Выбор платы BMS

BMS (battery management system) - система управления батареи. Это устройство, без которого не обходится практически ни одна литиевая аккумуляторная батарея. BMS призвана защитить АКБ от различных негативных факторов и максимально продлить скок службы батареи. Сегодня постараемся разобраться во всех вопросах, возникающих при выборе BMS. В этой статье мы расскажем:

• для чего нужна BMS
• какие виды BMS существуют, и каким функционалом они обладают.
• как подобрать BMS под ваши задачи.

Функции BMS

Итак, все аккумуляторные батареи имеют свой рабочий диапазон напряжения, например:

для Li-ion АКБ в большинстве случаев это значение составляет  от 2,7 до 4.2V на одну параллель. Существуют АКБ, состоящие как из одной параллели, так и из множества, соединенных последовательно. Например, Li-ion АКБ  c номинальным напряжением 11.1V будет состоять и 3-х параллелей (3S), складываем рабочее напряжение всех параллелей, и получаем рабочее напряжение АКБ - от 8,1 до 12,6V. Если напряжение какой-либо параллели или напряжение всей АКБ выйдет за эти пределы, в лучшем случае батарею ждет необратимая деградация, а это в свою очередь значительно снизит емкость и срок службы батареи, в худшем - полный выход из строя АКБ, а также возможность пожара и взрыва. 

Основная функция BMS - как раз-таки не давать выходить за пределы рабочих напряжений как всей АКБ в целом, так и каждой отдельной параллели. Так же платы BMS призваны решать еще ряд важный задач:

• Ограничение тока и защита от КЗ. BMS контролирует токи заряда и разряда. В случае, если сила тока выходит за определенные значения, BMS на некоторое время разрывает электрическую цепь. Служит это для защиты батареи от КЗ и чрезмерно высокой силы тока, поскольку каждая АКБ рассчитана на определенные нагрузки.
• Температурный контроль. Аккумуляторные батареи способны нагреваться во время своей работы, а как известно, температура выше определенных значений вредит АКБ. Например, у    Li-ion батарей при нагреве свыше 60℃ наступает деградация, а при нагреве свыше 80-90℃ и вовсе появляется вероятность самовоспламенения. На многих BMS установлены температурные датчики, они следят за температурой АКБ, при превышении пороговых значений плата размыкает электрическую цепь, до тех пор, пока АКБ не остынет.

• Балансировка.  Для того, чтобы АКБ работала нормально, и отдавала заявленную емкость, напряжение на всех параллелях должно быть одинаковым. Например, если одна из параллелей имеет большее напряжение, чем остальные, то при зарядке BMS будет отключать батарею именно по этой параллели, не давая ей перезарядится, в то время как остальные еще не успели зарядится. В итоге мы получаем АКБ, которую не получится зарядить до конца, соответственно и заявленную емкость она отдавать не будет. Что бы этого избежать во многих платах БМС присутствует режим балансировки. При балансировке напряжение на всех параллелях выравнивается, и АКБ в таком случае, может отдать всю свою энергию.   

Виды BMS

Под понятие BMS попадают сразу несколько видов устройств, которые служат для нормального функционирования АКБ. Их можно разделить на несколько категорий:

• защитные платы по напряжению и току.
• балансиры
• комплексные устройства, объединяющие в себе различный функционал.

Чаще всего используются именно комплексные устройства.Они обладают защитой по напряжению и току, защитой от КЗ, и имеют температурный датчик. Так же они способны балансировать АКБ небольшими токам - до 50-100mA, как правило, этого хватает для качественно собранной батареи.

Такие платы бывают симметричными и несимметричными. При использовании симметричной BMS заряд и разряд батареи можно осуществлять через один и тот же разъем, в случае с несимметричной платой, необходимо использование двух разъемов - зарядного и разрядного. 

Сегодня на рынке существуют и более "прокаченные" варианты плат BMS -  Smart BMS.

Как правило, такие платы имеют множество температурных датчиков, это необходимо для лучшего контроля температуры АКБ. Так же к таким платам возможно подключение специального дисплея, на котором будет отображаться основная информация о состоянии АКБ. Ну и самым главным преимуществом smart BMS является возможность подключится к ней по bluetooth с помощью смартфона. При помощи специальных приложений открывается возможность наблюдать и изменять огромное количество параметров, отвечающих за работу АКБ. Вот основные из них:

• Возможность настраивать количество параллелей с которыми будет работать BMS.
• Возможность настраивать пороги напряжений на параллелях, это позволяет плате работать с разными типами аккумуляторов.
• Возможность настраивать порог максимально допустимых

токов заряда и разряда.

• Следить за такими параметрами работы АКБ, как, общее напряжение, напряжение на каждой параллели, токи заряда/разряда, температура.

Так же следует поговорить о балансирах. Они бывают двух типов - активные и пассивные.

• Активные балансиры производят балансировку уже при зарядке – зарядив одну параллель сборки, они отключают ее от питания, продолжая заряжать вторую.
• Пассивные балансиры наоборот, разряжают элементы до одного значения малыми токами через резисторы. Их основной плюс – они не требуют внешнего питания, а также являются более точными за счет применения аналоговых комплектующих.

И так, как же выбрать BMS подходящую под вашу АКБ?

• В первую очередь нужно понять, какой тип аккумуляторов будет использоваться - каждая BMS подходит только для определенного вида аккумуляторов. Исключение - smart BMS.
• Необходимо понять какое количество параллелей будет в сборке - BMS рассчитана на определенное количество. Исключением так же является smart BMS.
• Так же нужно определиться с нагрузкой - BMS рассчитана на определенные токи, в случае их превышения плата будет перегреваться и отключатся. Стоит учитывать, что если BMS будет находиться в закрытом невентилируемом корпусе, то нагреваться она будет сильнее. В таком случае стоит сделать двукратный запас по силе тока, который BMS способна выдерживать, это позволит избежать перегрева.
• Не стоит забывать, что BMS бывают симметричные и несимметричные. В некоторых устройствах использование несимметричных BMS недопустимо. Например, в гироскутерах, там, в АКБ для зарядки и разрядки используется один разъем.
• В случае, если есть потребность отслеживать различные параметры АКБ, а также настраивать их - smart BMS лучший выбор.