее использования.
Выбор платы BMS
Статья обновлена: 2020-12-17
BMS расшифровывается как battery management system — в переводе “система управления батареи”. Без этого устройства практически нельзя обойтись в эксплуатации литиевых аккумуляторов, так как оно защищает батарею и продлевает её срок службы. В этой статье мы разберём, зачем нужна BMS, какими они бывают, как подобрать конкретную плату под свои задачи по функционалу.
Функции BMS
Каждый аккумулятор рассчитан на определенную нагрузку и имеет свой конкретный свой диапазон рабочего напряжения. К примеру, литий-ионные батареи работают с напряжением 2,7-4.2V на параллель. Есть батареи из всего одной параллели, в конструкции других АКБ несколько параллелей соединены последовательным способом.
Например, батарея Li-ion с номиналом напряжения 11,1 Вольт будет представлять собой 3 параллели (3S). Рабочее напряжение АКБ получим, сложив значения напряжения всех параллелей: от 8,1 до 12,6 Вольт. Если при работе напряжение всей батареи или одной параллели выйдет за свой максимальный предел, в батарее начнется необратимый процесс деградации и существенно снизится емкость батареи, её длительность эксплуатации.
Худший случай — полный выход батареи из строя и даже риск самовоспламенения. Чтобы этого не произошло, за параметрами работы АКБ следит плата BMS. В её функции входит:
Виды BMS
В широком смысле BMS определяет сразу несколько разновидностей устройств, предназначенных для нормальной работы аккумуляторов:
Именно комплексный вариант — самый распространенный. Они объединяют в себе функционал защиты от замыкания, защиты по току и напряжению, оснащены температурным датчиком, устанавливают баланс токами небольшой величины (до 50-100 мА, этого достаточно для батареи качественной сборки).
Платы BMS могут быть:
Продвинутый вариант: Smart BMS
В платах Smart встроено сразу несколько температурных датчиков, что позволяет более тонко контролировать температурные изменения в батарее. К таким платам можно подключить специальный дисплей для отображения всей важной информации о работе и состоянии АКБ. Smart BMS поддерживает bluetooth и организует управление через приложение на смартфоне с широким функционалом:
Балансиры
Зачем нужны балансиры, мы уже описывали в этой статье. BMS-балансиры различаются активные и пассивные.
Активный балансир вмешивается в работу аккумулятора в процессе зарядки: восполнив энергию в одной параллели сборки, он отключает её от питания и продолжает заряд другой.
Пассивные балансиры малыми токами через резисторы уравнивают напряжение, снижая его на элементах до одинакового значения. Основное преимущество в том, что пассивный балансир не нуждается во внешнем питании, а также их аналоговые комплектующие дают лучшую точность.
Пошаговый выбор BMS для АКБ
Вы можете проконсультироваться у менеджеров нашего интернет-магазина, мы поможем подобрать плату BMS.