Модуль защиты BMS 3S 25A с переделкой и установкой + аккумуляторы SONY US18650VTC4 + зарядка Colaier 3S 3A

toozpickЭлектроника / Блоки питания
Приветствую, Самоделкины!Сейчас мы вместе с автором YouTube канала «Radio-Lab» будем собирать аккумулятор на 4 банки из отдельных Li-ion аккумуляторов 18650 с платой защиты, она же BMS.

Для будущих проектов автора такой аккумулятор будет нужен. В интернете он купил 8 вот таких Li-ion аккумуляторов из разборки, вроде фирмы Sanyo.

Банки б.у., но прогнав на заряднике – все нормально, еще будут работать, емкость примерно 2100 мАч. Плату защиты будем использовать вот такую из не дорогих со встроенным балансиром (что важно), есть защиты от перезаряда и переразряда.

Ток разряда заявлено до 30А, для большинства задач этого с запасом. Для увеличения емкости будем паять по два аккумулятора для каждой банки в параллель. Но сразу это делать нельзя, нужно выровнять уровни заряда аккумуляторов, чтобы они друг друга и испортили. Проще всего – это полностью зарядить все аккумуляторы и потом можно их соединять в параллель. Для зарядки, например, можно использовать вот такой простенький зарядник на основе популярной платки.

Заряженные аккумуляторы уже можно паять в параллель, паять такие аккумуляторы можно, но делать это нужно быстро.

Между собой аккумуляторы будем соединять с помощью двухсторонней клейкой ленты.

После этого паяем аккумуляторы в пары и получаем 4 отдельные банки для будущего 4S аккумулятора. Соединением аккумуляторов в параллель мы получаем увеличение емкости. Для таких сборок желательно брать аккумуляторы одной партии.

Дальше соединяем аккумуляторы так, чтобы получилась цепочка чередования плюс (+) и минус (-).

После этого соединяем все банки последовательно и в итоге получился один аккумулятор.

Суммарное напряжение всей сборки пока составляет 15,69 В, но чтобы этот аккумулятор работал долго, его нужно защищать. Для этой цели будем использовать вот такую плату BMS.

Как ее правильно подключить можно увидеть на рисунке выше. В первую очередь будем подключать силовые + и – сборки. Припаяем силовые + и – к аккумулятору и потом, соблюдая полярность, эти провода припаяем к контактам В+ и В- на плате, все удобно сделано.

Теперь очень важно правильно подключить провода для балансировки. Два крайних провода балансирного разъёма (они же силовые + и -) автор вытащил, они на плате BMS уже подключены к основным дорожкам и в данном случае не нужны.

Подключаем балансирный разъём и по схеме паяем балансировочные провода к аккумулятору, ничего сложного главное не спешить.

Если это сделать неправильно, то детали балансира начнут греться и могут поотлетать или сгореть. В итоге у нас получился вот такой уже защищенный аккумулятор. Теперь в случае перезаряда и перерязряда (что для лития важно) плата просто отключит нагрузку и аккумулятор останется рабочим. Так же есть защита от коротких замыканий.

К контактам Р+ и Р- припаяем провода, по которым будет производится зарядка и разрядка нашего аккумулятора.

И вот, аккумулятор собран, получилось вроде нормально. Дальше можно будет попробовать его зарядить. Для этого нужно использовать специальный блок питания с функцией зарядки для 4S Li-ion аккумуляторов. Но автор решил использовать обычный блок питания с напряжением 19В от ноутбука.

Подключать напрямую его к аккумулятору нельзя, нужно настроить напряжение зарядки и ограничить зарядный ток, а плата BMS этого не умеет и работает примерно, как реле на включение и выключение. Чтобы аккумулятор заряжался правильно, будем использовать вот такую дополнительную платку понижающего DC-DC преобразователя.

В ней есть необходимый алгоритм для зарядки Li-ion аккумуляторов, с настройкой напряжения и ограничением тока заряда. Напряжение одного заряженного аккумулятора составляет 4.2В, умножаем на 4 и получаем напряжение всей заряженной сборки. По расчетам это 16,8В, но для нормальной работы платы BMS возьмем значение 4,25В и настраиваем на выходе преобразователя значение немного выше.

Для удобства автор подписал где регулировка напряжения, а где тока. Напряжение выставляем 17,2В. Ток зарядки пока выставим примерно 55мА, потому как напряжение банок отличается и их нужно правильно сбалансировать. Ток балансировки для этой платы указан в описании и составляет 60мА.

Во время балансировки начинают греться вот эти 8 резисторов:

При большом токе зарядки балансир может не успеть преобразовать лишнюю энергию зарядки в тепло и нормально отбалансировать банки. Измеряем напряжение каждой банки и можно увидеть, что они отличаются.

Балансировать их нужно обязательно, то есть дозарядить те, которые ниже по уровню напряжения, чтобы все было одинаково на всех банках. Без балансировки некоторые банки буду недозаряжены, и вся сборка не будет работать на полную. Вот теперь после всех настроек можно подключить платку понижающего DC-DС преобразователя к аккумулятору и начать процесс зарядки. Для удобства автор подписал где + а где -. Все подключаем и засветился синий светодиод, то есть идет ограничение по току, всего 55мА, которые были ранее настроены, хотя блок питания ноутбука отдает более 4А.Напряжение на входе 19,6В, а на выходе преобразователя постепенно будет расти до уровня заряженного аккумулятора и по окончанию синий светодиод погаснет, засветится красный и плата BMS отключит аккумулятор.

Спустя несколько часов проверяем уровни напряжения на каждой банке.

Можно увидеть, что они выровнялись и составляют примерно 4,2В, аккумулятор практически заряжен и отбалансирован. Все работает.Первый цикл зарядки аккумулятора желательно сделать малым током, а потом можно выставить ток выше, т.к. обычно дальше разброс на банках не большой и балансир успевает выровнять напряжения. После двух циклов автор настроил ток заряда на 2А и все банки зарядились одинаково, теперь этот аккумулятор можно использовать для питания разных устройств. Для теста подключим шуруповерт.

Шуруповерт работает, аккумулятор в защиту не уходит и нагрузки держит. Шуруповерт сам старый, на 1-й скорости автор остановить его не смог, а на 2-й скорости у него получилось остановить его рукой. Теперь давайте проверим защиту от коротких замыканий.

Защита есть. И когда короткого уже нет, то плата выходит из защиты и готова дальше питать устройства. Вот такой аккумулятор мы сегодня собрали и разобрались как его можно зарядить. Минусом все же можно считать малый ток балансировки именно на этой плате BMS, но это не страшно. В будущем этот аккумулятор точно пригодится.

Надеюсь было интересно и полезно. Пробуйте и главное не спешите. Полезные ссылки вы найдете в описании под видеороликом автора (ссылка ИСТОЧНИК). Благодарю за внимание. До новых встреч! Видео:

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Особенности схемы устройств для балансировки АКБ

В общей сложности, схема балансировки аккумулятора выступает в качестве стабилитрона повышенной мощности, на который подается низкоомная нагрузка. Посредством микросхем D1 ведется измерение напряжения на минусовой и плюсовой стороне аккумуляторной батареи. При достижении максимального значения открывается транзистор повышенной мощности, через который проходит все напряжение от зарядного устройства.

Учитывая небольшие размеры блоков, у мастеров появляется возможность без проблем устанавливать их на элемент. Правда, не стоит забывать о потенциале отрицательного полюса, появляющегося на корпусе источника питания. Важно проявлять максимальную осторожность в ходе установки систем общего радиатора. Обязательным условием является использование изоляции для транзисторных корпусов.

Защита по току

Есть несколько способов определения величины тока по линиям. Наиболее распространенным является шунт. Он фиксирует напряжение на резисторах, имеющее большую мощность и низкое сопротивление. Правда, здесь требуется повышенная точность измерений, да и сам шунт имеет большие габариты. При проведении измерений, опираясь на эффект Холла, эти недостатки полностью устраняются, но это неизбежно приводит к удорожанию конструкции. Следовательно, наиболее популярным методом диагностики короткого замыкания на линиях является проверка напряжения, проседающего до полного нуля при коротком замыкании.

Благодаря современным контроллерам появляется возможность мгновенно измерить напряжение и предотвратить порчу как аккумулятора, так и питаемого устройства. Возможно использование шунта. Если BMS предназначается для высокоточных измерений, тут они не требуются. Все, что надо – это зафиксировать скачок напряжения выше предельного значения. При наступлении события автоматически срабатывает контроллер, отключая посредством транзисторов нагрузку.

Упрощенные схемы балансиров

Упрощенный балансир для аккумуляторов обычно разрабатывается на основе TL431. Задача резисторов R1 и R2 заключается в поддержке стабильного напряжения. Если имеющийся тип батареи несовместим с имеющимися резисторами, для нее можно выбрать другие резисторы. От транзистора передается эталонное напряжение, после чего, ближе к границе требуемого тока система приступает к постепенному открыванию транзистора. Тем самым она предотвращает превышение заданного мастером напряжения. При минимальном увеличении подаваемого тока транзисторное напряжение быстро увеличится.

