Все о плате BMS для электротранспорта

• Защитные функции BMS платы
• Функция балансировки
• Как выбрать плату BMS
• Как подключить BMS плату
• Как вывести плату BMS из защиты?
• Использование BMS плат в электротранспорте

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.

Балансиры бывают:

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.

Предыдущая статья нашего блога посвящена литий-никель-марганец-кобальт-оксидным аккумуляторам.