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.

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.

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.
  
  
• Измерение температуры.
  Подробную статью о пожароопасности аккумуляторов можете почитать здесь. При нагреве выше 80-90℃ у литий-ионных батарей есть риск самовоспламенения. Чтобы этого не допустить, датчики температуры подают плате сигнал при достижении 60℃, и цепь размыкается до тех пор, пока элемент не вернется к нормальной температуре.
  
  
• Балансировка.
  Есть аккумуляторы, которые состоят всего из одной параллели, но обычно таких параллелей в составе конструкции несколько. Для стабильной подачи энергии и корректной работы АКБ в течение всего срока эксплуатации важно, чтобы напряжение на всех её параллелях было равным.

• 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.

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.

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.