BMS ühendusskeem. BMS – akukaitse kontrollerite ülevaade. Noh, nüüd peamisest :)
Tahaksin kirjeldada oma nägemust, milline peaks olema kaitseplaat erineva keemilise koostisega ja erineva võimsusega liitiumioonakudele. Nüüd on muidugi väga suur valik liitiumioonakude jaoks erinevaid BMS-e. Kuid lihtsatel BMS-idel on ranged ja liiga kriitilised reageerimisseaded, mis põhjustab sageli akude rikke (enamasti paisuvad need ülelaadimisest). Kuid täiustatud BMS, millel on palju komponente ja mis on võimeline mõõtma isegi rakkude sisemist takistust ning konfigureerima ja vahetama andmeid arvuti ja Interneti kaudu, on endiselt väga kallid ning oma keerukuse tõttu on neid tavainimestele raske kasutada. ja nende maksumus on kõrge.
Ma arvan, et praegu on suure mahutavusega liitiumioonakude kasutamisel suurim probleem selliste akude jälgimis- ja kaitsesüsteemid. Kordan, lahendusi juba on, kuid neid saab ühel käel üles lugeda ja need on kallid ega ole täiesti universaalsed, kuigi edusammud selles suunas ei seisa paigal.
Sõna BMS ise tähendab Aku jälgimise süsteem see tähendab akude jälgimissüsteemi ja see lühike tähistus võib viidata nii lihtsatele analoogkaitseplaatidele kui ka liitium-ioonakude keerukatele mikroarvuti seiresüsteemidele. Aga nagu ma juba eespool kirjutasin, on esimesed liiga primitiivsed ja liiga kriitiliste päästikuseadetega ning teised liiga keerukad ja kallid. Aga sellist asja pole aku jälgimise süsteem, mis oleks odav ja lihtne, kuid samas saaks kohandada erinevatele tüüpidele liitium-ioon akud, samuti laadimise/tühjenemise väljalülitamise ja tasakaalustamise seaded.
Liitium-ioonaku kaitseplaatide fotod
BMS for lifepo4
Sellel fotol on lihtne ja odav kaitseplaat lifepo4 patareidele 4s 12v (4 cell). Need BMS-id paigaldatakse tavaliselt akudesse, näiteks elektritööriistade akudesse.BMS-i kaitseplaadid võivad olla erineva suurusega ja erineva arvu elementide jaoks, see tähendab üksikute akude jaoks. Selliste plaatide tööpõhimõte on väga lihtne, nad jälgivad iga akuelemendi pinget. Ja kui pinge mõnes elemendis ületab tööläve, töötavad BMS-i jõutransistorid ja ühendavad aku laadijast või tarbijatest lahti. Samuti, kui pinge on seadistatud, aktiveeritakse tasakaalustamine. Peamine parameeter, millele peaksite tähelepanu pöörama, on vool, mille jaoks kaitseplaat on mõeldud.
Alloleval fotol on kallim ja täisfunktsionaalne BMS
BMS
Samuti on olemas täisväärtuslikud BMS-id, mida saab konfigureerida ja kuvada kõik aku andmed arvutis. Neil on ka täiendav LCD-ekraan, mis kuvab aku hetkeseisuBMS-e on ka teist tüüpi, näiteks päikeseelektrijaama osana töötamiseks mõeldud ja neid saab kasutada ka elektritranspordis.
BMS
Liitium-ioonakude kontroller, millel on täielik kontroll elemendi oleku ja olekukuva üle arvutil ja LCD-ekraanil
Noh, veel üks näide elektrisõidukite jaoks loodud BMS-ist
BMS elektrisõidukile
Elektrisõidukite liitiumioonakude kontroller ja monitooring
Erinevate BMS-ide eelised ja puudused
Odavad analoogkaitseplaadid on mõeldud peamiselt elektrisõidukitele ja elektritööriistadele ning neil on kriitilised kaitse- ja tasakaalustamisläved, mistõttu nad ei saa töötada puhverrežiimis ja siiski elemente tasakaalustada. See toob kaasa tasakaalustamatuse ja kaitse sagedase aktiveerimise ning elementide ülelaadimise. Ja kallid BMS-id suudavad kõike, aga need on minu meelest väga kallid ja mõeldud suure mahutavuse jaoks ja väikese mahutavusega aku jaoks maksavad need BMS-id rohkem kui aku ise.Minu BMS-i kontseptsioon
1. Arvan, et elementide ja aku kui terviku juhtimisest piisab täiesti ainult pingest, muutmata seda täiendavate voolu- ja takistusmõõtmistega. Jah, muidugi, et täpselt määrata vooluringis läbivat mahtuvust ja voolusid, tahaksin kõike teada. Aga tavakasutajat üldse ei huvita, millised voolud rakkude vahel ekslevad, nende sisetakistus või lihtsalt laadimis/tühjendusvool. Ja laadimisvoolu näitavad tavaliselt kontrollerid, mille kaudu akut laetakse. Ja kui ei, siis saate ampermeetri eraldi paigaldada. Arvan, et peale pinge mõõtmise polegi vaja midagi muud mõõta ja sellest on üsna täpselt näha aku ja üksikute elementide seisukord.2. Ma veel mõtlen absoluutselt mittevajalikud temperatuuriandurid, kuna need on lisajuhtmed, kui kaitseplaat pole akule paigaldatud. Noh, aku ülekuumenemine võib toimuda suurte laadimis- / tühjendusvoolude korral, mida tavaliselt kunagi ei juhtu. Tavaliselt laaditakse ja tühjendatakse akusid võimsusega võrreldes väikeste vooludega ja oletame, et 100Ah mahutavusega akut ei lae keegi 300-500A vooluga ega tühjene selliste vooludega. Seetõttu on töötavate rakkudega ülekuumenemine lihtsalt võimatu.
3. Vajalik on aku kaitseplaat peaks saama konfigureerida erinevat tüüpi liitiumioonide jaoks Aku ja tasakaalustusläve sätted. Ja selleks tuleb paigaldada ekraan ja juhtnupud. Muidugi saate nüüd hõlpsasti arvutiga ühenduse luua ja tarkvara kaudu seadetega töötada. Kuid see pole mugav, kuna arvuti pole alati käepärast ning lihtsam on näha, mis toimub ja seda otse BMS-is konfigureerida, kui arvutiga ühenduse loomine, eriti kuna mitte kõik pole enesekindlad arvutikasutajad. Üldiselt olen ma BMS-i enda hea ja suure ekraani poolt, kuid arvutiga suhtlemine ja logisalvestusega jälgimine on lihtsalt kasutu.
4. Töö seadistus peaks olema järgmine: Laadija väljalülitumise pingeläve määramine. Näiteks lifepo4 puhul on see 3,6-3,9 volti raku kohta. Sel juhul tuleb väljalülitusläve käsitsi muuta ja määrata mis tahes väärtus, vähemalt 3,40 volti, vähemalt 4,30 volti, see tähendab mis tahes tüüpi liitiumioonakude jaoks. Ja töötamiseks puhverrežiimis, kus aku on pidevalt pinge all ja 100% pidev laadimine mõjub rakkudele halvasti (need paisuvad).
Sellisel juhul ei vaja plaat kontakti avamiseks sisseehitatud toitelüliteid. Üldjuhul tuleb laadimine ja tühjendamine jagada kahte eraldi kanalisse, et laadija akust lahtiühendamisel ei satuks tarbijad olukorda, kus aku on lahti ühendatud ja toidet saab ainult laadija. Ja laadija võib olla päikesepaneelid, tuulegeneraator või muu ebastabiilse ja kõrge pingega allikas, millest ühendatud tarbijad võivad ilma akuta läbi põleda. Et seda ei juhtuks (nagu juba juhtus), on vaja eraldada laadimise ja tarbijate lahtiühendamise kanalid.
Samal ajal pole teatud voolu jaoks vaja plaadile transistorlüliteid paigaldada, kuna mõne jaoks piisab näiteks 10A ja teistele 200A-st ei piisa. Klahvide asemel saab teha lihtsalt väikese võimsusega klemmid, näiteks voolutugevusega 1A, mille külge saab riputada tavalised või pooljuhtreleed, millega saab laadimist ja tarbijaid välja lülitada. Näiteks kui teie laadimisvool ei ületa 20A, siis paneme laadima 20A relee. Ja kui inverteri kaudu tühjenemine toimub vooluga kuni 100A, seadke tarbija eraldusrelee 100A-ni.
5. Samuti tuleb reguleerida elementide tasakaalustamise lävesid ja tasakaalustusvool peaks olema päris võimas, ma arvan kuni 5A erineva sisetakistuse ja erineva võimsusega ebakvaliteetsete elementide kasutamise korral. See on koht, kus saate tasakaalustamisvoolu seadistamiseks kasutada PWM-tehnoloogiat. Või näiteks võimaldada erinevate voolude jaoks tasakaalustavaid takisteid vahetada.
Liitium-ioonaku kontrolleri välimus
Välimuselt tahaks midagi selle seadme sarnast näha. Sama ekraaniga, ainult kolm korda suurem, kokku 4-5 tolli.BMS LCD
Li-ion aku kontrollerBMS-il peaks olema ka väljundid rakkudesse, ainult poltide peal, arvan, et number on suvaline 2S-st 16S-ni. Välise väljalülitusrelee laadija väljalülitusväljund ja tarbija väljalülitusväljund on sarnased. Ja ma arvan, et rohkem polegi vaja. Ja kuna tasakaalustajad asuvad BMS-i sees, peab seal olema massiivne alumiiniumradiaator, mis suudab hajutada kuni 300 vatti energiat.
Üldiselt saab muidugi teha terviklikke BMS-e sisemiste lülitite ja erinevate tasakaalustusvooludega ning erineva arvu elementide jaoks, kuid neid tuleb toota kümnete erineva konfiguratsiooniga. Ja nii ongi üks põhiülesannete täitmiseks sobiv BMS. Tasakaalustusvool 5A elemendi kohta on muidugi liiga suur, kuna 16 elemendi ja kõigi tasakaalustajate töö korral on soojuseks hajuv võimsus kuni 300 vatti. Kuid nagu ma eespool kirjeldasin, saab tasakaalustusvoolu seadistada. Noh, mõõtmete ja radiaatori vähendamiseks saab maksimaalset tasakaalustusvoolu vähendada 5 korda. 1A arvan, et piisab ka suure mahutavusega aku jaoks.
See on kõik, ma arvan, et selgitasin üksikasjalikult, mida ma näha tahaksin ja miks see nii on...
Tänapäeval kasvab Venemaal väikese ja keskmise võimsusega autonoomsete elektrisõidukite tootjate arv. Nende hulka ei kuulu ainult elektriautod ja linnatransport. Elektrilist veojõudu kasutatakse edukalt laadurite, lao- ja põllumajandustehnika müügil, kala- ja jahipõldudel vaikse jahi ja kalapüügi jaoks (kärud, paadid, ATV-d), samuti spordi- ja meelelahutusväljakutel.
