что делает плата bms

На Токе заряженный портал

Что такое BMS (Battery Management System) и для чего она нужна? — На токе

Что такое BMS (Battery Management System) и для чего она нужна?

Современные аккумуляторные батареи не являются такими примитивными как их древние предшественники. Технический прогресс шагает вперёд неудержимо, да и к тому же, разработчикам нужно что-то постоянно изобретать, дабы удивлять публику совершенством своего мозга и естественно, вытягивать с завидной регулярностью деньги с кармана неискушённого потребителя, удивляя его какими-либо научно-техническими «фокусами». Но даже если откинуть эти самые чудеса, имеет место чисто технологическая необходимость, от которой просто никуда не деться. В этой теме речь пойдёт о такой нужной «примочке», как система управления батареей или сокращённо BMS, которая практически всегда является неотъемлемым атрибутом современной, высокотехнологичной АКБ.

Содержание:

Что такое система управления батареей (BMS)?

BMS — это электронная плата, устанавливаемая на АКБ для выполнения таких задач:

BMS получает данные и на их основе балансирует заряд компонентов, предохраняет батарею от КЗ, излишнего разряда и излишнего заряда, перегрузки по току, перегрева и переохлаждения. Функционал БМС не только повышает эффективность работы аккумуляторов, но и в значительной степени продлевает срок эксплуатации накопителей. Если АКБ доходит до критического состояния, BMS принимает соответствующее решение: она запрещает использование накопителя в системе, просто отключая его. Есть такие вариации BMS, в которых разработчики организовали запись данных о функционировании электробатареи и их передачу на ПК.

BMS очень важна для такой разновидности АКБ, как литий-железо-фосфатная (обозначается LiFePO4). Эти изделия весомо переигрывают своих Li-ion оппонентов по безопасности, производительности, а также стабильности. Однако у LiFePO4 АКБ есть один недостаток: девайсы восприимчивы к перезаряду, а также к разряду ниже допустимого для них напряжения. Поэтому система управления аккумулятором устанавливается на LiFePO4 в обязательном порядке, так будет максимально снижен риск порчи отдельных ячеек АКБ и полной поломки агрегата.

В идеале, напряжение каждого из компонентов находящегося в составе LiFePO4 аккумулятора, не должно выходить за определённые рамки и оно должно быть у всех составляющих одинаковым. Как обстоят дела на самом деле? Очень редко можно встретить аккумуляторную батарею, у которой все элементы входящие в её состав демонстрируют идеально ровную ёмкость. Думаете различие всего на долю-другую ампер-часов останется незаметным и всё обойдётся? Ошибаетесь! Даже такая мизерная разница, может в дальнейшем обусловить разность напряжения при процессе зарядки/разрядки. Для LiFePO4 эта самая разница может обернуться довольно печальными последствиями.

Если ячейки соединены параллельно, то напряжение на каждой будет находиться почти на одном и том же уровне: те компоненты, которые окажутся более заряженными, смогут тянуть своих менее заряженных коллег. А вот при последовательном подключении, к сожалению, ровного распределения заряда ожидать не приходится. Чем это чревато? А тем, что одни компоненты будут недозаряжаться, а другие наоборот, будут получать избыточный заряд. Не стоит обманываться, если общее напряжение по окончанию зарядки дойдёт практически до идеального показателя.

Даже при скромном превышении заряда некоторых элементов аккумуляторной батареи, имеет место деградация: электронакопитель по ходу эксплуатации не сможет отдавать нужную ёмкость и из-за неравномерного распределения заряда, агрегат в ускоренном режиме станет сдавать свои былые позиции и по итогу, дойдёт до полной неработоспособности. Компоненты с самым маленьким уровнем заряда станут просто-напросто слабым звеном аккумуляторной батареи: они будут довольно быстро разряжаться, а вот элементы обладающие большей ёмкостью будут разряжаться только отчасти.

В этом случае помогает балансировка аккумулятора, которую осуществляет BMS. Микросхема тщательно отслеживает чтобы все компоненты АКБ по окончанию зарядного процесса получили равномерное напряжение. Когда зарядное мероприятие подходит к логическому окончанию, БМС осуществляет балансировку посредством шунтирования подзарядившихся компонентов либо же переправляет энергию ячеек с повышенным напряжением, компонентам на которых оно меньше. Блок контроля АКБ, балансируя агрегат и контролируя температурный режим, а также осуществляя ряд других функций, обеспечивает максимально долгий срок эксплуатации батареи.

Для чего нужна BMS (основное назначение)

Вообще, понятие BMS — весьма широкое, поэтому оно распространяется практически на всё оборудование, обеспечивающее корректное функционирование АКБ. Это могут быть как простенькие платы защиты либо балансировки, так и более сложные микроконтроллерные приспособления.

То, что сейчас предлагают разработчики, можно условно выделить в 4 категории:

Функции BMS

1. Контролирует:

Схема имеет возможность сохранять в памяти некоторые данные: число циклов заряда/разряда, значение наибольшего и наименьшего напряжения составляющих и тока зарядки/разрядки. Именно на эту информацию и нужно ориентироваться при определении рабочего состояния АКБ.

2. Интеллектуально-вычислительная функция. На основе выше приведённых пунктов, система контроля АКБ оценивает:

3. Связная функция. Микросхема предоставляет возможность подавать вышеприведённые данные на внешние устройства управления, посредством проводной либо беспроводной связи.

4. Защитная функция. Система защиты АКБ оберегает её, не давая выходить на тот режим работы, который может нанести ущерб. Микросхема осуществляет безопасное подключение и отключение нагрузки, её гибкое регулирование, а также защищает электробатарею от:

Контрольная плата может нейтрализовать опасный для электронакопителя процесс, воздействуя непосредственно на аккумулятор либо же, подавая нужный сигнал контроллеру о недопустимости дальнейшего использования АКБ. Система отключает электронакопитель от нагрузки или зарядного приспособления в ситуации, когда хотя бы один из рабочих параметров выйдет за рамки принятых значений.

5. Функция балансировки. Равный заряд всех ячеек электронакопителя, продлевает срок его службы в максимальной степени.

Другие технические нюансы

1. Для защиты микросхемы БМС от влаги и пыли, производитель наносит на неё специальное защитное покрытие.

2. Бывают случаи, когда в распоряжении батареи имеется несколько контрольных плат и каждая из них заведует определённым количеством элементов и отправляет выходящие данные общему контроллеру.

3. На самом деле, БМС могут брать на себя намного больше обязанностей, чем просто управление аккумулятором. Данная плата может даже в некоторой степени контролировать режим работы электротранспорта. Если АКБ участвует в функционировании системы рекуперации, то высокотехнологичная микросхема может осуществлять регулировку процесса зарядки электробатареи при замедлении.

4. Практически во всех магазинах можно найти уже готовые решения в состав которых входит блок контроля батареи. Однако если случилось так, что вам нужно найти BMS отдельно, то учитывайте следующее: плату контроля нужно совмещать только с той разновидностью аккумуляторных батарей, на которую она рассчитана. Кроме того, нужно учитывать, какое количество ячеек должна обслуживать приобретаемая BMS. Этот параметр обозначается «Cells» либо литерой «S». К примеру, если микросхема имеет обозначение «12S» или «12 cells», то плата рассчитана на обслуживание 12 элементов.

5. Для избежания перезарядки, в принципе, можно обойтись и без BMS — оказывается защитить аккумуляторную батарею от перезаряда может и контроллер. У этих устройств есть такая функция как отключение АКБ, если та разрядится до определённого напряжения, а защиту от перегрева, как правило, берёт на себя зарядное оборудование. Что касается конкретно балансировки, то можно собственными силами соорудить простейший балансир.

Как определить качественную BMS (советы сведущих людей)

1. Если говорить о продукции приобретаемой на всенародно любимом AliExpress, то у хорошей платы должно быть большое количество положительных отзывов от покупателей их Европы, США и естественно России.

2. Количество баланс-резисторов и светодиодных элементов (при их наличии), должно быть равно числу ячеек в аккумуляторной батарее.

3. Разводка и пайка должны быть выполнены аккуратно хотя бы внешне, кроме того, нужно обращать внимание на «полиграфические изыски», проще говоря на наклейку, и толщину силовых дорожек.

4. Весьма хорошим вариантом будет поиск информации о присмотренной вами платы управления в рунете. Ищите особенности оборудования, нюансы и отзывы реальных людей.

5. Отнеситесь к выбору BMS с максимальной степенью ответственности. Не рационально экономить на этом устройстве, ведь даже качественное, стоит не так уж и много, а запороть аппаратуру в случае с некачественным вариантом может на приличную сумму.

Заключение

Ну что же, как видим, Battery Management System, вещь действительно необходимая современным аккумуляторам. От чего она только не спасает! Если на вашей АКБ установлена подобная система — можете спасть спокойно, ваш агрегат не пропадёт и кроме того, прослужит вам максимально долго, радуя своей предельной отдачей при этом!

Источник

Устройство BMS платы

Статья обновлена: 2020-12-17

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:

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:

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:

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.

Источник

Устройство BMS платы

Статья обновлена: 2020-12-17

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:

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:

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:

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.

Источник