Что такое bms плата и зачем она нужна
Перейти к содержимому

Что такое bms плата и зачем она нужна

  • автор:

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.

Плата BMS для аккумулятора — что это?

Литиевые аккумуляторные батареи широко используются сегодня в мобильных устройствах, бытовой технике, ноутбуках, фотоаппаратах, камерах и т. д. Практика показывает, что заводской брак этих источников питания встречается довольно редко. Некорректная работа и неисправности литиевых АБ чаще всего становятся следствием неправильной их эксплуатации. Для недопущения поломок и продления срока службы аккумуляторных батарей схему подключения дополняют BMS-контроллером.

Назначение и функции БМС-контроллера

BMS-плата – это устройство для защиты аккумуляторной батареи от перезаряда, переразряда, короткого замыкания, а также для контроля текущего состояния АБ. В числе функций БМС-контроллера – формирование сигнала на отключение нагрузки при достижении рабочими параметрами предельных значений, отслеживание уровня зарядки и разрядки аккумуляторной батареи.

Как работает устройство

  • по току. Устройство размыкает цепи питания, если значение тока заряда или разряда превышает допустимый уровень. Отключение должно произойти максимально быстро, чтобы за это время не пострадали ни сам контроллер, ни аккумуляторная батарея;
  • по напряжению. Благодаря этой опции АБ защищена от слишком большого заряда и глубокого разряда. Контроллер измеряет рабочие параметры каждой отдельно взятой ячейки аккумуляторной батареи. Если напряжение на одной из них ниже допустимой нормы, BMS-плата снимает нагрузку или отключает зарядку.

Что такое балансировка

Под балансировкой элементов АБ понимают выравнивание напряжений на каждой из ячеек, подключенных последовательно. Ячейки, как правило, несколько различаются по емкости: этим объясняется разное время, необходимое для зарядки каждой из них. Когда один элемент уже заряжен, другим может потребоваться дополнительное время для готовности к работе. При разряде такой батареи большими токами самые заряженные ячейки возьмут на себя максимальный ток (закон Ома). Это ведет к сокращению их рабочего ресурса и преждевременному выходу из строя. Чтобы не допустить подобного, аккумуляторные батареи оснащаются балансирами – специальными устройствами для выравнивания напряжения на всех элементах до одного уровня.

Особенности применения BMS-контроллеров

BMS-платы – достаточно широкий круг устройств, каждое из которых может отвечать за выполнение определенных функций. В некоторых случаях бывает недостаточно одного контроллера, подключенного к аккумуляторной батарее выходящими проводами. Если требуется более функциональная схема, используются несколько связанных между собой электронных плат. Каждая из них может управлять заданным количеством ячеек и отправлять данные на единый контроллер. В каталоге компании НЭТЕР представлены платы для литий-ионных и литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей.

Выбор платы BMS

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 фотоНесимметричная 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.
    • 57387 просмотров

    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:

    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.

    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:

      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.

    • 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *