Устройство BMS платы

• Польза от применения БМС
• Устройство БМС платы
• Принцип работы BMS платы
• Алгоритм тестирования BMS платы
• Функции БМС платы
• Рекомендации по выбору и использованию БМС плат

Li-ion аккумуляторы наряду с многочисленными достоинствами имеют слабую сторону – это чувствительность к перезаряду выше 4,2 В и разряду ниже допустимой границы в 2,5 В на элемент. Поэтому для безопасного использования литий-ионные батареи снабжаются системами контроля заряда-разряда – BMS платами управления, обеспечивающими защиту и балансировку элементов питания в сборке.

Польза от применения БМС

BMS – это электронная система, управляющая зарядно-разрядными процессами в автономном источнике питания. Она:

• обеспечивает безопасную работу батареи, в т. ч. при подключении и отключении нагрузки и ЗУ;
• контролирует ее состояние;
• оценивает рабочие параметры;
• в ходе зарядки АКБ распределяет токи между ячейками;
• контролирует их температуру, напряжение и сопротивление;
• отслеживает разрядный ток;
• выполняет балансировку (равномерное распределение энергии) аккумуляторов в сборке;
• отслеживает состояние АКБ и ее компонентов;
• обеспечивает их защиту от перенапряжения, КЗ, токовых перегрузок, перегрева, критического разряда и других опасных состояний.

Благодаря использованию платы Battery Management System обеспечивается безопасное использование АКБ и по максимуму увеличивается срок ее службы. К АКБ и контроллеру этот модуль подсоединяется выходящими проводами. Вместо одной платы может использоваться связка регулировочных электронных систем. В таком случае каждая из них управляет отдельной группой ячеек, отправляя информацию об их работе на общий контроллер.

Устройство БМС платы

На этой электронной системе распаяны компоненты, защищающие аккумуляторы от различных нежелательных отклонений по цепи питания. Электрическая схема этого модуля предельно простая. На печатной плате обычно находятся:

• контроллер в виде защитной микросхемы;
• резисторы – в схеме питания и защиты;
• накопительный конденсатор;
• терморезистор;
• транзисторы класса MOSFET.

Иногда контроллер вместо 2-х имеет 3 контакта. В таком случае кроме «плюса» и «минуса» используется «информационный контакт».

Принцип работы BMS платы

Принцип работы BMS контроллера заключается в постоянном мониторинге состояния батареи и ее компонентов. При обнаружении какого-либо опасного фактора плата управления отключает батарею. Например, при превышении граничного значения напряжения она отключает АКБ от зарядного устройства, а при критическом снижении напряжения – происходит отключение от нагрузки.

Некоторые конфигурации BMS плат способны сохранять сведения о работе АКБ и в дальнейшем передавать эти данные на компьютер. В целом использование БМС контроллера снижает риск повреждения отдельных аккумуляторов и поломки батареи. Дополнительно этот модуль обеспечивает балансировку ячеек – выравнивает напряжение всех элементов в сборке. Это необходимо, чтобы избежать перезаряда одних ячеек и недостаточного заряда других, что приводит к быстрому износу батареи.

Как работает плата BMS с балансировкой

Даже незначительное различие в емкости приводит к разнице напряжений аккумуляторов сборки при их циклическом заряде-разряде. Параллельно соединенные ячейки имеют приблизительно одинаковое напряжение, т.к. более заряженные из них отдают его менее заряженным. Но при последовательной схеме соединения заряд между аккумуляторами не распределяется, и уровень их емкости оказывается различным. В итоге, даже при оптимальном общем напряжении сборки после зарядки некоторые ячейки будут перезаряжены.

Из-за этого в них будут протекать необратимые процессы деградации. На практике это будет проявляться как снижение емкости батареи, уменьшение ее токоотдачи и преждевременный выход из строя. Ячейки с недозарядом будут быстрее разряжаться, а элементы с более высоким зарядом будут разряжаться только частично. Балансировка ячеек позволяет не допустить разнобоя в напряжении и избежать ускоренной деградации в АКБ.

На завершающем этапе процесса зарядки батареи БМС плата выполняет балансировку шунтированием заряженных элементов или перенаправляет энергию аккумов с более высоким напряжением к менее заряженным. При пассивной балансировке элементы питания, которые почти восполнили своей заряд, получают минимальный зарядный ток или не участвуют в процессе подзарядки до момента, когда напряжение у всех составляющих аккумуляторной сборки станет одинаковым.

Функции БМС платы

Кроме отслеживания работы батареи, БМС плата может участвовать в контроле рабочих параметров электротранспорта, управлять его электрической мощностью и выполнять другие функции. Если электротранспортное средство имеет систему рекуперации энергии, плата управления может управлять подзарядкой АКБ при торможении.

Типы BMS плат

Под это понятие подпадают всевозможные устройства, которые каким-либо образом обеспечивают корректную эксплуатацию аккумуляторов и батарей. БМС платами считаются и простейшие защитно-балансировочные модули, и микроконтроллеры со сложной конструкцией, способные считать циклы заряда-разряда и определять разрядные токи.

Широко распространенные BMS платы подразделяются на 4 категории:

1. Балансиры.
2. Модели, обеспечивающие защиту по току или напряжению.
3. Устройства, обеспечивающие корректную зарядку.
4. Разнообразные вариации перечисленных моделей, в т. ч. полученные путем их объединения в единую систему.

Чем шире функционал используемой платы защиты, тем дольше сможет проработать батарея – благодаря исключению нежелательных условий ее эксплуатации. И хотя теоретически литий-ионные аккумуляторы могут работать и без БМС платы, такое пренебрежение модулем защиты значительно ускорит их выход из строя и может привести к критическим последствиям.

Рекомендации по выбору и использованию БМС плат

При выборе защитно-балансировочной платы нужно учитывать перечень задач, решаемых аккумуляторной батареей, ее конструкционные особенности и технические характеристики. В продаже представлен большой выбор защитных модулей, способных обеспечить стабильную и безопасную работу аккумуляторной батареи любой конфигурации.

Подключение БМС платы рекомендуется даже в устройствах с минимальным потреблением тока, а при использовании высокотокового оборудования это – обязательное требование безопасности. Помните, что защитно-балансировочная плата поддерживает корректные условия работы АКБ, что благоприятно сказывается на сроке службы батареи и безопасности ее использования.

В предыдущей статье нашего блога рассказывается о выборе зарядного устройства для литий-титанатных аккумуляторов.