Схема на свързване bms 16 s. Система за управление на батерията (BMS)

Искам да опиша моята визия за това каква трябва да бъде защитната платка за литий йонни батерииразлични химикали и различен капацитет. Сега, разбира се, има много голям избор от различни BMS за литиево-йонни батерии. Но простият BMS има трудни и твърде критични настройки за реакция, което често причинява повреда на батериите (предимно подуване от презареждане). И усъвършенстваните BMS, които имат много компоненти и дори могат да измерват вътрешното съпротивление на клетките и да конфигурират и обменят данни през компютър и интернет, все още са много скъпи и поради тяхната сложност са трудни за използване от обикновени хора, и цената им е висока.

Мисля, че сега най-големият проблем при използването на литиево-йонни батерии с голям капацитет са системите за управление и защита на такива батерии. Повтарям, вече има решения, но те могат да се преброят на пръсти и са скъпи и не съвсем универсални, въпреки че напредъкът в тази посока не стои неподвижен.

Самата дума BMS означава Система за наблюдение на батериятасистема за наблюдение на батерията и това кратко обозначение може да се използва както за прости аналогови защитни платки, така и за сложни микрокомпютърни системи за наблюдение на литиево-йонни батерии. Но както писах по-горе, първите са твърде примитивни и имат твърде критични настройки за реакция, а вторите са твърде изискани и скъпи. Но такъв няма система за наблюдение на батерията, което би било евтино и просто, но в същото време имаше възможност за персонализиране Различни видове литиево-йоннабатерии, както и настройки за прекъсване на зареждане/разреждане и настройки за балансиране.

Снимка на защитни платки за литиево-йонна батерия

BMS за lifepo4

На тази снимка проста и евтина защитна платка за lifepo4 батерии 4s 12v (4 клетки). Такива BMS обикновено се инсталират в батерии, например в батерии за електроинструменти.

Защитните платки BMS могат да бъдат с различни размери и за различен брой клетки, тоест отделни батерии. Принципът на работа на такива платки е много прост, те следят напрежението на всяка клетка на батерията. И ако напрежението на която и да е клетка надвиши прага на реакция, тогава мощните транзистори ще работят в BMS и ще изключат батерията от зарядното устройство или потребителите. Също така, когато напрежението е зададено, се активира балансирането. Основният параметър, на който трябва да обърнете внимание, е токът, за който е проектирана защитната платка.

По-долу на снимката е по-скъп и напълно функционален BMS

BMS

Има и пълноценни BMS, които са конфигурирани и показват всички данни за батерията на компютър. Имат и допълнителен LCD дисплей за показване на текущото състояние на батерията

Има и други видове BMS, например, фокусирани върху работата като част от слънчева електроцентрала, но те могат да се използват и в електрически превозни средства.

BMS

Контролер за литиево-йонна батерия с пълен мониторинг на състоянието на клетките и показване на състоянието на компютър и LCD дисплей Е, още един пример за BMS, предназначен за електрически превозни средства

BMS за електрически превозни средства

Контролер и мониторинг на литиево-йонни батерии за електрически превозни средства

Предимства и недостатъци на различни BMS

Евтините аналогови защитни платки са предназначени главно за електрически превозни средства и електрически инструменти и имат критични защитни и балансиращи прагове, така че не могат да работят в буферен режим и в същото време да балансират клетките. Това води до дисбаланс и често активиране на защитата и презареждане на клетките. И скъпите BMS могат всичко, но са много скъпи според мен и са предназначени за големи контейнери, а за батерия с малък капацитет тези BMS ще струват повече от самата батерия.

Концепция на моя BMS

1. Мисля, че е напълно достатъчно клетките и батерията като цяло да се управляват само по напрежение, без да усложнява допълнителни измервания на ток и съпротивление. Да, разбира се, за точно определяне на капацитета и токовете, преминаващи във веригата, бих искал да знам всичко. Но обикновен потребителизобщо не е интересно какви токове блуждаят между клетките, вътрешното им съпротивление или само тока на заряд / разряд. А токът на зареждане обикновено се показва от контролерите, през които се зарежда батерията. И също така, ако не, тогава можете да поставите амперметър отделно. Мисля, че освен измерване на напрежението, не е необходимо да измервате нищо друго и от него можете доста точно да видите състоянието на батерията и отделните клетки.

2. Все още мисли абсолютно излишни датчици за температура, тъй като това са допълнителни проводници, ако защитната платка не е монтирана на батерията. Е, прегряване на батерията може да възникне с огромни токове на зареждане / разреждане, което обикновено никога не се случва. Обикновено батериите се зареждат и разреждат с малки токове спрямо капацитета и да кажем, че 100Ah батерия няма да се зарежда с ток 300-500A и да се разрежда с такива токове. Следователно прегряването с обслужваеми клетки е просто невъзможно.

3. Необходима е защитна платка на батерията трябва да може да персонализира различни видовелитиево-йоннабатерия и настройки на прага на балансиране. И за това трябва да се инсталират дисплей и бутони за управление. Разбира се, сега можете лесно да направите връзка с компютър и да работите с настройките през него софтуер. Но това не е удобно, тъй като компютърът не винаги е под ръка и е по-лесно да видите какво се случва и да конфигурирате директно в BMS, отколкото да се свържете с компютър, особено след като не всички уверени потребители на компютър. Като цяло съм за добър и голям дисплей на самия BMS, а комуникацията с компютър и наблюдението с логване е просто безполезно.

