Платы балансировки литиевого аккумулятора: назначение и схема плат защиты li ion аккумуляторов

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.

LTO аккумуляторы — балансировка и защита

Три дня (и три ночи) читаю про разные техники балансировки отдельных ячеек аккумуляторных батарей разной химии, вольтажа, ёмкости. О сколько мне открытий чудных в связи с этим чтением явилось!

Зачем балансир?

Долго эксплуатируя батарею, важно следить чтобы все «банки» последовательной сборки обладали одним (схожим) напряжением.

Скажем, имеем сборку из двух аккумуляторов. Чтобы поднять напряжение сборки, их соединили последовательно, то есть так: (-+) — (-+). Подаём на крайние — и + сборки напряжение заряда и вот беда. Одна банка заряжается быстрее, вторая наоборот, отстаёт.

Зарядка, которая не знает что творится внутри сборки, просто выставляет 2х нужное напряжение. И получается, например на убежавшей вперёд банке +10% напряжения, а на подоотставшей напротив -10%. Это значит, что первая банка помрёт от перезаряда быстрее.

Печаль ещё в том, что чем дальше банка при смерти, тем быстрее она будет обгонять соседей. Положительная обратная связь.

Читайте также:  Wi-fi модули esp8266 и avr микроконтроллер

При разряде та же картина. И даже если есть отключение нагрузки по предельному напряжению сборки, то та банка что просела ниже всех (всё та же умирающая), просядет ниже критического минимума и будет всё мертвее с каждым разрядом. Жесть, фильм ужасов, неприятность. Банки надо срочно балансировать!

В сборке из двух аккумуляторов всё звучит плохо, но на сколько неприятно происходящее внутри неконтроллируемой и небалансируемой сборки из 12 ячеек? У меня дома как раз такая сборка свинцово-кислотных АКБ на 24В. Или чуть поменьше, другая сборка — там 5 ячеек литий-титанатных аккумуляторов.

Оказалось, что грубо есть два типа балансиров, кто б сомневался. Один глупый, но мощный (пассивный). Второй умный и слабый (активный).

Пассивный балансир

Работает только при зарядке. Представим подована Сергея, который сидит с двумя вольтметрами над нашей сборке из двух аккумуляторов. Он смотрит на вольтметры и, если вдруг какой-то покажет цифру выше некоей пороговой (для моих LTO аккумов это 2.75 В), то Сергей балансир подключает в параллель к банке сопротивление. Ну, например, лампочку. Как в этой схеме:

(по клику на картинку — ссылка на первоисточник)

На этой картинке 4 одинаковых устройства. Настройка напряжения, когда загорится лампочка в этом случае подстроечниками поканально. То есть берём лабораторный БП, подаём на вход желаемое напряжение. крутим резюк до момента включения лампочки. Идём на второй, третьй .. двадцать третий канал, делаем то же.

Конечно же, так же распространены схемы балансиров без подстройки — под заранее придуманный порог напряжений (под разную химию аккумуляторов разное и напряжение).

Косяки схемы для меня теперь очевидны. Балансир греется, тратит энергию. Он не сможет подровнять ячейки в режиме хранения и разряда, не сможет сделать это и в режиме не полного заряда. В общем, грусть-печаль. Но дёшево. И, что порой важно, ток балансировки может быть на порядок больше чем у активных!

+ дёшево; + большой ток;

— работает только снимая лишний перезаряд.

Источник: http://astro.milantiev.com/2017/12/25/lto-balance-bms/

Плата защиты литиевого аккумулятора

Защитные платы для Li-ion или Li-pol аккумуляторов дополнительно защищают изделия от взрыва или воспламенения, происходящего из-за избытка газов при перезарядке. Следует учитывать, что регулярная эксплуатация недозаряженных элементов приводит к деградации катода и анода, что сокращает срок службы изделия.

Часть аккумуляторных банок оснащается платой защиты в заводских условиях. Для самодельных устройств и некоторых аккумуляторов потребуется монтаж дополнительного узла фабричного изготовления или собранного своими руками.

Схема платы балансировки литиевых аккумуляторов.

В конструкции всех литий-ионных или литий-полимерных банок предусмотрена защитная плата PCB или PCM. Устройство обеспечивает разрыв цепи при возникновении аварийной ситуации (например, короткого замыкания).

Защитный блок не оснащен регуляторами напряжения или силы тока, допускается разрядка элементов до 2,5 В и ниже (зависит от качества контроллера), что негативно влияет на рабочие характеристики аккумуляторов. Плата балансировки MBS устанавливается вместо защитного устройства, узел обеспечивает защиту от замыканий и равномерную зарядку элементов.

Плата защиты литиевого аккумулятора

Литиевые аккумуляторы при перезарядке, нагревании могут загореться или взорваться. При проседании напряжения возникают трудности с зарядкой. Каждый случай нарушения режима ведет к безвозвратной потере емкости банки. Поэтому любая сборка из литиевых аккумуляторов содержит защитную плату.

Если используются незащищенные элементы, контроллер заряда-разряда устанавливается непременно. РСВ-плата предусмотрена , как обязательный элемент во всех аккумуляторов для бытовых приборов.

РСВ –платы и РСМ-модули не являются контроллерами, они не регулируют ток и напряжение. Их задача – разорвать цепь, если случилось короткое замыкание, перегрев. Модули допускают разряд до 2,5 В, что опасно. Все модули защиты китайские, продукция выпускается миллионами и вряд ли тестируется каждая микросхема. Это не полноценная защита, аварийная.

Для защиты используют платы заряда и защиты MBS, подбираемые по удвоенной токовой нагрузке, со встроенным балансиром. Платы зарядки и защиты литиевых аккумуляторов представляют контроллеры, которые обеспечивают 2 этапа процесса и обеспечивают нужные параметры. Непременным условием второго этапа зарядки является отключение питания при достижении максимального рабочего напряжения литиевого аккумулятора.

Балансировочная плата для литиевых аккумуляторов

Зачем нужен балансир при зарядке батареи? При последовательном соединении нескольких банок напряжение суммируется, и емкость батареи будет равна самой низкой, из всех элементов.

Чтобы не допустить перезаряда «ленивой» банки, ее нужно отключить от питания, как только на ней будет достигнуто зарядное напряжение. Это позволит другим элементам продолжить зарядку. Для выполнения контроля за равномерным зарядом служит балансир. Он должен быть включен в цепь с последовательным соединением элементов. Для параллельного соединения балансир не нужен, там уровень заряда распределяется равномерно, как в сообщающихся сосудах.

Плата балансира может быть выполнена отдельно или входить в общий защитный контур MBS для литиевых аккумуляторов. Называется сборка балансировочным шлейфом.

Целью внедрения схемы является недопущение перезаряда отдельных элементов. Если используется один и защищенный аккумулятор, в нем предусмотрен блок от перезаряда.

Почему именно литий-ионные?

Литий имеет атомный номер 3 – он самый легкий из металлов. Он обладает большим электрохимическим потенциалом и обладает большой удельной энергией на единицу веса – что является огромным преимуществом для аккумуляторов. К сожалению не все так гладко. Помимо положительных качеств литий имеет и отрицательные качества, такие как неустойчивость, взрывоопасность и легкая воспламеняемость при контакте с водой или воздухом. Следует отметить, что исследования по применению более безопасных материалов велись ранее и ведутся сейчас.

Положительный электрод литий-ионной батареи может использовать один из множества интеркалированных соединений лития, например, таких как фосфат лития железа (lithium iron phosphate LFP), оксид кобальта-марганца-никеля-лития (nickel manganese cobalt NMC), имеющих немного различные характеристики. Отрицательный электрод, как правило, изготавливают из графита.

Жидкий электролит состоит из солей лития в органическом растворителе, например в таком как диметилкарбонат или этиленкарбонат. Во время работы аккумуляторной батареи ионы лития переходят от положительного электрода к отрицательному (во время разрядки), и, наоборот, во время зарядки.

Литий-ионные батареи имеют ряд преимуществ над другими, например, свинцово-кислотными и никель-металл-гидридными (Ni-MH). Они легкие, не имеют памяти, имеют низкий уровень саморазряда (порядка 1% в неделю). Номинальное напряжение одной ячейки составляет порядка 3,6 В, в то время как для никель-металл-гидридных порядка 1,5 В, а для свинцово-кислотных 2,0 В. Это позволяет при одних и тех же габаритах получить большее напряжение, необходимое для питания электрических транспортных средств.

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное.

Давайте рассмотрим как это нужно делать. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2. В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное. Последовательное соединение: При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке. Балансир включает стабилитрон TLA и транзистор односторонней прямой проводимости BDI 40 Отличные балансиры включены в схему зарядных устройств для литиевых аккумуляторов, которыми широко пользуются. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. MCP Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX Если разобрать аккумулятор от мобильного телефона, мы обнаружим внутри вот такое нехитрое устройство: Это и есть плата защиты аккумулятора. Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов — сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Вряд ли. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда?

Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. И можно подключать аккумулятор. Вручную трудно выставлять и поддерживать на обычном блоке питания указанные выше режимы, поэтому лучше всё-таки использовать специальные микросхемы, предназначенные для автоматизации процесса заряда схемы смотрите в этом разделе.

Параллельное соединение батарей с формулами Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации. Сразу предупредим, что зарядка этого типа аккумуляторов является довольно опасной, если сделать это неправильно.

Где купить аккумуляторные батареи для источника питания?

Спрос на отечественные литий-ионные АКБ с каждым днем только возрастает, ведь с момента производства первой партии продукции специалисты и рядовые пользователи в полной мере смогли оценить ее высокое качество, соответствие требованиям современного потребителя, поддержку на русском языке и гарантийное обслуживание.

Российскими источниками питания могут комплектоваться:

  1. электробусы и электромобили;
  2. электровелосипеды и электросамокаты;
  3. электрогазонокосилки и электрические поломоечные машины,
  4. электрические погрузчики и складскую технику,
  5. бытовые приборы, аккумуляторный электроинструмент, и многое другое. Перечень постоянно пополняется.

Интернет-магазин и производство аккумуляторных батарей Виртус Технолоджи, помимо производства, занимается продажей источников питания с последующей доставкой приобретенного товара по Москве и регионам России. В нашем электронном каталоге вы найдете  АКБ необходимого типа и по разумной цене.

С условиями оплаты и доставки вы можете ознакомиться в соответствующем разделе на официальном сайте компании.

Схемы плат защиты литиевого аккумулятора

Все литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы и собранные батареи должны иметь защиту. Чтобы провести зарядку в 2 этапа, необходимо обеспечить последовательно режим постоянного тока, постоянного напряжения. Используются в сборке РСМ или MBS платы.

Собрать самостоятельно или купить готовые платы для подключения, выбирать вам. Для зарядки литиевых аккумуляторов специалисты используют китайские изделия. Их заказывают на AliExpress, с бесплатной доставкой.

LM317

Простое зарядное устройство, стабилизатор тока.

Настройка заключается в создании напряжения 4,2 В подстройкой резисторов R4, R6. Сопротивление R8 является подстроечным сопротивлением. Погасший светодиод известит об окончании процесса. Недостатком этого устройства считают невозможность запитки от порта USB. Высокое напряжение питания 8-12 В, условие работы этого ЗУ.

ТР4056

Специалисты предлагают, для зарядки литиевого аккумулятора воспользоваться китайской платой ТП4056, с защитой от переплюсовки батарей или без. Купить ее можно на АлиЭкспресс, стоимость единицы обходится примерно в 30 центов.

Максимальный ток в 1 А регулируется заменой резистора R3. Напряжение 5 А, имеется индикатор зарядки.

Этапы контроля:

  • постоянно, напряжение на аккумуляторе;
  • предзарядка, если на клеммах меньше 2,9В;
  • максимальный постоянный ток 1 А, при замене резистора, увеличении сопротивления, ток падает;
  • при напряжении 4,2 В начинается плавное снижение зарядного тока при постоянном напряжении;
  • При токе 0,1С зарядка отключается.

Специалисты советуют покупать плату с защитой или выведенным контактом для температурного датчика.

NCP1835

Зарядная плата обеспечивает высокую стабильность зарядного напряжения при миниатюрном размере платы – 3х3 мм. Этим устройством обеспечивается зарядка литиевых аккумуляторов всех видов и размеров.

Особенности:

  • малое количество элементов;
  • заряжает сильно разряженные аккумуляторы током около 30 мА;
  • детектирует незаряжаемые батарейки, подает сигнал;
  • можно задать время заряда от 6 до 748 минут.

Используемые источники:

  • https://3batareiki.ru/akkumulyatory/platy-balansirovki-litievogo-akkumulyatora-naznachenie-i-shema-plat-zashhity-li-ion-akkumulyatorov
  • https://electshema.ru/provodka/balansir-dlya-zaryadki-litievyh-akkumulyatorov.html
  • https://batts.pro/platyi-litievogo-akkumulyatora/
  • https://elenergi.ru/balansirovka-nagruzki-dlya-litij-ionnyx-li-ion-akkumulyatorov-elektromobilej.html
  • https://tokzamer.ru/bez-rubriki/shemy-podkljucheniya-litievyh-akkumulyatorov
  • https://virtustec.ru/index.php

Добавить комментарий

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