Enamiku nende sõidukite tootjad kasutavad jõuallikatena keskmise võimsusega elektriajamit ja liitiumakusid. Sellise süsteemi õige ja ohutu töö tagamiseks on vaja jälgida iga akuelemendi laetust. Enamik tootjaid kasutab selleks valmis juhtimissüsteeme ( BMS) välistoodang (HRV, USA, Saksamaa).
Elektrisõidukites laialdaselt kasutatavad efektiivseimad liitiumtoiteallikad toodavad oma olemuselt tööpinget suurusjärgus 3,2...4 V. Elektriajami töö tagamiseks kõrgemal pingel on need ühendatud järjestikku. Sellise aku konfiguratsiooni korral võib ühe või mitme elemendi parameetrite muutumisel tekkida tasakaalustamatus - ülelaadimine, elementide ülelaadimine, ulatudes halvimal juhul 30% -ni. See režiim vähendab oluliselt (mitu korda) aku tööiga.
Süsteem BMS võimaldab juhtida ja tasakaalustada autonoomse elektrisõiduki järjestikku ja paralleelselt ühendatud akuelementide laetust.
Akuelementide tasakaalustamisel on 2 peamist tüüpi: aktiivne ja passiivne.
Kui pooride pinge on saavutatud, hakkab passiivne tasakaalustussüsteem takistile energiat soojuse kujul hajutama ja laadimisprotsess peatub, seejärel, olles saavutanud madalama lävipinge, hakkab süsteem uuesti kogu akut laadima. Laadimisprotsess peatub, kui kõigi elementide pinge on nõutavas vahemikus.
Passiivne tasakaalustamine on ühesuunaline süsteem, mis suudab absorbeerida ainult raku laengut. Aktiivne tasakaalustussüsteem kasutab kahesuunalisi alalis-alalisvoolu muundureid, võimaldades seeläbi rohkem laetud elemendist saadavat energiat suunata mikrokontrolleri juhtimisel rohkem tühjenenud rakku. BMS. Maatrikslüliti võimaldab laengud rakku sisse või sealt välja suunata. Lüliti on ühendatud DC-DC voolu reguleerivale muundurile võib see olla positiivne, kui elementi on vaja laadida, negatiivne, kui see on vaja tühjendada. Takisti kasutamise ja soojuse hajutamise asemel juhitakse laadimisel ja tühjenemisel voolava voolu suurust koormuse tasakaalustamise algoritm.
Kõige laialdasemalt kasutatakse analoogseid passiivseid tasakaalustamissüsteeme. Joonisel on kujutatud tüüpiline süsteem ja selle omadused.
Oleme välja töötanud aku matemaatilise mudeli, mis koosneb 16-st LiFePO 4 rakku, mille laengu juhtimine viidi läbi passiivse kaudu BMS. Aku matemaatiline mudel LiFePO 4 rakku süsteemis Matlab— Simulink võtab arvesse antud elemenditüübile vastavaid aku mittelineaarseid laadimis- ja tühjenemisomadusi, sisetakistust, aga ka elemendi elutsükli jooksul muutuvat maksimaalse võimsuse hetketaset.
Passiivne tasakaalustaja ühendati paralleelselt iga rakuga. Laadimis- ja tasakaalustamisprotsessi juhtimiseks ühendati jadamisi võti, mille avamine ja sulgemine viidi läbi vastavalt aadressilt tulnud käsule. BMS. Uuring viidi läbi aku ideaalsest pingeallikast laadimise viimase etapi jaoks.
16 LiFePO4 elemendist koosneva aku laadimisprotsessi ostsillogrammid, millest üks oli "kahjustatud" ja väiksema mahutavusega
Joonisel on kujutatud juhtum, kus ühe elemendi parameetreid muudeti, eelkõige simuleeriti võimsuse kaotust ja sisetakistuse suurenemist, mis võib juhtuda päriselus näiteks löögi või löögi tagajärjel või ülekuumenemise tõttu.
Kahjustatud element laeb kiiremini ja saavutab esimesena vajaliku pinge. Edasist laadimist aga ei toimu. Vastavalt ülalkirjeldatud põhimõttele hakkab tasakaalustaja tööle. Ülejäänud roheliselt tähistatud elemendid säilitavad laadimisprotsessi lõppedes oma praeguse mahutavuse ja jätkavad laadimist, kui see jätkub.
Kui kõigi elementide pingetase jõuab nõutavasse vahemikku, siis laadimisprotsess peatub
See tahvel seisis pikka aega laos, kuni avanes võimalus seda sihtotstarbeliselt kasutada. Kui teile meeldivad diagrammid ja tööriistad, on see huvitav.
Kui keegi mäletab, siis mul on ümber ehitatud kruvikeeraja
Rohkem kui 2 aastat töötas see aktiivselt ja regulaarselt, tühjendades ja laadides seda 40 korda.
Kuni ta ise kõvasti üle koormas, tehes 102mm krooniga OSB-le tuulutusaugu, vaevu kahe käega tööriistast kinni hoides :) 
Ka juhtmega kruvikeeraja ei saanud selle tööga hakkama ja võimast trelli polnud käepärast. Tulemuseks on see, et üks akudest ei pidanud väärkohtlemisele vastu ja läks pausi. Üleüldse:(
Pärast aku osalist lahtivõtmist selgus, et alumiiniumriba kontakt rulliga oli läbi põlenud. Ma ei tea veel, kuidas akusid parandada :( 
Tööriista oli hädasti vaja, nii et esimene mõte oli osta seesama 26650 LiMn2O4 aku ja kiiresti akupakk taastada. Kuid sama akut poodidest ei leitud. Hiinast tellimine ja ootamine on liiga pikk...
Lisaks otsustasin seadmele lisada BMS-i kaitseplaadi, et seda enam ei juhtuks. Aga probleem on selles, et akus pole absoluutselt vaba ruumi :(
Ühesõnaga, ostsin suhteliselt odavalt suure vooluga SONY US18650VTC4 (2100mAh 30A tipp 60A). Need maksavad 750 rubla 3 tükki - see on pisut kallim kui Hiinast tellimine, kuid siin ja praegu! Võttis
2100 mAh mahutavus on muidugi oluliselt väiksem kui kunagine 3500 mAh, aga ma elan selle kuidagi üle, väsib ikka kiiremini kui tühjeneb. Järgmise suitsupausi ja snäkkide ajal saab seda laadida, seda enam, et nüüd laadin uue suure vooluga laadijaga :)
Kontrollisin järelejäänud kahte 26650 3500mAh akut, mis varem töötasid jääkmahtuvuse osas - sain 3140mAh. 10% mahutavuse langus on täiesti vastuvõetav ja akusid saab veel kuskil kasutada.
Tänu odavale hinnale ja sisseehitatud tasakaalustajale saab kaitseplaadi ehitada otse elektritööriista akukomplekti. Plaadil pole laadimisfunktsioone.
Tahvli märgistus HX-3S-FL25A-A
Selle tahvli kohta on põgusaid ülevaateid varemgi tehtud, näiteks siin
Tahvli suurus ühtib määratud 56x45mm-ga, kuid 4mm paksus on oluliselt suurem kui märgitud 1,2mm, pidage seda meeles.
Šunt on kokku pandud kahest paralleelselt 5 mOhm SMD takistist (kokku 2,5 mOhm).
Traatšundid hoiavad ikka usaldusväärsemalt ülekoormust, ilmselgelt säästsid veidi, aga takistid on lamedad ja ei paista välja.
Põllutöölised seisavad paralleelselt, 4 tükki korraga
Tasakaalustamine on monteeritud alusele, nominaalne tasakaalustuspinge on 4,20V
Tasakaalustusvool on fikseeritud 42mA (4,20V/100Ohm=42mA), see on täiesti piisav mitte väga mahukate akude jaoks.
Tasakaalustamine töötab pidevalt ja sõltumata kaitseskeemist. Kuni mõne aku pinge ületab 4,20 V, ühendatakse sellega 100-oomine koormustakisti, kuni see tühjeneb 4,20 V-ni.
Soovi korral saab selle plaadi lihtsalt 2S-ks muuta, ühendades lihtsalt hüppajaga B2 ja B+, kusjuures toitelülitid võivad väljalülituskanalite takistuse suurenemise tõttu rohkem soojeneda.
Kontrollerid pakuvad kaitset
Oma põhimõtteid rikkumata kopeerisin algse elektriskeemi. 
Kuigi skeem tundub keeruline, töötab see lihtsalt ja selgelt. Loomulikult pole vead kuhugi kadunud - hiinlased hoiavad oma jälge :)
Transistoride nummerdamine on näidatud kokkuleppeliselt.
P-n-n transistoridele Q1-Q6 on monteeritud tasememuundur ja signaali liitja koos HY2210-ga
Lihtne transistorloogika toitelülitite juhtimiseks on kokku pandud n-p-n transistoridele Q7-Q9
Q7 avaneb, kui mis tahes aku tühjeneb üle pingele alla 2,40 V, taastumine toimub siis, kui pinge ületab 3,0 V (pärast koormuse eemaldamist või laadimisega ühendamist).
Q8 tagab, et kaitse lukustub pärast selle käivitamist kuni koormuse täieliku eemaldamiseni. Samas pakub see kiiret kaitset koormuse lühise korral, kui vool hüppab üle 100A.
Q9 avaneb, kui aku laetakse pingele üle 4,28 V, taastumine toimub koormuse all, kui pinge on alla 4,08 V. Sel juhul ei sega toitelülitid tühjendusvoolu voolu.
Ma ei kontrollinud kõigi kontrollerite täpseid lävesid, sest... see on töömahukas, kuid tegelikkuses ei erine need spetsifikatsioonis märgitutest kuigi palju.
S1 ja S2 on lihtsalt kontrollpunktid ja neil pole soojuskaitsega mingit pistmist. Pealegi ei saa neid omavahel ühendada. Ma räägin teile ja näitan teile allpool, kuidas termokaitset õigesti ühendada.
S1-le ilmub signaal, kui mõni element on üle tühjenenud.
S2-le ilmub signaal, kui mõni element on üle laetud, samuti pärast voolukaitse käivitumist.
Plaadi voolutarve on väga väike (mitu mikroamprit).
Uued patareid 
Akud on signeeritud ja testitud, mahutavus vastab nimiväärtusele
Vaatamata takistuskeevitusmasina olemasolule jootsin akud ära, kuna... sel juhul on see parim lahendus.
Enne jootmist on vaja patareid hästi tinatada. 
Patareid on joodetud ja paigaldatud oma kohale
Plaat on joodetud (fotol on plaat juba ümber kujundatud)
Olge ettevaatlik, et patareide otsad ei lühistuks.
Toitejuhtmed - silikoonist isolatsioonis 1,5 ruutmeetrit
Juhtjuhtmed - MGTF-0.2
Tüüpiline tahvli ühendusskeem ei ole optimaalne, kuna Plaadile läheb koguni 4 toitejuhet. Ühendasin selle lihtsama skeemi abil, kui plaadile läheb ainult 2 toitejuhet. See ühendus on lubatud, kui akude ühendusjuhtmete pikkus on lühike
Koormuse all järsult päästikule vajutades käivitub plaadikaitse kohe:(
Alguses eeldasin loogiliselt, et see katkes voolu ülekoormuse tõttu, kuid plaadi šundi lühistamine ei muutnud midagi. Selgus, et kaitset ei käivita plaadi praegune ülekoormus.
Järgmiseks ühendasin salvestusrežiimis ostsilloskoobi patareidega ja kontrollisin koormuse all nende peal olevat pinget. Pinge õnnestus langeda alla 7V ja kaitse töötas kohe :(
See on põhjus, miks kaitse käivitatakse. Miks pinge nii palju langes, kuna akud on kõrge vooluga? Läheme mõõtmiste ja arvutuste juurde:
- aku pinge 11,4 V (HP890CN)
- akude sisetakistus andmelehel DC-IR 66 mOhm (3x22 mOhm)
- mõõdetud mootori takistus 63mOhm
- ühendusjuhtmete ja kruvikeeraja lüliti takistus - 23 mOhm
- kaitseplaadi takistus - šunt + MOSFET + ühendusjuhtmed - 10 mOhm
Kogu vooluahela takistus 66+63+23+10=162mOhm
Vooluahela vool 11,4/0,162= 70A
Palju aga...
Kuid probleem pole voolus, vaid akude pingelanguses.
Voolutugevusel 70A väheneb iga aku pinge 70*0,022=1,54V ja muutub 3,8-1,54=2,26V. See on kaitse käivitamise tegelik põhjus!
Kaitset ei ole soovitav reguleerida ega eemaldada – kasutusohutus väheneb, mistõttu tuleks mootori käivitumise ajal seda lihtsalt aeglustada. Lisa 0,47uF kondensaator õigesse kohta ja viite ongi valmis :)
Kui kellelgi on raske plaadile väikest vahetusraha jootma, võite kondensaatori jootma pindpaigaldatud ühendusega S1 ja B- vahel.
Mul oli lihtsam SMD kondensaatorit paigaldada :)
Nüüd on mootoril piisavalt aega koormuse all pöörlema hakata. Kui mootor on täisgaasil tugevalt blokeeritud, aktiveerub kaitse 0,3 sekundi pärast, mitte kohe, nagu varem.
Ümberkujundatud tahvel 
Ärge pöörake tähelepanu 470 kOhm takistile - algne 510 kOhm takisti sai katsete tulemusena kahjustatud ja asendati sellega, mis käepärast oli :)
Plaat sisaldab suure takistusega vooluringe, seega pärast jootmist on vaja plaati põhjalikult pesta.
Skeem pärast ümbertöötamist 
Kõigi täiustuste kirjeldus
1. Mittevajalik 0,1 µF kondensaator joodeti HY2210 kontaktist 2 šundi külge. On ebaselge, miks nad selle üldse installisid; seda pole HY2210 andmelehel. See ei mõjuta tööd, kuid jootsin selle ära, et see ei kahjustaks.
2. Normaalseks taastumiseks pärast kaitse käivitamist on lisatud baasemitteri takisti.
Ilma selleta on kaitse automaatne taastumine pärast koormuse eemaldamist äärmiselt ebastabiilne, kuna Väikseim P- häire takistab kaitse lähtestamist. Sobiv takisti väärtus on 1-3 MOhm. Selle takisti jootsin ettevaatlikult otse transistori klemmide külge. Olge ettevaatlik, et mitte üle kuumeneda!
3. Lisatud on 0,47uF kondensaator, et aeglustada ülelaadimiskaitse reaktsiooni 25 ms-lt (tüüpiline HY2210 puhul) 300 ms-ni. Proovisin ühendada 0,1uF kondensaatorit - kaitse töötab liiga kiiresti kopsaka RS-775 mootori jaoks. Kui mootor on täiesti jõhker, peate võib-olla paigaldama mahtuvuslikuma kondensaatori, näiteks 1 µF
Nüüd koormuse all järsult päästikule vajutades kaitset ei käivita :)
Kaitsetermolüliti ühendamine.
Selle plaadiga saab ühendada nii NO kui ka NC termolüliti.
Esitan allpool olevad diagrammid. 
Kasutasin NO termolülitit KSD 9700 5A 70ºC 
Liimis akude külge 
Samal ajal otsustasin loobuda toiteallikast laadimisest läbi voolu piiravate takistite ja laadida akusid ümberehitatud 3S 12,6V 3A laadijaga 
Lõplik skeem kujunes selliseks 
Laadimiskollektor 12,6V 3A
Olen sellele juba UV-kiirgust teinud. kirich, aga nagu alati, on mul midagi lisada 
Algsel kujul ei hoia laadija deklareeritud voolu 3A ja kuumeneb üle. Lisaks tekitab see märgatavaid häireid lähedalasuvale raadiovastuvõtjale.
Laadija sai juba enne katsetusi lahti võetud :) 
Laadimine erineb lihtsatest toiteallikatest täiendavalt paigaldatud voolu piiravate vooluahela elementide poolest. 
Muudatustega räägin lühidalt :)
- Paigaldatud puuduv sisendfilter. Nüüd raadio laadimisele ei reageeri.
- Viis termistori NTC1 (5D-9) ja kaitsme LF1 (T2A) õigetesse kohtadesse
- Plaadil on ruumi tühjendustakistite R1 + R2 paigaldamiseks. Neid on vaja CX1 tühjendamiseks pärast laadimise võrgust lahtiühendamist. Paigaldasin paralleelselt CX1-ga tühjendustakisti OMLT-0,5 620 kOhm :)
Paigaldasin hüppajate asemel väljunddrosseli L1. Töötamist see kuidagi ei mõjutanud, sest väljundi pulsatsioon laadimisel ei oma suurt tähtsust. 
Vähendas väljundpinget 12,8 V-lt 12,65 V-le, ühendades 390 kOhm takisti paralleelselt takistiga R29 8,2 kOhm
- Vähendas väljundvoolu 3,2 A-lt 2 A-le, asendades 1,6 kOhm takisti R26 1 kOhm takistiga 
Voolust vähendati seetõttu, et esiteks ei suuda see laadija anda 3A voolu ilma ülekuumenemiseta ja teiseks seetõttu, et US18650VTC4 akude maksimaalne laadimisvool on 2A.
PCB paigutus pole õigesti tehtud, mille tulemuseks on väljundpinge ja voolu halb stabiilsus. Ma ei muutnud seda, sest see pole eriti kriitiline.
Järeldused:
- SONY US18650VTC4 akudel on ainult üks puudus – väike mahutavus
- BMS 3S 25A plaat on pärast väikest muutmist võimeline normaalselt töötama
- 3S 12,6V 3A laadimine algsel kujul ei tööta rahuldavalt ja vajab olulist täiustamist, ei saa soovitada, vabandust
Peale modifikatsiooni on kruvikeeraja normaalselt töötanud 4 kuud. Võimsuse langust tunda ei ole, laeb kiiresti, veidi üle tunni.
Meie tänapäevasel liitiumakude üldise populariseerimise ajastul peaks igaüks, isegi lihtne kodumasinate kasutaja, omama vähemalt ligikaudset arusaama nende toimimisest ja riskiteguritest nende töötamise ajal. Akudega (näiteks elektroonilised sigaretid) juhtuvatest õnnetustest on vaid väike osa tingitud tootmisvigadest, rikked tekivad enamasti ebaõige kasutamise tagajärjel.
Meie artiklis vaatleme uusimaid tehnoloogiaid, mis on loodud liitiumakude kaitsmiseks, ja räägime teile ka, miks need on nii olulised.
Liitiumakude teooriast saate teada, et nende jaoks on vastunäidustatud ülelaadimine, ülelaadimine või tühjendamine liiga suure vooluga, samuti lühised. Ülelaadimisel tekivad akus katoodi ja anoodi vahele metallsidemed, mis põhjustavad aku laadimisel lühise, mis võib kahjustada mitte ainult akusid, vaid ka laadijat. Ülelaadimine (aku pinge ületab lubatud pinget) põhjustab peaaegu kohe tulekahju ja sageli isegi plahvatuse.
Liitiumakude põlemine ei vaja hapnikku – see toimub anaeroobselt, seega ei sobi standardsed kustutusmeetodid; Samuti eraldub liitiumi reageerimisel veega ka tuleohtlik vesinikgaas, mis olukorda ainult halvendab. Suure vooluga tühjenemine põhjustab aku paisumist ja kui kesta terviklikkus on kahjustatud, reageerib liitium õhus oleva veeauruga, mis võib iseenesest põhjustada tulekahju.
Kõik see ei muuda akude ilmselgeid eeliseid, sealhulgas:
- suur energiatihedus massiühiku kohta
- madal isetühjenemise protsent
- mäluefekti peaaegu täielik puudumine (mittetäielikult tühjenenud elemendi laadimine viib võimsuse vähenemiseni)
- suur töötemperatuuri vahemik
Pinge väike langus tühjendusprotsessi ajal paneb kasutajale teatud kohustused. Ärge ületage maksimaalset pinget (4,25 V), vähendage pinget alla miinimumi (2,75 V) ega ületage töövoolu, mis on iga mudeli puhul erinev. Ja selles keerulises küsimuses aitavad meid spetsiaalsed seadmed - BMS-i kontrollerid!
Mis on BMS?
Inglise keelest tõlgituna on BMS (Battery Management System) akuhaldussüsteem. Mõiste on liiga lai, seega kirjeldab see peaaegu kõiki seadmeid, mis ühel või teisel viisil tagavad antud seadmes akude korrektse töö, alustades lihtsatest kaitse- või tasakaalustusplaatidest, lõpetades keeruliste mikrokontrolleriseadmetega, mis loendavad tühjenemisvoolu ja laadimistsüklite arv (näiteks sülearvuti akudel) . Keerulisi seadmeid me arvesse ei võta - reeglina on need spetsiifilised ega ole mõeldud keskmisele raadioamatöörile, vaid neid toodetakse ainult eritellimusel suurtele seadmetootjatele.
Kõikjal müüdava võib jagada nelja kategooriasse:
- tasakaalustajad
- kaitse (vool, pinge)
- plaadid, mis pakuvad laadimist (jah, neid peetakse ka BMS-seadmeteks)
- ülaltoodud valikute teatud kombinatsioonid kuni kõige ühendamiseni üheks seadmeks
Mida funktsionaalsem ja ulatuslikum kaitse, seda pikem on teie aku kasutusiga.
BMS-kontrollerite tööpõhimõte
Vaatame, mis põhimõttel BMS-süsteemid oma eesmärki täidavad.
Struktuuriliselt saab tahvlit eristada:
- kaitsekiip
- analoogjuhtmestik (voolu/tasakaalustuse määramiseks)
- toitetransistorid (koormuse lahtiühendamiseks)
Vaadake lähemalt iga kaitse toimimist.
Voolukaitse (lühis / ülevool)
Liini läbiva voolu väljaselgitamiseks on palju võimalusi. Kõige levinum on šunt (pingelanguse mõõtmine väikese takistusega ja suure võimsusega takistil), kuid see nõuab suurt mõõtmistäpsust ja on väga tülikas. Halli efektil põhineval mõõtmismeetodil neid puudusi pole, kuid see on kallim, seega on liinil lühise määramiseks kõige levinum meetod pinge mõõtmine, mis lühiserežiimis langeb peaaegu nullini.
Kaasaegsed kontrollerid võimaldavad seda teha väga lühikese aja jooksul, mille jooksul ei kahjustata ei ühendatud seadet ega akut ennast. Aga voolukaitse võib toimida ka šundil - BMS-i puhul pole ju täpset mõõtmist vaja, oluline on vaid pingelanguse üleminek läbi teatud läve. Niipea kui sündmus toimub, lülitab kontroller transistoride abil koormuse kohe välja.
Pingekaitse (ülelaadimise või tühjenemise eest)
Seda kaitset on lihtsam mõista, kuna pinget saab hõlpsasti mõõta analoog-digitaalmuunduri abil. Kuid siin on ka mõned eripärad - tasub märkida, et kui kontroller kaitseb suurt komplekti järjestikku ühendatud akusid, siis mõõdab see tavaliselt iga panga pinget isiklikult, kuna elementide väikseimate erinevuste tõttu on neil kõige väiksem. võimsuse erinevused, mille tulemuseks on ebaühtlane tühjendus ja võimalus istutada eraldi element "nulli".
Mõned süsteemid ei ühenda koormust ootamata, kuni aku laaditakse teatud pingeni pärast ülelaadimise päästiku käivitamist, see tähendab, et elemendi paariminutilisest laadimisest ei piisa, et see töötaks vähemalt ühe lühike aeg - tavaliselt on vaja seda laadida nimipingele (3,6 - 4,2 V, sõltuvalt aku tüübist).
Temperatuuri kaitse
Kaasaegsetes seadmetes leidub seda harva, kuid pole asjata, et enamik telefoni akusid on varustatud kolmanda kontaktiga - see on termistori väljund (takisti, millel on selge takistuse sõltuvus ümbritseva õhu temperatuurist). Tavaliselt ei teki ülekuumenemist iseenesest ja muud tüüpi kaitsed jõuavad varem tööle hakata – näiteks võib ülekuumenemise põhjuseks olla lühis.
Aku laadimise algoritm
Liitiumakude laadimine toimub kahes etapis: CC (konstantne vool) ja CV (konstantne pinge). Esimesel etapil suurendab laadija järk-järgult pinget, nii et laetud element võtab määratud voolu (tavaline soovitatav väärtus on 1 aku mahutavus). Kui pinge jõuab 4V-ni, liigub laadimine teise astmesse ja hoiab akul pinget 4,2V.
Kui element praktiliselt lakkab voolu võtmast, loetakse see laetuks. Praktikas saab algoritmi rakendada tavalise labori toiteallika abil, kuid miks, kui on olemas spetsiaalsed mikroskeemid, mis on selle toimingute jada tegemiseks eelnevalt teritatud, näiteks on neist kuulsaim, TP4056, võimeline laadima. voolutugevusega kuni 1A.
Mis on tasakaalustamine?
Kõige huvitavama BMS-i funktsiooni jätsime viimaseks – mitmeelemendilise aku elementide tasakaalustamise funktsiooni.
Mis on siis tasakaalustamine? Protsess ise hõlmab pingete ühtlustamist järjestikku ühendatud akuelementidel, et suurendada koostu üldist pinget. Akude mahutavuse väikeste erinevuste tõttu laevad need veidi erinevate aegadega ja kui üks pank võib olla juba oma laadimisharipunkti saavutanud, siis teised ei pruugi ikka veel täielikult laetud.
Kui selline koost tühjendatakse suurte vooludega, võtavad Ohmi seaduse kohaselt enim laetud elemendid rohkem voolu (võrdse takistuse korral sõltub vool pingest, mis on valemi nimetajas), mis põhjustab nende kiirenenud kulumine ja see võib elementi kahjustada. Selle probleemi vältimiseks kasutatakse aku tasakaalustajaid - spetsiaalseid seadmeid, mis võrdsustavad pankade pinged samale tasemele.
!
Nüüd paneme koos YouTube'i kanali “Radio-Lab” autoriga kokku 4 panga aku üksikutest Li-ion 18650 akudest koos kaitseplaadiga, tuntud ka kui BMS.
Autori tulevaste projektide jaoks on sellist akut vaja. Internetist ostis ta 8 sellist liitiumioonakut lahtivõtmisel, nagu Sanyo firma.
Purgid on kasutatud, kuid peale laadijaga töötamist on kõik korras, töötavad endiselt, mahutavus on orienteeruvalt 2100 mAh. Kasutame seda odavat kaitseplaati koos sisseehitatud tasakaalustajaga (mis on oluline ülelaadimise ja tühjenemise eest).
Tühjendusvool on väidetavalt kuni 30A, enamiku ülesannete puhul on see varuga. Võimsuse suurendamiseks jootme igasse panka paralleelselt kaks akut. Kuid te ei saa seda kohe teha, peate akude laetuse taset ühtlustama, et need üksteist rikuksid. Lihtsaim viis on kõik akud täis laadida ja siis saab need paralleelselt ühendada. Näiteks laadimiseks saad kasutada seda lihtsat populaarsel sallil põhinevat laadijat.
Laetud akusid saab juba paralleelselt joota, kuid seda tuleb teha kiiresti.
Patareid ühendame omavahel kahepoolse kleeplindi abil.
Pärast seda jootme akud paarikaupa ja saame tulevase 4S aku jaoks 4 eraldi panka. Akusid paralleelselt ühendades saame võimsuse kasvu. Selliste koostude jaoks on soovitatav võtta akud samast partiist.
Järgmisena ühendame akud nii, et saame vahelduva plussi (+) ja miinuse (-) ahela.
Pärast seda ühendame kõik pangad järjestikku ja lõpuks saame ühe aku.
Kogu komplekti kogupinge on hetkel 15,69 V, kuid selleks, et see aku kaua töötaks, on vaja seda kaitsta. Selleks kasutame seda BMS-i tahvlit.
Kuidas seda õigesti ühendada, näete ülaltoodud joonisel. Kõigepealt ühendame toite + ja - sõlmed. Jootme toite + ja - aku külge ja siis polaarsust jälgides jootme need juhtmed plaadi B + ja B- kontaktide külge, kõik on mugavalt tehtud.
Nüüd on väga oluline juhtmed tasakaalustamiseks õigesti ühendada. Autor tõmbas tasakaalustuspistiku kaks välimist juhet välja (need on ka toite + ja -), need on juba ühendatud BMS-i plaadi põhirööbastega ja neid pole antud juhul vaja.
Ühendame tasakaalustuspistiku ja jootame tasakaalustusjuhtmed aku külge vastavalt skeemile, peaasi, et millegi keerulisega ei kiirustaks.
Kui seda tehakse valesti, hakkavad tasakaalustaja osad soojenema ja võivad maha lennata või läbi põleda. Selle tulemusena saime sellise kaitstud aku. Nüüd ülelaadimise ja tühjenemise korral (mis on liitiumi puhul oluline) lülitab plaat lihtsalt koormuse välja ja aku jääb tööle. Samuti on olemas lühisekaitse.
Jootme juhtmed kontaktidele P+ ja P-, mille kaudu meie akut laetakse ja tühjeneb.
Ja nüüd, aku on kokku pandud, osutus korras. Seejärel võite proovida seda laadida. Selleks peate kasutama spetsiaalset laadimisfunktsiooniga toiteallikat 4S liitiumioonakude jaoks. Kuid autor otsustas kasutada sülearvuti tavalist 19 V toiteallikat.
Te ei saa seda otse akuga ühendada, peate reguleerima laadimispinget ja piirama laadimisvoolu, kuid BMS-plaat ei saa seda teha ja töötab umbes nagu relee sisse- ja väljalülitamiseks. Aku õige laadimise tagamiseks kasutame seda lisaplaati alalisvoolu-alalisvoolu muunduri jaoks.
Sellel on liitiumioonakude laadimiseks vajalik algoritm koos pinge reguleerimise ja laadimisvoolu piiramisega. Ühe laetud aku pinge on 4,2 V, korrutage 4-ga ja saate kogu laetud sõlme pinge. Arvutuste kohaselt on see 16,8 V, kuid BMS-i plaadi normaalseks tööks võtame väärtuseks 4,25 V ja reguleerime muunduri väljundi väärtust veidi kõrgemaks.
Mugavuse huvides on autor ära märkinud, kus on pingeregulatsioon ja kus vool. Seadsime pingeks 17,2V. Praeguseks paneme laadimisvooluks orienteeruvalt 55mA, kuna purkide pinge on erinev ja need peavad olema korralikult balansseeritud.
Selle plaadi tasakaalustusvool on kirjelduses märgitud ja on 60mA.
Tasakaalustamisel hakkavad need 8 takistit soojenema:
Kui laadimisvool on suur, ei pruugi tasakaalustajal olla aega liigset laadimisenergiat soojuseks muundada ja pangad normaalselt tasakaalustada. Mõõdame iga panga pinget ja näete, et need erinevad.
Need on hädavajalikud tasakaalustada, st laadida madalama pingetasemega, et kõik oleks kõigis pankades ühesugune. Tasakaalustamata on mõned pangad alatasustatud ja kogu komplekt ei tööta täiel määral. Nüüd, pärast kõiki seadistusi, saate akuga ühendada astmelise DC-DC konverteriplaadi ja alustada laadimisprotsessi. Mugavuse huvides kirjutas autor alla kuhu + ja kuhu -. Ühendame kõik ja sinine LED süttib, see tähendab, et on voolupiirang, ainult 55 mA, mis olid varem konfigureeritud, kuigi sülearvuti toiteallikas on üle 4A.
Pinge sisendis on 19,6 V ja muunduri väljundis tõuseb see järk-järgult laetud aku tasemeni ja lõpus kustub sinine LED, süttib punane LED ja BMS-plaat pöördub akust välja.
Mõne tunni pärast kontrollime iga panga pingetaset.
Näete, et need on ühtlustunud ja umbes 4,2 V, aku on peaaegu laetud ja tasakaalus. Kõik töötab.
Esimene aku laadimise tsükkel on soovitatav teha madala vooluga ja seejärel saab voolu suuremaks seada, sest Tavaliselt pole kallastel edasine levi suur ja tasakaalustaja suudab pinged ühtlustada. Peale kahte tsüklit seadis autor laadimisvoolu 2A peale ja kõik pangad said võrdselt laetud, nüüd saab selle akuga toita erinevaid seadmeid. Ühendame testi jaoks kruvikeeraja.
