Bms для аккумулятора электровелосипеда

Все о плате BMS для электротранспорта

Статья обновлена: 2020-12-17

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:

1. Защита от критически высоких токов и короткого замыкания. Для определения протекающего по линии тока обычно используется шунт. Он измеряет снижение напряжения на резисторе с высокой мощностью и малым сопротивлением. Но шунт не отличается компактностью и требует высокой точности измерений. Альтернативный вариант – использование эффекта Холла, но его реализация обходится дороже. Поэтому чаще всего для определения короткого замыкания на линии измеряется напряжение. При КЗ оно проседает почти до нулевого значения. Современные платы защиты быстро определяют КЗ и отключают нагрузку, не допуская повреждения аккумов или подключенного к ним устройства.
2. Защита от чрезмерного заряда и глубокого разряда. Для измерения напряжения обычно используется аналогово-цифровой преобразователь. Если контроллер защиты установлен на АКБ из последовательно соединенных элементов, то зачастую он измеряет по-отдельности напряжение каждого элемента. Это важно для профилактики неравномерного разряда элементов и глубокого разряда аккумуляторов меньшей емкости.
3. Защита от перегрева. Обеспечивается с использованием терморезистора – резистора, сопротивление которого зависит от температуры. Используется редко, т.к. перегрев обычно связан с другими опасными состояниями – перезарядом или коротким замыканием, когда срабатывают другие типы защиты.

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.

1. Активные – выравнивающие напряжение в процессе зарядки. Зарядив 1 элемент питания из сборки, они отключают его от питания и продолжают заряжать 2-й.
2. Пассивные – разряжающие элементы питания до одинакового значения малыми токами при помощи резисторов. Главное преимущество пассивных балансиров – независимость от внешнего питания. К тому же, они точнее благодаря использованию аналоговых компонентов и дешевле благодаря отсутствию сложных микросхем.

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:

• оберегают элементы питания и АКБ от повреждений, контролируя их исправность, напряжение, температуру, уровня заряда, токи заряда и разряда;
• увеличивают срок службы аккумуляторных сборок;
• поддерживают эффективную работу АКБ;
• хранят в памяти информацию по числу рабочих циклов, граничным значениям напряжения элементов, зарядного и разрядного тока;
• проводят оценку рабочих параметров в соответствии с допустимыми значениями;
• передают информацию о работе АКБ на внешние управляющие устройства – по проводам или беспроводной связи;
• обеспечивают безопасную работу АКБ, не допускают ее перегрузки по току, избыточного напряжения в процессе зарядки, критического снижения напряжения в процессе разряда;
• при выходе любой из рабочих характеристик за пределы допустимого диапазона – отключают АКБ от нагрузки или ЗУ;
• осуществляют балансировку – выравнивают заряд между всеми аккумуляторами сборки, продлевая их ресурс.

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.

Источник

БМС (BMS) – система управления батареей

За отключение батареи отвечает BMS (battery management system) – система управления батареей (плата управления). Обычному пользователю электровелосипеда или электросамоката не нужно знать, что такое БМС. Да он ее никогда и не видит, поскольку она скрыта в корпусе батареи. Но, поскольку аббревиатура часто встречается в статьях, мы решили сделать небольшой ликбез по этой системе.

Что делает БМС?

• Литий-ионные элементы аккумуляторной батареи работают в диапазоне напряжений: от 3 до 4,2 вольта. Только в этих пределах возможна их стабильная и длительная работа. BMS – не допускает перезаряда и переразряда элементов батареи.
• Защищает батарею от короткого замыкания.
• “Видит” напряжение на каждом блоке ячеек батареи. Если во время заряда батареи напряжение на одном из них достигло 4,2 В, BMS прекращает процесс зарядки.
• Если под нагрузкой на одном из блоков напряжение упало до 3 вольт (или чуть ниже), BMS отключает батарею.
• Выравнивает напряжение на блоках элементов при заряде батареи. В результате в заряженной батарее напряжения на всех элементах одинаково.
• В результате работы BMS в батареях низкого качества, батареи имеют ту ёмкость, которой обладает самый худший блок ее элементов.
• Если использовать маленькую батарею с мощным мотором, то скорее всего ее BMS рассчитана на небольшой ток и она будет вырубать батарею. Включили велосипед, тронулись, или нажали курок газа, велосипед вздрогнул и мотор остался без электричества.
• В случае, когда на маленькой батарее установлена мощная BMS, пробег с мощным мотором у такой батареи будет гораздо меньше, чем при её использовании со слабым мотором.
• BMS с терморезисторами при изменении температуры изменяют своё сопротивление. BMS с термоконтактами отключают батарею, если она опасно нагрелась.

