ПРИНЦИП РАБОТЫ BMS-КОНТРОЛЛЕРОВ
Давайте посмотрим, по какому принципу BMS системы выполняют своё предназначение.
Структурно на плате можно выделить:
- микросхема защиты
- аналоговая обвязка (для определения тока/балансировки аккумуляторов)
- силовые транзисторы (для отключения нагрузки)
Рассмотрим подробнее работу каждой из защит.
ЗАЩИТА ПО ТОКУ (ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ / ПРЕВЫШЕНИЯ ДОПУСТИМОГО ТОКА)
Существует множество вариантов узнать, какой ток течёт по линии. Самый распространённый – шунт (измерение падения напряжения на резисторе с низким сопротивлением и большой мощностью), но он требует большой точности измерений и весьма громоздкий. Метод с измерением на основе эффекта Холла лишён этих недостатков, но стоит дороже, поэтому самый распространённый метод определения КЗ на линии – измерение напряжения, которое проседает практически до нуля в режиме КЗ. Современные контроллеры позволяют сделать это в очень короткий промежуток времени, за который ущерб не нанесётся ни подключенному устройству, ни самому аккумулятору. Но защита по току может функционировать и на шунте – ведь в случае BMS тут не нужно точное измерение, важен лишь переход падения напряжения через определённый порог. Как только событие наступает, контроллер сразу же отключает нагрузку при помощи транзисторов.
Выбрать электросамокат с качественным аккумулятором можно на Rusamokat.ru
ЗАЩИТА ПО НАПРЯЖЕНИЮ (ОТ ПЕРЕЗАРЯДА ИЛИ ПЕРЕРАЗРЯДА)
С этой защитой разобраться попроще, так как измерение напряжения легко можно сделать, используя аналогово-цифровой преобразователь. Но и тут есть некая специфика – стоит отметить, что если контроллер защищает большую сборку из последовательно соединённых аккумуляторов, то обычно он меряет напряжение каждой банки персонально, так как ввиду мельчайших различий в элементах они имеют мельчайшие же различия по ёмкости, что выливается в неравномерный разряд и возможность высадить «в ноль» отдельный элемент.Некоторые системы не подключают нагрузку, не дождавшись дозаряда аккумулятора до определённого напряжения после срабатывания триггера по переразряду, то есть недостаточно подзарядить элемент пару минут, чтобы он поработал ещё хоть малое время – обычно необходимо зарядить до номинального напряжения (3.6 – 4.2В, в зависимости от типа аккумулятора).
ЗАЩИТА ПО ТЕМПЕРАТУРЕ
Редко встречается в современных устройствах, но не зря большинство аккумуляторов для телефонов оборудовано третьим контактом – это и есть вывод терморезистора (резистора, имеющего чёткую зависимость сопротивления от окружающей температуры). Обычно перегрев не наступает сам собой и раньше успевают сработать другие виды защиты – например, перегрев может быть вызван коротким замыканием.
АЛГОРИТМ РАБОТЫ ЗАРЯДА БАТАРЕЙ
Зарядка литиевых аккумуляторов происходит в 2 этапа: CC (constant current, постоянный ток) и CV (constantvoltage, постоянное напряжение). В течение первого этапа зарядное устройство постепенно поднимает напряжение таким образом, чтобы заряжаемый элемент брал заданный ток (обычное рекомендованное значение равно 1 ёмкости аккумулятора). Когда напряжение достигает 4В, зарядка переходит на второй этап и поддерживает напряжение 4.2В на батарее. Когда элемент практически перестанет брать ток, он считается заряженным. На практике, алгоритм можно реализовать и при помощи обычного лабораторного блока питания, но зачем, если есть специализированные микросхемы, заранее «заточенные» под выполнение этой последовательности действий, например, самая известная из них – TP4056, способна заряжать током до 1А.
ЧТО ТАКОЕ БАЛАНСИРОВКА?
Напоследок мы оставили самую интересную функцию BMS – функцию балансировки элементов многобаночного аккумулятора, которыми как раз и комплектуются электросамокаты.
Итак, что же такое балансировка?
Сам процесс её подразумевает выравнивание напряжений на элементах батареи, соединённых последовательно для повышения общего напряжения сборки. Из-за небольших отличиях в ёмкости батарей они заряжаются за немного разное время, и когда одна банка может уже достигнуть апогея зарядки, остальные могут ещё недобрать заряд.При разряде такой сборки большими токами наиболее заряженные элементы по закону Ома возьмут на себя больший ток (при равном сопротивлении ток будет зависеть от напряжения, которое находится в знаменателе формулы), что вызовет их ускоренный износ и может вывести элемент из строя. Для того, чтобы избежать этой проблемы, применяют аккумуляторные балансиры – специальные устройства, выравнивающие напряжения на банках до одного уровня.
АКТИВНЫЕ И ПАССИВНЫЕ БАЛАНСИРЫ
Активные балансиры производят балансировку уже при зарядке – зарядив одну банку сборки, они отключают её от питания, продолжая заряжать вторую. Как яркий пример такого устройства – популярное среди моделистов ЗУ Imax B6, в режиме Balance оно сразу проверяет напряжения индивидуально на каждой банке и справляется с этим на отлично.
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 счёт применения аналоговых комплектующих (и более дешёвыми, так как не содержат сложных микросхем).
В завершении скажем, что производителями BMS - плат в большинстве случаев разрабатываются и мобильные приложения для оперативного отслеживания состояния аккумулятора.
На самом деле, платы bms стоят везде, в любых самокатах и гироскутерах, на любом электротранспорте. Но! Везде стоят очень урезанные по функционалу платы, в которых нет функции балансировки (а это очень важно для предотвращения разбега уровня заряда в параллелях и последующего сокращения общей емкости батареи).
Но штатная бмс выполняет только базовые функции, а именно:
1. Отключение всей батареи от зарядки при полном заряде хотя бы одного из элементов (параллелей);
2. Отключение батареи при разряде, если напряжение на одной из параллелей упало ниже критического значения (обычно это 3В, но некоторые платы отключают при 3.2-3.3, а некоторые при 2.7).
3. Отключение батареи в случае короткого замыкания.
Вот, собственно, и всё, что делают все штатные платы BMS.
В случае отсутствия платы совсем - гироскутеры и самокаты начали бы гореть и взрываться уже спустя короткое время после начала эксплуатации. Совсем без bms эксплуатировать li-ion, li-po и другие батареи на основе лития нельзя, т.к.перезаряд гарантированнл вызывает пожар, а то и взрыв, а переразряд очень быстро убьет батарею без шансов на восстановление. А короткое замыкание также чревато возгоранием и взрывом.
Если эта статья оказалась для вас полезной, не стесняйтесь поставить лайк и поделиться с друзьями в соцсетях.