Moduły BMS
Jak je
ładować, przechowywać, jakie są ich najważniejsze cechy, jak takie ogniwa
rozładowywać i o nie dbać aby posłużyły nam jak najdłużej i bezpiecznie.
Ogniwa Li-Ion są powszechnie stosowane do zasilania telefonów, też
w formie "paluszków" 18650 stosuje się w laptopach / notebookach, powerbankach i innych urządzeniach mobilnych. Są już powoli
wypierane przez ogniwa Li-Pol (litowo-polimerowe), chociaż jeszcze większa
część rynku posługuje się właśnie ogniwami litowo-jonowymi. Np. w
pakietach podobnych do tych poniżej są stosowane np.
we wkrętarkach, czy e-bikach.
Pakiety
litowe muszą być szczególnie traktowane podczas ładowania i rozładowywania,
muszą mieć zabezpieczenie nadprądowe i napięciowe
podczas ładowania jak i rozładowywania.
Oznacza
to, że prąd podczas ładowania musi zostać ograniczony, ponieważ ogniwo
"pochłonie" taki prąd jaki się mu poda,
jednak prąd wyższy niż ustalony przez producenta (przeważnie bezpieczny prąd to
Tak
więc żeby się ustrzec takich zdarzeń, można zastosować układ
BMS.
BMS monitoruje
napięcia ogniw, czy to podczas ładowania czy rozładowywania po wykryciu np. spadku napięcia na którymś ogniwie odłącza układ i
analogicznie podczas ładowania balansuje cele i jeżeli któraś przekroczy górny
próg napięcia (spadek natężenia prądu poniżej 0,05C ok
130mA) to zostaje odłączona a reszta ładuje się do tego samego poziomu.
BMS również monitoruje prąd. Zasada
działania jest bardzo prosta i również wykorzystuje pomiar napięcia jednak w
tym wypadku z wykorzystaniem bocznika. W skrócie prąd płynący przez rezystor (o
stałej rezystancji) powoduje tym większy spadek napięcia im większy przepływa prąd.
Na szczęście mamy prawo Ohma R=U/I i
znając rezystancję i spadek napięcia obliczamy prąd. I w ten oto niezwykle
prosty sposób działają moduły BMS zabezpieczające ogniwa litowe.
Jeszcze jedna ważna
uwaga dotycząca modułów to to iż nie ograniczają one prądu podczas ładowania ogniw. Jeżeli
moduł ograniczałby prąd a stworzony np. pakiet 3S8P o
pojemności 3000 mAh ogniwo, za czym idzie łączna
pojemność to 24000 mAh. Teraz podczas ładowania
np. małym prądem taki proces ładowania będzie trwał
bardzo długo... Dlatego ładując zrobiony pakiet z modułem BMS należy samemu dobrać (ograniczyć) odpowiedni prąd do pakietu jaki
został zrobiony. Jak już jesteśmy przy zasilaniu to można ograniczyć prąd i
zasilanie odpowiednią przetwornicą step down, można również zastosować przetwornicę z wyświetlaczem informującą nas od
razu o parametrach elektrycznych.
Co do napięcia zasilania /
ładowania gotowego pakietu musi ono być równe, lub wyższe sumie napięć w pełni
naładowanych ogniw, czyli dla pakietu 3S czyli 3*4,2V= 12,6V należy ładować
ładowarką o napięciu 13V wzwyż. Pozostaje pytanie jakie bezpieczne maksymalne napięcie można podać na
moduł? Im wyższe napięcie to moduł BMS zaczyna ładować nie jednostajnie a
impulsowo. Dlatego napięcie może być średnio większe od znamionowego o ok. 5V
(przy 1-2S) do 10V (<2s).
Jaki moduł BMS wybrać i
na jakie parametry zwrócić uwagę?
Wybierając
moduł oczywiście musimy wiedzieć na jakie zasilanie
musi on być, czyli ile cel pakietu połączonych szeregowo będzie występowało
(łączenie szeregowe akumulatorów sumuje napięcia, a łączenie równoległe sumuje
ich pojemność, tak w gwoli przypomnienia). Jeżeli znamy napięcie
jakie chcemy uzyskać i jakim operować to już połowa sukcesu, zostaje
jeszcze pojemność. Jak dobrać pojemność? To zależy od tego gdzie pakiet będzie
wykorzystywany, jeżeli w wiertarkach to pojemność rzędu 2000 / 3000 mAh będzie wystarczająca, jednak jeżeli
jesteś budowlańcem możesz pokusić się o większe pojemności, aby urządzenie
działało dłużej.
Zostaje
jeszcze jeden parametr, czyli maksymalny prąd pracy i prąd odłączenia. Czym się
różni jeden od drugiego? Krótko mówiąc max. prąd
roboczy to prąd przy którym dłuższa praca nie grozi
przegrzaniem układu (tranzystorów) a prąd odcięcia to prąd maksymalny przy
którym moduł BMS odłącza zasilanie idące do odbiornika (tzw. zabezpieczenie nadprądowe). Prądy pracy i zabezpieczenia nadprądowe to kolejne elementy, które należy dobrać.
Jaki prąd
będzie mi potrzebny? Nie jest to taka straszna kwestia jakby się mogło wydawać,
znów musimy przypomnieć sobie warunki i urządzenie w którym
BMS będzie wykorzystany. Jeżeli np. do budowy powerbanka to zabezpieczenie wystarczy na poziomie mocy ładowania czyli od 1 do 3A. Jeżeli tak jak już wspomniałem
wcześniej do zasilenia wkrętarki to wtedy amperaż
musi być większy i wynosić co najmniej 30A.
Jak
podłączyć moduł BMS? Schemat połączenia znajduje się na powyższym zdjęciu,
jednak zamiast oznaczeń 0V, 4,2V... itd. mogą
występować opisy jako B, gdzie B- to 0V czyli masa pierwszego ogniwa od którego
zaczyna się odliczanie kolejnych cel pakietu. B1 to wyjście z pierwszego obniwa czyli
napięcie 4,2V, B2 to złącze balansera drugiego ogniwa
itd... a B+ to plus ostatniego ogniwa.
Moduły
często posiadają zabezpieczenie przed iskrzeniem podłączanych złącz pakietu dlatego zaraz po podłączeniu pakietu pod moduł
napięcie na jego wyjściach może być równe 0V, bądź ułamek napięcia
prawidłowego. W tym przypadku należy podłączyć zasilanie (napięcie ładowania)
na wyjścia P+ i P- po tej czynności jeżeli pakiet jest
w dobrej formie wszystko powinno działać poprawnie, jeżeli tak nie jest, to
należy sprawdzić jeszcze raz połączenia.
Najczęstsze problemy z BMS-ami. Zdarza się, że BMS o dość wysokim prądzie
rozłączenia, wyłącza układ który posiada spory zapas
mocy. Dzieje się tak ponieważ np. silnik DC, musi
rozpędzić wał na początku swojej pracy, co pochłania znaczne ilości prądu niż
później w czasie utrzymania obrotów. Jak rozwiązać ten problem? Można
zastosować kondensator elektrolityczny, który będzie wygładzał szpilki
napięciowe a co za tym idzie rozwiąże problem odłączania BMS-a.