BMS контроллер

Для питания двигателей электросамокатов или сигвеев используются преимущественно литиевые аккумуляторы. Недорогие, простые в использовании, с хорошими показателями емкости – такие аккумуляторы являются оптимальным решением для индивидуального электротранспорта. Но литиевые батареи требуют соблюдения правил эксплуатации, в противном случае аккумулятор может выйти из строя. Для защиты АКБ от поломки производители используют установку специального узла – BMS контроллера.

Что такое BMS контроллер

BMS – система, обеспечивающая управление АКБ, правильную эксплуатацию отдельных элементов питания, безопасность работы батареи. Платы БМС разделяются на простые балансировочные, защитные и сложные микроконтроллеры. Задачи первых двух видов заключаются в правильном распределении заряда и равномерной работе все элементов питания. Микроконтроллер выполняет такие задачи:

• контроль работы всех элементов питания;
• вычисление остаточного цикла заряда;
• определение, распределение токов разряда.

Для электросамокатов или других типов гаджетов используются простые БМС платы, выполняющие такие функции:

• балансир литий-ионной АКБ;
• защита АКБ (по току или напряжению);
• правильный заряд батареи;
• защита батареи от выхода из строя.

Эксплуатационный ресурс АКБ будет большим при использовании более разветвленной, функциональной платы БМС.

Как работает БМС

Конструкция контроллера включает в себя такие узлы:

• защитная микросхема;
• силовой транзистор (отвечает за защиту, отключение нагрузки на элементы питания);
• аналоговая обвязка для балансировки, обеспечения необходимого тока источника питания.

Для балансира обычно используется тип конструкции TL431. Резисторы балансира обеспечивают стабильность напряжения, при этом резисторы могут быть различными, соответствующим виду батареи. Напряжение при питании от транзистора плавно передается к балансиру, после чего система самостоятельно исключает прерывание заданного уровня напряжения. Транзисторное напряжение увеличивается быстро только при минимальном повышении тока, подаваемого на батарею.

Для упрощенных балансиров подходят почти все типы PNP-транзисторов. Мощность транзистора 2.1 вольта соответствует значению тока в 500 миллиампер, который должен получить элемент питания. Чтобы исключить потерю мощности, необходимо схему обеспечить собственным охлаждением, то есть создать оптимальные условия функционирования. Мощность потерь усиливается при зарядном токе от 1 ампера, то есть охлаждение при увеличении тока требуется сильнее. Балансировка АКБ используется для стабилизации уровня мощности при низкоомной нагрузке. Микросхемы типы D1 обеспечивают измерение уровня напряжения.

Одной из функций БМС выступает защита от превышения тока. Величина этого параметра определяется при помощи нескольких способов. Самым распространенным является шунт, фиксирующий уровень напряжения на резисторе. Точность измерения требуется высокая, что становится причиной удорожания конструкции. но надежность также повышается, рабочий ресурс АКБ серьезно увеличивается. Вторым методом диагностики и защиты от коротких замыканий выступает проверка уровня напряжения при его проседании до нуля.

Защита по напряжению занимает меньше времени, для проведения процедуры применяется аналогово-цифровой преобразователь. Но конкретная процедура зависит от типа сборки аккумулятора. При последовательном соединении элементов питания уровень напряжения замеряется на каждой отдельной банке. Но такой вариант имеет минусы – неравномерность разряда, наличие риска высадки в ноль для отдельных элементов. При параллельном соединении таких проблем нет.

Защита по температуре используется редко. Однако эта возможность предусмотрена – на АКБ есть третий контакт, вводящий в сеть терморезистор с сопротивлением, зависящим от температуры окружающей среды. Такое решение защищает от перегрева, так как до срабатывания общей защиты включаются другие элементы. Итог – батарея надежно защищена от перегрева и возгорания.

Как работает заряд?

Одной из функций БМС выступает обеспечение правильного заряда АКБ. Литиевые батареи надо заряжать в 2 этапа:

1. При постоянном уровне тока. При зарядке напряжение увеличивается плавно, батарея потребляет строго заданное количество тока.
2. При постоянном уровне напряжения. Этот этап начинается после достижения уровня напряжения 4 вольт. При зарядке напряжение АКБ поддерживается на уровне от 4.2, при этом поддержка плавная, без скачков.

После достижения необходимого уровня заряда система регистрирует завершение процесса. Устройство надо отключить от  сети, защищая от перезаряда и выхода из строя из-за перегрева.

Балансировка платы применяется для многобаночных АКБ. Эта функция необходима для повышения общего уровня напряжения всей сборки. Требуемый эффект получается при помощи выравнивания уровня напряжения для каждого элемента питания. Это исключает ситуацию, при которой некоторые элементы заряжаются раньше других. Если балансировки нет, одни элементы заряжаются раньше и принимают на себя максимальное значение тока. Это повышает износ, рабочий ресурс ЭП для сборки оказывается различным. В итоге, эффективность АКБ падает, вероятен быстрый выход устройства из строя или падение емкости.

Балансиры, применяемые для АКБ, разделяются на активный тип и пассивный. Активный тип контролирует напряжение в процессе заряда АКБ, активируя подачу напряжения между отдельными ЭП, пока все элементы не будут равномерно заряжены. Пассивные балансиры выравнивают напряжение при других условиях – при разряде. Внешнее питание для такого балансира не требуется, точно повышается, благодаря использованию только аналоговых элементов.

 БМС – важный элемент АКБ, обеспечивающий защиту и повышающий рабочий ресурс. Контроллер ставится для всех новых моделей сборок аккумуляторов, сделать это можно самостоятельно или при обращении в сервис-центр.