К категории упрощенных балансиров подходят практически любые PNP-транзисторы, предназначенные для работы в пределах установленных токов/напряжений. Если источник питания должен получить ток 500 миллиампер, мощность транзистора составит 2.1 вольта. Идентичный уровень потеряет транзистор, вследствие чего систему надо снабдить небольшой системой охлаждения. При одноамперном зарядном токе или превышении этого значения увеличивается мощность потерь. Следовательно, с каждым разом системе будет сложнее избавляться от чрезмерной тепловой энергии. При выборе делителя напряжения необходимо ориентироваться на предельную величину напряжения ограничения, которого надо добиться.

Что являет собой BMS?

BMS – это специальная система, отвечающая за управление аккумуляторной батареей. Это понятие является слишком широким, поэтому сюда входит подавляющее большинство устройств, в той или иной степени обеспечивающих правильную эксплуатацию источников питания внутри устройства. К этому понятию относятся как простые защитные/балансировочные платы, так и технически сложные микроконтроллеры, вычисляющими остаточные циклы заряда и определяющими токи разряда. Ниже не будут рассмотрены технически сложные системы ввиду их специфичности. По большому счету, они крайне редко попадают в руки рядовых радиолюбителей, их целевая аудитория – крупные производители оборудования.

Системы, которые продаются везде, условно разделяются на 4 группы.

  1. Балансир для li ion аккумуляторов.
  2. Защита по напряжению или току.
  3. Плата, отвечающая за обеспечение заряда.
  4. Вариации устройств, перечисленных выше, включая объединение нескольких групп в единую систему.

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

Балансировочная плата для литиевых аккумуляторов

При соединении нескольких источников постоянного тока в общую банку по последовательной методике обеспечивается суммирование напряжений. При этом емкость аккумулятора будет определяться элементом с минимальным значением параметра.

Для зарядки устройства используется две методики — последовательная и параллельная. При первом способе осуществляется подача питания от единого источника, напряжение соответствует значению параметра на полностью заряженном аккумуляторе.

Параллельный метод предусматривает независимую зарядку каждого изделия, входящего в аккумуляторную банку. В конструкцию зарядного блока входят не связанные между собой источники питания. Для контроля параметров электрического тока применяются индивидуальные устройства. Зарядные блоки подобной конструкции встречаются редко, для восполнения емкости литиевых аккумуляторов применяется последовательная схема зарядки.

При совместной зарядке необходимо не допустить повышения напряжения на клеммах элементов, составляющих аккумуляторную банку, выше допустимого предела (зависит от модели батареи).

Из-за различных характеристик элементов пороговое значение достигается в разное время.

Пользователь вынужден прекратить зарядку после фиксации допустимого напряжения на первом источнике, при этом остальные компоненты АКБ остаются недозаряженными, что негативно влияет на конечную емкость батареи.

При эксплуатации элемента питания происходит неравномерное снижение напряжения на выводах элементов. Разрядка прекращается в момент фиксации минимально допустимого порога на секции, не получившей необходимого заряда.

Для исключения возможности возникновения ситуации в цепь питания батареи вводится балансировочный блок, который контролирует параметры на каждой секции. При достижении запрограммированного значения происходит параллельная коммутация балластного резистора, отсекающего подачу питания на клеммы секции.

Балластное сопротивление отключает питание в случае превышения силы тока, идущего через резистор, над параметром в цепи питания секции аккумулятора. Остальные компоненты аккумуляторной банки продолжают заряжаться.

По мере фиксации максимального напряжения происходит последовательное отключение цепей питания. После подключения всех имеющихся балластных сопротивлений зарядка прекращается. Напряжение всех секций будет равняться значению параметра, на который отрегулирован балансир.

Что являет собой балансировка?

BMS контроллер оснащен еще одной, по мнению многих – самой интересной функцией. В многобаночных аккумуляторах предусмотрена функция балансировки элементов.

Что такое балансировка? Ее задача заключается в том, чтобы повысить общее напряжение сборки. Положительный эффект достигается за счет выравнивания напряжения каждого элемента. Многобаночные АКБ не состоят из элементов с идентичной емкостью – хоть и немного, но она все-таки отличается. Может возникнуть ситуация, когда один элемент зарядится полностью, в то время как другие еще нуждаются в доборе заряда.

Закон Ома дает понять, что когда такая сборка начнет разряжаться, те элементы, которые зарядились больше всего, примут на себя наивысший ток. При одном-двух циклах зарядки подобным образом с батареей вряд ли что-то случится. Но на длительной дистанции банки, постоянно принимающие наибольший объем энергии, постепенно начнут изнашиваться. Причем их износ окажется сильнее по сравнению с аккумуляторными банками, постоянно принимающими меньшее напряжение.

Важно! Во предотвращение негативных последствий проводится балансировка литий ионных аккумуляторов. Для этого используются специальные балансиры.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *