BMS bağlantı şeması. BMS – pil koruma kontrolörlerinin gözden geçirilmesi. Peki, şimdi asıl meseleye gelince :)
Çeşitli kimyalara ve farklı kapasitelere sahip lityum iyon piller için bir koruma levhasının nasıl olması gerektiğine dair vizyonumu anlatmak istiyorum. Şimdi, elbette, li-ion piller için çok geniş bir farklı BMS seçeneği var. Ancak basit BMS'lerin katı ve aşırı kritik yanıt ayarları vardır ve bu da genellikle pillerin arızalanmasına neden olur (çoğunlukla aşırı şarj nedeniyle şişerler). Ancak birçok bileşene sahip olan ve hücrelerin iç direncini bile ölçebilen, bilgisayar ve internet aracılığıyla veri yapılandırıp veri alışverişi yapabilen gelişmiş BMS hala çok pahalıdır ve karmaşıklıkları nedeniyle sıradan insanlar için kullanılması zordur. ve bunların maliyeti yüksektir.
Artık yüksek kapasiteli lityum iyon pillerin kullanılmasındaki en büyük sorunun bu pillere yönelik izleme ve koruma sistemleri olduğunu düşünüyorum. Tekrar ediyorum, zaten çözümler var, ancak bunlar bir yandan sayılabilir ve bunlar pahalıdır ve tamamen evrensel değildir, ancak bu yöndeki ilerleme hala geçerli değildir.
BMS kelimesinin kendisi şu anlama gelir: Akü İzleme Sistemi yani bir pil izleme sistemi ve bu kısa tanım, hem basit analog koruma kartlarını hem de lityum iyon piller için karmaşık mikro bilgisayar izleme sistemlerini ifade edebilir. Ancak yukarıda da yazdığım gibi, ilki çok ilkel ve çok kritik tetikleme ayarlarına sahip, ikincisi ise çok karmaşık ve pahalı. Ama öyle bir şey yok pil izleme sistemi Bu ucuz ve basit olabilir ancak aynı zamanda farklı türlere göre özelleştirilebilir Li-iyon pillerin yanı sıra şarj/deşarj kesme ayarları ve dengeleme ayarları.
Lityum iyon pil koruma panolarının fotoğrafları
Lifepo4 için BMS
Bu fotoğraf, lifepo4 piller 4s 12v (4 hücreli) için basit ve ucuz bir koruma kartını göstermektedir. Bu BMS'ler genellikle elektrikli alet pilleri gibi pillerin içine takılır.BMS koruma levhaları farklı boyutlarda ve farklı sayıda hücre için yani bireysel piller için olabilir. Bu tür kartların çalışma prensibi çok basittir; her bir pil hücresindeki voltajı izlerler. Ve herhangi bir hücredeki voltaj çalışma eşiğini aşarsa, BMS'deki güç transistörleri çalışacak ve aküyü şarj cihazından veya tüketicilerden ayıracaktır. Ayrıca voltaj ayarlandığında dengeleme devreye girer. Dikkat etmeniz gereken ana parametre, koruma levhasının tasarlandığı akımdır.
Fotoğrafın altında daha pahalı ve tamamen işlevsel bir BMS var
BMS
Ayrıca yapılandırılabilen ve tüm pil verilerini bir PC'de görüntüleyebilen tam teşekküllü BMS'ler de vardır. Ayrıca mevcut pil durumunu görüntülemek için ek bir LCD ekrana da sahiptirler.Örneğin güneş enerjisi santralinin bir parçası olarak çalışmayı amaçlayanlar gibi başka BMS türleri de vardır ve bunlar elektrikli ulaşımda da kullanılabilir.
BMS
PC ve LCD ekranda hücre durumu ve durum göstergesi üzerinde tam kontrol sağlayan lityum iyon piller için kontrol cihazı
Elektrikli araçlar için oluşturulan BMS'nin bir başka örneği
Elektrikli araç için BMS
Elektrikli araçlar için lityum iyon pillerin kontrol edilmesi ve izlenmesi
Çeşitli BMS'lerin avantajları ve dezavantajları
Ucuz analog koruma kartları esas olarak elektrikli araçlara ve elektrikli aletlere yöneliktir ve kritik koruma ve dengeleme eşiklerine sahiptirler, dolayısıyla tampon modunda çalışamazlar ve yine de hücreleri dengeleyemezler. Bu, hücrelerin korunmasında ve aşırı yüklenmesinde dengesizliğe ve sık sık aktivasyona yol açar. Ve pahalı BMS her şeyi yapabilir, ancak bence çok pahalılar ve büyük kapasiteler için tasarlandılar ve küçük kapasiteli bir pil için bu BMS, pilin kendisinden daha pahalıya mal olacak.BMS konseptim
1. Hücreleri ve pili bir bütün olarak yalnızca voltajla kontrol etmenin yeterli olduğunu düşünüyorum., ek akım ve direnç ölçümleriyle karmaşık hale getirmeden. Evet elbette devreden geçen kapasitansı ve akımları doğru bir şekilde belirlemek için her şeyi bilmek isterim. Ancak ortalama bir kullanıcı, hücreler arasında hangi akımların dolaştığıyla, iç dirençleriyle veya sadece şarj/deşarj akımıyla hiç ilgilenmez. Ve şarj akımı genellikle pilin şarj edildiği kontrolörler tarafından gösterilir. Değilse, ayrı olarak bir ampermetre kurabilirsiniz. Voltajı ölçmenin dışında başka hiçbir şeyi ölçmenize gerek olmadığını ve bundan pilin ve tek tek hücrelerin durumunu oldukça doğru bir şekilde görebileceğinizi düşünüyorum.2. Hala düşünüyorum kesinlikle gereksiz sıcaklık sensörleri, çünkü koruma levhası aküye takılı değilse bunlar ekstra kablolardır. Pilin aşırı ısınması, büyük şarj/deşarj akımlarında meydana gelebilir ve bu genellikle asla gerçekleşmez. Tipik olarak piller kapasiteye göre küçük akımlarla şarj edilir ve boşaltılır ve diyelim ki 100Ah kapasiteli bir pil, hiç kimse 300-500A akımla şarj edip bu akımlarla deşarj olmaz. Bu nedenle çalışan hücrelerin aşırı ısınması kesinlikle imkansızdır.
3. Pil koruma levhası gereklidir farklı li-ion türleri için yapılandırılabilmelidir Pil ve dengeleme eşiği ayarları. Bunun için de bir ekran ve kontrol düğmelerinin kurulması gerekir. Elbette artık bir bilgisayara kolayca bağlanabilir ve yazılım aracılığıyla ayarlarla çalışabilirsiniz. Ancak bu, bir PC her zaman el altında olmadığından ve özellikle herkesin kendine güvenen PC kullanıcıları olmadığı için, bir PC'ye bağlanmaktan ziyade neler olduğunu görmek ve onu doğrudan BMS'de yapılandırmak daha kolay olduğundan bu uygun değildir. Genel olarak, BMS'nin kendisinde iyi ve geniş bir ekrandan yanayım, ancak bir PC ile iletişim ve günlük kaydıyla izleme kesinlikle işe yaramaz.
4. Çalışma düzeni aşağıdaki gibi olmalıdır:Şarj cihazının kapanacağı voltaj eşiğinin ayarlanması. Örneğin lifepo4 için hücre başına 3,6-3,9 volttur. Bu durumda kapatma eşiğinin manuel olarak değiştirilmesi ve herhangi bir değerin belirtilmesi gerekir; en az 3,40 volt, en az 4,30 volt, yani her tür lityum iyon pil için. Ve pilin sürekli voltaj altında olduğu ve% 100 sabit şarjın hücreler üzerinde zararlı bir etkiye sahip olduğu (şiştikleri) tampon modunda çalışmak için.
Bu durumda kartın kontağı açmak için yerleşik güç anahtarlarına ihtiyacı yoktur. Genel olarak şarj ve deşarjın iki ayrı kanala bölünmesi gerekiyor, böylece şarj cihazı aküden ayrıldığında tüketiciler kendilerini akünün bağlantısının kesildiği bir durumla karşı karşıya kalmıyor ve sadece şarj cihazından güç alıyorlar. Ve şarj cihazı, güneş panelleri, bir rüzgar jeneratörü veya bağlı tüketicilerin pil olmadan yanabileceği dengesiz ve yüksek voltajlı başka bir kaynak olabilir. Bunun olmasını önlemek için (zaten olduğu gibi), şarj ve tüketicilerin bağlantısını kesmek için kanalları ayırmak gerekir.
Aynı zamanda, belirli bir akım için karta transistör anahtarları takmanıza gerek yoktur, çünkü bazıları için 10A yeterlidir ve diğerleri için 200A yeterli değildir. Anahtarlar yerine, şarjı ve tüketicileri kapatmak için kullanılabilecek normal veya katı hal rölelerini asabileceğiniz, örneğin 1A akıma sahip düşük güçlü terminaller yapabilirsiniz. Örneğin şarj akımınız 20A’i geçmiyorsa o zaman şarj olması için 20A’lik bir röle ayarlıyoruz. İnvertör üzerinden deşarj 100A'ya kadar akımlarla meydana gelirse, tüketici bağlantı kesme rölesini 100A'ya ayarlayın.
5. Hücre dengeleme eşikleri de ayarlanmalıdır ve dengeleme akımı oldukça güçlü olmalı, farklı iç dirençlere ve farklı kapasitelere sahip düşük kaliteli hücrelerin kullanılması durumunda 5A'e kadar sanırım. Dengeleme akımını ayarlamak için PWM teknolojisini kullanabileceğiniz yer burasıdır. Veya örneğin farklı akımlar için dengeleme dirençlerini değiştirmeyi mümkün kılın.
Li-ion pil denetleyicisinin görünümü
Görünüşte bu cihaza benzer bir şey görmek istiyorum. Ekranla aynı, yalnızca üç kat daha büyük, toplamda 4-5 inç.BMS lcd
Li-ion pil denetleyicisiBMS'nin ayrıca hücrelere çıkışları olması gerekir, sadece cıvatalarda, sayının 2S'den 16S'ye kadar olduğunu düşünüyorum. Harici kapatma rölesi için şarj cihazı kapatma çıkışı ve tüketici kapatma çıkışı benzerdir. Ve bence başka hiçbir şeye gerek yok. Dengeleyiciler BMS'nin içine yerleştirileceğinden, 300 watt'a kadar enerji dağıtabilen devasa bir alüminyum radyatör bulunmalıdır.
Genel olarak elbette dahili anahtarlara ve farklı dengeleme akımlarına sahip ve farklı sayıda hücre için eksiksiz BMS'ler yapabilirsiniz, ancak bunların onlarca farklı konfigürasyonda üretilmesi gerekecektir. Ve böylece ana görevlere uygun bir BMS var. Hücre başına 5A dengeleme akımı elbette çok yüksektir, çünkü 16 hücre ve tüm dengeleyicilerin çalışmasıyla ısıya dağılan güç 300 watt'a kadar çıkacaktır. Ama yukarıda anlattığım gibi dengeleme akımı ayarlanabiliyor. Boyutları ve radyatörü küçültmek için maksimum dengeleme akımı 5 kat azaltılabilir. 1A'nın da büyük kapasiteli bir pil için bile yeterli olacağını düşünüyorum.
Hepsi bu, sanırım neyi görmek istediğimi ve bunun neden böyle olduğunu detaylı olarak anlattım...
Bugün Rusya'da düşük ve orta güçte otonom elektrikli araç üreticilerinde bir artış var. Bunlar sadece elektrikli arabaları ve şehir içi ulaşımı içermiyor. Elektrikli çekiş, yükleyicilerin, depoların ve tarım ekipmanlarının satışında, balıkçılık ve avlanma alanlarında sessiz avlanma ve balıkçılık (arabalar, tekneler, ATV'ler) ile spor ve eğlence alanlarında başarıyla kullanılmaktadır.
Bu araçların çoğunun üreticileri, güç kaynağı olarak orta güçlü elektrikli tahrik ve lityum piller kullanıyor. Böyle bir sistemin doğru ve güvenli çalışmasını sağlamak için her pil hücresinin şarjının izlenmesi gerekir. Çoğu üretici bunun için hazır kontrol sistemlerini kullanır ( BMS) yabancı üretim (ÇHC, ABD, Almanya).
Elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan en verimli lityum güç kaynakları, doğası gereği 3,2...4 V düzeyinde bir çalışma voltajı üretir. Elektrikli sürücünün daha yüksek bir voltajda çalışmasını sağlamak için seri olarak bağlanırlar. Aküdeki bu konfigürasyonla, bir veya daha fazla hücrenin parametreleri değişirse, bir dengesizlik meydana gelebilir; aşırı şarj, hücrelerin aşırı deşarjı, en kötü durumda %30'a ulaşılması. Bu mod pil ömrünü önemli ölçüde (birkaç kat) azaltır.
Sistem BMS otonom bir elektrikli aracın seri ve paralel seri bağlı akü hücrelerinin şarjını kontrol etmenize ve dengelemenize olanak tanır.
Pil hücrelerinin dengelenmesinin 2 ana türü vardır: aktif ve pasif.
Gözenek voltajına ulaşıldığında, pasif dengeleme sistemi direnç üzerindeki enerjiyi ısı şeklinde dağıtmaya başlar ve şarj işlemi durur; daha sonra alt eşik voltajına ulaşıldığında sistem yeniden tüm pili şarj etmeye başlar. Tüm hücrelerin voltajı gerekli aralığa ulaştığında şarj işlemi durur.
Pasif dengeleme tek yönlü bir sistemdir; yalnızca hücrenin yükünü emebilir. Aktif dengeleme sistemi çift yönlü DC-DC dönüştürücüler kullanır ve böylece enerjinin daha yüklü bir hücreden daha deşarjlı bir hücreye mikrokontrolör kontrolü altında yönlendirilmesine olanak tanır. BMS. Matris anahtarı, yüklerin hücrenin içine veya dışına yönlendirilmesini sağlar. Anahtar şuna bağlı: DC-DC Akımı düzenleyen dönüştürücüye, hücrenin şarj edilmesi gerektiğinde pozitif, deşarj edilmesi gerektiğinde negatif olabilir. Bir direnç kullanmak ve ısıyı dağıtmak yerine, şarj ve deşarj sırasında akan akım miktarı bir yük dengeleme algoritması tarafından kontrol edilir.
Analog pasif dengeleme sistemleri en yaygın kullanılanlardır. Şekilde tipik bir sistem ve özellikleri gösterilmektedir.
16 parçadan oluşan bir pilin matematiksel modelini geliştirdik. LiFePOŞarj kontrolü pasif olarak gerçekleştirilen 4 hücre BMS. Pilin matematiksel modeli LiFePO Sistemde 4 hücre Matlab— Simulink belirli bir hücre tipine karşılık gelen pilin doğrusal olmayan şarj ve deşarj özelliklerini, iç direnci ve ayrıca hücrenin yaşam döngüsü boyunca değişen maksimum kapasitenin mevcut seviyesini dikkate alır.
Hücrelerin her birine paralel olarak pasif bir dengeleyici bağlandı. Şarj ve dengeleme işlemini kontrol etmek için seri olarak bir anahtar bağlandı ve bu anahtarın açılıp kapanması, gelen komuta göre gerçekleştirildi. BMS. Çalışma, bataryanın ideal bir voltaj kaynağından şarj edilmesinin son aşamasına yönelik olarak gerçekleştirilmiştir.
Biri "hasarlı" ve daha düşük kapasiteye sahip olan 16 LiFePO4 hücresinden oluşan bir pilin şarj işleminin osilogramları
Şekil, hücrelerden birinin parametrelerinin değiştirildiği bir durumu göstermektedir; özellikle kapasite kaybı ve iç dirençteki artış durumu simüle edilmiştir; bu, örneğin gerçek hayatta bir darbe veya darbe sonucu meydana gelebilir. aşırı ısınma nedeniyle.
Hasarlı hücre daha hızlı şarj olur ve gerekli voltaja ilk ulaşan olur. Ancak başka şarj işlemi gerçekleşmez. Yukarıda açıklanan prensibe göre dengeleyici çalışmaya başlar. Yeşil renkle gösterilen kalan hücreler, şarj işlemi durduğunda mevcut kapasite seviyelerini korur ve yeniden başladığında şarj olmaya devam eder.
Tüm hücrelerin voltaj seviyesi gerekli aralığa ulaştığında şarj işlemi durur
Bu tahta, amacına uygun olarak kullanma şansı ortaya çıkana kadar uzun süredir depoda bekliyordu. Diyagramları ve araçları seviyorsanız ilginç olacaktır.
Eğer hatırlayan varsa, dönüştürülmüş bir tornavidam var
2 yılı aşkın süredir aktif ve düzenli olarak çalıştı, 40 kez boşaltıp şarj etti.
Kendisi ciddi şekilde aşırı yüklenene kadar, OSB'de 102 mm'lik bir taç ile bir havalandırma deliği açarak aleti iki eliyle zar zor tutana kadar :) 
Akülü tornavida da bu işin üstesinden gelemiyordu ve elimizde güçlü bir matkap da yoktu. Sonuç olarak pillerden biri kötü kullanıma dayanamadı ve bozuldu. Hiç :(
Pili kısmen söktükten sonra, alüminyum şeridin ruloya temasının yandığı ortaya çıktı. Pilleri nasıl tamir edeceğimi henüz bilmiyorum :( 
Alete acilen ihtiyaç vardı, bu yüzden ilk düşünce aynı 26650 LiMn2O4 pili satın almak ve pil takımını hızla geri yüklemekti. Ancak mağazalarda aynı pil bulunamadı. Çin'den sipariş vermek ve beklemek çok uzun...
