Понимая BMS: пределы зарядки и разрядки

May 13, 2020

Защитная плата литий-ионного аккумулятора: как работает защита и в каких пределах

У большинства гаджетов батарейный блок подчиняется указаниям специальной платы BMS (система управления батареей или контроллер, простыми словами).

С помощью контроллера работа аккумулятора сбалансирована и защищена от пограничных состояний внутренних химических процессов.

Сама по себе BMS-плата контроллера не даёт полной защиты аккумулятору — ей требуются дополнительные меры безопасности. Без них батарея в телефоне, электромобиле и любой другой современной электронике может быть опасна.

Одна из мер защиты на BMS-плате касается ограничения процесса заряда и разряда. Инженеры тем самым могут предотвратить чрезмерную зарядку и чрезмерную разрядку химического элемента питания, которые и представляют особую опасность.

Защитная плата аккумулятора по пределам заряда и разряда

В BMS-плате управления аккумулятором чаще всего есть функции:

• отключения источника питания (зарядного устройства)
• ограничения потребления тока под нагрузкой (иногда отключение нагрузки в принципе через контакторы).

В некоторых случаях добавляется возможность ограничения тока от источника нагрузки. Такое решение актуально в электромобилях с рекуперативным торможением, например.

Есть два способа, которыми BMS может запросить снижение тока аккумулятора:

• Через прямое соединение
Например, замкнутый контакт, D/A-разъём, последовательный порт TTL и другие — им требуется передача по трём линиям: высокое, низкое напряжение и ограничение предела.

• По стандартизированному каналу связи
Например, CAN-шина в электромобилях, последовательные каналы RS232 или SMBus — для сообщения требуется CCL (предел тока зарядки) и DCL (предела тока разряда).

Первый вариант актуален только в том случае, если устройство можно выключать мгновенно. Без канала связи плавного (постепенного) отключения можно добиться только путём дополнительного входа по ограничению тока.

Например, в электромобилях это реализуется путём соединения проводом выхода «Постепенного предела» на BMS-плате к драйверу двигателя, где выбирается меньший крутящий момент, если одна из ячеек аккумуляторной батареи приближается к минимальному напряжению.

Имея стандартизированный канал связи, BMS-плата способна постепенно выводить устройство к безопасному току, как при слишком низком напряжении, так и при слишком высоком. Например, в электромобилях снижать крутящий момент двигателя или уменьшать ток регенерации от торможения.

***

Без механизма управления пределами зарядки и разрядки в BMS-плате производителям приходится идти на ухищрения. Например, использовать линию «высокого напряжения» для отключения питания переменного тока от зарядного устройства через реле. На линию «низкого напряжения» можно «повесить» активацию контактора на отключение питания постоянного тока от контроллера источника питания.

Заметка освещает варианты ограничения заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов и основана на исследованиях Давиде Андреа (Davide Andrea), автора книг о принципе работы и устройства BMS-контроллеров.

Всё про контроллер

Если вы знаете ещё секреты использования BMS-плат аккумуляторов, то напишите их в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.