Плата балансировки 18650 как подключить

24

Самодельная Li-ion 3S батарея с платой защиты и балансировки BMS-WH3S0404LI2535

В статье будет рассмотрено, как подключить литий-ионные аккумуляторы к модулю BMS с обозначением WH-2535S3A4J, и как самостоятельно собрать и сделать трёх-секционную батарею с балансировкой отдельных секций на её основе. Такая батарея пригодится для автономного энергообеспечения различных устройств и потребителей, питающихся от напряжения 12 В:

Для сборки батареи было использовано шесть аккумуляторов типоразмера 18650 с ёмкостью каждого из них по 2600 мА*ч,:

Модуль контроля и балансировки представляет из себя плату небольших размеров с контактными площадками для подключения аккумуляторов и выходных клемм для зарядки/разрядки:

В итоге собранная батарея литий-ионных аккумуляторов имеет следующие технические характеристики:

Все отдельные элементы были сгруппированы и комбинировано соединены параллельно-последовательно, после чего они были обмотаны бумажным скотчем:

Сначала они соединяются по два параллельно, а затем сдвоенные аккумуляторы соединяются последовательно в три секции по следующей схеме:

Все точки залуживаются в необходимых местах для дальнейшего подключения к плате BMS:

Плата модуля защиты и балансировки типа WH3S0404LI2535 заказывалась на Aliexpress, и на момент написания статьи стоила US $4,25:

Далее представлены заявленные технические характеристики модуля с сайта продавца:

Плата приходит в небольшом, герметично запаянном, антистатическом пакете:

Её длина меньше обычной спичинки, и она легко полностью умещается на ладони взрослого человека:

Модуль основан на контроллере S-8254A, для батарей из трёх или четырёх литий-ионных аккумуляторов, который представляет из себя микросхему в корпусе поверхностного монтажа типа TSSOP с шестнадцатью выводами:

Приводится стандартная схема включения контроллера S-8254A из официальной технической документации, для случая батареи, состоящей из трёх секций:

Подробные технические характеристики можно посмотреть в официальной документации на микросхему.

Микросхема управляет силовыми ключами на транзисторах, в качестве которых на плате модуля установлены p-канальные MOSFET-ы типа AO4407A в SMD-корпусе SOIC-8:

Транзистор может работать с напряжением до 25 Вольт и пропускать ток до 10 Ампер. При этом рассеиваемая на нём мощность не должна превышать 2 Ватт. На эти транзисторы так же имеется документация с техническими характеристиками.
Кроме транзисторов и управляющей микросхемы на плате имеется система балансировки на пороговых элементах, а также некоторое количество резисторов и конденсаторов. По краям удобно выведены контактные площадки для подключения батареи с соответствующей маркировкой:

Подобно маркировке на плате, на саму сборку аккумуляторов маркером были нанесены обозначения, возле соответствующих им контактов:

Далее к этим контактам припаиваются изолированные медные полоски для подсоединения к самой плате:

Как подключить данную батарею аккумуляторов к плате модуля контроля и балансировки WH3S0404LI2535 показано на следующем рисунке:

Перед подключением к батарее, на обратную сторону модуля был наклеен толстый двухсторонний скотч, для дальнейшей фиксации и удержания платы на аккумуляторах батареи:

Плата выравнивается с контактными лентами, приклеивается к самой батарее, а ленты припаиваются к соответствующим контактным площадкам:

Для снятия напряжения с батареи и для её зарядки можно установить площадку с контактами, или подсоединить кабель, с дальнейшей установкой разъёма на его другой конец. В данном случае был применён второй способ, и для этой цели использовался отрезок многожильного кабеля в двойной изоляции:

Кабель был проведён между элементами батареи в удобном месте, и был припаян к соответствующим контактным площадкам платы модуля:

Прежде чем установить разъём на другой конец кабеля и придать изделию окончательный вид, было произведено испытание и тестирование батареи, и соответственно применённой платы модуля.

Для этого батарея была подключена к многофункциональному измерительному прибору, обзор которого был в предыдущей статье:

Чтобы исключить лишнюю погрешность, прибор подключался к батарее по схеме с отдельным питанием. О том как это сделать, смотрите в упомянутой статье:

В качестве нагрузки был взят толстый нихромовый провод, изменяя длину которого, подбирался необходимый нагрузочный ток. При протекающем токе около 4 Ампер, который заявлен максимальным в технических характеристиках используемого модуля, батарея работает нормально и на плате ничего не греется:

После превышения тока нагрузки уровня 5,5 Ампер, немного начинают нагреваться силовые транзисторы на плате модуля, а при токе 7,5 Ампер нагрев транзисторов становится ощутимым, но батарея продолжает нормально работать:

Уменьшая длину и сопротивление подключённого к выходным клеммам нихромового провода, и тем самым соответственно увеличивая ток нагрузки до 11 Ампер, и сам провод и транзисторы нагреваются мгновенно, так как установленные ключи в таком режиме работают на пределе своих возможностей. Напряжение батареи при этом сильно проседает, но она всё равно продолжает питать нагрузку:

Установив ток нагрузки свыше 16 Ампер, нихромовый провод раскаляется докрасна, но модуль продолжает работать в штатном режиме. Это хорошо для питания таких схем, где пусковой ток превышает рабочий в три-четыре раза, но он должен быть кратковременным, так как при работе с таким током транзисторы силовых ключей не выдержат перегрева и быстро выйдут из строя.
При дальнейшем увеличении силы тока и после превышения порога 17 Ампер срабатывает защита и выходная цепь обесточивается:

При коротком замыкании так же довольно быстро срабатывает защита, и не даёт повредится проводникам или радиокомпонентам, не говоря уже о самих аккумуляторах:

В заключение силовым тестам можно сделать вывод, что модуль прекрасно работает при заявленном токе в 4 Ампер, и не будет ложных срабатываний защиты в момент включения устройства, когда пусковой ток в несколько раз превышает номинальный. С другой стороны транзисторы силовых ключей рассчитаны на максимальный ток 10 Ампер, а защита срабатывает при превышении силы тока уровня 17 Ампер. Это нужно помнить и учитывать, не подключая к батарее слишком мощные потребители в роли чисто активной нагрузки.

Можно немного доработать плату контроля и уменьшить ток срабатывания её защиты. В качестве токового шунта здесь выступает низкоомный резистор с маркировкой R010 (сопротивление 0,01 Ом) под обозначением «RJ1» на самой плате. Так вот, ток срабатывания защиты можно уменьшить в два раза, установив вместо штатного, резистор с обозначением R020, что будет соответствовать сопротивлению 0,02 Ом и ток срабатывания защиты составит примерно 9 А, что уже на 1 А меньше предельно допустимого тока ключей:

Для проверки защиты от глубокого разряда аккумуляторов, к батарее, на продолжительное время, была подключена маломощная нагрузка в виде небольшой лампы накаливания с током потребления 0,3 Ампер. Автоматическое отключение нагрузки и обесточивание цепи произошло при падении общего напряжения батареи ниже 8,2 Вольт:

При этом самое низкое напряжение на отдельном аккумуляторном элементе (секции) составило 2,83 Вольт, что является нормой для применённой платы BMS:

Чтобы не уменьшать срок службы аккумуляторов батареи, после полной их разрядки желательно как можно быстрее начать зарядку, и для этого было использовано специальное зарядное устройство литий-ионных батарей, подключённое вместе с измерительным прибором:

Весь процесс зарядки происходил в нормальном режиме, а под конец, как и положено, зарядный ток упал до 100 мА:

После определённого порога уровня напряжения на аккумуляторах, в самом конце процесса зарядки, в работу включается система балансировки отдельных ячеек, и происходит выравнивание уровня заряда всех элементов с силой тока в 50 мА:

При этом наблюдается небольшой нагрев балансировочных резисторов на плате модуля BMS, а самое высокое напряжение отдельной секции при этом составило 4,17 Вольт. Следует отметить, что используемый мультиметр занижает показание измеренного напряжения на 0,5% и реальное значение уровня минимального и максимального напряжения будет немного бО́льшим, по сравнению с отображаемым:

На этом батарею можно считать заряжённой и закончить её проверку и тестирование модуля защиты и балансировки. Далее на конец выходного кабеля нужно установить унифицированный разъём для удобного и быстрого подключения батареи к нагрузке и зарядному устройству. В качестве такого был выбран стандартный и надёжный для батарей разъём типа XT60. Разъём имеет удобную форму и позолоту контактов, и хорошо выдерживает большие токи:

Разъём с контактами типа «мама» припаивается к вводному кабелю батареи, а место пайки изолируется термо-усадочной трубкой подходящего диаметра. Сторона разъёма с отрицательным полюсом контактов немного суживается к краю, что защищает от неверного подключения и переполюсовки:

Батарея удобно подключается к зарядному устройству с таким же разъёмом и контактами типа «папа» и он защёлкивается обеспечивая надёжный контакт и физическую устойчивость. По краям разъёмы имеют обозначения полюсов контактов, в соответствии с которыми и производится пайка и их установка:

Готовую батарею было решено поместить в термо-усадочную трубу. Может это не лучшее решение, так как для уплотнения трубы её нужно нагреть до довольно высокой температуры и есть риск повредить аккумуляторы, так как при высоких температурах они обычно вздуваются, выходят из строя и даже могут взорваться и воспламениться. Каждый сам должен решить сможет он это сделать или нет, и всё это делается на собственный страх и риск. Для этой цели было взято два отрезка труб разных диаметров:

В трубу меньшего диаметра батарея вошла плотно, и при нагревании труба сильно натянулась и раскрылась по длине. В трубу же большего диаметра батарея поместилась с двойным запасом, но так как при нагревании она может уменьшаться до двух раз, то дальнейший выбор был остановлен на ней. Для нагревания трубы использовался технический фен с установленной температурой нагрева 400 ℃, а перед нагревом со стороны платы защиты, и противоположно ей, на двойной скотч были прикреплены пластиковые щёчки подходящего размера. Для обеспечения безопасности нагревательные работы проводились в перчатках и защитных очках:

Далее вводной кабель был укорочен и произведены физические замеры и взвешивание готовой батареи. Батарея получилась плотно стянутой и довольно устойчивой к внешним физическим воздействиям. Можно ещё было приделать кольцо или небольшой карабин в виде подвески, но при сложностях с усаживанием трубы это перешло на второй план:

Коротко рассмотрим качества сконструированной батареи. Кроме того, что это хороший вариант сделать что то полезное своими руками, изделие так же имеет положительные черты.

• Самым главным достоинством можно назвать простоту и доступность изготовления. В процессе использовались подручные материалы, имеющиеся в каждой мастерской и не представляющие собой дефицита.
• После первого достоинства можно определить второе, но по важности стоящее наравне с первым — компактность, прочность и удобство конструкции, которую можно изменять в некоторых пределах, при этом сохраняя высокие показатели.
• По электронной части так же можно отметить приемлемую надёжность, связанную с высокой изолированностью, свободно выдерживающего номинальный нагрузочный ток выходного кабеля, наличия у контроллера защиты по токовой перегрузке и короткого замыкания, а так же сохранения долговечности отдельных аккумуляторов при контроле их напряжения и отключении нагрузки/зарядки при выходе этого напряжения за заданный для литий-ионных аккумуляторов предел.
• Большим плюсом является наличие на плате используемого модуля системы балансировки отдельных секций батареи, что позволяет максимально задействовать весь ресурс и потенциал используемых аккумуляторов, и при этом так же сохранить их долговечность, и долговечность батареи в целом.

При всех достоинствах хотелось бы обратить внимание на одну небольшую деталь, которая является слабым звеном в данном варианте.

• Порог срабатывания системы защиты от перегрузок у используемого модуля находится в пределах 17 Ампер, а максимально допустимый ток транзисторов силовых ключей составляет 10 Ампер. При этом транзисторы будут сильно нагреваться даже на таком токе, а при частом превышении тока нагрузки предельно допустимого они могут выйти из строя. Поэтому придётся не надеяться на защиту от перегрузки по току и всегда учитывать этот фактор, или же немного доработать плату, сменив резистор токового шунта, как описывалось выше..

Это был один из вариантов автономного источника питания для радиолюбителя и не только. Смотрите также видео тестирования на нагрузку, зарядку и короткое замыкание. Автор использовал данную батарею для питания разнообразных потребителей в течении года до написания статьи, и за всё это время не было никаких проблем и осложнений. Собранную батарею можно с успехом использовать для питания «Мультимедийного LCD телевизора с DVB-T2 на основе платы LUA63A82».

Спасибо за внимание и потраченное Вами время. При проявлении интереса напишите отзыв или же просто оставьте свой комментарий. Смотрите так же дополнительные материалы по теме:

Схема подключения балансира 18650 4s: BMS контроллер 4S 40А плата заряда защиты 4x Li-ion 18650 с балансиром

Плата защиты 4S 40А для LiFePo4. Аккумуляторы. Даташит инструкции. Аккумуляторы для электроники и бытовой техники

$3.86 (без учета доставки)

Перейти в магазин

Недавно я выкладывал обзор LiFePo4 аккумуляторов типоразмера 32700, но как вы понимаете, эксплуатировать аккумуляторы без платы защиты нельзя, то соответственно заказал и её. Ну а раз уж она попала ко мне в руки, набросал небольшой обзор, вдруг кому-то будет полезно.

Для начала о цене, у продавца указана цена $3.86 плюс доставка $0.88 и в общем-то меня это устроило, думал заказать несколько плат, но при попытке заказать две платы, стоимость доставки поднимается до $3.79. Можно конечно сделать несколько заказов, но подумал и решил сначала попробовать, потому как у меня уже был случай когда вместо платы для LiFePo4 прислали обычную, может даже обзор набросаю.

Вообще путаница между платами LiFePo4 и LiIon встречается довольно часто, потому надо быть особенно внимательным и смотреть фотки в отзывах, потому что платы не взаимозаменяемы и переделать не получится.

В общем через некоторое время получил небольшой конверт с моей платкой.

На странице товара есть скриншот из даташита, где указано что плата имеет длительный ток в 40А, кратковременный 80А и задержку срабатывания защиты 150мс.

Продается плата в двух вариантах, с балансиром и без него, для работы в циклическом режиме (тот же электроинструмент) лучше брать версию с балансиром, для моей цели (замена кислотных в ИБП) подошла бы и обычная версия, но так как балансир мне никак не мешал, то решил что пусть будет.

Плата не имеет центрального контроллера защиты, т.е. по сути является более мощным и многоканальным аналогом обычных плат на базе DW01. Кто-то скажет что это плохо, возможно, но лично мне больше нравятся именно такие так как у них обычно нет проблем с восстановлением после аварийного отключения, когда приходится для восстановления подключать батарею к зарядному устройству.

На плате также установлено 10 штук транзисторов AOD472, имеющих сопротивление в открытом состоянии 6-9.

Собственно узел защиты и балансировки.

Снизу только маркировка, но уже заметно что дорожки не только широкие, но и продублированы переходами между сторонами платы, также это улучшает отвод тепла.

Вообще плата изначально предназначена именно для электроинструмента, на странице продавца есть даже довольно неплохое описание, пусть и в гуглопереводе.

Для теста я взял четыре аккумулятора, выбирал по минимальному сопротивлению, емкость не измерялась, просто зарядил все одинаково.

Ширина платы как раз соответствует ширине двух аккумуляторов 32700, можно использовать как в сборках где аккумуляторы стоят в длину, так и в ширину, если так можно выразиться.

Схема подключения предельно проста, обычная сборка их четырех последовательно включенных аккумуляторов. Продавец показал сборку 4S2P, я для теста решил пока ограничиться вариантом 4S1P.

Сначала при помощи вспененного двухстороннего скотча склеил аккумуляторы между собой, потом зафиксировал все это обычным скотчем.

Лепестки завернул так, чтобы нахлест попадал на минусовой контакт, в этом случае даже если при пайке его перегреть и проплавить термоусадку, то ничего опасного не случится.

Ну а дальше вообще банально, приклеил на двухсторонний скотч кусочек картона, потом на тот же двухсторонний скотч приклеил плату с припаянными силовыми проводами. Провода лучше припаять заранее чтобы не греть плату уже установленную на аккумуляторы.

В рабочий режим плата перешла сразу, принудительно «толкать» подключением к зарядному не пришлось. Для первых тестов использовалась нагрузка EBC-A10H, ток до 10А, мощность до 150Вт, что как раз подходит для данной сборки.

Предварительный заряд и здесь сразу вылез «нюанс», по умолчанию у нагрузки заряд в режиме LiFePo4 настроен на падение тока до 50мА, а так как здесь ток балансировки 100мА, то в таком режиме она будет заряжать вечно, потому для более корректного отключения надо выставлять ток 100мА + ток окончания.

Температура резисторов через примерно 20 минут составила около 80 градусов, как по мне, то многовато, думаю не помешал бы дополнительный слой картона между платой и аккумулятором.

Для более правильной балансировки надо бы выдержать некоторое время, но мне ждать не хотелось, потому я перешел к тесту измерения емкости.
При разряде током 10А я получил 5685мАч или 68Втч из которых 65Втч пришлись на диапазон 10-14В. Отключила разряд плата защиты, а не нагрузка.

Суммарное падение напряжения на плате защиты составило около 50мВ при токе 10А, при этом напряжение имеет тенденцию к росту, за примерно 3 минуты разряда оно поднялось на 10мВ.

В процессе тестов я контролировал напряжение на аккумуляторах, после отключения разряда самое высокое было на третьем элементе, самое низкое на четвертом, потому для более корректного измерения напряжения отключения я буду проверять именно на нем.

Был запущен разряд током 5А с контролем напряжения, тестер показал что плата отключилась при 2.09В, что практически соответствует параметрам из описания.

После этого аккумулятор был полностью заряжен для проверки напряжения отключения по перезаряду.

Поначалу самое высокое напряжение было на четвертом аккумуляторе, но потом я заметил что сначала оно поднялось примерно до 3.71В, а затем начало снижаться и за небольшое время снизилось до 3.70В. Т.е. здесь можно наблюдать процесс балансировки, от превышения напряжения данный канал удерживает балансир, а в этом время малым током заряжаются остальные аккумуляторы.

Но на самом деле для того чтобы напряжение на аккумуляторах уравнялось надо выставлять не очень большой ток заряда и выдерживать сборку при напряжении окончания некоторое время.

1. На момент когда я отключил заряд, т.е. когда ток заряда упал до 110мА и фактически вся энергия рассеивалась на балансирах, на первом аккумуляторе было 3.73В.
2. После этого я спровоцировал срабатывание защиты установив напряжение окончания заряда на уровне 15В вместо требуемых 14.6. Плата отключилась при 3.76В вместо заявленных 3.75, что вписывается в заявленные характеристики.

Следующим этапом была попытка определить ток срабатывания защиты от перегрузки, для чего я подключил сборку к нагрузке с максимальным током в 30А.
Первые секунд 20 все шло нормально, но потом услышал небольшой щелчок и у нагрузка отключилась по падению напряжения ниже установленного ограничения.

Оказалось что пайка сработала как термопредохранитель. Припой расплавился и один лепесток за счет пружинящих свойств отошел.

Ладно, пропаял повторно, попутно добавив припоя и запустил тест еще раз. Теперь 30А сборка отдавала нормально, правда лепестки ощутимо грелись.
Но я посчитал что 30А как-то маловато и подключил вторую нагрузку, выставил на ней ток 10А, потом запустил первую с током 30А, получив суммарно около 40А. После этого начал на второй нагрузке поднимать ток (первая уже была на максимуме).
Через совсем небольшое время первая нагрузка отключилась опять так как напряжение упало ниже установленного минимума, а от одного из лепестков пошел дым. Тест пришлось остановить, на момент отключения суммарный ток был около 50-55А.

1. После аварийного отключения и осмотра выяснилось что лепестки грелись до такой температуры, что появились цвета побежалости, т.е. в месте нагрева металл потемнел.
2. Немного поближе. Четко видно место где нагрев был максимальным.
3. Что интересно, с другой стороны сборки такого нет, т.е. перегрелись два соединения из трех.
4. Нагрев был настолько большим, что проплавило и специальный скотч и часть термоусадки аккумулятора.

И вот здесь я немного напрягся, потому как такой нагрев уж точно ненормален. Соответственно решил проверить сопротивление соединений и получил интересные данные:
1, 2, 3. Сопротивление стыков 1-2, 2-3, 3-4, видно что у стыка 2-3 сопротивление меньше и выше я как раз писал что он и грелся меньше двух других, так что это явно не случайность.
4. Общее сопротивление батареи без учета платы защиты. Сами аккумуляторы имеют около 7мОм и еще около 12 добавили соединения между ячейками.
5. Сопротивление платы защиты без учета подводящих проводов, т.е. силовые транзисторы + дорожки на плате. При тесте с током 10А я примерно такое и получил (51мВ 10А = 5.1мОм).

Интересно что на странице товара была даже табличка что делать если что-то не работает, сохранил на всякий случай.

Позже я подержал сборку при токе 100мА примерно с час и получил такие результаты, слева результаты полученные ранее, справа через час «выдержки»
3. 709 — 3.682
3.614 — 3.636
3.595 — 3.654
3.678 — 3.639

Думаю заметно, что напряжение понемногу выравнивается.

Ну а теперь можно перейти к более наглядному эксперименту, для этого берем старенький бесперебойник.

Вообще у меня их два и вполне возможно вы узнали эти довольно популярные УПСы. У обоих довольно давно умерли батареи, причем у одной даже треснул корпус.

Если вам показалось что на фото две одинаковые модели, то вы ошибаетесь, слева на 400ВА, справа на 600ВА.

Фактическое отличие у них только в емкости аккумулятора, у 400ВА модели он был 4Ач, а у 600ВА соответственно 7Ач. Да, есть еще небольшие отличия в платах, но по большому счету они ничем особо не отличаются, а трансформаторы имеют одинаковый габарит. Менее мощная модель попала ко мне случайно, кто-то подарил. Когда открыл и сравнил, то понял что вполне можно и в неё поставить 7Ач аккумулятор, практика эксплуатации показала что работает он там отлично.

Отключаем штатный аккумулятор и подключаем вместо него сборку LiFePo4. />Нажимаем на волшебную кнопочку и после звукового сигнала и щелчка реле ИБП переходит на питание от батареи.

Для проверки подключаю к нему лампу 150Вт, хотя реально она по моему 125Вт, но для эксперимента это уже не так важно. Важно что все работает, хотя может быть и проблема, если аккумулятор разрядится так что сработает защита по переразряду у платы защиты, а не самого ИБП, то в случае с «умной» платой возможно придется вскрывать ИБП потому как он вполне может не включиться. «Глупая» плата скорее всего восстановит питание и будет ждать появления зарядного тока, но это все зависит от ИБП и надо проверять с каждым индивидуально.

В таком виде погонял немного, так как греется лампа весьма ощутимо. Кроме того ощутимо грелись и перемычки на батарее так как ток был около 15А.

Подключаем ИБП к сети и соответственно запускаем процесс заряда. Стартовое напряжение было около 13.27В, через какое-то время оно поднялось до 13.63 и дальше не менялось. Ток заряда в самом начале был порядка 250-300мА, но думаю это из-за того что напряжение на батарее было близко к напряжению окончания заряда.

Получается что в данной модели ИБП напряжение окончания заряда из расчета на одну ячейку выходит 3.40В, маловато, но посмотрим график, где я сравнивал емкость при разных напряжениях окончания заряда, там же был и такой тест.
Из графика видно что при разряде я получу около 5700мАч, единственный минус, заряд будет очень долгим, отчасти затянутым еще и из-за того что в ИБП не четырехпроводное подключение аккумулятора.

Выводы.
В общем-то к плате замечаний у меня нет, единственно не смог проверить ток срабатывания защиты, жаль. В остальном все работает, причем измеренные значения соответствуют указанным в описании.

А вот к аккумуляторам, а точнее к их лепесткам, замечания есть. Да, на самом деле моя сборка не рассчитана на такие токи и по хорошему надо применить хотя бы вариант 4S2P, а еще лучше 4S3P, но как-то я даже не ожидал что лепестки имеют такое высокое сопротивление. Фактически при сопротивлении самого аккумулятора в 7мОм сопротивление лепестком 4-4. 5мОм выглядит просто гигантским и это однозначно надо исправлять либо заменой лепестков, либо дублированием и при помощи пропайки провода.

Но эксперименты продолжаются и на данный момент у меня ждут отправки еще таких 10 аккумуляторов, только от Литокалы. Кроме того лежит дома мелкая платка 2S LiFePo4. хочу и её попутно протестировать.

На этом у меня все, надеюсь что было полезно :)

$3.86 (без учета доставки)

Перейти в магазин

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.

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.

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.

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.

— Есть ли способ собрать аккумулятор 18650 со встроенной балансной зарядкой? Или балансировка не очень нужна?

Я любитель делать все своими руками, особенно в электронике. В настоящее время я собираю портативную Playstation 2 Slim с дисплеем IPS, чтобы она выглядела как контроллер Wii U. Это моя первая крупная электронная работа.

Однако, поскольку он портативный, мне нужно, чтобы он питался от перезаряжаемых батарей. Я очень смущен тем, как подойти к силовой части этого проекта. Я постараюсь быть максимально подробным! Жду ваших ответов!

Маленькие детали

Оглядевшись, я пришел к выводу, что аккумулятор 18650s (3S) будет работать хорошо, это тоже казалось простым. Соединение трех из них последовательно даст максимум 12,6 В. Это также немного распространено, поэтому можно найти много информации о батареях и даже спасти их от аккумуляторов для ноутбуков.

У меня есть некоторые подробности об электронике, включенной в проект:

Sony Playstation 2 Slim (модель 75003)

• Рабочее напряжение: 8,5 В
• Потребляемая мощность: 6 А Максимум

Innolux N070IDG (Да, я люблю красивые экраны :D)

• Тип: IPS LCD
• Разрешение: 1280×800
• Размер: 7 дюймов по диагонали
• Рабочее напряжение: 9–12 В (лучше всего при 12 В)
• Потребление: 190-210 мА (полная яркость) (указывается от источника питания стенда)
• Интерфейс дисплея: включает интерфейсную плату HDMI, VGA, 2 x AV.

PAM8403 Аудиоусилитель

• 2-канальный
• Выход: 3 Вт на канал при 4 Ом.
• Напряжение: 5 В

Батареи

Мне удалось достать 6 аккумуляторов 18650 от старого ноутбука. После некоторых поисков они оказались Sony SF US18650GR 2400 мАч литий-ионными аккумуляторами. Итак, я пришел к выводу, что для начала этого вполне достаточно, три из них.

Проблема

Я хотел использовать этот аккумулятор 3S с BMS. После того, как я получил BMS, как раз когда я собирался собрать рюкзак, я провел дополнительные исследования.

Похоже, что BMS используют , а не балансировочных ячеек. Я думал, что поскольку у него есть защита от недо- и перезарядки, он будет заряжать все ячейки по 4,2 В каждая, и когда одна ячейка будет полной, а другие нет, она прекратит зарядку для этой конкретной ячейки и продолжит зарядку ячеек, которые не полны. Но я, кажется, ошибаюсь, и он все еще может быть неуравновешенным.

Мне было интересно: большинство бытовых устройств, которые мы используем, просто используют зарядное устройство/источник питания постоянного тока для подзарядки устройств, таких как ноутбуки или портативные колонки и т. д. Конечно, они должны были разработать схему балансировки внутри аккумуляторной батареи или в аппарате — или они тоже не балансно-зарядные?

В большинстве руководств упоминается, что использование зарядного устройства для весов с разъемом для весов — единственный способ сохранить производительность. Я нахожу довольно неудобным носить с собой балансировочное зарядное устройство и вынимать аккумулятор из устройства, чтобы перезарядить его.

Мой вопрос:

Можно ли спроектировать аккумулятор, который имеет необходимые функции защиты, такие как защита от пониженного/повышенного напряжения и перегрузки по току, и спроектировать его таким образом, чтобы он заряжался от простого зарядного устройства постоянного тока?

Или пополнение баланса что-то не совсем нужное?

Я просто очень боюсь использовать литиевые батареи. Я не хочу причинять себе или кому-либо вред.

Мои возможные решения

Поскольку я не очень разбираюсь в литиевых батареях, и мне кажется, что балансировка очень важна, я подумал о нескольких решениях, которые, я надеюсь, будут в порядке, я буду рад вашим отзывам о них.

Решение A
Вместо этого используйте только блок 1S3P (или более) и зарядное устройство USB 5 В на базе TP4056 . Сопряжение с 3 преобразователями BOOST для питания ЖК-дисплея, PS2 и другой электроники с их собственным напряжением, С 1S BMS. (Меня беспокоит, что моя батарея может не справиться с потреблением тока.)

Я знаю, что мне придется делать расчеты на основе эффективности повышающих преобразователей, чтобы получить точное потребление тока от батарей.

Решение B
Мой первоначально выбранный метод, я думаю, что диаграмма говорит сама за себя. Но я не решаюсь использовать этот метод, так как обнаружил, что он не уравновешивает клетки (и разрушает их жизнь) и может быть опасным.

Раствор C
Защитите каждую ячейку по отдельности с помощью 1S BMS и используйте 3S BMS вместе. Звучит смешно, наверное. Но почему-то я думаю, что это сработает, но не так хорошо или не рекомендуется.

Решение D
Правильно сбалансированный метод, который требует использования громоздкого балансировочного зарядного устройства и невозможности использования устройства во время зарядки (для зарядки необходимо снять блок). Это очень неудобно, на мой взгляд.

Хорошо, спасибо за чтение, я надеюсь, что это не было слишком длинным. Я очень надеюсь, что получу ответ на этот вопрос раз и навсегда. Потому что я обычно не спрашиваю, я просто исследую. Теперь мне действительно нужна помощь, так как это может быть опасно, если что-то пойдет не так.

Пожалуйста, дайте мне знать, что вы думаете и какое решение лучше всего. Постараюсь ответить в меру своих возможностей.

Мне также не терпится узнать, какие ошибки могут быть в моих «возможных решениях», чтобы я мог их избежать или исправить в будущем.

зарядка аккумуляторов — Балансировка отдельных элементов на нескольких батареях

спросил 2 года 9 месяцев назад

Изменено 2 года, 9несколько месяцев назад

Просмотрено 330 раз

ОБНОВЛЕНО: я отредактировал свой вопрос, чтобы уточнить

Я собираю пакет 4s4p с 18650-ми. Каков наилучший метод для балансировки и защиты каждой ячейки, если это имеет смысл? Большинство 4s BMS, на которые я смотрел, не могут достичь этого, я пришел к этому, посмотрев на схему подключения большинства из них, пример ниже показывает BMS, работающую с каждой отдельной ячейкой, однако это будет работать только на 4s1p, а не на 4s4p.

Единственный другой метод, о котором я подумал, это забыть о 4s4p и вместо этого перейти на 16s1p, при таком расположении BMS, как правило, работает на основе ячеек, если я не ошибаюсь?

Моя единственная цель здесь — убедиться, что каждая отдельная ячейка защищена и хорошо сбалансирована, я не знаю, не слишком ли я осторожен. Клетки, которые я использую, — новые Samsung 35E.

• зарядка аккумуляторов
• литий-ионных
• аккумуляторов
• bms
• баланс батареи

Существует два варианта балансировки в зависимости от архитектуры пакета. Если в пачке 4 серии, каждая из которых состоит из 4-х параллельных ячеек, то для параллельных ячеек балансировка не требуется. Они напрямую связаны друг с другом и не могут выйти из равновесия.

смоделируйте эту схему — схема, созданная с помощью CircuitLab

Если у вас есть 4 цепочки из 4 ячеек, каждая цепочка состоит из 4 последовательно соединенных ячеек, а 4 цепочки соединены параллельно, то вам нужен контроллер баланса для каждой из цепочек. Эта пакетная архитектура не имеет реальных преимуществ перед стандартной 4s4p, если только строки не могут быть изолированы (в этом случае вы получаете некоторую устойчивость к сбоям ячеек).

Схема подключения к балансировочному разъему Imax B6 от SkyRC. Балансировка аккумуляторов 18650.

В данной статье рассмотрим принцип и схему подключения к балансировочному разъему, а так же сам процесс баланса аккумуляторов на примере элементов 18650 всем известного зарядного устройства IMAX B6. Так же обратим внимание ряд важных вопросов возникающих у пользователей ставших счастливыми обладателями данного девайса (где взять сами балансировочные кабеля, боксы (холдеры) для аккумуляторов 18650, ):) А теперь рассмотрим каждый пункт по порядку.

Зачем необходимо балансировать аккумуляторы.

Сразу оговорюсь, что балансировка используется только для бывших в употреблении литийсодержащих (LiIon, LiPo, LiFe) аккумуляторов, для «никеля» балансировка не нужна. При использовании в сборке нескольких аккумуляторов необходимо избегать перезарядки, а также превышения порога подачи максимального тока заряда. Обычно LiIon, LiPo, LiFe заряжают током до 1С, это значит что аккумулятор емкостью 1000mAh можно заряжать током МАКСИМУМ 1А. Превышение тока заряда или времени заряда (перезарядки) может привести к порче аккумулятора, его нагреву или даже возгоранию и взрыву. Если взять сборку из нескольких разных по емкости и остаточному заряду литийсодержащих аккумуляторов и начать их просто заряжать, то гарантированно одни «банки» перезарядятся, другие начнут греться (из-за возможной подачи тока более 1С). Что бы этого избежать аккумуляторы заряжают через балансировочный разъем.

В моем случае аккумуляторы 18650 балансировались для постановки в Power Bank и работы в параллельном соединении, являлись бывшими в употреблении, сняты с 2х разных ноутбучных АКБ.

Схема подключения к балансировочному разъему Imax B6

Независимо от того оригинальное Ваше устройство или нет , оно имеет 5 разъемов для балансировки LiIon LiPo аккумуляторов (от 3-х до 7-пинового от 2 до 6 банок соответственно). Для людей немного отличающих полярность и знающих закон Ома, скажу просто: что бы подключить аккумуляторы к соответствующему балансировочному разъему соедините банки ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО, затем 1й пин разъема ляжет на плюс сборки, а последний пин на минус сборки, а промежуточные соединения лягут на соответствующие промежуточные пины разъема. А также на плюс и минус сборки необходимо подцепить соответствующие щупы Imax-а. Для лучшего понимания внизу приведена схема для подключения максимального количества банок (6 cells).