Что к чему подключают?

“P-” (к минусу разрядного разъёма), “B-” (к минусу батареи) и “C-” (к минусу зарядного разъёма)
b-, b1… bn балансировка (к каждому из блоков элементов батареи)
On/Off – к замку батареи или кнопке вкл/выкл (позволяет избежать искрения контактов при подключении батареи к нагрузке).

Сколько стоит?

Если вы занимаетесь сборкой батарей, то и сами все прекрасно знаете. Но, если вы заказываете сборку батареи у мастера, полезно знать цены, что бы не попасть на завешенные расценки.
Самые распространенные типы БМС стоят 60-150 руб. Более умные от 1000 до 1800 руб.

Легенды и мифы

Если вы углубитесь в изучение темы на отечественных форумах, то встретите там самые невообразимые мнения и советы по поводу использования этой системы.
Все это чушь!
При зарядке батареи ставьте рядом икону Николая Угодника. И battery management system отработает, как надо.

Источник

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:

• Защита от короткого замыкания в цепи, контроль токов заряда и разряда.
  Если величина тока выходит за предел значений, плата управления ненадолго размыкает цепь.
• Термоконтроль.
  При работе аккумулятора выделяется тепло, но чрезмерный нагрев оказывает негативное влияние. Если батарея нагревается горячее 80-90℃, появляется риск самовозгорания. О пожароопасности аккумуляторов мы подробно писали в этом материале. BMS измеряет датчиками температуру и при 60℃ размыкает на некоторое время цепь до тех пор, пока АКБ не остынет до нормального рабочего уровня.
• Балансировка.
  Чтобы батарея стабильно обеспечивала технику энергией, на всех её параллелях напряжение должно быть одинаковым. 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 выравнивает напряжение на всех параллелях и обеспечивает корректную работу батареи.

Виды BMS

В широком смысле BMS определяет сразу несколько разновидностей устройств, предназначенных для нормальной работы аккумуляторов:

• Платы защиты по току и напряжению;
• Балансиры;
• Универсальные комплексные устройства.

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:

• Симметричными, где один и тот же разъем может использоваться как для заряда, так и для разряда;
• Несимметричными, где зарядный и разрядный разъемы строго дифференцированы.

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:

• Настройка количества параллелей, включенных в работу BMS.
• Настройка пороговых значений напряжения на параллелях — для совместимости платы с аккумуляторами разных типов.
• Ввод параметров максимальных допустимых значений тока на заряд и разряд.
• Отслеживание параметров: напряжение общее и на отдельных параллелях, токи заряда и разряда, значение температуры.

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

1. Определитесь с типом аккумулятора, который будет использоваться. Каждая BMS предназначена для определенного вида АКБ. Исключением является Smart BMS, совместимая с разными типами батарей.
2. Выясните, сколько параллелей будет в сборке. Аналогично, Smart BMS может подстраиваться под разные параметры, а вот обычные модели рассчитаны на определенное количество.
3. Определите нагрузку. BMS работают с определенными диапазонами токов, при их превышении плата будет отключаться из-за перегрева. Учтите, в закрытом и не вентилируемом корпусе элемент будет нагреваться сильнее. В этом случае лучше взять двукратный запас по силе тока.
4. Убедитесь, что ваша плата подходит устройству, которому она предназначается. Некоторые устройства требуют исключительно симметричную плату — например, гироскутеры.
5. При потребности отслеживать детальные параметры АКБ и совершать их настройку, выбирайте smart BMS.

Вы можете проконсультироваться у менеджеров нашего интернет-магазина, мы поможем подобрать плату BMS.

Источник