4. Работната настройка трябва да бъде както следва:Задаване на прага на напрежението, при който се изключва зарядно устройство. Например за lifepo4 е 3,6-3,9 волта на клетка. В същото време прагът на изключване трябва да бъде променен ръчно и трябва да се посочи всеки, най-малко 3,40 волта, най-малко 4,30 волта, тоест за всеки тип литиево-йонни батерии. И да работи в буферен режим, където батерията е постоянно под напрежение и 100% постоянен заряд действа пагубно на клетките (набъбват).

В същото време платката не се нуждае от вградени превключватели за захранване, за да отвори контакта. По принцип зарядът и разрядът трябва да бъдат разделени на два отделни канала, така че когато зарядното устройство е изключено от акумулатора, потребителите да не изпадат в ситуация, в която акумулаторът е изключен и те се захранват само от зарядното устройство. И като спомен може да бъде слънчеви панели, и вятърен генератор, и всеки друг източник с нестабилно и високо напрежение, от което без акумулатор могат да изгорят свързани консуматори. За да не се случи това (както вече се случи), е необходимо да се разделят каналите за изключване на зареждане и консуматори.

В същото време не е необходимо да поставяте транзисторни ключове на платката за определен ток, тъй като, да кажем, 10A е достатъчно за някой, а 200A не е достатъчно за някой. Вместо ключове можете просто да направите заключения с ниска мощност, да речем с ток от 1А, на който можете да окачите конвенционални или твърдотелни релета, които могат да изключат зареждането и потребителите. Например, ако вашият ток на зареждане не надвишава 20A, тогава настройваме релето да зарежда на 20A. И ако разрядът през инвертора се случи с токове до 100A, тогава настройте релето за изключване на потребителя на 100A.

5. Праговете за балансиране на клетките също трябва да бъдат коригирании балансиращият ток трябва да е доста силен, мисля до 5А в случай на използване на нискокачествени клетки с различно вътрешно съпротивление и различен капацитет. Тук можете да използвате технологията PWM, за да зададете балансиращия ток. Или, например, направете възможно промяната на балансиращите резистори на различни токове.

Появата на контролера на литиево-йонната батерия

от външен видИскам да видя нещо подобно на това устройство. Същото и с дисплея, само три пъти по-голям като цяло 4-5 инча.

bms lcd

Контролер за литиево-йонна батерия

BMS също трябва да има изходи към клетките, само на болтове, мисля всякакъв номер от 2S до 16S. Изходът за изключване на зарядното устройство за външно реле за изключване, както и изходът за изключване на потребителя е подобен. И не мисля, че е необходимо нещо друго. И тъй като балансьорите ще бъдат разположени вътре в BMS, трябва да има масивен алуминиев радиатор, способен да разсейва до 300 вата енергия.

Като цяло, разбира се, можете да направите пълен BMS с вътрешни ключове и различен токбалансиране и за различен брой клетки, но те ще трябва да бъдат произведени в десетки различни конфигурации. И така един BMS, подходящ за основните задачи. Балансиращият ток от 5A на клетка е, разбира се, твърде голям, тъй като при 16 клетки и работата на всички балансьори мощността, разсейвана в топлина, ще бъде до 300 вата. Но както описах по-горе, балансиращият ток може да бъде зададен. Е, за да се намалят габаритите и радиатора, максималният балансиращ ток може да се намали 5 пъти. 1A Мисля, че също ще е достатъчно дори за батерия с голям капацитет.

Това е всичко, мисля, че обясних подробно какво бих искал да видя и защо е така ...

Днес в Русия има увеличение на производителите на автономни електрически превозни средства с малка и средна мощност. Те включват не само електрически превозни средства и градски транспорт. Електрическата тяга се използва успешно за продажба на товарачи, складова и селскостопанска техника, в риболовни и ловни зони за тих лов и риболов (бъгита, лодки, ATV), както и в зони за спорт и развлечения.

Производителите на повечето от тези превозни средства използват електрическо задвижване със средна мощност и литиеви батерии като източници на енергия. За да се гарантира правилно и безопасна работатакава система изисква контрол на заряда на всяка клетка батерия. Повечето производители използват готови системи за управление за това ( BMS) чуждестранно производство (КНР, САЩ, Германия).

Най-ефективните литиеви захранвания, широко използвани в електрическите превозни средства, по своята същност издават работно напрежение от порядъка на 3,2 ... 4 V. За да се осигури работата на електрическото задвижване при по-високо напрежение, те са свързани последователно . При тази конфигурация в батерията, при промяна на параметрите на една или няколко клетки, може да се получи дисбаланс - презареждане, преразреждане на клетките, достигащо в най-лошия случай до 30%. Този режим значително (на моменти) намалява живота на батерията.

Система BMSви позволява да контролирате и балансирате заряда в последователно и в паралелно-последователно свързани батерийни клетки на батерията на автономно електрическо превозно средство.

Има 2 основни вида балансиране на батерийните клетки: активно и пасивно.

Когато се достигне праговото напрежение, системата за пасивно балансиране започва да разсейва енергия върху резистора под формата на топлина, докато процесът на зареждане спира, след което, след като достигне долното прагово напрежение, системата започва да зарежда отново цялата батерия. Процесът на зареждане спира, когато напрежението на всички клетки е в необходимия диапазон.

Пасивното балансиране е еднопосочна система, тя може само да абсорбира заряда на клетката. Активна системабалансирането използва двупосочни DC преобразуватели, като по този начин позволява енергията от по-заредена клетка да бъде насочена към по-разредена клетка под контрола на микроконтролер BMS. Матричният превключвател осигурява маршрутизиране на зарядите към или от клетката. Превключвателят е свързан към DC-DCпреобразувателят, който регулира тока, той може да бъде положителен, когато клетката трябва да се зареди, отрицателен, когато трябва да се разреди. Вместо да се използва резистор и да се разсейва топлината, количеството ток, протичащ по време на зареждане и разреждане, се контролира от алгоритъм за балансиране на натоварването.

