Что такое bms плата и зачем она нужна
Перейти к содержимому

Что такое bms плата и зачем она нужна

  • автор:

Выбор платы BMS

Выбор платы BMS

BMS (battery management system) — система управления батареи. Это устройство, без которого не обходится практически ни одна литиевая аккумуляторная батарея. BMS призвана защитить АКБ от различных негативных факторов и максимально продлить скок службы батареи. Сегодня постараемся разобраться во всех вопросах, возникающих при выборе BMS. В этой статье мы расскажем:

  • для чего нужна BMS
  • какие виды BMS существуют, и каким функционалом они обладают.
  • как подобрать BMS под ваши задачи.

Функции BMS

Итак, все аккумуляторные батареи имеют свой рабочий диапазон напряжения, например:

для Li-ion АКБ в большинстве случаев это значение составляет от 2,7 до 4.2V на одну параллель. Существуют АКБ, состоящие как из одной параллели, так и из множества, соединенных последовательно. Например, Li-ion АКБ c номинальным напряжением 11.1V будет состоять и 3-х параллелей (3S), складываем рабочее напряжение всех параллелей, и получаем рабочее напряжение АКБ — от 8,1 до 12,6V. Если напряжение какой-либо параллели или напряжение всей АКБ выйдет за эти пределы, в лучшем случае батарею ждет необратимая деградация, а это в свою очередь значительно снизит емкость и срок службы батареи, в худшем — полный выход из строя АКБ, а также возможность пожара и взрыва.

Основная функция BMS — как раз-таки не давать выходить за пределы рабочих напряжений как всей АКБ в целом, так и каждой отдельной параллели. Так же платы BMS призваны решать еще ряд важный задач:

    • Ограничение тока изащита от КЗ. BMS контролирует токи заряда и разряда. В случае, если сила тока выходит за определенные значения, BMS на некоторое время разрывает электрическую цепь. Служит это для защиты батареи от КЗ и чрезмерно высокой силы тока, поскольку каждая АКБ рассчитана на определенные нагрузки.
    • Температурный контроль. Аккумуляторные батареи способны нагреваться во время своей работы, а как известно, температура выше определенных значений вредит АКБ. Например, у Li-ion батарей при нагреве свыше 60℃ наступает деградация, а при нагреве свыше 80-90℃ и вовсе появляется вероятность самовоспламенения. На многих BMS установлены температурные датчики, они следят за температурой АКБ, при превышении пороговых значений плата размыкает электрическую цепь, до тех пор, пока АКБ не остынет.

    BMS плата фото

    • Балансировка. Для того, чтобы АКБ работала нормально, и отдавала заявленную емкость, напряжение на всех параллелях должно быть одинаковым. Например, если одна из параллелей имеет большее напряжение, чем остальные, то при зарядке BMS будет отключать батарею именно по этой параллели, не давая ей перезарядится, в то время как остальные еще не успели зарядится. В итоге мы получаем АКБ, которую не получится зарядить до конца, соответственно и заявленную емкость она отдавать не будет. Что бы этого избежать во многих платах БМС присутствует режим балансировки. При балансировке напряжение на всех параллелях выравнивается, и АКБ в таком случае, может отдать всю свою энергию.

    Виды BMS

    Под понятие BMS попадают сразу несколько видов устройств, которые служат для нормального функционирования АКБ. Их можно разделить на несколько категорий:

    • защитные платы по напряжению и току.
    • балансиры
    • комплексные устройства, объединяющие в себе различный функционал.

    Чаще всего используются именно комплексные устройства.Они обладают защитой по напряжению и току, защитой от КЗ, и имеют температурный датчик. Так же они способны балансировать АКБ небольшими токам — до 50-100mA, как правило, этого хватает для качественно собранной батареи.

    Такие платы бывают симметричными и несимметричными. При использовании симметричной BMS заряд и разряд батареи можно осуществлять через один и тот же разъем, в случае с несимметричной платой, необходимо использование двух разъемов — зарядного и разрядного.

    Симметричная BMS фотоНесимметричная BMS фото

    Сегодня на рынке существуют и более «прокаченные» варианты плат BMS — Smart BMS.

    Как правило, такие платы имеют множество температурных датчиков, это необходимо для лучшего контроля температуры АКБ. Так же к таким платам возможно подключение специального дисплея, на котором будет отображаться основная информация о состоянии АКБ. Ну и самым главным преимуществом smart BMS является возможность подключится к ней по bluetooth с помощью смартфона. При помощи специальных приложений открывается возможность наблюдать и изменять огромное количество параметров, отвечающих за работу АКБ. Вот основные из них:

    • Возможность настраивать количество параллелей с которыми будет работать BMS.
    • Возможность настраивать пороги напряжений на параллелях, это позволяет плате работать с разными типами аккумуляторов.
    • Возможность настраивать порог максимально допустимых

    токов заряда и разряда.

    • Следить за такими параметрами работы АКБ, как, общее напряжение, напряжение на каждой параллели, токи заряда/разряда, температура.

    Так же следует поговорить о балансирах. Они бывают двух типов — активные и пассивные.

    BMS плата — что это?

    Современные продвинутые модели литиевых аккумуляторов для электроники дополняются системами управления батарей, которые упрощают контроль и настройку параметров работы. Эта статья объяснит, что означает BMS плата, какие функции она выполняет и в каких случаях необходима.

    Что такое БМС в аккумуляторах

    BMS контроллер — это электронная плата, расшифровка которой “battery management system” переводится как “система управления батареи”. Этот элемент предназначен для защиты аккумулятора и увеличения её срока эксплуатации. Более дорогие модели имеют расширенный функционал, оснащены дисплеями и делают доступной настройку рабочих параметров для оптимизации процесса.

    Необходимость применения контроллера вытекает из того, что любая АКБ рассчитана на вполне конкретный рабочий диапазон напряжения. Если хотя бы одна параллель в батарее в ходе эксплуатации превысит предел нагрузки, то запустится необратимая деградация. В самом лёгком случае это приводит к заметной потере ёмкости и длительности срока службы, если не повезёт — может произойти поломка и даже возгорание элемента. Плата BMS измеряет параметры работы и предотвращает аварийные ситуации.

    Плата BMS для литий-ионного аккумулятора фото

    Понятие платы управления включает в себя любые микросхемы, цель которых — защитить и выстроить корректную работу АКБ. Сюда относятся как самые упрощенные платы балансировки или защиты, так и сложные микроконтроллеры с дисплеем для отображения данных и возможностью тонкой настройки параметров.

    Что делает система BMS

    Управляющая плата собирает данные и регулирует работу аккумулятора, чтобы спасти его от короткого замыкания, перегрева, перезаряда и перегрузки. В задачи системы управления входят:

    1. Контроль процесса зарядки и разрядки аккумулятора, счёт циклов
    2. Регистрация состояния всех компонентов
    3. Снятие параметров температуры, напряжения, сопротивления, тока заряда
    4. Распределение и балансировка токов между разными компонентами
    5. Защита подключения к нагрузке и отключения

    Более сложные устройства с расширенным функционалом имеют возможность обеспечивать и другие задачи. Например, интеллектуально-вычислительную функцию. Такие платы сами рассчитывают предел допустимого тока заряда, сопротивление компонентов, определяют количество энергии на входе и выходе, а также ведут счет «пробега» электро накопителя. Обычно такие продвинутые модификации умеют передавать данные на ПК или приложение в смартфоне.

    Подключение BMS платы к батареи фото

    Устройство работы и функции BMS

    Пользуясь преимуществами управляющей платы, можно добиться от аккумулятора максимальной производительности и защитить его в непредвиденных экстренных случаях, предотвратить поломку. Накопители с БМС служат дольше и реже нуждаются в ремонте. Как именно плата регулирует работу и принимает решения, описано ниже:

      Измерение тока на заряде и разряде, предотвращение КЗ.
      BMS контролирует, чтобы ток не выходил за пределы максимального и минимального значения. Если это происходит, контроллер размыкает ненадолго цепь.

    • BMS не даёт какой-либо одной параллели перезарядиться и обгонять другие ветви. Если бы этой функции не было, то АКБ невозможно было бы зарядить полностью, и тогда заявленную ёмкость отдавать в полной мере она не сможет. Балансировка производит стимуляцию заряда на “отстающих” частях батареи, выравнивает напряжение на всех параллелях и обеспечивает корректную работу АКБ.

    Вид микросхемы BMS-контроллера фото

    Производители Battery Management System заботятся о том, чтобы защитить микросхему от загрязнений и влаги, поэтому зачастую эти платы имеют особое защитное покрытие.

    BMS как балансир аккумулятора

    В роли балансира микросхема управления следит за тем, чтобы все ячейки батареи заряжались синхронно и до одинакового уровня. БМС могут быть активными или пассивными:

    • Активный BMS контролирует, чтобы после полного заряда одной параллели она отключалась от питания, и заряд перенаправлялся на следующие, еще не зарядившиеся полностью ячейки.
    • Пассивный балансир состоит из аналоговых комплектующих с более надежной точностью, для его работы не нужно внешнее питание. Через резисторы с помощью малых токов устройство снижает напряжение на заряженных элементах, направляя избыток на ячейки с недостатком заряда.

    Для каких аккумуляторов нужна плата BMS

    В определенной степени плата контроля BMS будет полезна практически для любой литиевой АКБ. Например, литий-ионные батареи при всём своём многообразии преимуществ печально известны высоким риском возгорания при перегреве, как раз такую ситуацию плата БМС способна заранее выявить и предотвратить. В этом и состоит причина, для чего нужна BMS плата на самокате или электровелосипеде.

    Ещё актуальнее этот элемент для LiFePO4 — литий-железо-фосфатных аккумуляторов. В сравнении с Li-ion, такие батареи безопасны; кроме того, у них больше производительность и стабильнее работа. Существенный недостаток состоит в том, что устройство восприимчиво к избыточному заряду или, наоборот, предельному разряду ниже уровня 10%. Установив систему контроля, удается обезопасить девайс от порчи как отдельных ячеек, так и всей АКБ и её поломки.

