Представьте ситуацию, когда на вашем электросамокате пробег с каждой поездкой становится все меньше и меньше, хотя вес райдера и стиль езды остались прежними.
Причина в аккумуляторе. Такое часто происходит после зимы, когда электросамокат не используется длительное время. Вариантов два: либо аккумулятор старый, либо произошла его разбалансировка.
В этой статье мы разберем несколько способов балансировки аккумуляторной батареи. Сделаем это на примере аккумуляторной батареи от электросамоката Kugoo S3. Также разберем принцип работы BMS плат с балансировкой.
Если бы китайские производители выпускали качественные товары, то не возникла бы необходимость в данной статье. Но к сожалению ни для кого не секрет, что китайские производители используют комплектующие очень низкого качества.
На фото 1 показана аккумуляторная батарея, которая не заряжается до конца.
И даже если бы даже она была в порядке, то все-равно не смогла бы отдать ту емкость, которую китайские производители написали на этикетке (фото 2).
Емкость в данном случае завышена в два раза! Аккумуляторная батарея не выдает даже 25% от того, что написано на этикетке (фото 3).
Попытаемся зарядить наш аккумулятор. Подключаем его к зарядному устройству. На экране видим, что напряжение начинает расти и достигает нужных нам 42 V, потому что мы заряжаем аккумулятор номиналом в 36 V.
Напряжение литиевой ячейки в данном случае - 4.2 V. В данном аккумуляторе имеется 10 ячеек, последовательно соединенных между собой. 4.2 V * 10 = 42 V.
Видим, что на вольтметре напряжение достигло 42 V. Вроде бы все нормально.
Отсоединяем зарядное устройство от аккумулятора и напряжение на вольтметре сразу опускается до 37.8 V.
Это происходит потому, что напряжение одной из секций в данной аккумуляторной батарее уже выше допустимых 4.2 V и плата BMS, выполняя свою защитную функцию, отключает батарею от внешних воздействий. А вольтметр при этом начинает показывать напряжение зарядного устройства.
Полностью зарядить батарею мы так и не смогли и теперь нужно проверить, какую емкость аккумуляторная батарея сможет отдать при разряде.
Подключаем к нагрузке через тот же вольтметр и наблюдаем за процессом разряда. Получается 0 ватт/часов и всего 100 мА·ч.
Мы пытались разрядить аккумулятор нагрузкой в 350 ватт, т.е. такой же силы, которая используется при реальных условиях эксплуатации. Чуть позже повторим измерение в более щадящем режиме.
Теперь проверим напряжение на каждой из секций аккумуляторной батареи и поговорим о том, что такое разбалансировка аккумуляторной батареи.
Напряжение во всех секциях должно быть одинаковым. Но как видно на фото, это не так. Теперь, мы думаем, стало понятно, что такое разбалансировка.
У китайских производителей задача - сделать самый дешевый электросамокат, а соответственно и самую дешевую аккумуляторную батарею. И для этого они используют дешевые низкокачественные материалы.
Производитель безусловно понимает, что такой аккумулятор в электросамокате не будет работать больше одного года. Но из-за низкой цены все электросамокаты будут раскуплены и последующие проблемы лягут на плечи покупателей.
Устранение разбалансировки аккумулятора
Попробуем исправить разбаланс. Но прежде чем его исправлять, мы снова зарядим аккумулятор и еще раз попытаемся его разрядить, но уже менее мощной нагрузкой. Это делается для того, чтобы лучше понять состояние аккумуляторной батареи.
При этом будем наблюдать за напряжением на самой разряженной секции аккумуляторной батареи, чтобы было понятнее, почему отключается батарея.
Как видно на фото 8, даже при нагрузке в 3 ампера аккумуляторная батарея отдает всего лишь 60 мА·ч.
Чтобы исправить эту проблему, нужно выровнять напряжение на всех секциях.
Сделать это можно несколькими способами. Для начала покажем самый дешевый вариант. На алиэкспресс можно найти плату TP4056. Ее основное предназначение абсолютно другое, но мы ее будем использовать для восстановления аккумуляторной батареи.
Эта плата позволит нам зарядить до нужного значения те секции аккумуляторной батареи, которые в этом нуждаются. У этого способа есть свои особенности. Если взять всего одну плату TP4056, то ее достаточно легко испортить, перепутав полярность или подключив неправильное напряжение.
Перед началом зарядки нужно отключить на аккумуляторной батарее балансировочный разъем. Это делается для того, чтобы в случае ошибки не испортить BMS плату.
Еще один минус такого способа зарядки - низкий ток. Максимум - 1 ампер. Поэтому, если у вас только одна плата TP4056 и вы будете по очереди подключать ее к каждой секции, то на зарядку всех 10 секций уйдет достаточно много времени. Если взять несколько плат TP4056, то соответственно, потребуется столько же зарядок.
Преимущество платы TP4056 в том, что она работает от обычной телефонной зарядки и продается с разными разъемами. Такими как micro USB, USB, USB Type-C.
Для зарядки можно использовать и другие зарядные устройства, например, iMAX B6. Здесь важно при зарядке не перепутать полярность, так как зарядные устройства стоят намного больше, чем TP4056 и цена ошибки возрастает.
Самым простым способом будет полная одновременная зарядка всех секций до 4.2 V, т.е. до самого конца. Если мы будем пытаться зарядить все секции до напряжения максимально заряженной секции, то у нас ничего не получиться.
Представим, что мы захотели достичь напряжения 4.1 V. Измеряем напряжение на контактах и видим, что напряжение уже достигло нужного значения. Начинаем заряжать следующую секцию. А через пару часов еще раз замеряем напряжение на секции, которую, как нам казалось, мы зарядили, и видим, что там совсем другое напряжение...
То же самое произойдет, если не заряжать слабые секции, а пытаться разрядить перезаряженные секции.
Для автоматизации этого процесса был придуман интересный способ. Далее в статье мы опишем его.
А сейчас рассмотрим еще одну особенность дешевых BMS плат, которые призваны обезопасить использование литиевых аккумуляторов.
Как видим на фото 10, разъем от BMS платы отключен.
BMS плата должна быть в защите. И в таком случае логика платы понимает ситуацию, будто бы напряжение на всех секциях равно нулю, а заряд и разряд должны быть исключены. И это действительно так и происходит, но с большой задержкой. Поэтому мы никогда не используем дешевые BMS платы, т.к. они абсолютно непредсказуемы.
Теперь мы расскажем о платах балансировки. Не нужно путать их с BMS платами. В них подобная функция иногда уже присутствует. Также плату балансировки можно использовать параллельно с BMS платой, даже если в ней самой тоже есть балансировка.
Это нужно тогда, когда не хватает балансировочного тока BMS платы или там нет такой функции вовсе.
Мы не можем утверждать, что данные платы будут работать с любыми BMS платами. Ведь логика их работы может оказаться весьма нестандартной. Можно использовать эти платы только при полном понимании всего процесса.
Попытаемся имитировать процесс заряда аккумуляторной батареи на примере одной секции. Каждый блок балансировочной платы работает отдельно и по двум проводам измеряет напряжение.
Если оно больше 4.2 V, то плата подсоединяет в параллельной секции нагрузочный резистор, т.е. рассеивает в виде тепла в 0.25 Ватт. Если излагать другими словами, то потребляет ток силой 60 мА·ч. Потребление тока прекращается, как только напряжение падает ниже 4.2 V.
Аналогично работает балансировка внутри BMS платы. Отличаются лишь пороги срабатывания. Например, балансировка может включаться при достижении 4.2 V, а отключаться при напряжении 4.17 V. Эти пороги устанавливаются производителем и их нужно смотреть в спецификациях к каждой конкретной BMS плате.
Самое время вспомнить советы "диванных экспертов" никогда не заряжать аккумуляторную батарею до конца, якобы в этом случае срок ее эксплуатации продлится. Смело можно отправить данную статью этим людям.
Возможно для аккумуляторов, собранных из брендовых элементов, в этом и есть какой-то небольшой смысл. Но в данном случае такой совет фатален! Ведь мы оставляем банки полностью без балансировки.
Подключим две BMS платы к аккумуляторной батарее и посмотрим, как они справятся со своей задачей. Мы специально не стали заряжать все разряженные секции.
Теперь подключаем стандартное зарядное устройство от электросамоката Kugoo S3, т.е. подаем на аккумуляторную батарею ток силой в 1.5 А и оставляем на зарядке на 24 часа. Мы были уверены, что через сутки аккумуляторная батарея будет готова к эксплуатации.
Но все оказалось не так просто. Ток заряда пропадает и не возобновляется. Происходит это потому, что секции на аккумуляторной батарее все равно перезаряжаются.
И нам повезло, что даже наша дешевая BMS плата не дает этому произойти и уходит в защиту, исключая любое воздействие на аккумуляторную батарею. А в этот момент плата балансировки активно рассеивает в виде тепла излишне накопленную энергию.
Заряд у нас происходит током силой в 1500 мА·ч, а плата балансировки потребляет всего 60 мА·ч, т.е. одно за другим просто не успевает. И что интересно, зарядка не включается, когда напряжение на всех секциях становится меньше 4.2 V.
Дело в том, что логика конкретно этой BMS платы никому не известна и ей требуется какое-то время, чтобы запуститься. И если мы просто оставим аккумуляторную батарею на зарядке, то большую часть времени она будет просто лежать и не заряжаться.
Поэтому для ускорения процесса параллельно к самым перезаряженным секциям мы подключили еще один резистор.
Идет уже третий день экспериментов по восстановлению аккумуляторной батареи, поэтому использование дополнительных резисторов происходит довольно активно.
Мы решили штатно поменять резисторы на другие, чтобы увеличить балансировочный ток и ускорить процесс.
В процессе зарядки плата достаточно сильно греется, поэтому ток балансировки в 60 мА·ч - это максимум. Литиевые ячейки крайне нежелательно перегревать.
Из очередного тайм-лапса мы видим, что токи в 600, 200 и даже в 100 мА·ч оказываются чересчур большими. Плата балансировки до сих пор не успевает за скоростью заряда. А наша дешевая BMS плата позволяет перезаряд до довольно больших цифр (фото 14).
А теперь представьте, что если бы BMS плата была более качественная и отключала бы заряд при достижении 4.2 V, то наша плата балансировки вообще ни разу бы не включилась и была бы полностью бесполезной.
А тем временем прошло уже несколько дней. Ведь, как вы понимаете, токи зарядки даже в 100 мА·ч ничтожно малы. А у нас принцип никогда не оставлять литиевые аккумуляторы такого низкого качества на зарядке на ночь без присмотра.
Как можно видеть на фото с 15 по 23, напряжение на секциях все равно сильно разнится.
В итоге было принято решение оставить аккумуляторную батарею на зарядке током силой в 60 мА·ч. Не представляем, какими способами это можно было бы сделать в домашних условиях и без лабораторного блока питания.
Если вы хотите сделать эту процедуру без соответствующего оборудования, то необходимо оставлять аккумулятор на штатном зарядном устройстве круглосуточно. Но даже у нас ушло на весь процесс почти две недели.
А под конец эксперимента мы решили подключить к аккумуляторной батарее обычную зарядку, чтобы понять, можно ли будет воспользоваться такой аккумуляторной батареей и хотя бы поддерживать ее в восстановленном состоянии без походов в сервисный центр.
И вы знаете, все-таки можно! Ведь все зарядные устройства снижают ток на уровне, близкому к полностью заряженной аккумуляторной батарее. А как раз это нам и нужно, чтобы перезаряженные секции успевали разряжаться с такой же скоростью, с какой будут заряжаться остальные секции.
И как итог всего эксперимента нам нужно понять, был ли смысл во всей этой процедуре?
Проведем финальный тест емкости аккумуляторной батареи. Она выдала более 10.74 Ah! Так что на этой аккумуляторной батарее можно кататься!
Мы восстанавливали эту аккумуляторную батарею не для того, чтобы ей потом пользоваться. Все проведенные процедуры лишь временно восстанавливают ее работоспособность. Несмотря на дополнительные платы балансировки, через какое-то время данная аккумуляторная батарея все равно вернется в свое первоначальное состояние, в котором она была в начале эксперимента.
Но если ее эксплуатация будет постоянной и зарядное устройство всегда будет подключено еще несколько часов при каждом цикле, то аккумуляторная батарея дольше сохранит свои восстановленные характеристики.
✅ Статья оказалась полезной для Вас? Поделитесь ей в социальных сетях!
✅ Аксессуары и запчасти для электросамокатов вы можете приобрести в нашем интернет-магазине на Яндекс.Маркет, Wildberries, ОЗОН.
🛴 Компания SpareLine осуществляет многопрофильный ремонт электротранспорта, электротехники и мелкой бытовой техники. Более подробно вы можете ознакомиться с услугами на сайте компании www.spareline.ru.
✅ За консультацией обращайтесь по телефону компании ☎ 8 (495) 205 2728, либо пишите в бизнес-аккаунт ✆ WhatsApp.
✔ Оставляйте комментарии! Задавайте вопросы! Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропустить полезную и интересную информацию!
Читайте наши другие статьи:
- Электросамокаты становятся популярнее и будут приравнены к транспортному средству