Рассмотренный случай рассчитан на максимальное количество аккумуляторов для балансировки (6 «банок»), для подключения меньшего количества поступаем по аналогии соблюдая полярность.

Где достать штекер балансировочного разъема для IMax B6 от SkyRC.

Штекер балансировочного разъема, а так же боксы (холдеры, держатели), например для аккумуляторов 18650 можно приобрести на любой торговой площадке типа Prom.ua, Avito или же на всем известном Aliexpress.com. Но есть возможность изготовить штекер балансировочного разъема IMAX B6 самостоятельно. Для этого подойдут:

— аудио-кабель от CD/DVD привода компьютера, он 4-х пиновый, но задействовано только 3 из них.

— штекер подключения кнопок power, reset, usb старых системных блоков

— любой другой подходящий штекер от аудио-видео или компьютерной техники

В моем случае был выбран первый вариант, аудио-кабель от старого CD-шника был разрезан по середине, крайние пины вытянуты и поставлены подряд, а так же были срезаны пластиковые защелки разъема. Таким образом мы получили два 3-х пиновых разъема, но для балансировки 6 батарей нужно 7 пинов. Для этого можно найти одиночный штекер.

Что такое система управления BMS

Литий-ионные аккумуляторы и их модификации успешно вытесняют остальные виды химических источников тока с рынка элементов питания. Обладая многочисленными достоинствами, позволяющими осуществить эту экспансию, тем не менее, Li-ion батареи имеют врожденные проблемы в плане пожароопасности и взрывоопасности. По этой причине разработчики вынуждены оснащать эти аккумуляторы дополнительными средствами защиты.

Что такое система BMS, где применяется

Одним из подобных широко применяемых устройств является система BMS — battery management system (в точном переводе — система управления батареей, а в русскоязычном инженерном сленге – балансир). Применяется она для защиты батарей, составленных из нескольких последовательно соединенных литиевых элементов.

Невозможно подобрать в батарею ячейки с полностью идентичными характеристиками, включая емкость. Между «банками» всегда будет существовать разброс, который в течение периода эксплуатации будет скорее увеличиваться, чем уменьшаться.

Известно, что время зарядки зависит, в том числе, и от зарядного тока. Если элементы соединены последовательно, то при подзаряде (да и при разряде тоже) ток в такой цепи будет одинаковым для каждой «банки». В результате разницы в емкостях, одни элементы будут еще не заряжены, в других уровень энергии достигнет предельного значения. Если процесс в этот момент не прервать, а дожидаться полного заряда всех элементов, ячейки с меньшей емкостью войдут в режим перезаряда. Это крайне нежелательно, так как перезаряд чреват возгоранием. Если же подзаряд остановить по достижению предельного уровня одним элементом, остальные ячейки будут недозаряжены, что тоже плохо. Чтобы избежать этой ситуации потребовалось разработать специальное электронное устройство.

Процесс возгорания Li-ion аккумулятора прервать очень сложно

Основные функции, характеристики и принцип работы

Главная функция, которую выполняет устройство балансировки – не допустить перезаряда ни одной из ячеек, полностью зарядив все аккумуляторы. Для этого напряжение на каждом элементе постоянно контролируется. При достижении номинального уровня различные по схемотехнике платы отрабатывают одним из двух способов:

1. Либо закорачивают (шунтируют) зарядившийся элемент (резистором или другим способом).
2. Либо подключают его через резистор к недозаряженной ячейке, выравнивая запас энергии.

Достоинства первого способа, называемого пассивным – простота реализации, а минусом считается излишняя потеря энергии на шунтирующих элементах.

При пассивном способе балансировки в данной схеме аккумулятор шунтируется резистором R7 при открывании мощного транзистора T2

Второй способ, называемый активным, сложнее, зато экономичнее. Обычно применяются два алгоритма:

• подзаряд от самого заряженного элемента всей оставшейся цепочки аккумуляторов;
• подзаряд от самой заряженной «банки» самого разряженного элемента.

Активная система балансировки может быть использована для подзаряда в буферном режиме, поэтому ее применяют в источниках бесперебойного питания и подобных устройствах.

Реализация двух способов активной балансировки

Существует еще одна активная система балансировки, когда каждая ячейка оснащается своим зарядным устройством.

Помимо основного назначения, на плату BMS обычно возлагаются и дополнительные защитные функции:

• защита от перегрева (для этого нужен отдельный выносной датчик температуры) – прекращает подзаряд, если батарея достигла верхнего ограничения по температуре;
• защита от сверхтока (перегрузки) – отключает всю батарею при превышении отдаваемого тока выше заданного предела;
• защита от глубокого разряда (при достижении одним элементом нижнего порогового уровня отключается от нагрузки вся цепочка аккумуляторов).

Все эти функции могут быть реализованы измерением одного лишь напряжения, включая защиту от сверхтока. Эта защита срабатывает при определенном «проседании» напряжения элемента или нескольких одновременно. Но иногда отключение от сверхтока реализуется и другими способами (например, с помощью традиционного токоизмерительного шунта – так точнее, но сложнее).