Зачем нужна плата BMS в аккумуляторной батарее?

В современном мире, где все больше устройств и приборов работают от аккумуляторных батарей, вопрос о правильной эксплуатации и обслуживании этих батарей становится все более актуальным. Одной из ключевых деталей, обеспечивающих долгую и надежную работу аккумулятора, является плата BMS (Battery Management System). В этой статье мы рассмотрим, для чего необходима такая плата и какие функции она выполняет.

BMS (Battery Management System) – это система управления батареей, предназначенная для контроля и балансировки напряжения, тока и температуры на каждой ячейке аккумулятора. Она обеспечивает безопасность работы батареи и предотвращает ее выход из строя в результате перезарядки, переразрядки, короткого замыкания или перегрева.

Плата BMS выполняет следующие основные функции:

Контроль напряжения на каждой ячейке: плата постоянно измеряет напряжение на каждом элементе аккумулятора и сравнивает его с заданным пороговым значением. Если напряжение падает ниже определенного уровня, BMS отключает аккумулятор от нагрузки, чтобы предотвратить его глубокий разряд и возможное повреждение.

Давайте посмотрим, по какому принципу BMS системы выполняют своё предназначение.

Структурно на плате можно выделить:

• микросхема защиты
• аналоговая обвязка (для определения тока/балансировки аккумуляторов)
• силовые транзисторы (для отключения нагрузки)

Рассмотри подробнее работу каждой из защит.

2. Балансировка напряжения:

Сам процесс её подразумевает выравнивание напряжений на элементах батареи, соединённых последовательно для повышения общего напряжения сборки. Из-за небольших отличиях в ёмкости батарей они заряжаются за немного разное время, и когда одна банка может уже достигнуть апогея зарядки, остальные могут ещё недобрать заряд.

При разряде такой сборки большими токами наиболее заряженные элементы по закону Ома возьмут на себя больший ток (при равном сопротивлении ток будет зависеть от напряжения, которое находится в знаменателе формулы), что вызовет их ускоренный износ и может вывести элемент из строя. Для того, чтобы избежать этой проблемы, применяют аккумуляторные балансиры – специальные устройства, выравнивающие напряжения на банках до одного уровня.

Защита от короткого замыкания:

Защитные функции BMS платы

Ключевые элементы в структуре BMS платы – это защитная микросхема, силовые транзисторы для отключения нагрузки и аналоговая обвязка для замеров тока или балансировки элементов питания. Благодаря этим элементам обеспечивается:

1. Защита от критически высоких токов и короткого замыкания. Для определения протекающего по линии тока обычно используется шунт. Он измеряет снижение напряжения на резисторе с высокой мощностью и малым сопротивлением. Но шунт не отличается компактностью и требует высокой точности измерений. Альтернативный вариант – использование эффекта Холла, но его реализация обходится дороже. Поэтому чаще всего для определения короткого замыкания на линии измеряется напряжение. При КЗ оно проседает почти до нулевого значения. Современные платы защиты быстро определяют КЗ и отключают нагрузку, не допуская повреждения аккумов или подключенного к ним устройства.
2. Защита от чрезмерного заряда и глубокого разряда. Для измерения напряжения обычно используется аналогово-цифровой преобразователь. Если контроллер защиты установлен на АКБ из последовательно соединенных элементов, то зачастую он измеряет по-отдельности напряжение каждого элемента. Это важно для профилактики неравномерного разряда элементов и глубокого разряда аккумуляторов меньшей емкости.
3. Защита от перегрева. Обеспечивается с использованием терморезистора – резистора, сопротивление которого зависит от температуры. Используется редко, т.к. перегрев обычно связан с другими опасными состояниями – перезарядом или коротким замыканием, когда срабатывают другие типы защиты.

BMS контролирует состояние контактов между ячейками и при обнаружении короткого замыкания отключает батарею от нагрузки.

Защита от короткого замыкания BMS

Защита от короткого замыкания BMS может произойти, когда клеммы аккумулятора случайно подключены, что приводит к протеканию большого тока. Это может привести к перегреву аккумулятора и возможному возгоранию. Защита от короткого замыкания отключит аккумулятор, если обнаружит короткое замыкание.

Некоторые аккумуляторы имеют несколько уровней защиты от короткого замыкания, а другие — только один. Наиболее распространенным типом защиты от короткого замыкания BMS является тепловое отключение, которое срабатывает, когда температура батареи достигает определенной точки. Другие типы защиты включают отключение плавким предохранителем и электронное отключение.

Большинство литиевых батарей имеют настройку защиты от короткого замыкания около 200-300 мА. Обычно этого достаточно для защиты аккумулятора от повреждения, но если вы используете мощные устройства, которые могут потреблять больший ток, вы можете увеличить защиту от короткого замыкания до 500 мА или более.

Если вы используете аккумулятор с высокой скоростью разряда, обязательно увеличьте защиту BMS от короткого замыкания. Высокая скорость разряда может привести к протеканию большого тока в случае короткого замыкания, что может привести к повреждению или даже разрушению аккумулятора.

Защита от короткого замыкания BMS — очень важная настройка, которую следует учитывать при использовании литий-ионных аккумуляторов. Обязательно выберите параметр, который защитит аккумулятор от повреждений, но при этом позволит вам использовать нужные вам устройства.

Защита по температуре

В современном устройстве редко используется защита по температуре для зарядки литиевых аккумуляторов. С другой стороны, на аккумуляторах для смартфонов не просто так имеется третий контакт. BMS постоянно измеряет температуру аккумулятора и, если она превышает заданный порог, снижает ток нагрузки или отключает аккумулятор. Он вводит в цепь терморезистор, сопротивление которого зависит от величины окружающей температуры. Как правило, перегрев не наступает сам по себе. До его появления срабатывают другие защитные элементы.

Заключение

Таким образом, плата BMS является неотъемлемой частью аккумуляторной батареи, обеспечивающей ее надежную и безопасную работу. Без BMS аккумулятор может выйти из строя раньше времени, что приведет к дополнительным затратам на покупку нового устройства или замену батареи. Поэтому при выборе аккумулятора важно убедиться, что он оснащен качественной платой BMS, которая обеспечит его долгую и стабильную работу.