BMS wszystko co trzeba wiedzieć o modułach i ogniwach litowych

BMS wszystko co trzeba wiedzieć o modułach i ogniwach litowych

Kompendium wiedzy o modułach BMS

 Witam wszystkich w tym wpisie chciałbym poruszyć temat ogniw litowych, jak je ładować, przechowywać, jakie są ich najistotniejsze cechy a także jak takie ogniwa rozładowywać i o nie dbać aby posłużyły nam jak najdłużej i bezpiecznie. Na naszej drugiej stronie http://abc-modele.pl/  znajduje się obszerny artykuł poświęcony właśnie pakietom litowym Li-Pol, jednak można ją stosować także do bliźniaczych ogniw Li-Ion powszechnie stosowanych do zasilania smatrfonów, czy też w formie baterii  "paluszków" 18650, które stosuje się w laptopach / notebookach i innych urządzeń mobilnych, choć są już wypierane przez ogniwa Li-Pol. 

18650

 Jak już wiemy z powyższego artykułu o pakietach litowych muszą one być szczególnie traktowane podczas ładowania i rozładowywania, czyli muszą mieć zabezpieczenie nadprądowe i napięciowe podczas ładowania jak i rozładowywania. Co to oznacza w praktyce?

 Oznacza to, że prąd podczas ładowania musi zostać ograniczony, ponieważ ogniwo "pochłonie" taki prąd jaki się mu poda, jednak prąd wyższy niż ustalony przez producenta (przeważnie bezpieczny prąd to 1C) może doprowadzić do przegrzania ogniwa i w skrajnych przypadkach jego wybuchu. Taka sama zależność tyczy się również rozładowywania.

 Co więc robi moduł BMS i jakie jest jego zadanie? Odpowiedź jest prosta, BMS monitoruje napięcia ogniw, czy to podczas ładowania czy rozładowywania po wykryciu np. spadku napięcia na którymś ogniwie odłącza układ i analogicznie podczas ładowania balansuje cele i jeżeli któraś przekroczy górny próg napięcia (spadek natężenia prądu poniżej 0,05C ok 130mA) to zostaje odłączona a reszta ładuje się do tego samego poziomu.

bms

 Dobrze jednak jak BMS monitoruje prąd? Zasada działania jest bardzo prosta i również wykorzystuje pomiar napięcia jednak w tym wypadku z wykorzystaniem bocznika (sposób pomiaru i więcej informacji). W skrócie prąd płynący przez rezystor (o stałej rezystancji) powoduje tym większy spadek napięcia im większy przepływa prąd. Na szczęście mamy prawo Ohma R=U/I i znając rezystancję i spadek napięcia obliczamy prąd. I w ten oto niezwykle prosty sposób działają moduły BMS  zabezpieczające ogniwa litowe.

 Jeszcze jedna ważna uwaga dotycząca modułów to to iż nie ograniczają one prądu podczas ładowania ogniw, spytacie dlaczego? Odpowiedź jest banalnie prosta jeżeli moduł ograniczałby prąd a stworzony np. pakiet 3S8P o pojemności 3000 mAh ogniwo, za czym idzie łączna pojemność to  24000 mAh. Teraz podczas ładowania np. małym prądem taki proces ładowania będzie trwał bardzo długo... Dlatego ładując zrobiony pakiet z modułem BMS należy samemu dobrać (ograniczyć) odpowiedni prąd do pakietu jaki został zrobiony. Jak już jesteśmy przy zasilaniu to można ograniczyć prąd i zasilanie przetwornicą step-down XL4015E która posiada nawet diody sygnalizujące proces ładowania i jego koniec, a dodatkowo jej druga wersja posiada wyświetlacz który na bieżąco wyświetla aktualne napięcie na wyjściu i płynący prąd.

  Co do napięcia zasilania / ładowania gotowego pakietu musi ono być równe, lub wyższe sumie napięć w pełni naładowanych ogniw, czyli dla pakietu 3S czyli 3*4,2V= 12,6V należy ładować ładowarką o napięciu 13V wzwyż. Ktoś zapyta ale jakie bezpieczne maksymalne napięcie mogę podać na moduł? Otórz sprawa po testach paru modułów BMS wygląda w skrócie tak: im wyższe napięcie to moduł BMS zaczyna ładować nie jednostajnie a impulsowo. Dlatego napięcie może być średnio większe od znamionowego o ok. 5V (przy 1-2S) do 10V (<2s). span="">

 

 

xl4015

 

 

 Jaki moduł BMS wybrać i na jakie parametry zwrócić uwagę? Wybierając moduł oczywiście musimy wiedzieć na jakie zasilanie musi on być, czyli ile cel pakietu połączonych szeregowo będzie występowało (łączenie szeregowe akumulatorów sumuje napięcia, a łączenie równoległe sumuje ich pojemność, tak w gwoli przypomnienia). Jeżeli znamy napięcie jakie chcemy uzyskać i jakim operować to już połowa sukcesu, zostaje jeszcze pojemność. Jak dobrać pojemność? To zależy od tego gdzie pakiet będzie wykorzystywany, jeżeli w wiertarkach to pojemność rzędu 2000 / 3000 mAh będzie wystarczająca, jednak jeżeli jesteś budowlańcem możesz pokusić się o większe pojemności, aby urządzenie działało dłużej.

 

bms 1s  

 

 Zostaje jeszcze jeden parametr, czyli maksymalny prąd pracy i prąd odłączenia. Czym się różni jeden od drugiego? Krótko mówiąc max. prąd roboczy to prąd przy którym dłuższa praca nie grozi przegrzaniem układu (tranzystorów) a prąd odcięcia to prąd maksymalny przy którym moduł BMS odłącza zasilanie idące do odbiornika (tzw. zabezpieczenie nadprądowe). Prądy pracy i zabezpieczenia nadprądowe to kolejne elementy, które należy dobrać.

 Jaki prąd będzie mi potrzebny? Nie jest to taka straszna kwestia jakby się mogło wydawać, znów musimy przypomnieć sobie warunki i urządzenie w którym BMS będzie wykorzystany. Jeżeli np. do budowy powerbanka to zabezpieczenie wystarczy na poziomie mocy ładowania czyli od 1 do 3A. Jeżeli tak jak już wspomniałem wcześniej do  zasilenia wkrętarki to wtedy amperaż musi być większy i wynosić co najmniej 30A.

bms

 Jak podłączyć moduł BMS? Schemat połączenia znajduje się na powyższym zdjęciu, jednak zamiast oznaczeń 0V, 4,2V... itd. mogą występować opisy jako B, gdzie B- to 0V czyli masa pierwszego ogniwa od którego zaczyna się odliczanie kolejnych cel pakietu. B1 to wyjście z pierwszego obniwa czyli napięcie 4,2V, B2 to złącze balansera drugiego ogniwa itd... a B+ to plus ostatniego ogniwa.

  Moduły często posiadają zabezpieczenie przed iskrzeniem podłączanych złącz pakietu dlatego zaraz po podłączeniu pakietu pod moduł napięcie na jego wyjściach może być równe 0V, bądź ułamek napięcia prawidłowego. W tym przypadku należy podłączyć zasilanie (napięcie ładowania) na wyjścia P+ i P- po tej czynności jeżeli pakiet jest w dobrej formie wszytsko powinno działać poprawnie, jeżeli tak nie jest, to należy sprawdzić jeszcze raz połączenia. 

 Najczęstsze problemy z BMS-ami. Zdarza się, że BMS o dość wysokim prądzie rozłączenia, wyłącza układ który posiada spory zapas mocy. Dzieje się tak ponieważ np. silnik DC, musi rozpędzić wał na początku swojej pracy, co pochłania znaczne ilości prądu niż później w czasie utrzymania obrotów. Jak rozwiązać ten problem? Można zastosować kondensator elektrolityczny, który będzie wygładzał szpilki napięciowe a co za tym idzie rozwiąże problem odłączania BMS-a.