    Батарея с системой защиты и контроля фото

    Неравномерность заряда на разных участках АКБ не так сильно грозит в случае параллельного соединения ячеек. Однако при сборке с последовательным подключением ровного распределения заряда добиться без BMS невозможно. Одни ячейки будут недозаряжаться, другие — получать избыточный заряд. Хроническое и регулярное повторение ситуации приводит к резкому ухудшению эксплуатационных качеств батареи.

    Специфика выбора БМС-плат

    Сейчас можно найти аккумуляторные батареи уже с интегрированным блоком контроля. Если же вы собираете комплектующие отдельно, удостоверьтесь, что микросхема BMS подходит для вашего аккумулятора. Разные модели плат рассчитаны под конкретный тип АКБ, исключением являются только Smart-модификации, которые могут настраиваться на совместимость с разными литиевыми батареями.

    Важно также знать количество параллелей, или ячеек батареи: к примеру, платы с пометками “10 cells” или “10S” предназначены на обслуживание батареи с 12 элементами.

    Ранее мы выпускали материал о том, как выбрать плату BMS. Если у вас возникли вопросы, обращайтесь к нам: мы бесплатно проконсультируем в выборе, эксплуатации и уходе за любыми компонентами аккумуляторной батареи.

    Плата BMS для аккумулятора — что это?

    Плата BMS для аккумулятора - что это?

    Литиевые аккумуляторные батареи широко используются сегодня в мобильных устройствах, бытовой технике, ноутбуках, фотоаппаратах, камерах и т. д. Практика показывает, что заводской брак этих источников питания встречается довольно редко. Некорректная работа и неисправности литиевых АБ чаще всего становятся следствием неправильной их эксплуатации. Для недопущения поломок и продления срока службы аккумуляторных батарей схему подключения дополняют BMS-контроллером.

    Назначение и функции БМС-контроллера

    BMS-плата – это устройство для защиты аккумуляторной батареи от перезаряда, переразряда, короткого замыкания, а также для контроля текущего состояния АБ. В числе функций БМС-контроллера – формирование сигнала на отключение нагрузки при достижении рабочими параметрами предельных значений, отслеживание уровня зарядки и разрядки аккумуляторной батареи.

    Как работает устройство

    Аббревиатура BMS расшифровывается как Battery Management System – система управления батареей. BMS-контроллер необходим для балансировки (выравнивания напряжения) на всех ячейках АБ и обеспечения условий для длительной бесперебойной работы автономного источника питания. Кроме того, электронная плата служит защитой:

    • по току. Устройство размыкает цепи питания, если значение тока заряда или разряда превышает допустимый уровень. Отключение должно произойти максимально быстро, чтобы за это время не пострадали ни сам контроллер, ни аккумуляторная батарея;
    • по напряжению. Благодаря этой опции АБ защищена от слишком большого заряда и глубокого разряда. Контроллер измеряет рабочие параметры каждой отдельно взятой ячейки аккумуляторной батареи. Если напряжение на одной из них ниже допустимой нормы, BMS-плата снимает нагрузку или отключает зарядку.

    Что такое балансировка

    Под балансировкой элементов АБ понимают выравнивание напряжений на каждой из ячеек, подключенных последовательно. Ячейки, как правило, несколько различаются по емкости: этим объясняется разное время, необходимое для зарядки каждой из них. Когда один элемент уже заряжен, другим может потребоваться дополнительное время для готовности к работе. При разряде такой батареи большими токами самые заряженные ячейки возьмут на себя максимальный ток (закон Ома). Это ведет к сокращению их рабочего ресурса и преждевременному выходу из строя. Чтобы не допустить подобного, аккумуляторные батареи оснащаются балансирами – специальными устройствами для выравнивания напряжения на всех элементах до одного уровня.

    Особенности применения BMS-контроллеров

    BMS-платы – достаточно широкий круг устройств, каждое из которых может отвечать за выполнение определенных функций. В некоторых случаях бывает недостаточно одного контроллера, подключенного к аккумуляторной батарее выходящими проводами. Если требуется более функциональная схема, используются несколько связанных между собой электронных плат. Каждая из них может управлять заданным количеством ячеек и отправлять данные на единый контроллер. В каталоге компании НЭТЕР представлены платы для литий-ионных и литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей.

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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.

    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.

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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.

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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.

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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.

    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.

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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:

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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.

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

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

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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».

    Что такое система BMS для литиевых аккумуляторов

    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.

    Что такое система BMS для 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.

    Спасибо, помогло! 53

    Зачем нужны литий-титанатные аккумуляторы для автомобиля

    Что такое контроллер заряда TP4056 — как пользоваться и что с ним можно сделать

    Как соединять батарейки и аккумуляторы последовательно или параллельно — схемы и особенности сборки

    Все про ИБП (источник бесперебойного питания): зачем нужен и как работает

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *