Меня попросили попроще рассказать как работает БМС и какие типы их есть. Я отметил два основных типа БМС для литиевых аккумуляторных батарей, причём неважно для каких, это может быть условностью. Так как контроллеры заряда в БМС вы не поверите, но могут быть универсальными, но активирован например конкретный режим, и конкретный тип батареи. Например в смарт БМС можно уже делать выбор, но и в обычных бмс можно это сделать если контроллер заряда поддерживает необходимый тип АКБ.
Да и важно понимать собирая АКБ для электро транспорта, что стоит выбирать БМС, которая обеспечивает одновременную работу заряд/разряда по двум проводам. Иначе режим рекуперации у вас работать не будет!Данное видео я записываю не просто так, а именно для того чтобы опустить на землю людей, которые не понимают принципа работы бмс и работы некоторых их узлов. Особенно меня позабавило что оказывается БМС отключает только заряд, а вот разряд он не отключает. К сожалению вы не правы, посмотрите схему любого БМС и вы увидите во первых Шунт, во вторых предохранитель, в третьих бывает такая проблема как например пере сброс например смарт бмс, когда на доли секунд он может отключать и пере подключать ключи управления З/Р (заряд разряд). Так же бывают программные или сбои вызванные выходом транзисторов из строя, да статика в конце концов, молния. Все это нужно понимать и учитывать!
По этому безопасно использовать БМС либо только с инверторами которые могут работать без АКБ, или общаться с БМС лития, но это не бюджетные АКБ. Даже то что у вас например не подключена гос сеть, это не гарантирует безопасную работу. Ну или большей емкости АКБ, хорошенько отбалансировать их перед сборкой в АКБ, и не разряжать белее чем на 40-50% от 100% емкости, и периодически контролировать разбег банок! Так же если добавить разряд небольшими мощностями, так же могут сказаться на отсутствии разбега между банками если подобная проблема появилась. Но ее нужно будет устранять самостоятельно!
Литий это весьма интересные АКБ, компактные и к сожалению на данный момент самые дешевые, но в отличие от свинцовых АКБ, они ошибок не прощают. И это важно помнить на каждом этапе.
Тоже относится и к работе инверторов!
BMS 1A 2A 5A балансировочный ток 8S 12S 13S 14S 16S 17S 20S 24S Smart JK Bms 60A 80A 100A 150A 200A 600A — https://aliclick.shop/r/c/1rq8mvmr1numnmti
Самое важное забыл сказать, если ни один из транзисторов не открывается (не получает сигнал), то на выходе после БМС будет НОЛЬ! Если открыт только С — Заряд, то подключая нагрузку, она будет висеть на зарядном устройстве при одновременном заряде, и напряжение при нехватке тока будет уменьшатся, пока зарядное устройство не отключится по своей защите. По этому риски очень велики надеется на сработку или не сработку транзистора и присутствие сигнала его открытия от MCU. Рискованно в любом случае!
Изучите основы высокого уровня того, какую роль играют системы управления батареями (BMS) в проектировании электропитания и какие компоненты необходимы для их основных функций.
В настоящее время безраздельно господствуют литий-ионные аккумуляторы с плотностью энергии до 265 Втч/кг. Однако у них есть репутация того, что они иногда взрываются и сжигают всю эту энергию, если испытывают чрезмерный стресс. Вот почему им часто требуются системы управления батареями (BMS), чтобы держать их под контролем.
В этой статье мы обсудим основы концепции BMS и рассмотрим несколько основных частей, составляющих типичную BMS.
Основные конфигурации BMS
На рисунке 1 мы видим основные блоки того, как может выглядеть BMS, выполняя функцию предотвращения серьезных неисправностей батареи.
Рисунок 1. Типовая блок-схема BMS
Этот пример BMS может работать с четырьмя литий-ионными аккумуляторами последовательно. Монитор ячеек считывает напряжения всех ячеек и выравнивает напряжения между ними: эта функция называется балансировкой (подробнее об этом позже). Это контролируется MCU, который обрабатывает данные телеметрии, а также стратегию манипулирования переключателями и балансировки.
На практике рынок предлагает различные решения для более простых конструкций, в том числе для одиночных ячеек без балансировки или микроконтроллеров, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Простой менеджер батареи. Изображение предоставлено Texas Instruments
Недостатком этих более простых систем является то, что разработчик привязан к тому, что предлагает данная часть (например, переключатель верхней или нижней стороны) без настройки.
При использовании большего количества ячеек необходима система балансировки. Существуют простые схемы, которые все еще функционируют без MCU, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Независимый от MCU балансировщик ячеек. Изображение предоставлено Texas Instruments
При использовании более крупных батарейных блоков или чего-либо, что требует последовательного соединения элементов или расчета уровня топлива, необходим MCU. Наиболее интегрированное (и, следовательно, недорогое) решение представлено на рис. 4.
Рисунок 4. Коммерческая BMS. Изображение предоставлено Renesas
Это BMS, в которой используется MCU с проприетарной прошивкой, выполняющей все связанные с батареей функции.
