Ремонт бмс 10s 36v своими руками

BMS – обзор контроллеров защиты аккумуляторов

В наш современный век всеобщей популяризации литиевых батарей любой, даже простой пользователь бытовых устройств, должен хотя-бы примерно представлять их функционирование и факторы риска при их эксплуатации. Среди произошедших несчастных случаев с аккумуляторами (например, электронных сигарет) лишь небольшой процент обязан производственному браку, чаще всего неисправности возникают в результате неправильной эксплуатации.

В нашей статье мы рассмотрим новейшие технологии, которые призваны защитить литиевые аккумуляторы, а также расскажем, почему они так важны.

Из теории литиевых аккумуляторов можно узнать, что им противопоказан перезаряд, переразряд или разряд слишком большими токами, а также короткие замыкания. При переразряде, в аккумуляторе образуются металлические связи между катодом и анодом, которые приводят к короткому замыканию при зарядке аккумулятора, что может привести к порче не только элементов питания, но и зарядного устройства. Перезаряд же (набор аккумулятором напряжения больше разрешенного) почти сразу ведёт к возгоранию, а зачастую даже к взрыву.

Для горения литиевых аккумуляторов не нужен кислород – оно происходит анаэробно, поэтому стандартные методы тушения не подходят; также, при реакции лития с водой выделяется еще и горючий газ водород, который только ухудшает ситуацию. Разряд высокими токами приводит к вздутию аккумулятора, а если нарушается целостность оболочки – происходит реакция лития с водяными парами в воздухе, что само по себе способно спровоцировать возгорание.

Всё это отнюдь не перечёркивает явные преимущества аккумуляторов, среди них:

• большая плотность энергии на единицу массы
• низкий процент саморазряда
• практически полное отсутствие эффекта памяти (когда заряд неполностью разряженного элемента приводит к снижению ёмкости)
• большой температурный диапазон работы

Незначительное снижение напряжения в процессе разряда накладывает некоторые обязанности на пользователя. Нельзя допустить превышения максимального напряжения (4.25 В), снижение напряжения ниже минимального (2.75 В), а также превышения рабочего тока, который отличается для каждой модели. И в этом хитром деле нам помогут специальные устройства – BMS-контроллеры!

Что такое BMS?

В переводе с английского, BMS (Battery Management System) – система управления батареей. Понятие слишком широкое, поэтому оно описывает почти все устройства, так или иначе обеспечивающие корректную работу аккумуляторов в данном устройстве, начиная с простых плат защиты или балансировки, заканчивая сложными микроконтроллерными устройствами, подсчитывающими ток разряда и количество циклов заряда (например, как в батареях ноутбуков). Мы не будем рассматривать сложные устройства – как правило, они специфичны и не предназначаются для рядового радиолюбителя, а выпускаются только под заказ для крупных производителей устройств.

То, что продаётся повсеместно, условно можно разделить на четыре категории:

• балансиры
• защиты (по току, напряжению)
• платы, обеспечивающие заряд (да, они тоже считаются устройствами BMS)
• те или иные комбинации вышеперечисленных вариантов, вплоть до объединения всего в одно устройство

Чем функциональней и разветвлённей защита – тем больше ресурс работы вашего аккумулятора.

Принцип работы BMS-контроллеров

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.

Защита по току (от короткого замыкания / превышения допустимого тока)

Существует множество вариантов узнать, какой ток течёт по линии. Самый распространённый – шунт (измерение падения напряжения на резисторе с низким сопротивлением и большой мощностью), но он требует большой точности измерений и весьма громоздкий. Метод с измерением на основе эффекта Холла лишён этих недостатков, но стоит дороже, поэтому самый распространённый метод определения КЗ на линии – измерение напряжения, которое проседает практически до нуля в режиме КЗ.

Современные контроллеры позволяют сделать это в очень короткий промежуток времени, за который ущерб не нанесётся ни подключенному устройству, ни самому аккумулятору. Но защита по току может функционировать и на шунте – ведь в случае BMS тут не нужно точное измерение, важен лишь переход падения напряжения через определённый порог. Как только событие наступает, контроллер сразу же отключает нагрузку при помощи транзисторов.

Защита по напряжению (от перезаряда или переразряда)

С этой защитой разобраться попроще, так как измерение напряжения легко можно сделать, используя аналогово-цифровой преобразователь. Но и тут есть некая специфика – стоит отметить, что если контроллер защищает большую сборку из последовательно соединённых аккумуляторов, то обычно он меряет напряжение каждой банки персонально, так как ввиду мельчайших различий в элементах они имеют мельчайшие же различия по ёмкости, что выливается в неравномерный разряд и возможность высадить «в ноль» отдельный элемент.

Некоторые системы не подключают нагрузку, не дождавшись дозаряда аккумулятора до определённого напряжения после срабатывания триггера по переразряду, то есть недостаточно подзарядить элемент пару минут, чтобы он поработал ещё хоть малое время – обычно необходимо зарядить до номинального напряжения (3.6 – 4.2В, в зависимости от типа аккумулятора).

Защита по температуре

Редко встречается в современных устройствах, но не зря большинство аккумуляторов для телефонов оборудовано третьим контактом – это и есть вывод терморезистора (резистора, имеющего чёткую зависимость сопротивления от окружающей температуры). Обычно перегрев не наступает сам собой и раньше успевают сработать другие виды защиты – например, перегрев может быть вызван коротким замыканием.

Алгоритм работы заряда батарей

Зарядка литиевых аккумуляторов происходит в 2 этапа: CC (constant current, постоянный ток) и CV (constantvoltage, постоянное напряжение). В течение первого этапа зарядное устройство постепенно поднимает напряжение таким образом, чтобы заряжаемый элемент брал заданный ток (обычное рекомендованное значение равно 1 ёмкости аккумулятора). Когда напряжение достигает 4В, зарядка переходит на второй этап и поддерживает напряжение 4.2В на батарее.

Когда элемент практически перестанет брать ток, он считается заряженным. На практике, алгоритм можно реализовать и при помощи обычного лабораторного блока питания, но зачем, если есть специализированные микросхемы, заранее «заточенные» под выполнение этой последовательности действий, например, самая известная из них – TP4056, способна заряжать током до 1А.

Что такое балансировка?

Напоследок мы оставили самую интересную функцию BMS – функцию балансировки элементов многобаночного аккумулятора.

Итак, что же такое балансировка? 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.

Активные и пассивные балансиры

Активные балансиры производят балансировку уже при зарядке – зарядив одну банку сборки, они отключают её от питания, продолжая заряжать вторую. Как яркий пример такого устройства – популярное среди моделистов ЗУ Imax B6, в режиме Balance оно сразу проверяет напряжения индивидуально на каждой банке и справляется с этим на отлично.

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 счёт применения аналоговых комплектующих (и более дешёвыми, так как не содержат сложных микросхем).

Рассмотрим некоторые примеры готовых плат BMS:

Источник

Bms 10s схема подключения

Завалялся у меня без дела старый шуруповерт «Спецмаш ДША 6016»-аккумуляторная батарея приказала долго жить еще лет пять назад, крышка от аккумуляторного блока развалилась. Вроде и выкинуть жалко, может пойдет на запчасти или сделать из него сетевой. Хотя в хозяйстве есть еще один рабочий шуруповерт, решил оживить ДША. Попробовать что получится, да второй может в перспективе тоже переделать( на нем уже менял пару NiСd элементов, скоро и эта батарея выйдет из строя).Если купить новый никель-кадмиевый аккумуляторный блок то цена его составит половину стоимости нового шуруповерта. А без шуруповерта как без рук -бытовые ремонты, работы в гараже, на даче и т.п.

Фото ДША

Можно в принципе и купить новый «Шурик» на литий ионных аккумуляторах, но имея два шуруповерта с еще нормальной механической частью решено было провести реконструкцию электроинструмента. Особо интересно попробовать сделать все это своими руками.

Изучив вопрос переделки на литий в сети, выбрал у китайцев комплектующие. Основными составляющими в той переделки являются качественные высокотоковые литий ионные аккумуляторы формата 18650 и надежная плата BMS с балансировкой элементов аккумуляторной сборки. Замерил рабочий ток моего шуруповерта и он составил 10-15Ампер. Я выбрал аккумуляторы типа Samsung INR18650-30Q 3000mAh 15A (спасибо обзорами на эту тему опубликованным ранее) и плату защиты и контроля зарядаразряда с балансировкой BMS 5S60-100A.

Схема подключения.

Я применил универсальную плату BMS, то есть можно включить ее по схеме на три, четыре или пять аккумуляторов(12Вольт,16,8Вольт или 18Вольт). Остается выбрать схему подключения в соответствие вашего шуруповерта.

BMS 5S 60-100А, 21V Контроллер заряда разряда, плата защиты Li-Ion, LiFePO4 аккумулятора c балансиром

Контролер заряда разряда 5S Li-Ion, LiFePO4 для батареи из 5 штук Li-Ion аккумуляторов 21V 100А, LiFePO4 аккумуляторов 16V 100А

Простая переделка под 3S или 4S, при установке перемычек плата будет полноценно работать с 3S или 4S Li-ioN, LiFePO4 аккумуляторами.

Есть светодиодная индикация окончания заряда, когда происходит балансировка аккумуляторов.

Технические характеристики Li-ioN:

Максимальный ток: 60А, 80А с радиатором охлаждения.

Ток срабатывания защиты 100A.

Максимальное напряжение при зарядке: 4.2 В на один элемент

Минимальное напряжение при разрядке: 2.8V на один элемент

Напряжение восстановления 2.9V на один элемент

Ток балансировки 60mA.

Технические характеристики LiFePO4:

Ток срабатывания защиты 100A.

Максимальное напряжение при зарядке: 3.65V на один элемент

Минимальное напряжение при разрядке: 2.35V на один элемент

Напряжение восстановления 2.55V на один элемент

Ток балансировки 50mA.

Размер: 60х42×3 мм.

Перемычки у микросхемы

У микросхемы есть места запайки перемычек, обозначенные цифрами 4 и 3. По схеме 5S перемычки не устанавливаем. По схеме 4S перемычку припаиваем между контактами 4, ну а по схеме 3S припаиваем между контактами 3. Лучше и удобней схема с общим минусовым проводом на питание двигателя шуруповерта и зарядки аккумуляторов. Общий минус подключаем к площадке С-.

Литий –ионный аккумуляторы 18650 установил в пластмассовом боксе с перемычками(который был в комплекте с аккумуляторами), к которым также припаяны провода управления балансировкой. Можно соединить аккумуляторы между собой при помощи пайки, но нужно быстро припаять провода исключая перегрев корпуса аккумулятора. Можно применить точечную сварку или использовать готовый холдер. Силовые выводы лучше сделать из гибкого медного провода сечением 1,5-2,5 кв.мм, так как токи на двигатель шуруповерта в рабочем режиме большие.

После сборки всей схемы остается припаять два провода питания к клеммам отсека аккумуляторного блока. Я использовал два старых никель-кадмиевый аккумулятора с клеммной колодкой. Плюсовой провод припаял к плюсу аккумулятора а минусовой к металлическому корпусу другого аккумулятора. В результате эта конструкция плотно вошла на свое штатное место.

Колодка с аккум.

Плату контроллера BMS приклеил двухсторонним скотчем к пластмассовому аккумуляторному боксу. Вся эта конструкция плотно вошла в корпус старого аккумуляторного отсека. Чтобы не вывалилась закрепил металлической полоской. Нижняя крышка аккумуляторного отсека была давно утеряна-позже надо будет сделать самодельную.

До установки платы BMS и аккумуляторов в штатный отсек провел зарядку проверку работы всей схемы. После источника питания лучше всего включить плату заряда. Это даст стабилизированное напряжение ( в моем случае 16,8Вольт) и ограничит ток заряда аккумуляторов.

Для этого на холостом ходу выставляем регулятором напряжения 16,8Вольт а регулятором тока нужный зарядный ток -1,5Ампера. Для литий ионных аккумуляторов других марок выставляем согласно собственных технических данных.

Можно установить эту плату в штатное зарядное устройство шуруповерта.

Для контроля степени заряда аккумуляторов можно установить в аккумуляторный отсек минивольтметр или индикатор заряда. Чтобы не было лишнего потребления тока с его стороны, можно включить через выключатель или кнопку. Индикатор заряда выпускается в исполнении 3s/4s/5s.

Плата контроллера BMS в конце зарядки проводит балансировку всех элементов аккумуляторной батареи, чтобы все ячейки зарядились одинаково. Ячейка набравшая полный заряд шунтируется схемой (загорится соответствующий светодиод).

Зарядная энергия переходит к элементам имеющий меньшее напряжение. Уже зарядившиеся ячейки получат меньший ток чем недозаряженные (ток балансировки -60mA). Это процесс будет проходить пока все элементы аккумуляторной батареи не будут иметь заданный уровень напряжения.

В конце балансировки все светодиоды платы будут гореть.

Контроллер BMS управляет батареей –осуществляет балансировку, контролирует температуру перегрева банок и защищает от перегрузок. Все эти функции значительно повышает срок эксплуатации аккумуляторов.На плате BMS с обратной стороны есть контакты NTC предназначенные для подключения датчика термореле. Этим датчиком можно контролировать температуру самих аккумуляторов.

Плюсом данной конструкции считаю, что применение данных аккумуляторов даст стабильную работу и достаточную емкость( в два раза больше против штатных никель-кадмиевыми (NiCd) аккумуляторов).А. универсальная плата BMS-3s/4s/5s позволит работать без лишних уходов в защиту при резком старте и увеличении механической нагрузки на шуруповерт. С данной платой можно переделать любой «Шурик», рассчитанный на напряжение от 12Вольт до 18Вольт. Минусом может будет сама цена на аккумуляторы, но мне попались я думаю оригиналы(за несколько месяцев эксплуатации никаких нареканий нет).

Подробнее процесс работы BMS и тест переделанного шуруповерта можно посмотреть в видео youtu.be/Kw_ZWyZmQ7U

Всем желаю здоровья и успехов в покупках и спасибо за потраченное время!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

• 

Как собрать LiFePO4 аккумулятор: этапы и особенности

Аккумуляторы LiFePO4 – компактные и функциональные, отличаются легкостью веса, долговечностью и оптимальны для любых целей использования. Для защиты от переразряда и перезаряда, предупреждения длительного превышения разрядного тока комплектуются BMS платой, при емкости свыше сорок ампер дополняются балансирами. По своим преимуществам устройства значительно опережают «собратьев», не обладают эффектом памяти, отличается термической и химической стабильностью, нетоксичны и не подвержены самовоспламенению. Минимальное количество циклов даже при усиленной эксплуатации составляет не менее 2000 (до стопроцентного разряда), а при щадящем режиме использования – около 8000 (если не разряжать свыше 80%).

Сборка LiFePO4 аккумулятора состоит в последовательно-параллельном соединении ячеек устройства. Для этого необходимы электроизоляционные материалы, коннекторы, кабель, зарядное устройство, паяльник или же контактная сварка, ячейки LiFePO4. Батареи располагаются вместе, выравниваются, для удобства склеиваются (по заранее выбранной схеме). После этого с каждой убирается технологический пятачок (с помощью отпайки или ножа), соединяются перемычки, балансир и силовой провод. Для защиты от замыкания стоит воспользоваться термоусадкой.

