Как отбалансировать аккумулятор электровелосипеда

Как увеличить ёмкость литий-ионного аккумулятора?

Покатавшись на электровелосипеде некоторое время, вы можете для себя обнаружить, что имеющейся батареи вам уже не хватает, и хочется проезжать на одном заряде гораздо большие расстояния.

Это возможно в двух случаях: если ёмкость батареи изначально была недостаточной, и если батарея потеряла часть своей ёмкости в процессе эксплуатации. В данной статье рассмотрим оба варианта и способы выхода из сложившейся ситуации. Перед дальнейшим чтением рекомендуем в общих чертах ознакомиться с устройством литий-ионного аккумулятора.

Дешёвый литий-ионный аккумулятор

Если электровелосипед стоил очень дёшево по отношению к аналогам, логично предположить, что он собран из комплектующих довольно низкого качества. И среди них, вероятнее всего, батарея низкой ёмкости с высоким внутренним сопротивлением.

В таком случае чаще всего самым разумным решением будет заменить батарею на новую, более ёмкую, либо продать велосипед целиком и купить новый, более высокого качества и с более ёмкой батареей.

Хотя, если в корпусе аккумулятора есть достаточно свободного места, можно собрать в нём новую батарею, более высокой ёмкости, а прежнюю попытаться продать без корпуса. Увеличивать ёмкость такой батареи не имеет смысла, так как соединив новые ячейки параллельно с ячейками сомнительного качества, через какое-то время старые ячейки начнут выходить из строя и портить новые ячейки.

Добавить ячейки к литий-ионному аккумулятору

Другое дело, если батарея в хорошем состоянии, и вы просто хотите увеличить запас хода при помощи дополнительных ячеек. В этом случае придётся добавить к каждому блоку ячеек одинаковое количество новых ячеек, подключив их параллельно.

Внимание! Данная статья не является инструкцией к действию. Автор лишь делится собственным опытом. Вся ответственность за повторение действий, описанных в статье, лежит на Вас. Будьте благоразумны и не приступайте к подобным работам, не имея соответствующей квалификации и опыта.

Предварительно необходимо убедиться в том, что напряжение на всех блоках и новых ячейках одинаковое, а перед началом работ не забыть отключить балансировочный разъём от BMS.

На схеме зелёной пунктирной линией обозначены ячейки исходной батареи, в данном случае по схеме 13S4P, а сиреневым пунктиром — дополнительные ячейки, с которыми батарея будет иметь схему 13S6P.

То есть при ёмкости одной ячейки 3 Ач, ёмкость всей батареи увеличится с 12 Ач до 18 Ач, то есть в полтора раза.

Однако такое решение подходит далеко не всегда, из-за ограниченного места в корпусе аккумулятора. Более простым способом увеличить запас хода может быть приобретение второго аккумулятора.

Вторая батарея на электровелосипед

Довольно часто у владельцев электровелосипедов возникает идея купить вторую батарею, и в этом случае непременно встаёт вопрос их правильного соединения. Первое, что обычно приходит в голову, — соединить батареи параллельно. Однако, этого не стоит делать, и вот почему.

Если в одной из батарей начнут выходить из строя некоторые ячейки (переходить в замкнутое состояние), напряжение от исправной батареи будет делиться между оставшимися ячейками первой батареи, и они будут перезаряжаться (будет превышен порог максимального напряжения 4,2 В), что довольно опасно. Тогда в лучшем случае можно остаться с двумя неисправными батареями, а то и вовсе вызвать пожар.

Более разумным вариантом будет поочерёдное использование батарей. То есть вы заряжаете обе батареи и сначала едете на одной, а когда она разрядилась, отключаете её, подключаете другую и продолжаете движение. В этом случае батареи будут работать независимо друг от друга, и неисправность одной никак не повлияет на другую.

Снизилась ёмкость литий-ионного аккумулятора

Теперь рассмотрим случай, когда батарея потеряла ёмкость в процессе эксплуатации. Это происходит, как правило, по двум основным причинам.

Первая — разбалансировка аккумулятора, когда на одной или нескольких ячейках напряжение становится выше или ниже, чем на остальных. Например, напряжение на одной из ячеек стало больше, чем на других.

Тогда эта ячейка зарядится первой и BMS остановит процесс заряда, хотя остальные ячейки заряжены не полностью, то есть аккумулятор не сможет зарядиться до своего максимального напряжения и выдать полную ёмкость на разряде. В таком случае потребуется балансировка, но об этом чуть ниже.

Вторая причина потери ёмкости — возрастание внутреннего сопротивления ячеек. И это может произойти в двух случаях — деградация из-за длительного хранения и деградация из-за нарушения температурного режима работы.

Если ячейки до сборки батареи, или уже в составе батареи, хранились в течение нескольких лет, естественные деградационные процессы, скорость которых зависит, в том числе, от условий и температуры хранения, приводят к постепенному возрастанию внутреннего сопротивления.

Если же батарея эксплуатировалась с превышением нагрузок, на которые она рассчитана, то она перегревалась, и деградация ячеек шла ускоренными темпами, в результате чего также возросло внутреннее сопротивление ячеек и аккумулятора в целом.

Чем выше внутреннее сопротивление батареи, тем хуже она отдаёт ток, и тем больше просадка напряжения при подключении нагрузки. А значит, BMS будет прерывать процесс заряда и разряда раньше, то есть ёмкость батареи снизится.

В обоих случаях (при возросшем внутреннем сопротивлении) восстановить батарею, к сожалению, не получится. Не если дело в разбалансировке — шанс есть.

Источник

Ремонт аккумулятора электросамокатов и электровелосипеда

В этой статье я расскажу о типовых неисправностях аккумуляторов для электровелосипедов и о способе их ремонта.

Но сначала давайте рассмотрим немножко теории. Батарея электровелосипедов имеет параллельно-последовательное соединение. Чем больше ячеек установлено в параллели, тем больше емкость и отдаваемая мощность, тем большее ячеек установлено последовательно, тем больше напряжение аккумулятора и в итоге финальная скорость электровелосипеда или электросамоката.

Аккумуляторы для электротранспорта имеют несколько важных характеристик в которых необходимо разбираться.

1) Ёмкость.

Чем больше емкость, тем дальше вы проедете на одной зарядке.

2) Напряжение аккумулятора.

Напряжение аккумулятора влияет в основном на скорость электротранспортного средства.

3) Ток отдачи батареи.

Чем больше ток отдачи аккумулятора электросамоката или электровелосипеда тем большую мощность он может отдавать в мотор.

4) Срок годности аккумуляторного элемента.

Срок годности элемента 18650 как правило составляет порядка 5 и 6 лет. Затем его характеристики такие как ёмкость ток отдача начинают падать.

Основные неисправности батареи для электровелосипеда.

В основном люди приходят с проблемами типа:

— Электровелосипед не включается.

— Электровелосипед включается и выключается при нажатии на ручку газа.

— Зарядки электровелосипеда или электросамоката хватает всего лишь на пару километров.

Как диагностировать и ремонтировать аккумулятор.

Для диагностики неисправности электровелосипеда или электросамоката в начале необходимо понять. Что явилось причиной его поломки батарея или плата управления батареи BMS?

BMS – Плата защиты аккумулятора. Не допускает перезаряда или пере разряда ячеек, для продления срока их службы. Так же некоторые из них балансируют батарею небольшими токами.

В случае поломки BMS необходимо отремонтировать или заменить. Этот узел стоит не так дорого поэтому его большинстве случаев его проще поменять.

Так же необходимо проверить наличие напряжения на всех ячейках аккумулятора. В идеале оно должно быть одинаковое. Если на одной из ячеек напряжение равно нулю, или около того, то такую ячейку дальше эксплуатировать нельзя. Её необходимо менять.

Потеря емкости аккумулятора.

Батареи для электровелосипеда может терять емкость по нескольким причинам.

• Когда циклы заряда-разряда подходят к концу.
• Когда срок годности аккумулятора подходит к концу.
• После длительной зимовки в гараже в разряженном состоянии.
• После перезаряда или переразряда.
• После превышения допустимых токов элемента.
• Из-за изначально низкого качества элемента.

Потеря емкости аккумулятора электросамоката или электровелосипеда неизбежно ведет к уменьшению пробега на одной зарядке.

Разбалансировка аккумулятора.

В ходе длительного или неправильного эксплуатирования батарея состоящая из нескольких последовательно соединенных ячеек может быть заблокирована в виду разбега напряжение на этих ячейках. При этом BMS батареи начинает выключать её, руководствуясь напряжением на ячейки с меньшим напряжением. То есть представим если у вас все ячейки аккумулятора имеет напряжение 4 вольта одна из них три то именно оно и будет выключать батарею. Так бывает из-за появления в ячейках саморазряда. В некоторых ячейках есть саморазряд других его практически нету И за период зимнего хранения происходит разбалансировка аккумулятора. Также разбалансировка батареи может происходить из-за потери емкости отдельных ячеек. Представим, что у нас есть 10 последовательно соединенных ячеек и одна из них имеет емкость 7 ампер часов, а другие по 10. В таком случае BMS батарея будет выключать батарею в тот момент когда минимальная ячейка будет разряжена.

Иногда бывает просто достаточно от балансировать батарею.

Как восстановить аккумулятор для электровелосипеда?

Дело в том, что если в li ion элементе начался процесс деградации лития, то восстановлению он не подлежит. Только замена. Можно конечно отбалансировать элементы, тогда они еще какое-то время поработают, но это временное решение.

Для того чтобы осуществить ремонт аккумулятора велосипеда Eltreco Ecobahn Volteco Кона Wellness необязательно покупать новый аккумулятор. Достаточно принести в компанию технобайк старый аккумулятор.

Источник

На Токе заряженный портал

Что такое разбалансировка батарей и как с ней бороться? — На токе

• Статьи об электротранспорте
• Технологии
• Аккумуляторы
• Что такое разбалансировка батарей и как с ней бороться?

Что такое разбалансировка батарей и как с ней бороться?

Безусловно, многие юзеры по ходу эксплуатации своих электрических средств передвижения сталкивались с теми или иными проблемами, которые преподносят им аккумуляторные батареи. У кого-то не получается выйти на показатель пробега на одном заряде гарантированный производителем, у кого-то АКБ выдохлась намного раньше заявленного срока, а у кого-то накопитель и вовсе самовоспламенился либо взорвался. Одной из причин таких неприятностей может стать разбалансировка элементов аккумулятора. Что это такое и как с этим бороться, обсудим далее в статье.

Содержание:

• Разбалансировка аккумуляторной батареи — что это?
• Выравнивание заряда аккумуляторной батареи — практика.
• Как работает балансировщик заряда аккумулятора?
• Методы балансировки (пассивный и активный).
• Общие советы по выбору аккумуляторов для системы.

Разбалансировка аккумуляторной батареи — что это?

Как правило, в любой системе, в которую входят несколько последовательно, параллельно или смешано подключённых электронакопителей, даёт о себе знать разбалансировка заряда отдельных составляющих. Это приводит к перегреву либо перезаряду, что сокращает срок службы и может повлечь за собой самовозгорание или изделие может даже взорваться. Естественно, падает и ёмкость АКБ.

Тут вся проблема в том, что нет двух одинаковых электронакопителей: все изделия имеют различия между собой. Это правило относится ко всем элементам, даже если они одного и того же типа, от одного изготовителя и из одной партии. Всегда имеет место небольшая разница в состоянии заряда, саморазряда, ёмкости, сопротивлении и т. д., а при создании блока АКБ, разница может усиливаться. Конечно, собирая такие блоки, разработчики стараются подбирать максимально идентичные элементы, скрупулёзно сравнивая напряжение на них, но, разница всё-равно присутствует и с течением времени даже увеличивается.

Допустим, в системе находится компонент с сопротивлением намного превышающим таковое у других компонентов. В процессе зарядки, напряжение на нём будет несколько больше и может даже активироваться защита от его избытка. Когда элемент начнёт отдавать энергию, напряжение на нём будет самым низким, так же как и ёмкость. Из это следует вывод: система не обеспечивает 100-процентной отдачи! Итог далеко не радостный: по ходу эксплуатации, будет происходить деградация и усиление дефекта. Слабое звено вызовет ухудшения в работе всего аккумуляторного блока.

Повышенное напряжение такого элемента после окончания зарядных процедур, является свидетельством его интенсивной деградации. По причине значительного внутреннего сопротивления и уменьшенной ёмкости, при разряде, на таком изделии наблюдается самое маленькое напряжение. При зарядке, на слабом элементе может активироваться защита от переизбытка напряжения, а вот другие составляющие аккумуляторного блока при этом не будут «заправлены» под завязку. Естественно, в такой ситуации аппаратура не сможет предложить пользователю 100-процентную отдачу.

Что же делать, если у вас такие проблемы? Заниматься выравниванием заряда надобно, о чём мы и поговорим далее.

Выравнивание заряда — практика

Устройство выравнивания заряда электронакопителя, обслуживает АКБ соединённые последовательно, при подзарядке их от одного источника питания. Компоненты соединённые последовательно образуют одну цепь либо линейку и в зависимости от направленности системы, их может быть разное количество. Приспособление имеет возможность выставлять токи на конкретных АКБ параллельно, в нескольких цепях.

В состав системы входит контроллер, отвечающий за уравновешивание заряда комплекта, устройство подсоединяется к общему источнику электроэнергии. Присутствуют в оборудовании и отдельные датчики, которые разработчики устанавливают на аккумуляторах. Элементы системы синхронизируются между собой посредством спецшлейфа.

Компоненты включённые в одну цепь должны быть одинаковой ёмкости, если это не так, балансировочное оборудование не сможет эффективно уровнять заряд АКБ. Чем больше будут отличаться между собой компоненты по ёмкости, тем большее количество циклов заряда/разряда батарей потребуется для осуществления надлежащей балансировки электронакопителей.

Как работает балансировщик заряда аккумулятора?

Контроллер производит анализ напряжения и активируется, если оно повышается. Оснащение вычисляет усреднённый показатель и по спецшлейфам берёт данные от каждой отдельной АКБ. Когда напряжение на электронакопителе превосходит усреднённую цифру, контроллер подаёт сигнал на компенсацию нагрузки, если же оно ниже — элемент будет разгружаться. Данные действия завязаны на циклы заряда/разряда и с каждым циклом, напряжение всё больше доводится до средних показателей.

В случае если общее напряжение не повышается в течение 3-х часов, контроллер начинает подавать сигналы о том, что работа окончена и отключает датчики на накопителях. Однако контроль напряжения на этом не заканчивается, а продолжается. Датчики контроля напряжения устанавливают на все АКБ, а что касается конкретно подключения, то самым лучшим вариантом будет установка рядом с контактами, затем подсоединить «+» к «+», «-» к «-». После того, как установка была произведена должным образом, датчик будет мигать, а если сигнал отсутствует, то либо подключение выполнено не верно, либо батарея вышла из строя. Посредством COM-порта контроллер имеет возможность выводить данные каждого накопительного элемента на ПК. Помимо этого, контроллер оповещает о падении или повышении напряжения на компонентах системы.

Методы балансировки

Выравнивание напряжения элементов лучше всего осуществлять тогда, когда они полностью заряжены. Балансировать АКБ можно посредством пары методик: активной и пассивной. Вторая вариация отличается своей простотой: разряд батареек, требующих балансировки, осуществляют посредством байпасных цепей, обеспечивающих рассеивание мощности. Данные цепи могут находиться в аккумуляторном блоке либо располагаться во внешней плате. Почти вся лишняя энергия от элементов с повышенным зарядом превращается в тепло и это является основным недостатком пассивной методики, ведь происходит сокращение времени работы АКБ без подзарядки. Однако в данном случае, превосходство активного метода не бесплатно: в ход идут дополнительные дорогостоящие компоненты.

Пассивный метод

Как уже было сказано выше — это самый простой способ выравнивания напряжения аккумуляторов. Возьмём за пример плату BQ77PL900, защищающую аккумуляторные блоки в состав которых входит 5-10 последовательно подключённых электронакопителей. Она применяется в инструментах без наличия кабеля, электроскутерах, ИБП и медоборудовании. Данная микросхема может использоваться для обработки аккумуляторного отсека:

Она сравнивает напряжение АКБ с установленными порогами и при надобности, активирует балансировочный режим:

Если напряжение какой-то батарейки превышает установленное ограничение, то процесс подзарядки останавливается, включаются байпасные цепочки. Заряд не возобновится до того момента, пока напряжение элемента не упадёт ниже порогового уровня и процедура балансировки закончится.

Балансировка ориентируемая только на расхождение в напряжении, может не полностью уравновешивать характеристики по причине внутреннего импеданса аккумуляторов (смотрим изображение):

Здесь беда в том, что внутренний импеданс влияет на разность напряжений при подзарядке накопителя. Плата защищающая батареи от дисбаланса не может вычислить, чем конкретно вызвана разность напряжений: отличиями в ёмкости или во внутренних сопротивлениях. По итогу, данная разновидность балансировки не гарантирует, что все элементы получат полный заряд.

Активный метод

По энергоэффективности данная метода переигрывает предыдущий способ, так как для передачи электроэнергии от накопителя-донора к более нуждающемуся компоненту, вместо резисторов применяются ёмкости и индуктивности, у которых минимально возможные потери энергии. Этому методу уместно отдавать предпочтение в тех случаях, когда есть потребность в обеспечении максимального времени функционирования аккумулятора без подзарядки.

За пример можно взять микросхему BQ78PL114, в основе которой лежит технология PowerPump. Её работа приведена на рисунке ниже:

Энергетические потери при этом не существенны и в основном происходят в дросселе и диоде. Плата BQ78PL114 может предложить пользователю три балансировочных алгоритма:

1. По напряжению на выводах аккумулятора. Данный способ имеет схожесть с пассивной вариацией описанной ранее.

2. По напряжению холостого хода. Этот способ подразумевает компенсацию различия во внутренних сопротивлениях элементов.

3. По заряду АКБ. В данном случае будет точно высчитываться заряд, требуемый для передачи от одной батарейки к другой. Выравнивание осуществляется в конце заряда, а применение этого балансировочного алгоритма обеспечивает самый лучший результат.

По причине высоких балансировочных токов, PowerPump является более эффективной, чем обыкновенная балансировка пассивной разновидности. Технология имеет большие возможности по балансировке: процесс может осуществляться когда батарея заряжается, разряжается и даже тогда, когда компонент с которого берётся энергия, имеет в своём распоряжении меньшее напряжение, чем АКБ принимающая электричество. Поэтому, если сравнивать с пассивной методой, то энергии будет теряться намного меньше.

Общие советы по выбору аккумуляторов для системы

Конечно, лучше не допустить разбалансировки аккумуляторов с самого начала, чем потом раскладывать всё по полочкам, затрачивая на это время, силы, финансы, да и нервы стоит брать в расчёт. Поэтому отдаём предпочтение АКБ от одного и того же производителя, одной и той же серии, ёмкости, идентичного типа, а также выпущенным в одно время. Если перечисленные условия не будут соблюдены, при расширении системы, уравнивать заряд батарей придётся в обязательном порядке.

Если по ходу эксплуатации аппаратуры появляется потребность в расширении ёмкости, то при подборе дополнительных аккумуляторов, следует учитывать вышеприведённые требования, а что касается даты производства, то разница должна быть не больше года. Почему определены именно такие сроки? К примеру, по прошествии года, в свинцовых АКБ глубокого разряда, могут возникать необратимые процессы и на адекватное совместное функционирование в этом случае, рассчитывать не приходится. Новенький аккумулятор могут свести на нет более старые изделия. Если разница в дате выпуска значительная, год и более, гарантия на новый аккумулятор может быть утрачена.

Заключение

Бесспорно, всем нужна продолжительная и качественная работа аккумуляторного блока, однако весьма существенно будет препятствовать такой радостной жизни разбалансировка элементов единой структуры, которые в любом случае придётся настраивать на общий лад. Такие «уравниловки» увеличат срок службы электронакопителей, и повысят безопасность при их эксплуатации. Для этих целей разработчики создали специальные балансировочные платы, на которые возложена обязанность приводить напряжение во всех элементах АКБ к общему знаменателю.

Есть пассивная методика, а есть и активная. Первая, предлагает пользователю простоту, но эффективностью она похвастать не может. Совсем по другому обстоят дела с активным методом: он более дорогостоящий, однако и результат соответствующий. Для сборки полноценного аккумуляторного комплекта, нужно использовать максимально похожие накопительные компоненты, иначе их придётся в обязательном порядке доводить до общего знаменателя. Вздумаете это игнорировать — проблем с вашим набором не избежать.

Учитывайте, что такое обстоятельство, как разбалансировка элементов аккумуляторного блока, вещь реальная и если вы не будете предавать этому обстоятельству надлежащего значения — на долгую, стабильную, а также безопасную эксплуатацию, не рассчитывайте. При обнаружении проблем подобного рода в вашей системе, незамедлительно обращайтесь в специализированный сервис — там вам помогут разрешить ситуацию, если сами не в силах.

Источник