Строительные блоки: Компоненты системы управления батареями
Вернитесь к Рисунку 1, чтобы получить общее представление об основных компонентах, имеющих решающее значение для BMS. Теперь давайте более подробно рассмотрим основные части рис. 4, чтобы понять различные элементы, задействованные в блок-схеме BMS.
Предохранитель
Когда происходит сильное короткое замыкание, аккумуляторные элементы должны быть быстро защищены. На рис. 5 вы можете видеть то, что известно как предохранитель самоконтроля (SCP), который предназначен для перегорания ИС управления перенапряжением в случае перенапряжения, замыкая контакт 2 на землю.
Рисунок 5. Предохранитель SCP и управление коммерческой BMS
MCU может сообщать о состоянии перегоревшего предохранителя, поэтому питание MCU должно подаваться до предохранителя.
Измерение тока/подсчет кулонов
Здесь реализовано измерение тока на стороне низкого напряжения, позволяющее напрямую подключаться к MCU.
Рис. 6. Типичное значение слабого тока коммерческой BMS
Сохраняя привязку ко времени и интегрируя ток по времени, мы получаем полную энергию, поступающую или выходящую из батареи, реализуя кулоновский счетчик. Другими словами, мы можем оценить состояние заряда (SOC, не путать с системой на кристалле), используя следующую формулу:
где
- $$SOC(t_0)$$ — начальный SOC (в Ач)
- $$C_{rated}$$ — номинальная емкость (в Ач)
- $$I_b$$ — ток батареи
- $$I_{loss}$$ учитывает потери клеточной реакции
- τ – период усреднения отсчетов электрического тока
Термисторы
Датчики температуры, обычно термисторы, используются как для контроля температуры, так и для обеспечения безопасности.
На рисунке 7 вы можете видеть термистор, который управляет входом IC контроля перенапряжения. Это искусственно перегорает SCP (предохранитель, показанный на рисунке 5) без вмешательства MCU.
Рисунок 7. Термистор может управлять SCP в случае серьезных тепловых проблем
На рис. 8 показаны два дополнительных термистора для телеметрии.
Рисунок 8. Термисторы, используемые прошивкой
Главный выключатель
Чтобы МОП-транзисторы действовали как переключатели, их напряжение сток-исток должно быть $$V_{ds} \leq V_{gs} — V_{th}$$. Электрический ток в линейной области равен $$I_d = k \cdot (V_{gs} — V_{th}) \cdot V_{ds}$$, что делает сопротивление ключа $$R_{MOS} = 1 Ом. [k \cdot (V_{gs} — V_{th})]$$.
Важно управлять $$V_{gs}$$ соответствующим образом, чтобы обеспечить низкое сопротивление и, следовательно, низкие потери.
Рис. 9. Главный выключатель аккумуляторной батареи (NMOS, верхняя сторона)
Типы NMOS также используются на переключателях верхнего плеча через зарядный насос, поскольку обычно они имеют более низкий уровень $$R_{MOS}$$.
Балансир
Аккумуляторные элементы имеют допуски по емкости и импедансу. Таким образом, за циклы может накапливаться разность зарядов между последовательно соединенными ячейками.
Если более слабый набор элементов имеет меньшую емкость, он будет заряжаться быстрее по сравнению с другими, включенными последовательно. Поэтому BMS должна останавливать зарядку других ячеек, иначе более слабые ячейки будут перезаряжены, как показано на рисунке 10.
Рисунок 10. Аккумуляторы с меньшей емкостью препятствуют полной зарядке аккумулятора. Изображение предоставлено Analog Devices.
И наоборот, ячейка может разряжаться быстрее, что может привести к тому, что ячейки окажутся ниже своего минимального напряжения. В этом случае BMS без балансировщика должна раньше остановить подачу энергии, как показано на рисунке 11.
Рисунок 11. Ячейки меньшей емкости, препятствующие использованию полной энергии батареи. Изображение предоставлено Analog Devices.
Схема, подобная той, что показана на рисунке 12, будет разряжать элемент с более высоким SOC (состоянием заряда), как показано на рисунке 10, на уровне других элементов, включенных последовательно. Это достигается с помощью пассивного метода балансировки, называемого шунтированием заряда.
Рисунок 12. Пример стратегии пассивной балансировки
Поскольку ток протекает через транзистор в состоянии ON и рассеивается через резистор R, а опорным напряжением является CELL1 (отрицательный полюс), только такая ячейка будет разряжать свой избыток энергии.
Эта статья была направлена на то, чтобы представить основную концепцию системы управления батареями и представить основные компоненты, используемые в их конструкции. Надеюсь, теперь вы лучше понимаете, для чего предназначена система управления батареями и как ее можно использовать в конструкции электропитания.
Если у вас есть дополнительные концепции, о которых вы хотели бы узнать больше в отношении дизайна BMS, оставьте комментарий ниже.
Описание добавлено исходя из личного опыта, а Схемы нашел тут — https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/introduction-to-battery-management-systems/