Что такое bms плата и зачем она нужна

Выбор платы BMS

Итак, все аккумуляторные батареи имеют свой рабочий диапазон напряжения, например:

для Li-ion АКБ в большинстве случаев это значение составляет от 2,7 до 4.2V на одну параллель. Существуют АКБ, состоящие как из одной параллели, так и из множества, соединенных последовательно. Например, Li-ion АКБ c номинальным напряжением 11.1V будет состоять и 3-х параллелей (3S), складываем рабочее напряжение всех параллелей, и получаем рабочее напряжение АКБ — от 8,1 до 12,6V. Если напряжение какой-либо параллели или напряжение всей АКБ выйдет за эти пределы, в лучшем случае батарею ждет необратимая деградация, а это в свою очередь значительно снизит емкость и срок службы батареи, в худшем — полный выход из строя АКБ, а также возможность пожара и взрыва.

Основная функция BMS — как раз-таки не давать выходить за пределы рабочих напряжений как всей АКБ в целом, так и каждой отдельной параллели. Так же платы BMS призваны решать еще ряд важный задач:

Ограничение тока изащита от КЗ. BMS контролирует токи заряда и разряда. В случае, если сила тока выходит за определенные значения, BMS на некоторое время разрывает электрическую цепь. Служит это для защиты батареи от КЗ и чрезмерно высокой силы тока, поскольку каждая АКБ рассчитана на определенные нагрузки.
Температурный контроль. Аккумуляторные батареи способны нагреваться во время своей работы, а как известно, температура выше определенных значений вредит АКБ. Например, у Li-ion батарей при нагреве свыше 60℃ наступает деградация, а при нагреве свыше 80-90℃ и вовсе появляется вероятность самовоспламенения. На многих BMS установлены температурные датчики, они следят за температурой АКБ, при превышении пороговых значений плата размыкает электрическую цепь, до тех пор, пока АКБ не остынет.

BMS плата фото

Балансировка. Для того, чтобы АКБ работала нормально, и отдавала заявленную емкость, напряжение на всех параллелях должно быть одинаковым. Например, если одна из параллелей имеет большее напряжение, чем остальные, то при зарядке BMS будет отключать батарею именно по этой параллели, не давая ей перезарядится, в то время как остальные еще не успели зарядится. В итоге мы получаем АКБ, которую не получится зарядить до конца, соответственно и заявленную емкость она отдавать не будет. Что бы этого избежать во многих платах БМС присутствует режим балансировки. При балансировке напряжение на всех параллелях выравнивается, и АКБ в таком случае, может отдать всю свою энергию.

Виды BMS

Под понятие BMS попадают сразу несколько видов устройств, которые служат для нормального функционирования АКБ. Их можно разделить на несколько категорий:

защитные платы по напряжению и току.
балансиры
комплексные устройства, объединяющие в себе различный функционал.

Чаще всего используются именно комплексные устройства.Они обладают защитой по напряжению и току, защитой от КЗ, и имеют температурный датчик. Так же они способны балансировать АКБ небольшими токам — до 50-100mA, как правило, этого хватает для качественно собранной батареи.

Такие платы бывают симметричными и несимметричными. При использовании симметричной BMS заряд и разряд батареи можно осуществлять через один и тот же разъем, в случае с несимметричной платой, необходимо использование двух разъемов — зарядного и разрядного.

Симметричная BMS фото Несимметричная BMS фото

Сегодня на рынке существуют и более «прокаченные» варианты плат BMS — Smart BMS.

Как правило, такие платы имеют множество температурных датчиков, это необходимо для лучшего контроля температуры АКБ. Так же к таким платам возможно подключение специального дисплея, на котором будет отображаться основная информация о состоянии АКБ. Ну и самым главным преимуществом smart BMS является возможность подключится к ней по bluetooth с помощью смартфона. При помощи специальных приложений открывается возможность наблюдать и изменять огромное количество параметров, отвечающих за работу АКБ. Вот основные из них:

Возможность настраивать количество параллелей с которыми будет работать BMS.
Возможность настраивать пороги напряжений на параллелях, это позволяет плате работать с разными типами аккумуляторов.
Возможность настраивать порог максимально допустимых

токов заряда и разряда.

Следить за такими параметрами работы АКБ, как, общее напряжение, напряжение на каждой параллели, токи заряда/разряда, температура.

Так же следует поговорить о балансирах. Они бывают двух типов — активные и пассивные.

Активные балансиры производят балансировку уже при зарядке – зарядив одну параллель сборки, они отключают ее от питания, продолжая заряжать вторую.
Пассивные балансиры наоборот, разряжают элементы до одного значения малыми токами через резисторы. Их основной плюс – они не требуют внешнего питания, а также являются более точными за счет применения аналоговых комплектующих.

И так, как же выбрать BMS подходящую под вашу АКБ?

В первую очередь нужно понять, какой тип аккумуляторов будет использоваться — каждая BMS подходит только для определенного вида аккумуляторов. Исключение — smart BMS.
Необходимо понять какое количество параллелей будет в сборке — BMS рассчитана на определенное количество. Исключением так же является smart BMS.
Так же нужно определиться с нагрузкой — BMS рассчитана на определенные токи, в случае их превышения плата будет перегреваться и отключатся. Стоит учитывать, что если BMS будет находиться в закрытом невентилируемом корпусе, то нагреваться она будет сильнее. В таком случае стоит сделать двукратный запас по силе тока, который BMS способна выдерживать, это позволит избежать перегрева.
Не стоит забывать, что BMS бывают симметричные и несимметричные. В некоторых устройствах использование несимметричных BMS недопустимо. Например, в гироскутерах, там, в АКБ для зарядки и разрядки используется один разъем.
В случае, если есть потребность отслеживать различные параметры АКБ, а также настраивать их — smart BMS лучший выбор.

19 июня 2020 г.
54181 просмотр

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.

Плата BMS для литий-ионного аккумулятора фото

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:

Контроль процесса зарядки и разрядки аккумулятора, счёт циклов
Регистрация состояния всех компонентов
Снятие параметров температуры, напряжения, сопротивления, тока заряда
Распределение и балансировка токов между разными компонентами
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.

Подключение BMS платы к батареи фото

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:

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.

Вид микросхемы BMS-контроллера фото

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.

Батарея с системой защиты и контроля фото

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.

BMS плата - что это?

13 июля 2020 г.
3878 просмотров
0 комментариев

BMS плата для литиевых аккумуляторов для чего она нужна

BMS плата для литиевых аккумуляторов для чего она нужна.

Аббревиатура BMS означает – Battery Monitoring System – система мониторинга батареи.

BMS это неотъемлемая часть правильной литиевой аккумуляторной батареи. Большинство опасных ситуаций при использовании литиевых аккумуляторов возникает из-за неправильной эксплуатации. Самый минимум правил для лития- нельзя заряжать выше максимума, разряжать ниже минимума, разряжать и заряжать током большим, чем рекомендован производителем. Электронные платы BMS создаются для контроля самых разных параметров батарей. Основные функций:

защита от превышения отдаваемого тока
от переЗАРЯДа
от переРАЗРЯДа
защита от перегрева
балансировка ячеек

или их комбинации.

Защита от превышения отдаваемого тока

При выборе платы BMS нужно учитывать на какой максимальный ток рассчитаны Ваши аккумуляторы. Ток срабатывания защиты не должен превышать это значение. Иначе никакого смысла в такой защите не будет. Если схема батареи подразумевает параллельное включение банок, например 3s 2p, ток срабатывания защиты должен быть не более чем в 2 раза больше максимального тока одной банки. Если отдаваемый ток превысит порог срабатывания защиты, аккумулятор будет отключен от нагрузки. Работоспособность восстановится автоматически если проблемы в нагрузке будут устранены.

Защита от переЗАРЯДа

Напряжение на каждой секции батареи непрерывно измеряется и при полном заряде включается функция балансировки и когда все секции батареи окажутся заряженными до верхнего предела, вся батарея будет отключена от зарядного устройства.

Защита от переРАЗРЯДа

Если хотя-бы одна из секций окажется разряженной до минимума, вся батарея будет отключена от нагрузки.

Защита от перегрева

С помощью термодатчика измеряется температура батареи. Датчик должен быть в надежном тепловом контакте хотя-бы с одной из банок аккумулятора. При перегреве соответственно BMS отключает аккумулятор от нагрузки или зарядки.

Балансировка

При последовательном соединении аккумуляторов одновременно заряжаться и разряжаться они будут только в том случае, если у них будут идентичны емкость и внутреннее сопротивление. На практике это бывает крайне редко. Даже незначительная разница этих параметров приведет через несколько циклов заряд-разряд к существенной разнице напряжений на каждой секции. Суть балансировки заключается в принудительном выравнивании напряжений на каждой секции. Есть два типа балансировки – пассивная и активная.

Пассивная балансировка

Проще и надежней по схемотехнике. Она начинает работать только в конце заряда. Секции, на которых напряжение уже достигло верхнего уровня заряда шунтируются резисторами и часть зарядного тока выделяется на них в виде тепла. Отстающие секции продолжают заряжаться. Так происходит до тех пор, пока все секции не достигнут 100% заряда. Если у Вас именно такой метод балансировки, нужно обязательно заряжать батарею до конца, иначе балансировка не произойдет. В конце разряда батарея отключится ориентируясь на слабейшую секцию.

BMS для литий ионных / литий-железо-фосфатных аккумуляторов

Активная балансировка

Сложнее и дороже, но имеет свои преимущества. На всём протяжении работы аккумуляторной батареи происходит выравнивание напряжений. У секций с бОльшим напряжением отнимается часть заряда и отдается секциям с меньшим напряжением. Батарею нет необходимости заряжать всегда до конца. И нижний предел заряда используется равномернее у всех. Батарея отключится когда уровень заряда будет 0% у всех элементов.

Устройство BMS платы

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

Напряжения, уровня заряда и глубины разряда

Модуль отслеживает общее напряжение АКБ, напряжение отдельных элементов, не допускает их выхода за рамки допустимых значений.

БМС контроллер может иметь собственные температурные датчики и отслеживать температуру компонентов батареи.

Токов при заряде и разряде

При превышении допустимых значений тока контроллер отключает зарядное устройство или потребляющее оборудование.

Контроль исправности выполняется путем анализа данных, хранящихся в памяти модуля управления: количества циклов перезарядки, граничных значений напряжения и тока.

Мониторинг предельно допустимых токов, количества получаемой и расходуемой энергии при зарядно-разрядном процессе. Оценка внутреннего сопротивления элементов. Анализ общего числа рабочих циклов батареи.

Поддержание оптимальных условий для безопасной работы батареи. Корректное подключение и отключение нагрузки, управление ею, защита АКБ от токовых перегрузок, излишнего заряда, критического разряда, нагрева, утечки тока, КЗ. БМС плата не допускает опасного состояния, непосредственно влияя на батарею (отключая ее), или подает соответствующий сигнал на управляющий контроллер. Отключение АКБ от нагрузки или ЗУ происходит при несоответствии требованиям хотя бы 1 рабочего параметра.

БМС плата может передавать сведения о рабочих параметрах на внешние управляющие устройства по проводной или беспроводной связи.

Распределение энергии между элементами АКБ – для обеспечения корректной зарядки и продления срока службы батареи.

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:

Балансиры.
Модели, обеспечивающие защиту по току или напряжению.
Устройства, обеспечивающие корректную зарядку.
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.