Схема подключения с симметричной BMS платы

Схема подключения BMS платы

LiFePO4: сборка по правилам

Важно помнить, что использовать ячейки лучше из одной партии, в противном случае, ориентируйтесь на их внутреннее сопротивление. Не новые изделия стоит протестировать на емкость.

Если конструкция создается последовательно, то напряжение по ячейкам суммируется, показатель емкости неизменен. При этом обязательно балансировать элементы, потому как каждый из них будет иметь различное время заряда.

Параллельное соединение не требует балансировки ячеек по параллелям, предполагает суммирование емкости, а параметр напряжения – неизменен.

Инструкция по сборке LiFePO4 аккумулятора довольно проста, но процесс требует соблюдения определенных мер безопасности. Все элементы необходимо оберегать от механических ударов, для работы использовать защитные очки. Нельзя замыкать клеммы с разной полярностью (как на самих аккумуляторах, так и на электродах), рекомендуется их залудить, либо произвести пайку до начала монтажа конструкции.

1. Точечной сваркой.
2. Пайкой.
3. Болтовым соединением.

Первый вариант подходит для самостоятельной сборки, он эффективен и не требует мастерских навыков, второй необходимо выполнять с помощью мощного паяльника и при воздействии на контакты не дольше пары секунд и третий самый удобный способ сборки LiFePO4 аккумулятора из ячеек, которые имеют болтовое соединение.

Собрать LiFePO4 аккумулятор просто. Для этого необходимо использовать качественные комплектующие, найти которые вы сможете в нашем магазине LiFePO4.RU

ЗЫ: много текста, картинки без спойлеров.

Возможно использование шунта.

В течение первого этапа зарядное устройство постепенно поднимает напряжение таким образом, чтобы заряжаемый элемент брал заданный ток обычное рекомендованное значение равно 1 ёмкости аккумулятора.
Посылка из Китая — 4S 30A BMS Li-ion с балансиром

Чем более функциональна и разветвленная защита, тем выше эксплуатационный ресурс аккумуляторной батареи.

Шуруповерт работает, аккумулятор в защиту не уходит и нагрузки держит.

Китаец, наверное, указал в спецификации китайские амперы. Наиболее распространенным является шунт.

Благодаря современным контроллерам появляется возможность мгновенно измерить напряжение и предотвратить порчу как аккумулятора, так и питаемого устройства. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.

Recommended Posts

То, что продаётся повсеместно, условно можно разделить на четыре категории: балансиры платы, обеспечивающие заряд да, они тоже считаются устройствами BMS те или иные комбинации вышеперечисленных вариантов, вплоть до объединения всего в одно устройство Чем функциональней и разветвлённей защита — тем больше ресурс работы вашего аккумулятора. Зарядка и балансировка Зарядку я оставил родную от шуруповерта, она как раз выдает на холостом ходу около 17 вольт. Нельзя замыкать клеммы с разной полярностью как на самих аккумуляторах, так и на электродах , рекомендуется их залудить, либо произвести пайку до начала монтажа конструкции. Кстати, эти ножки очень хороши и в качестве именно ножек как ни странно : — упругие и совершенно не скользят.

Я замерял с резисторами, они добавляли пару ампер, но стенд уже разобран.

Аккумуляторы на литиевой основе заряжаются в два этапа.

Преимущество заключается в отсутствии необходимости пользоваться внешним питанием. Реализация этого алгоритма также возможна с использованием обычных лабораторных блоков питания.

Сборка LiFePO4 аккумулятора состоит в последовательно-параллельном соединении ячеек устройства.

Параллельное соединение не требует балансировки ячеек по параллелям, предполагает суммирование емкости, а параметр напряжения — неизменен. Так же оставил вертикальные вырезы для проводов, которые должны выходить от межбаночных соединений за пределы крышки.

Среди произошедших несчастных случаев с аккумуляторами например, электронных сигарет лишь небольшой процент обязан производственному браку, чаще всего неисправности возникают в результате неправильной эксплуатации.
Как подключить BMS (PCM) плату и собрать аккумулятор 12в lifepo4 своими руками

Join the conversation

Остальные ячейки, обозначенные зеленым цветом в момент остановки процесса заряда сохраняют текущий уровень емкости, а в момент его возобновления продолжают заряжаться. Вот такой аккумулятор мы сегодня собрали и разобрались как его можно зарядить.

Что являет собой BMS?

Зеленая плата с индикаторами показывала только наличие питания, об окончании зарядки никогда не индицировала — пока оставил ее для той цели, но собираюсь выкинуть ее и воткнуть туда АмперВольтметр куплен, но нет времени ковыряться! Для управления процессом заряда и балансировки был последовательно включен ключ, открытие и закрытие которого осуществлялось по команде, поступающей от BMS. Полный размер Аккум установленный на зарядной базе и подключена балансировка Старый черный аккум, когда окончательно сел, был переделан в адаптер с кабелем и крокодилами для присоединения к автомобильному аккумулятору — поэтому я сначала посчитал что, если двигатель выдержал напряжение 14,2В от заведенного автомобиля, то должен выдержать и 16В — типа всё-равно эти 16 просядут до и будет нормуль!

Нагрузкой является сопротивление 1 Ом. Напряжение на каждой из ячеек, объединенных в литий-железо-фосфатную батарею, должно находиться в определенных пределах и быть равным между собой.

При последовательном же соединении равномерного распредения заряда между ячейками не происходит, в результате чего одни элементы остаются недозаряженными, а другие перезаряжаются. КЗ такой батареи, даже разряженной, может привести к большим неприятностям.
Продолжение сборки аккумулятора (подключение BMS)

Принцип работы BMS-контроллеров

Что являет собой балансировка?

Получилась приличная такая щель: Теперь остается спаять все в кучу.

По выше описанному принципу начинает работать балансир.

BMS защищает батарею, предотвращая её выход за пределы безопасной работы. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты.

Метки: переделка аккумулятора шуруповерта на литий

В обзоре будет тестирование, а также несколько вариантов переделки шуруповерта под литий на основе этих плат или подобных. Теперь в случае перезаряда и перерязряда что для лития важно плата просто отключит нагрузку и аккумулятор останется рабочим. Ну да ладно, у меня есть отличная толстая нихромовая проволока, сейчас я напаяю ее кусок поверх резисторов-шунтов стоят два по 0. BMS может предотвратить опасный для аккумуляторной батареи процесс путем непосредственного влияния на неё или же подачи соответствующего сигнала о невозможности последующего использования аккумулятора к управляющему устройству контроллеру.

Как все это хозяйство соединить: Ну и пару слов о соединении. Ячейки с наименьшим уровнем заряда станут своеобразным «cлабым местом» аккумулятора: они будут быстро поддаваться разряду, в то время, когда аккумуляторные элементы большей емкости будут проходить только частичный разрядный цикл. Но проверять двигатель не стал и заменил его на двигатель 14,4В Старый и новый двигатель!

Научно-популярный журнал

Не новые изделия стоит протестировать на емкость. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты. Отверстия в пластике под эти гайки оставляются чуть меньше на 0.

Для этого используются специальные балансиры. Разновидности балансиров — активные и пассивные В общей сложности, активные и пассивные балансиры отличаются между собой в зависимости от принципа работы. Если бы у меня был шурик на NiCd банках, для переделки я бы выбрал красную платку, :- … Киса: Товар предоставлен для написания обзора магазином.
Обзор BMS контроллера заряда литий-ионных аккумуляторов 18650 3.7В.

Источник