Най-широко използваните аналогови системи за пасивно балансиране. Фигурата показва типична системаи неговите характеристики.

Разработихме математически модел на акумулаторна батерия, състояща се от 16 LiFePO 4 клетки, чийто контрол на зареждането се осъществяваше чрез пасив BMS. Математически модел на батерията LiFePO 4 клетки в системата matlab— Simulinkотчита нелинейните характеристики на зареждане и разреждане на батерията, съответстващи на този видклетки, вътрешно съпротивление, както и текущото ниво на максимален капацитет, което се променя по време на жизнен цикълклетки.

Пасивен балансьор беше свързан паралелно към всяка от клетките. За да се контролира процеса на зареждане и балансиране, ключът беше включен последователно, чието отваряне и затваряне се извършваше от команда, идваща от BMS. Изследването е проведено за последния етап на зареждане на батерията от идеален източник на напрежение.

Осцилограми на процеса на зареждане на батерията, състояща се от 16 клетки LiFePO4, едната от които е „повредена“ и с по-малък капацитет

Фигурата показва случая, когато параметрите на една от клетките са променени, по-специално е симулиран случай на загуба на капацитет и увеличаване на вътрешното съпротивление, което може да се случи в реалния живот, например в резултат на удар или поради прегряване.

Повредената клетка се зарежда по-бързо и първа достига необходимото напрежение. Въпреки това не се таксува допълнително. Според принципа, описан по-горе, балансьорът започва да работи. Останалите клетки, маркирани в зелено в момента на спиране на процеса на зареждане, запазват текущото ниво на капацитет, а в момента на възобновяването му продължават да се зареждат.

Когато нивото на напрежение на всички клетки достигне необходимия диапазон, процесът на зареждане спира.

Поздрави на всички, които погледнаха светлината. Ревюто ще се фокусира, както вероятно вече се досещате, върху два прости шала, предназначени да контролират сглобките Li-ion батериинаречен BMS. Прегледът ще включва тестване, както и няколко опции за преобразуване на отвертка в литий на базата на тези платки или подобни. На кого му пука, добре дошли сте под котката.
Актуализация 1, Добавен е тест на работния ток на платките и кратко видео на червената платка
Актуализация 2, тъй като темата предизвика малък интерес, така че ще се опитам да допълня рецензията с още няколко начина да преработя Шурик, за да получа някои прости ЧЗВ

Обща форма:


Кратки експлоатационни характеристики на платките:


Забележка:

Искам веднага да ви предупредя - има само синя дъска с балансьор, червена без балансьор, т.е. Това е чисто платка за защита от презареждане/преразреждане/късо/висок ток на натоварване. И също така, противно на някои вярвания, никой от тях няма контролер за зареждане (CC / CV), така че те се нуждаят от специален шал с фиксирано напрежение и ограничение на тока, за да работят.

Размери на дъската:

Размерите на дъските са доста малки, само 56 мм * 21 мм за синята и 50 мм * 22 мм за червената:




Ето сравнение с батерии AA и 18650:


Външен вид:

Да започнем с:


При по-внимателно разглеждане можете да видите контролера за защита - S8254AA и балансиращи компоненти за монтажа 3S:


За съжаление, според продавача, работният ток е само 8A, но съдейки по таблиците с данни, един MOSFET AO4407A е оценен за 12A (пик 60A), а ние имаме два от тях:

Също така отбелязвам, че балансиращият ток е доста малък (около 40mA) и балансирането се активира веднага щом всички клетки / банки преминат в режим CV (втора фаза на зареждане).
Връзка:


по-просто, защото няма балансьор:


Той също е базиран на защитния контролер - S8254AA, но е предназначен за по-висок работен ток от 15А (отново според производителя):


Според таблиците с данни за използваните мощностни MOSFET, работният ток е обявен за 70A, а пиковият ток е 200A, дори един MOSFET е достатъчен, а ние имаме два от тях:

Връзката е подобна:


Общо, както виждаме, и на двете платки има защитен контролер с необходимото разединение, захранващи мосфети и шунтове за управление на преминаващия ток, но синята има и вграден балансьор. Не съм разглеждал много веригата, но изглежда, че силовите MOSFET са успоредни, така че работните токове могат да бъдат умножени по две. Важна забележка - максималните работни токове са ограничени от токови шунтове! Тези шалове не знаят за алгоритъма за зареждане (CC / CV). В потвърждение, че това са защитни платки, може да се съди по листа с данни за контролера S8254AA, в който няма нито дума за модула за зареждане:


Самият контролер е проектиран за 4S връзка, така че с известно усъвършенстване (съдейки по листа с данни) - запояване на кондера и резистора, червеният шал може да работи:


Не е толкова лесно да модифицирате синия шал на 4S, ще трябва да запоявате елементите на балансира.

Тестване на борда:

И така, нека да преминем към най-важното, а именно доколко те са подходящи за реално използване. За тестване ще ни помогнат следните устройства:
- сглобяем модул (три три / четири регистрови волтметра и държач за три батерии 18650), който мигаше в моя преглед на зарядното устройство, но вече без балансираща опашка:


- двурегистров амперволтметър за контрол на тока (по-ниски показания на инструмента):


- понижаващ DC / DC преобразувател с ограничение на тока и възможност за зареждане на литий:


- зарядно устройство и балансьор iCharger 208B за разреждане на целия комплект

Стойката е проста - преобразувателната платка подава фиксирано постоянно напрежение от 12.6V и ограничава тока на зареждане. Използвайки волтметри, ние гледаме на какво напрежение работят платките и как са балансирани банките.
Като начало, нека разгледаме основната характеристика на синята дъска, а именно балансирането. На снимката има 3 кутии заредени на 4.15V / 4.18V / 4.08V. Както можете да видите, дисбаланс. Прилагаме напрежение, токът на зареждане постепенно пада (долно устройство):


Тъй като кърпичката няма никакви индикатори, краят на балансирането може да се оцени само на око. Амперметърът повече от час преди края вече показваше нули. За тези, които се интересуват, ето кратко видео за това как работи балансьорът в тази дъска:

В резултат на това банките са балансирани на ниво 4.210V/4.212V/4.206V, което е доста добро:


Когато се приложи напрежение малко повече от 12,6 V, както разбирам, балансьорът е неактивен и веднага щом напрежението на една от кутиите достигне 4,25 V, защитният контролер S8254AA изключва заряда:


Ситуацията е същата с червената платка, контролерът за защита S8254AA също изключва заряда на ниво 4.25V:


Сега нека преминем през прекъсването под товар. Ще разреждам, както споменах по-горе, с устройство за зареждане и балансиране iCharger 208B в режим 3S с ток 0.5A (за по-точни измервания). Тъй като наистина не искам да чакам разреждането на цялата батерия, взех една разредена батерия (на снимката е зелен Samson INR18650-25R).
Синята платка изключва товара веднага щом напрежението на една от кутиите достигне 2,7V. На снимката (без натоварване->преди изключване->край):


Както можете да видите, платката изключва товара точно при 2.7V (продавачът посочи 2.8V). Струва ми се, че е малко високо, особено като се има предвид факта, че в същите отвертки натоварванията са огромни, следователно спадът на напрежението също е голям. Въпреки това е желателно в такива устройства да има прекъсване под 2.4-2.5V.
Червената дъска, напротив, изключва товара веднага щом напрежението на една от кутиите достигне 2,5 V. На снимката (без натоварване->преди изключване->край):


Тук като цяло всичко е наред, но няма балансьор.

Актуализация 1: Тест за натоварване:
Следната стойка ще ни помогне с тока на отката:
- все същият държач / държач за три батерии 18650
- 4-регистров волтметър (контрол общо напрежение)
- автомобилни лампи с нажежаема жичка като товар (за съжаление имам само 4 лампи с нажежаема жичка по 65 W всяка, нямам повече)
- мултицет HoldPeak HP-890CN за измерване на токове (max 20A)
- висококачествени медни многожилни акустични проводници с голямо напречно сечение

Няколко думи за стойката: батериите се свързват с “жак”, т.е. сякаш един след друг, за да се намали дължината на свързващите проводници и следователно спадът на напрежението върху тях под товар ще бъде минимален:


Свързване на кутии на държача ("валтом"):


Висококачествените кабели с крокодили от устройството за зареждане и балансиране iCharger 208B действаха като сонди за мултиметъра, тъй като тези на HoldPeak не вдъхват доверие, а допълнителните връзки ще внесат допълнително изкривяване.
Първо, нека тестваме червената защитна платка, като най-интересна по отношение на текущото натоварване. Запоете захранващите и страничните проводници:


Оказва се нещо подобно (товарните връзки се оказаха с минимална дължина):


Вече споменах в раздела за промяната на Шурик, че такива държачи не са много подходящи за такива токове, но те ще направят за тестове.
И така, стойка на базата на червен шал (според измерванията не повече от 15A):


Накратко ще обясня: платката държи 15A, но нямам подходящ товар, който да се побере в този ток, тъй като четвъртата лампа добавя още около 4,5-5A и това вече е извън кърпичката. При 12,6 A мощните MOSFET са топли, но не горещи, точно за непрекъсната работа. При токове над 15А платката преминава в защита. Измерих с резистори, добавиха няколко ампера, но стойката вече е демонтирана.
Голям плюс на червената дъска е, че няма защитно блокиране. Тези. когато защитата се задейства, не е необходимо тя да се активира чрез подаване на напрежение към изходните контакти. Ето кратко видео:

Ще обясня малко. Тъй като студените лампи с нажежаема жичка имат ниско съпротивление и освен това са свързани паралелно, шалът смята, че е възникнало късо съединение и защитата се задейства. Но поради факта, че платката няма блокиране, можете да загреете малко намотките, като направите „по-мек“ старт.

Синият шал издържа повече ток, но при токове над 10A силовите MOSFET се нагряват много. При 15А кърпичката издържа не повече от минута, защото след 10-15 секунди пръстът вече не задържа температурата. За щастие те бързо се охлаждат, така че за краткотрайно натоварване те са доста подходящи. Всичко би било наред, но когато защитата се задейства, платката е блокирана и за отключване е необходимо да се подаде напрежение към изходните контакти. Тази опция явно не е за отвертка. Като цяло поддържа ток от 16A, но MOSFET-ите стават много горещи:


Заключение:моето лично мнение е, че обикновена защитна платка без балансьор (червена) е идеална за електроинструмент. Има високи работни токове, оптимално напрежение на прекъсване от 2,5 V и може лесно да се надстрои до 4S конфигурация (14,4 V / 16,8 V). Мисля, че това е най оптимален изборза преработка на бюджета Шурик за литий.
Сега за синия шал. От плюсовете - наличието на балансиране, но работните токове са все още малки, 12A (24A) е малко недостатъчно за Shurik с въртящ момент от 15-25Nm, особено когато касетата почти спира, когато винтът е затегнат. А напрежението на прекъсване е само 2,7 V, което означава, че при голямо натоварване част от капацитета на батерията ще остане непотърсен, тъй като при високи токове спадът на напрежението на банките е приличен и те също са проектирани за 2,5 V. И най-големият недостатък е, че платката се блокира при задействане на защитата, така че е нежелателно да се използва в отвертка. По-добре е да използвате син шал в някои домашни продукти, но това е моето лично мнение.

Възможни схеми на приложение или как да преобразувате силата на Шурик в литий:

И така, как можете да промените мощността на любимия си Shurik от NiCd на Li-Ion / Li-Pol? Тази тема вече е доста изтъркана и по принцип се намериха решения, но накратко ще се повторя.
Като начало ще кажа само едно нещо - в бюджетните шурики има само защитна платка за презареждане / преразреждане / късо съединение / ток на голямо натоварване (подобно на наблюдаваната червена дъска). Там няма баланс. Освен това дори в някои маркови електрически инструменти няма балансиране. Същото важи и за всички инструменти, където има горди надписи „Зареждане за 30 минути“. Да, зареждат се за половин час, но изключването става веднага щом напрежението на една от кутиите достигне номиналната стойност или защитната платка се задейства. Не е трудно да се досетите, че банките няма да бъдат заредени напълно, но разликата е само 5-10%, така че не е толкова важно. Основното нещо, което трябва да запомните е, че зареждането с балансиране отнема поне няколко часа. Така че въпросът е имате ли нужда от това?

И така, най-често срещаният вариант изглежда така:
Мрежово зарядно със стабилизиран изход 12.6V и ограничение на тока (1-2A) -> защитна платка ->
В резултат: евтино, бързо, приемливо, надеждно. Балансиращи разходки в зависимост от състоянието на кутиите (капацитет и вътрешно съпротивление). Доста работещ вариант, но след известно време дисбалансът ще се почувства по време на работа.

По-правилен вариант:
Мрежово зарядно със стабилизиран изход 12.6V, ограничение на тока (1-2A) -> защитна платка с балансиране -> 3 батерии свързани последователно
В резултат на това: скъпо, бързо / бавно, високо качество, надеждно. Балансът е нормален, капацитетът на батерията е максимален

Като цяло ще се опитаме да направим нещо подобно на втория вариант, ето как можете да го направите:
1) Li-Ion / Li-Pol батерии, защитни платки и специализирано устройство за зареждане и балансиране (iCharger, iMax). Освен това ще трябва да премахнете балансиращия конектор. Има само два минуса - моделните зарядни устройства не са евтини и не е много удобно за поддръжка. Плюсове – висок заряден ток, висок балансиращ ток на буркана
2) Li-Ion / Li-Pol батерии, защитна платка с балансиране, токоограничаващ DC преобразувател, PSU
3) Li-Ion/Li-Pol батерии, защитна платка без балансиране (червено), DC преобразувател с ограничение на тока, PSU. От минусите само това, че с течение на времето ще се появи дисбаланс на консервите. За да сведете до минимум дисбаланса, преди да промените Shurik, е необходимо да регулирате напрежението на същото ниво и е препоръчително да вземете кутии от същата партида

Първият вариант е подходящ само за тези, които имат моделна памет, но ми се струва, че ако са имали нужда от нея, тогава са преработили своя Шурик отдавна. Вторият и третият вариант са почти еднакви и имат право на живот. Просто трябва да изберете кое е по-важно - скорост или капацитет. Мисля, че последният вариант е най-добрият, но само веднъж на няколко месеца трябва да балансирате банките.

И така, достатъчно бърборене, нека да преминем към промяната. Тъй като нямам Shurik на NiCd батерии, следователно за промяната само на думи. Ще ни трябва:

1) Захранване:

Първи вариант. Захранващ блок (PSU), поне 14V или повече. Токът на отката е желателно поне 1A (в идеалния случай около 2-3A). Захранване от лаптопи / нетбуци, от зарядни устройства (изход над 14V), захранвания за LED ленти, оборудване за видеозапис (DIY PSU), например или:


- Понижаващ DC / DC преобразувател с ограничение на тока и възможност за зареждане на литий, например или:


- Вторият вариант. Готови захранвания за шуриков с ограничение на тока и изход 12,6V. Не са евтини, като пример от моя преглед на отвертката MNT -:


- Третият вариант. :


2) Защитен борд с или без балансьор. Препоръчително е да вземете тока с марж:


Ако се използва опцията без балансьор, тогава е необходимо да запоите балансиращия конектор. Това е необходимо, за да се контролира напрежението на бреговете, т.е. за оценка на дисбаланса. И както разбирате, ще е необходимо периодично да презареждате батерията от клетката с обикновен модул за зареждане TP4056, ако е започнал дисбаланс. Тези. веднъж на няколко месеца вземаме шал TP4056 и зареждаме всички банки на свой ред, които в края на зареждането имат напрежение под 4,18V. Този модулправилно прекъсва заряда при фиксирано напрежение от 4,2 V. Тази процедура ще отнеме час и половина, но банките ще бъдат повече или по-малко балансирани.
Написано малко хаотично, но за тези, които са в резервоара:
След няколко месеца заредихме батерията на отвертката. В края на зареждането изваждаме балансиращата опашка и измерваме напрежението на банките. Ако се окаже нещо подобно - 4.20V / 4.18V / 4.19V, тогава балансирането по принцип не е необходимо. Но ако картината е следната - 4.20V / 4.06V / 4.14V, тогава вземаме модула TP4056 и презареждаме две банки на свой ред до 4.2V. Не виждам друга опция, освен специализирани балансиращи зарядни устройства.

3) Високотокови батерии:


Преди това написах няколко малки рецензии за някои от тях - и. Ето основните модели високотокови литиево-йонни батерии 18650:
- Sanyo UR18650W2 1500mah (20A макс.)
- Sanyo UR18650RX 2000mah (20A макс.)
- Sanyo UR18650NSX 2500mah (20A макс.)
- Samsung INR18650-15L 1500mah (18A макс.)
- Samsung INR18650-20R 2000mah (22A макс.)
- Samsung INR18650-25R 2500mah (20A макс.)
- Samsung INR18650-30Q 3000mah (15A макс.)
- LG INR18650HB6 1500mah (30A макс.)
- LG INR18650HD2 2000mah (25A макс.)
- LG INR18650HD2C 2100mah (20A макс.)
- LG INR18650HE2 2500mah (20A макс.)
- LG INR18650HE4 2500mah (20A макс.)
- LG INR18650HG2 3000mah (20A макс.)
- SONY US18650VTC3 1600mah (30A макс.)
- SONY US18650VTC4 2100mah (30A макс.)
- SONY US18650VTC5 2600mah (30A макс.)

Препоръчвам изпитания във времето евтин Samsung INR18650-25R 2500mah (20A макс.), Samsung INR18650-30Q 3000mah (15A макс.) или LG INR18650HG2 3000mah (20A макс.). Не съм попадал особено на други буркани, но моят личен избор е Samsung INR18650-30Q 3000mah. Ските имаха малък технологичен дефект и започнаха да се появяват фалшификати с нисък ток. Мога да изхвърля статия за това как да различим фалшив от оригинала, но малко по-късно трябва да го потърсите.

Как да свържете цялата тази икономика:


Е, няколко думи за връзката. Използваме висококачествени медни многожилни проводници с прилично сечение. Това са висококачествени акустични или конвенционални ShVVP / PVS със сечение от 0,5 или 0,75 mm2 от домашен магазин (ние разкъсваме изолацията и получаваме висококачествени проводници с различни цветове). Дължината на свързващите проводници трябва да бъде минимална. Батерии, за предпочитане от същата партида. Преди да ги свържете е препоръчително да ги заредите на едно напрежение, за да няма дисбаланс възможно най-дълго. Запояването на батерии не е трудно. Основното нещо е да имате мощен поялник (60-80W) и активен поток (киселина за запояване, например). Запоени с гръм и трясък. Основното нещо тогава е да избършете мястото на запояване с алкохол или ацетон. Самите батерии се поставят в отделението за батерии от стари кутии NiCd. По-добре е да има триъгълник, минус към плюс, или, както хората казват, "валт", по аналогия с това (една батерия ще бъде разположена обратно) или малко по-високо добро обяснение (при тестването раздел):


Така че проводниците, свързващи батериите, ще се окажат къси, следователно спадът на ценното напрежение в тях при натоварване ще бъде минимален. Не препоръчвам да използвате държачи за 3-4 батерии, те не са предназначени за такива токове. Страничните и балансиращите проводници не са толкова важни и могат да бъдат с по-малко напречно сечение. В идеалния случай е по-добре да поставите батериите и защитната платка в отделението за батерии, а преобразувателят за понижаване на постоянен ток отделно в докинг станцията. LED индикаторите за зареждане / зареждане могат да бъдат заменени с ваши собствени и показани на кутията на докинг станцията. Ако желаете, можете да добавите миниволтметър към модула на батерията, но това са допълнителни пари, тъй като общото напрежение на батерията само индиректно ще каже за остатъчния капацитет. Но ако има желание, защо не. Тук :

Сега да разгледаме цените:
1) BP - от 5 до 7 долара
2) DC / DC конвертор - от 2 до 4 долара
3) Защитни табла - от 5 до 6 долара
4) Батерии - от 9 до 12 долара ($ 3-4 нещо)

Общо, средно $15-20 на римейк (с отстъпки / купони) или $25 без тях.

Актуализация 2, още няколко начина за римейк на Шурик:

Следващата опция (предложена от коментарите, благодаря I_R_OИ cartmannn):
Използвайте евтини зарядни устройства тип 2S-3S (това е производителят на същия iMax B6) или всички видове копия на B3 / B3 AC / imax RC B3 () или ()
Оригиналният SkyRC e3 има ток на зареждане на клетка от 1,2 A срещу 0,8 A за копия, трябва да бъде точен и надежден, но два пъти по-висок от цената на копията. Можете да закупите доста евтино от същото. Както разбрах от описанието, има 3 независими модула за зареждане, нещо като 3 модула TP4056. Тези. SkyRC e3 и неговите копия нямат балансиране като такова, а просто зареждат банките до една стойност на напрежението (4,2 V) едновременно, тъй като нямат захранващи конектори. В асортимента на SkyRC наистина има устройства за зареждане и балансиране, но балансиращият ток е само 200 mA и вече струва около $ 15-20, но може да зарежда подложки за живот (LiFeP04) и да зарежда токове до 3A. Който се интересува може да разгледа моделна гама.
Общо за тази опцияимате нужда от някое от горните 2S-3S зарядни устройства, червена или подобна (небалансирана) защитна платка и батерии с голям ток:


За мен много добър и икономичен вариант, сигурно бих се спрял на него.

Друг вариант, предложен от другаря Волосати:
Използвайте така наречения "чешки балансьор":

Къде се продава по-добре него да го питаш, за първи път чувам за него :-). Няма да ви кажа нищо за токовете, но съдейки по описанието, той се нуждае от източник на захранване, така че опцията не е толкова бюджетна, но изглежда интересна по отношение на тока на зареждане. Ето връзка към. Общо за тази опция са необходими: източник на захранване, червена или подобна (без балансиране) защитна платка, "чешки балансьор" и силнотокови батерии.

Предимства:
По-рано споменах предимствата на литиевите захранвания (Li-Ion / Li-Pol) пред никелови (NiCd). В нашия случай сравнението лице в лице е типична батерия Shurik от NiCd батерии срещу литиеви:
+ висока плътностенергия. Типична никелова батерия 12S 14.4V 1300mah има съхранена енергия от 14.4*1.3=18.72Wh, докато литиева батерия 4S 18650 14.4V 3000mah има 14.4*3=43.2Wh
+ без мемори ефект, т.е. можете да ги зареждате по всяко време, без да чакате пълно разреждане
+ по-малки размери и тегло със същите параметри като NiCd
+ бързо времезареждане (не се страхува от високи зарядни токове) и ясна индикация
+ нисък саморазряд

От минусите на Li-Ion само:
- ниска устойчивост на замръзване на батериите (те се страхуват от отрицателни температури)
- необходимо е балансиране на кутиите по време на зареждане и защита срещу преразреждане
Както можете да видите, предимствата на лития са очевидни, така че често има смисъл да се преработи захранването ...
+173 +366

В нашата съвременна епоха на обща популяризация на литиевите батерии всеки, дори обикновен потребител на домакински устройства, трябва поне приблизително да разбере тяхното функциониране и рискови фактори по време на тяхната работа. Сред авариите, възникнали с батерии (например електронни цигари), само малък процент се дължат на производствени дефекти, най-често неизправностите са резултат от неправилна работа.

В нашата статия ще разгледаме Най-новите технологии, които са предназначени да предпазват литиевите батерии, и също така обясняват защо са толкова важни.

От теорията литиеви батерииможете да разберете, че те са противопоказни при презареждане, презареждане или разреждане с твърде големи токове, както и късо съединение. При преразреждане в батерията между катода и анода се образуват метални връзки, които водят до късо съединение при зареждане на батерията, което може да доведе до повреда не само на батериите, но и на зарядното устройство. Презареждането (настройване на напрежението на батерията над допустимото) почти веднага води до пожар, а често дори до експлозия.

Литиевите батерии не се нуждаят от кислород, за да горят - следователно това се случва анаеробно стандартни методизакаляването не е подходящо; освен това при реакцията на литий с вода се отделя и запалим водороден газ, което само влошава ситуацията. освобождаване от отговорност големи токовеводи до раздуване на батерията, а при нарушаване на целостта на корпуса литият реагира с водните пари във въздуха, което само по себе си може да предизвика пожар.

Всичко това не отрича очевидните предимства на батериите, сред които:

• висока енергийна плътност на единица маса
• ниска скорост на саморазреждане
• почти пълната липса на ефекта на паметта (когато зареждането на ненапълно разредена клетка води до намаляване на капацитета)
• голям работен температурен диапазон

Леко понижаване на напрежението по време на процеса на разреждане налага някои отговорности на потребителя. Не може да се допуска превишаване максимално напрежение(4,25 V), спад на напрежението под минималното (2,75 V), както и прекомерен работен ток, който е различен за всеки модел. И в този сложен бизнес ще ни помогнат специални устройства - BMS контролери!

Какво е BMS?

Преведено от английски, BMS (батерия система за управление) е системата за управление на батерията. Концепцията е твърде широка, така че описва почти всички устройства, които по някакъв начин осигуряват правилната работа на батериите това устройство, започвайки с прости дъскизащита или балансиране, завършващи със сложни микроконтролерни устройства, които отчитат тока на разреждане и броя на циклите на зареждане (например, както при батериите за лаптопи). Няма да разглеждаме сложни устройства - като правило те са специфични и не са предназначени за обикновен радиолюбител, а се произвеждат само по поръчка за големи производители на устройства.

Това, което се продава навсякъде, може условно да се раздели на четири категории:

• балансьори
• защита (ток, напрежение)
• платки, които осигуряват зареждане (да, те също се считат за BMS устройства)
• определени комбинации от горните опции, до комбинирането на всичко в едно устройство

Колкото по-функционална и разклонена е защитата, толкова по-дълъг е животът на вашата батерия.

Как работят BMS контролерите

Нека видим как BMS системите изпълняват предназначението си.

Структурно дъската може да се разграничи:

• защитен чип
• аналогово свързване (за определяне на ток / балансиране на батерии)
• мощни транзистори (за изключване на товара)

Разгледайте по-подробно работата на всяка от защитите.

Токова защита (срещу късо съединение / свръхток)

Има много опции, за да разберете колко ток протича през линията. Най-често срещаният е шунт (измерване на спада на напрежението върху резистор с ниско съпротивление и голяма мощност), но изисква висока точност на измерване и е много тромав. Методът за измерване на ефекта на Хол няма тези недостатъци, но е по-скъп, така че най-често срещаният метод за определяне на късо съединение в линия е измерването на напрежението, което пада почти до нула в режим на късо съединение.

Съвременните контролери ви позволяват да направите това за много кратък период от време, през който няма да се повредят нито свързаното устройство, нито самата батерия. Но текущата защита може да функционира и на шунт - в края на краищата, в случай на BMS, няма нужда прецизно измерване, важен е само преходът на спада на напрежението през определен праг. Веднага щом възникне събитието, контролерът незабавно изключва товара с помощта на транзистори.

Защита по напрежение (срещу презареждане или презареждане)

Тази защита е по-лесна за справяне, тъй като измерването на напрежението може лесно да се извърши с помощта на аналогово-цифров преобразувател. Но дори и тук има известна специфика - заслужава да се отбележи, че ако контролерът защитава голям набор от последователно свързани батерии, тогава той обикновено измерва напрежението на всяка клетка лично, тъй като поради най-малките разлики в елементите, те имат най-малките разлики в капацитета, което води до неравномерно разреждане и възможност за изпускане на отделен елемент „до нула“.

Някои системи не свързват товара, без да изчакат батерията да се презареди до определено напрежение след задействане на спусъка за преразреждане, тоест не е достатъчно да презаредите елемента за няколко минути, за да работи поне за кратко време - обикновено е необходимо да се зареди до номиналното напрежение (3.6 - 4.2V, в зависимост от типа на батерията).

Температурна защита

Рядко се среща в модерни устройства, но не напразно повечето телефонни батерии са оборудвани с трети контакт - това е изходът на термистора (резистор, който има ясна зависимост на съпротивлението от температурата на околната среда). Обикновено прегряването не възниква само по себе си и други видове защита имат време да работят по-рано - например прегряването може да бъде причинено от късо съединение.

Алгоритъм за зареждане на батерията

Литиевите батерии се зареждат на 2 етапа: CC (постоянен ток, постоянен ток) и CV (постоянно напрежение, постоянно напрежение). По време на първия етап зарядното устройство постепенно повишава напрежението, така че клетката, която се зарежда, да поеме задайте ток(Обичайната препоръчителна стойност е 1 капацитет на батерията). Когато напрежението достигне 4V, зареждането преминава към втори етап и поддържа напрежение от 4,2V на батерията.

Когато елементът практически спре да приема ток, той се счита за зареден. На практика алгоритъмът може да се реализира и с помощта на конвенционално лабораторно захранване, но защо, ако има специализирани микросхеми, които са предварително „заточени“ за извършване на тази последователност от действия, например най-известният от тях, TP4056, е способен да зарежда до 1А.

Какво е балансиране?

Накрая оставихме най-много интересна функция BMS - функция за балансиране на елементите на многоклетъчна батерия.

И така, какво е балансиране? Самият процес включва изравняване на напреженията на клетките на батерията, свързани последователно, за да се увеличи общото напрежение на модула. Поради малки разлики в капацитета на батерията, те се зареждат в малко по-различно време и когато една банка вече може да достигне апогея на зареждане, останалите може все още да нямат заряд.

Когато такъв комплект се разрежда с големи токове, най-заредените елементи, според закона на Ом, ще поемат по-голям ток (при еднакво съпротивление токът ще зависи от напрежението, което е в знаменателя на формулата), което ще причиняват ускореното им износване и могат да извадят елемента от строя. За да се избегне този проблем, се използват балансьори на батерии - специални устройства, които изравняват напрежението на банките до същото ниво.

LiFePO4 батериите са компактни и функционални, леки, издръжливи и оптимални за всяко приложение. За да се предпазят от прекомерно разреждане и презареждане, предупрежденията за дълъг излишък на разрядния ток са завършени с BMS платка с капацитет над четиридесет ампера, те са допълнени с балансьори. По своите предимства уредите са далеч пред своите „събратя“, нямат ефект на паметта, термично и химически стабилни, нетоксични и не подлежат на самозапалване. Минималният брой цикли, дори при подобрена работа, е най-малко 2000 (до сто процента разреждане), а при нежна употреба - около 8000 (ако не разреждате повече от 80%).

Сглобяването на LiFePO4 батерия се състои в последователно-паралелно свързване на клетките на устройството. Това изисква електроизолационни материали, конектори, кабел, зарядно устройство, поялник или контактно заваряване, LiFePO4 клетки. Батериите се поставят заедно, подравняват, залепват за удобство (по предварително избрана схема). След това от всеки се отстранява технологична лепенка (с помощта на спойка или нож), свързват се джъмпери, балансираща лента и захранващ проводник. За да се предпазите от късо съединение, използвайте термосвиване.

Схема на свързване със симетрична BMS платка

Схема на свързване на BMS платка

LiFePO4: монтаж според правилата

Важно е да запомните, че е по-добре да използвате клетки от една и съща партида, в противен случай се ръководете от вътрешното им съпротивление. Не новите продукти трябва да се тестват за капацитет.

Ако дизайнът е създаден последователно, тогава напрежението в клетките се сумира, индикаторът за капацитет остава непроменен. В този случай е наложително да балансирате елементите, тъй като всеки от тях ще има различно време за зареждане.

Паралелното свързване не изисква клетките да бъдат балансирани паралелно, то предполага сумирането на капацитета и параметърът на напрежението остава непроменен.

Инструкциите за сглобяване на LiFePO4 батерия са доста прости, но процесът изисква определени предпазни мерки. Всички елементи трябва да бъдат защитени от механичен удар, за работа трябва да се използват очила. Невъзможно е да затворите клемите с различна полярност (както на самите батерии, така и на електродите), препоръчително е да ги калайдисвате или запоявате, преди да започнете монтажа на конструкцията.

Връзката се осъществява:

1. Точково заваряване.
2. Запояване.
3. Болтова връзка.

Първият вариант е за самостоятелно сглобяване, той е ефективен и не изисква майсторски умения, вторият трябва да се извърши с помощта на мощен поялник и, когато е изложен на контакти, не повече от няколко секунди, а третият е най-много удобен начинсглобяване на LiFePO4 батерия от клетки, които имат болтова връзка.

Сглобяването на LiFePO4 батерия е лесно.