Ayrıca bu durumun tekrar yaşanmaması için üniteye BMS koruma kartı eklemeye karar verdim. Ancak sorun şu ki, pil takımında kesinlikle boş alan yok :(
Kısacası nispeten ucuz, yüksek akımlı SONY US18650VTC4 (2100mAh 30A tepe 60A) satın aldım. 3 parça için 750 rubleye mal oluyorlar - bu, Çin'den sipariş vermekten biraz daha pahalı, ama burada ve şimdi! Alınmış
2100 mAh'ın kapasitesi elbette eski 3500 mAh'den önemli ölçüde daha az, ancak bir şekilde hayatta kalacağım, yine de deşarj olduğundan daha hızlı yoruluyorsunuz. Bir sonraki sigara molanızda ve atıştırmanızda şarj edebilirsiniz, özellikle de artık yüksek akımlı yeni bir şarj cihazıyla şarj edeceğim :)
Daha önce kalan kapasite için çalışan kalan iki 26650 3500mAh pili kontrol ettim - 3140mAh buldum. Kapasitede %10'luk bir düşüş oldukça kabul edilebilir ve piller yine de bir yerlerde kullanılabilir.
Düşük maliyetli ve dahili dengeleyici sayesinde koruma levhası doğrudan elektrikli el aletinin akü paketine yerleştirilebilir. Kartın şarj fonksiyonları yoktur.
Kart işaretleme HX-3S-FL25A-A
Bu kurul hakkında daha önce kısa incelemeler yapılmıştı, örneğin burada
Kartın boyutu belirtilen 56x45 mm ile örtüşmektedir, ancak 4 mm'lik kalınlık belirtilen 1,2 mm'den önemli ölçüde daha fazladır, bunu aklınızda bulundurun.
Şönt paralel olarak 5 mOhm'luk iki SMD direncinden (toplam 2,5 mOhm) monte edilir.
Tel şöntler aşırı yükü hala daha güvenilir bir şekilde tutuyor, belli ki biraz tasarruf ettiler, ancak dirençler düz ve dışarı çıkmıyor.
Saha çalışanları aynı anda 4 parça halinde paralel duruyor
Dengeleme tabana monte edilmiştir, nominal dengeleme voltajı 4,20V'dur.
Dengeleme akımı sabit 42mA (4.20V/100Ohm=42mA) olup, çok kapasiteli olmayan piller için bu oldukça yeterlidir.
Dengeleme sürekli olarak ve koruma şemasından bağımsız olarak çalışır. Akülerden herhangi birinin voltajı 4,20V'u aştığı sürece, 4,20V'a deşarj olana kadar ona 100 ohm'luk bir yük direnci bağlanır.
İstenirse bu kart B2 ve B+'yı bir jumper ile basitçe bağlayarak kolaylıkla 2S'ye dönüştürülebilirken, saha anahtarı kanallarının direncinin artması nedeniyle güç anahtarları daha fazla ısınabilir.
Kontrolörler koruma sağlar
Prensiplerimi ihlal etmeden orijinal devre şemasını kopyaladım. 
Plan karmaşık görünse de basit ve net bir şekilde çalışıyor. Doğal olarak hatalar ortadan kalkmadı - Çinliler izlerini koruyor :)
Transistörlerin numaralandırılması geleneksel olarak gösterilmiştir.
HY2210'lu bir seviye dönüştürücü ve bir sinyal toplayıcı, Q1-Q6 pnn transistörleri kullanılarak monte edilir
Güç anahtarlarını kontrol etmek için basit bir transistör mantığı, Q7-Q9 n-p-n transistörlerine monte edilir
Herhangi bir pil 2,40V'un altındaki bir voltaja aşırı deşarj olduğunda Q7'nin kilidi açılır, voltaj 3,0V'u aştığında (yük kaldırıldıktan veya şarja bağlandıktan sonra) iyileşme gerçekleşir.
Q8, tetiklendikten sonra yük tamamen kaldırılıncaya kadar koruma mandallarının kalmasını sağlar. Aynı zamanda akımın 100A'in üzerine çıkması durumunda yükte kısa devre olması durumunda yüksek hızda koruma sağlar.
Q9'un kilidi, herhangi bir pil 4,28V'un üzerindeki bir voltaja şarj edildiğinde açılır; yük altında 4,08V'un altındaki bir voltajda restorasyon gerçekleşir. Bu durumda güç anahtarları deşarj akımının akışına müdahale etmez.
Tüm denetleyicilerin eşik değerlerini tam olarak kontrol etmedim çünkü... bu emek yoğun bir iştir, ancak gerçekte spesifikasyonda belirtilenlerden pek farklı değildirler.
S1 ve S2 sadece kontrol noktalarıdır ve termal korumayla hiçbir ilgisi yoktur. Üstelik birbirlerine bağlanamazlar. Aşağıda termal korumanın nasıl düzgün şekilde bağlanacağını size anlatacağım ve göstereceğim.
Herhangi bir eleman aşırı deşarj olduğunda S1'de bir sinyal görünür.
Herhangi bir eleman aşırı yüklendiğinde ve ayrıca akım koruması tetiklendikten sonra S2'de bir sinyal görünür.
Kartın akım tüketimi çok azdır (birkaç mikroamper).
Yeni piller 
Piller imzalanmış ve test edilmiştir; kapasite nominal değere karşılık gelir
Direnç kaynak makinesi olmasına rağmen pilleri lehimledim çünkü... bu durumda en iyi çözüm budur.
Lehimlemeden önce pilleri iyice kalaylamak gerekir. 
Piller lehimlenir ve yerine takılır
Kart lehimlenmiştir (fotoğrafta kart zaten yeniden tasarlanmıştır)
Pillerin uçlarının kısa devre yapmamasına dikkat edin.
Güç kabloları - silikon izolasyonlu 1,5 mm2
Kontrol kabloları - MGTF-0.2
Tipik kart bağlantı şeması optimal değildir çünkü Karta giden 4 adete kadar güç kablosu var. Karta yalnızca 2 güç kablosu gittiğinde daha basit bir şema kullanarak bağladım. Akülere giden bağlantı kablolarının uzunluğu kısa olduğunda bu bağlantıya izin verilir
Yük altında tetiğe sert bir şekilde bastığınızda kart koruması hemen tetiklenir :(
İlk başta mantıksal olarak aşırı akım nedeniyle kesildiğini varsaydım, ancak kart şantını kısa devre yapmak hiçbir şeyi değiştirmedi. Korumayı tetikleyen şeyin kartın mevcut aşırı yükü olmadığı ortaya çıktı.
Daha sonra kayıt modundaki osiloskopu akülere bağladım ve yük altında üzerlerindeki voltajı kontrol ettim. Voltaj 7V'un altına düşmeyi başardı ve koruma hemen çalıştı :(
Korumanın tetiklenmesinin nedeni budur. Piller yüksek akımlı olduğundan voltaj neden bu kadar düştü? Şimdi ölçümlere ve hesaplamalara geçelim:
- akü voltajı 11,4V (HP890CN)
- DC-IR 66 mOhm'da (3x22 mOhm) veri sayfasındaki pillerin iç direnci
- ölçülen motor direnci 63mOhm
- bağlantı kablolarının ve tornavida anahtarının direnci - 23 mOhm
- koruma levhasının direnci - şönt + MOSFET + bağlantı kabloları - 10 mOhm
Toplam devre direnci 66+63+23+10=162mOhm
Devre akımı 11,4/0,162= 70A
Ancak çok...
Ancak sorun akım değil, akülerdeki voltaj düşüşüdür.
70A akımda her bir akünün voltajı 70*0,022=1,54V düşerek 3,8-1,54=2,26V olur. Korumanın tetiklenmesinin gerçek nedeni budur!
Korumanın ayarlanması veya kaldırılması tavsiye edilmez - kullanım güvenliği azalır, bu nedenle motor çalıştırılırken yavaşlatılması yeterlidir. Doğru yere 0.47uF kapasitör ekleyin ve gecikme hazır :)
Birisinin karta küçük değişiklikleri lehimlemesi zorsa, kapasitörü S1 ve B- arasında yüzeye monte bir bağlantıyla lehimleyebilirsiniz.
Bir SMD kapasitör takmak benim için daha kolaydı :)
Artık motorun yük altında dönmesi için yeterli zaman var. Motor tam gazda ciddi şekilde bloke olduğunda koruma, daha önce olduğu gibi anında değil, 0,3 saniye sonra etkinleştirilir.
Yeniden tasarlanan tahta 
470kOhm'luk dirence aldırış etmeyin, orijinal 510kOhm'luk direnç deneyler sonucunda hasar gördü ve eline ne geçtiyse onunla değiştirildi :)
Kart yüksek dirençli devreler içerir, bu nedenle lehimlemeden sonra kartın iyice yıkanması gerekir.
Yeniden çalışma sonrası şema 
Tüm iyileştirmelerin açıklaması
1. Gereksiz bir 0,1 µF kapasitör, HY2210'un pin 2'sinden şönte lehimlendi. Bunu neden yükledikleri belli değil; HY2210'un veri sayfasında yok. İşi etkilemiyor ama zarar görmemesi için lehimledim.
2. Koruma tetiklendikten sonra normal iyileşme için bir baz verici direnci eklenmiştir.
Bu olmadan, yükün kaldırılmasından sonra korumanın otomatik olarak kurtarılması son derece dengesizdir çünkü P-'ye en ufak bir müdahale, korumanın sıfırlanmasını engeller. Uygun direnç değeri 1-3MOhm'dur. Bu direnci dikkatlice doğrudan transistörün terminallerine lehimledim. Aşırı ısıtmamaya dikkat edin!
3. Aşırı deşarj korumasının yanıtını 25 ms'den (HY2210 için tipik) 300 ms'ye yavaşlatmak için 0,47 uF'lik bir kapasitör eklenmiştir. 0,1uF'lik bir kapasitör bağlamayı denedim; koruma, ağır bir RS-775 motor için çok hızlı çalışıyor. Motor kesinlikle acımasızsa, daha kapasitif bir kapasitör (örneğin 1 µF) takmanız gerekebilir.
Artık yük altında tetiğe sert bir şekilde basmak korumayı tetiklemiyor :)
Koruyucu bir termal anahtarın bağlanması.
Bu panele hem NO hem de NC termik şalter bağlanabilir.
Aşağıda diyagramları veriyorum. 
NO termal şalter KSD 9700 5A 70°C kullandım 
Pillere yapıştırdım 
Aynı zamanda akım sınırlayıcı dirençler aracılığıyla güç kaynağından şarj etmeyi bırakmaya ve pilleri dönüştürülmüş 3S 12,6V 3A şarj cihazıyla şarj etmeye karar verdim. 
Son şema şu şekilde ortaya çıktı 
Colaier'in Şarj Edilmesi 12.6V 3A
Üzerine zaten UV uyguladım. kirich ama her zamanki gibi ekleyeceğim bir şey var 
Orijinal haliyle şarj cihazı beyan edilen 3A akımını tutmaz ve aşırı ısınır. Ayrıca yakındaki bir radyo alıcısına gözle görülür bir parazit yayar.
Şarj cihazı testlerden önce bile sökülmüştü :) 
Şarj işlemi, ek olarak takılan akım sınırlama devre elemanları nedeniyle basit güç kaynaklarından farklıdır. 
Değişiklikleri kısaca anlatacağım :)
- Eksik giriş filtresi takıldı. Artık radyo şarj işlemine yanıt vermiyor.
- Termistör NTC1 (5D-9) ve sigorta LF1 (T2A) doğru yerlere taşındı
- R1 + R2 deşarj dirençlerini takmak için kartta yer vardır. Ağ ile şarj bağlantısını kestikten sonra CX1'i boşaltmak için bunlara ihtiyaç vardır. CX1'e paralel olarak OMLT-0,5 620 kOhm deşarj direnci taktım :)
Jumper'lar yerine çıkış bobini L1'i taktım. Operasyon hiçbir şekilde etkilenmedi çünkü şarj için çıkış dalgalanması çok önemli değil. 
390kOhm'luk bir direnci R29 8.2kOhm direncine paralel bağlayarak çıkış voltajı 12,8V'tan 12,65V'a düşürüldü
- 1,6kOhm direnç R26'yı 1kOhm dirençle değiştirerek çıkış akımı 3,2A'den 2A'ye düşürüldü 
Akım azaldı çünkü öncelikle bu şarj cihazı aşırı ısınmadan 3A akım sağlayamıyor ve ikinci olarak US18650VTC4 pillerin maksimum 2A şarj akımı var.
PCB düzeni doğru şekilde yapılmamıştır, bu da çıkış voltajı ve akımının zayıf stabilitesine neden olur. Çok kritik olmadığı için değiştirmedim.
Sonuçlar:
- SONY US18650VTC4 pillerin tek bir dezavantajı vardır - küçük kapasite
- BMS 3S 25A kartı küçük bir modifikasyondan sonra normal şekilde çalışabilir
- 3S 12.6V 3A'nın orijinal haliyle şarj edilmesi tatmin edici bir şekilde çalışmıyor ve önemli ölçüde iyileştirme gerektiriyor, tavsiye edemem, üzgünüm
Değişiklikten sonra tornavida 4 aydır normal çalışıyor. Güç kaybı hissedilmiyor, bir saatten biraz fazla bir sürede hızlı şarj oluyor.
Lityum pillerin genel olarak yaygınlaştığı modern çağımızda, herkes, hatta ev aletlerini basit bir kullanıcı bile olsa, bunların işleyişi ve çalışmaları sırasındaki risk faktörleri hakkında en azından yaklaşık bir anlayışa sahip olmalıdır. Pillerle (örneğin elektronik sigaralarla) meydana gelen kazaların yalnızca küçük bir yüzdesi üretim hatalarından kaynaklanmaktadır; çoğu zaman hatalı kullanım sonucu arızalar ortaya çıkmaktadır.
Yazımızda lityum pilleri korumak için tasarlanan en son teknolojilere bakacağız ve bunların neden bu kadar önemli olduğunu da anlatacağız.
Lityum pillerin teorisinden aşırı şarjın, aşırı deşarjın veya çok yüksek akımlarla deşarjın ve kısa devrelerin onlar için kontrendike olduğunu öğrenebilirsiniz. Aşırı deşarj olduğunda, pilde katot ve anot arasında metal bağlar oluşur, bu da pili şarj ederken kısa devreye neden olur ve bu sadece pillere değil, şarj cihazına da zarar verebilir. Aşırı şarj (akü voltajının izin verilen voltajı aşması) neredeyse anında yangına ve hatta çoğu zaman patlamaya yol açar.
Lityum pillerin yanması oksijen gerektirmez; anaerobik olarak gerçekleşir, bu nedenle standart söndürme yöntemleri uygun değildir; Ayrıca lityum suyla reaksiyona girdiğinde yanıcı hidrojen gazı da açığa çıkar ve bu da durumu daha da kötüleştirir. Yüksek akımlarla deşarj akünün şişmesine neden olur ve kabuğun bütünlüğü hasar görürse lityum havadaki su buharı ile reaksiyona girerek kendi başına yangına neden olabilir.
Bütün bunlar, aşağıdakiler de dahil olmak üzere pillerin bariz avantajlarını hiçbir şekilde ortadan kaldırmaz:
- Birim kütle başına yüksek enerji yoğunluğu
- düşük kendi kendine deşarj yüzdesi
- neredeyse tamamen hafıza etkisinin yokluğu (tamamen boşalmış bir elemanı şarj ederken kapasitenin azalmasına neden olur)
- geniş çalışma sıcaklığı aralığı
Deşarj işlemi sırasında gerilimde meydana gelen bir miktar düşüş kullanıcıya bazı sorumluluklar yüklemektedir. Maksimum voltajı (4,25 V) aşmayın, voltajı minimumun (2,75 V) altına düşürmeyin veya her modelde farklılık gösteren çalışma akımını aşmayın. Ve bu zorlu konuda özel cihazlar bize yardımcı olacak - BMS kontrolörleri!
BMS nedir?
İngilizce'den tercüme edilen BMS (Pil Yönetim Sistemi), bir pil yönetim sistemidir. Konsept çok geniş olduğundan, basit koruma veya dengeleme kartlarından başlayarak, deşarj akımını ve voltajını sayan karmaşık mikro denetleyici cihazlara kadar, belirli bir cihazdaki pillerin doğru çalışmasını şu veya bu şekilde sağlayan hemen hemen tüm cihazları tanımlar. şarj döngüsü sayısı (örneğin, dizüstü bilgisayar pillerinde olduğu gibi) . Karmaşık cihazları dikkate almayacağız - kural olarak, bunlar spesifiktir ve ortalama radyo amatörleri için tasarlanmamıştır, yalnızca büyük cihaz üreticileri için sipariş üzerine üretilmiştir.
Her yerde satılanlar dört kategoriye ayrılabilir:
- dengeleyiciler
- koruma (akım, gerilim)
- şarj sağlayan kartlar (evet, bunlar aynı zamanda BMS cihazları olarak da kabul edilir)
- her şeyin tek bir cihazda birleştirilmesine kadar yukarıdaki seçeneklerin belirli kombinasyonları
Koruma ne kadar işlevsel ve kapsamlı olursa pilinizin kullanım ömrü de o kadar uzun olur.
BMS kontrolörlerinin çalışma prensibi
Bakalım BMS sistemleri hangi prensiple amacını yerine getiriyor.
Yapısal olarak tahta ayırt edilebilir:
- koruma çipi
- analog kablolama (akımı belirlemek/pilleri dengelemek için)
- güç transistörleri (yükün bağlantısını kesmek için)
Korumaların her birinin çalışmasına daha yakından bakın.
Akım koruması (kısa devre/aşırı akım)
Bir hattan ne kadar akımın aktığını bulmak için birçok seçenek vardır. En yaygın olanı şönttür (düşük dirençli, yüksek güçlü bir dirençteki voltaj düşüşünün ölçülmesi), ancak büyük ölçüm doğruluğu gerektirir ve çok hantaldır. Hall etkisine dayalı ölçüm yönteminin bu dezavantajları yoktur ancak daha pahalıdır, bu nedenle bir hattaki kısa devreyi belirlemenin en yaygın yöntemi, kısa devre modunda neredeyse sıfıra düşen voltajı ölçmektir.
Modern kontrolörler bunu çok kısa bir sürede yapmanıza olanak tanır; bu süre zarfında ne bağlı cihaza ne de pilin kendisine zarar gelmez. Ancak akım koruması aynı zamanda bir şönt üzerinde de çalışabilir - sonuçta, BMS durumunda hassas ölçüm gerekli değildir, yalnızca voltaj düşüşünün belirli bir eşikten geçişi önemlidir. Olay meydana gelir gelmez kontrolör transistörleri kullanarak yükü derhal kapatır.
Gerilim koruması (aşırı şarj veya aşırı deşarja karşı)
Bu korumanın anlaşılması daha kolaydır çünkü voltaj ölçümü analogdan dijitale dönüştürücü kullanılarak kolaylıkla yapılabilir. Ancak burada da bazı özellikler var - kontrol cihazı büyük bir seri bağlı pil grubunu koruyorsa, o zaman genellikle her bir bankanın voltajını kişisel olarak ölçtüğünü, çünkü elemanlardaki en küçük farklılıklar nedeniyle en küçüklere sahip olduklarını belirtmekte fayda var. kapasite farklılıkları, bu da eşit olmayan bir deşarja ve ayrı bir elemanın "sıfıra" yerleştirilmesine neden olur.
Bazı sistemler, aşırı deşarj tetikleyicisi tetiklendikten sonra akünün belirli bir voltaja kadar yeniden şarj edilmesini beklemeden yükü bağlamaz, yani elemanın en az bir süre çalışması için birkaç dakika şarj edilmesi yeterli değildir. kısa süre - genellikle nominal voltaja (pil tipine bağlı olarak 3,6 - 4,2V) kadar şarj etmek gerekir.
Sıcaklık koruması
Modern cihazlarda nadiren bulunur, ancak çoğu telefon pilinin üçüncü bir kontakla donatılmış olması boşuna değildir - bu, termistörün çıkışıdır (ortam sıcaklığına açık bir direnç bağımlılığı olan bir direnç). Genellikle aşırı ısınma kendi kendine meydana gelmez ve diğer koruma türlerinin daha erken çalışması için zaman vardır - örneğin aşırı ısınmaya kısa devre neden olabilir.
Pil şarj algoritması
Lityum pillerin şarj edilmesi 2 aşamada gerçekleşir: CC (sabit akım) ve CV (sabit voltaj). İlk aşamada şarj cihazı, şarj edilen elemanın belirtilen akımı alması için voltajı kademeli olarak artırır (normalde önerilen değer 1 akü kapasitesidir). Voltaj 4V'a ulaştığında şarj işlemi ikinci aşamaya geçer ve aküdeki voltajı 4,2V olarak korur.
Eleman pratik olarak akım almayı bıraktığında, yüklü olduğu kabul edilir. Uygulamada, algoritma normal bir laboratuvar güç kaynağı kullanılarak uygulanabilir, ancak neden bu eylem dizisini gerçekleştirmek için önceden bilenmiş özel mikro devreler varsa, örneğin en ünlüsü olan TP4056 şarj etme yeteneğine sahiptir. 1A'ya kadar akım ile.
Dengeleme nedir?
En ilginç BMS fonksiyonunu en sona bıraktık; çok hücreli bir pilin elemanlarını dengeleme fonksiyonu.
Peki dengeleme nedir? Sürecin kendisi, düzeneğin genel voltajını artırmak için seri olarak bağlanan akü hücrelerindeki voltajların eşitlenmesini içerir. Pil kapasitesindeki küçük farklılıklar nedeniyle biraz farklı sürelerde şarj olurlar ve bir banka zaten şarj zirvesine ulaşmış olsa da diğerleri hala tam olarak şarj edilmemiş olabilir.
Böyle bir düzenek yüksek akımlarla boşaltıldığında, Ohm yasasına göre en yüklü elemanlar daha fazla akım alacaktır (eşit dirençle akım, formülün paydasındaki voltaja bağlı olacaktır), bu da neden olacaktır. daha hızlı aşınırlar ve elemana zarar verebilirler. Bu sorunu önlemek için akü dengeleyiciler kullanılır - bankalardaki voltajları aynı seviyeye eşitleyen özel cihazlar.
!
Şimdi, "Radio-Lab" YouTube kanalının yazarıyla birlikte, BMS olarak da bilinen bir koruma kartına sahip ayrı Li-ion 18650 pillerden 4 banka için bir pil oluşturacağız.
Yazarın gelecekteki projeleri için böyle bir bataryaya ihtiyaç duyulacaktır. İnternetten Sanyo firması gibi bu Li-ion pillerden 8 tanesini sökerek satın aldı.
Kutular kullanılıyor, ancak şarj cihazında çalıştırdıktan sonra her şey yolunda, yine de çalışacaklar, kapasite yaklaşık 2100 mAh. Bu ucuz koruma panelini yerleşik bir dengeleyiciyle kullanacağız (ki bu önemlidir); aşırı şarj ve aşırı deşarja karşı koruma vardır.
Deşarj akımının 30A'ya kadar olduğu belirtiliyor, çoğu görev için bu bir rezerv ile yapılıyor. Kapasiteyi artırmak için her sıra için iki pili paralel olarak lehimleyeceğiz. Ancak bunu hemen yapamazsınız, pillerin şarj seviyelerini eşitlemeniz gerekir ki birbirlerini bozsunlar. En kolay yol, tüm pilleri tamamen şarj etmek ve ardından bunları paralel olarak bağlayabilmektir. Örneğin şarj etmek için, popüler bir atkıyı temel alan bu basit şarj cihazını kullanabilirsiniz.
Şarj edilmiş piller zaten paralel olarak lehimlenebilir; bu tür piller lehimlenebilir, ancak bunun hızlı bir şekilde yapılması gerekir.
Pilleri birbirine çift taraflı yapışkan bant kullanarak bağlayacağız.
Bundan sonra pilleri çiftler halinde lehimliyoruz ve gelecekteki 4S pil için 4 ayrı sıra elde ediyoruz. Pilleri paralel bağlayarak kapasite artışı elde ederiz. Bu tür montajlar için pillerin aynı partiden alınması tavsiye edilir.
Daha sonra, alternatif artı (+) ve eksi (-) zinciri elde edecek şekilde pilleri bağlarız.
Bundan sonra tüm bankaları seri olarak bağlarız ve sonunda bir pil elde ederiz.
Tüm aksamın toplam voltajı hala 15,69 V ancak bu pilin uzun süre çalışabilmesi için korunması gerekiyor. Bu amaçla bu BMS kartını kullanacağız.
Doğru şekilde nasıl bağlanacağı yukarıdaki şekilde görülebilir. Öncelikle güç + ve - aksamlarını bağlayacağız. Gücü + ve - aküye lehimliyoruz ve ardından kutupları gözlemleyerek bu kabloları karttaki B + ve B- kontaklarına lehimliyoruz, her şey rahatlıkla yapılıyor.
Artık dengeleme için kabloları doğru şekilde bağlamak çok önemlidir. Yazar, dengeleme konnektörünün iki dış kablosunu çıkardı (bunlar aynı zamanda güç + ve -), bunlar zaten BMS kartındaki ana raylara bağlı ve bu durumda gerekli değil.
Dengeleme konnektörünü bağlarız ve dengeleme kablolarını şemaya göre aküye lehimleriz; asıl mesele karmaşık bir şeye acele etmemek.
Bu yanlış yapılırsa dengeleyici parçalar ısınmaya başlayacak ve uçup yanabilecektir. Sonuç olarak böyle korumalı bir bataryaya sahip olduk. Artık aşırı şarj ve aşırı deşarj durumunda (ki bu lityum için önemlidir), kart yükü kapatacak ve pil çalışır durumda kalacaktır. Kısa devre koruması da mevcuttur.
Pilimizin şarj edileceği ve boşaltılacağı P+ ve P- kontaklarına kabloları lehimliyoruz.
Ve şimdi pil monte edildi, sorun olmadığı ortaya çıktı. Daha sonra şarj etmeyi deneyebilirsiniz. Bunu yapmak için 4S Li-ion piller için şarj işlevine sahip özel bir güç kaynağı kullanmanız gerekir. Ancak yazar bir dizüstü bilgisayardan normal 19V güç kaynağı kullanmaya karar verdi.
Doğrudan aküye bağlayamazsınız; şarj voltajını ayarlamanız ve şarj akımını sınırlamanız gerekir, ancak BMS kartı bunu yapamaz ve onu açıp kapatmak için kabaca bir röle gibi çalışır. Pilin doğru şekilde şarj edildiğinden emin olmak için bu ek kartı düşürücü DC-DC dönüştürücü olarak kullanacağız.
Li-ion pilleri şarj etmek için voltaj ayarı ve şarj akımı sınırlaması ile gerekli algoritmaya sahiptir. Şarj edilmiş bir akünün voltajı 4,2V'dur, 4 ile çarpın ve tüm şarjlı düzeneğin voltajını elde edin. Hesaplamalara göre bu 16.8V ama BMS kartının normal çalışması için 4.25V değerini alıp dönüştürücü çıkışındaki değeri biraz daha yükseğe ayarlayacağız.
Kolaylık sağlamak için yazar voltaj regülasyonunun nerede olduğunu ve akımın nerede olduğunu belirtmiştir. Voltajı 17,2V olarak ayarladık. Şimdilik şarj akımını yaklaşık 55mA olarak ayarlayacağız çünkü kutuların voltajı farklıdır ve uygun şekilde dengelenmesi gerekir.
Bu kartın dengeleme akımı açıklamada belirtilmiştir ve 60mA'dir.
Dengeleme sırasında bu 8 direnç ısınmaya başlar:
Şarj akımı yüksekse dengeleyicinin fazla şarj enerjisini ısıya dönüştürecek ve bankaları normal şekilde dengeleyecek zamanı olmayabilir. Her bankanın voltajını ölçüyoruz ve bunların farklı olduğunu görebiliyorsunuz.
Tüm bankalarda her şeyin aynı olması için bunları dengelemek, yani voltaj seviyesi daha düşük olanları yeniden şarj etmek zorunludur. Dengeleme olmazsa, bazı bankalardan gereğinden az ücret alınacak ve tüm sistem tam potansiyeliyle çalışmayacaktır. Artık tüm ayarların ardından düşürücü DC-DC dönüştürücü kartını aküye bağlayıp şarj işlemini başlatabilirsiniz. Kolaylık sağlamak için yazar nerede + ve nerede - işaretini imzaladı. Her şeyi bağlıyoruz ve mavi LED yanıyor, yani dizüstü bilgisayar güç kaynağı 4A'dan fazlasını sağlamasına rağmen, daha önce yapılandırılmış olan yalnızca 55mA'lik bir akım sınırı var.
Girişteki voltaj 19,6V olup, dönüştürücünün çıkışında yavaş yavaş şarj edilen akü seviyesine kadar artacak ve sonunda mavi LED sönecek, kırmızı LED yanacak ve BMS kartı dönecektir. pili kapatın.
Birkaç saat sonra her bankadaki voltaj seviyelerini kontrol ediyoruz.
Seviyelendiklerini ve yaklaşık 4,2V olduklarını, pilin neredeyse şarjlı ve dengeli olduğunu görebilirsiniz. Her şey çalışıyor.
İlk pil şarj döngüsünü düşük bir akımla yapmanız önerilir, ardından akımı daha yükseğe ayarlayabilirsiniz çünkü Genellikle bankalardaki daha fazla yayılma büyük değildir ve dengeleyici gerilimleri eşitlemeyi başarır. İki döngüden sonra yazar şarj akımını 2A'ya ayarladı ve tüm bankalar eşit şekilde şarj edildi, artık bu pil farklı cihazlara güç sağlamak için kullanılabilir. Test için bir tornavida bağlayalım.
