Устройство современной АКБ

Что такое АКБ?

На сегодняшний день аккумуляторная батарея — АКБ — представляет из себя достаточно высокотехнологичную систему. Прежде всего, она состоит из групп последовательно-параллельно соединенных аккумуляторных элементов — ячеек. Напряжение и ёмкость каждой ячейки в отдельности не велики, но собирая их в правильной конфигурации добиваются необходимых характеристик батареи. Кроме самих ячеек батарея включает в себя электронные устройства для управления её режимами работы, балансировки ячеек, защиты от критических режимов работы.

Что такое BMS?

Перезаряд и переразряд Li-Ion батареи сильно снижает срок ее службы и может привести к порче аккумулятора. Защитить ресурс батареи призвана система управления батареей — BMS. Специальная плата осуществляет контроль за процессом заряда/разряда ячеек аккумулятора. В случае если на одной из ячеек напряжение отклоняется от рекомендованного диапазона, силовые транзисторы на плате отключат аккумулятор от потребителя и/или зарядного устройства. Таким же образом происходит защита батареи от перегрузки или короткого замыкания. Специализированные микросхемы на плате BMS постоянно контролируют протекающий в цепи ток.

Стоит учесть, что максимальные токи на которые будет способна аккумуляторная сборка ограничены как раз мощностью этих самых транзисторных ключей на плате BMS. Выбирая конкретный BMS учтите каким максимальным током вы планируете заряжать батарею, и с каким максимальным потреблением планируете подключать к ней нагрузку. Наиболее удобно осуществлять работу с “симметричными” BMS, у которых силовой порт служит как для разряда, так и заряда батарей.

В реальных системах токи заряда чаще значительно меньше токов разряда. Несколько сэкономить в таком случае можно применяя “ассиметричные” BMS. В таких системах число силовых MOSFET транзисторов в цепи разряда велико, а в цепи заряда мало. Меньшее число примененных транзисторов обеспечивает меньшую стоимость. Однако это влечёт за собой применение двух отдельных силовых портов. Заряд и разряд такой батареи возможны только через разные разъёмы.

Что такое Балансир?

Балансиры устанавливаются на каждой параллельной группе ячеек батареи, выравнивая разности скорости заряда вызванные небольшой естественной разницей в саморазряде элементов. Разница даже в несколько долей ампер-часа может привести к дисбалансу, когда одни ячейки уже достигли необходимого напряжения, а остальные ещё продолжают заряжаться. В этом случае элементы могут заряжаться не полностью, что приведет к неэффективному использованию их ресурса. Это и призваны предотвратить балансиры. Как правило, плата BMS уже содержит в себе небольшие балансиры с токами 25…50мА. Дополнительная балансировка аккумулятора с BMS платой требуется, если аккумулятор имеет ёмкость более 40 ампер-часов.

По принципу выравнивания заряда различают активные и пассивные устройства. Пассивные наиболее дёшевы и выпускаются на почти любые токи балансировки. Суть их работы заключается в том, что как только напряжение на ячейке саморазряд которой был меньшим приближается к напряжению полного заряда, к ней подключается резистивная нагрузка и вся лишняя энергия начинает сбрасываться в тепло. Таким образом батарея будет удерживаться от перезаряда, пока дозаряжаются оставшиеся ячейки. Однако, если токи балансировки велики, или в батарее много последовательных секций, на балансирах могут рассеиваться десятки ватт тепла. Это не всегда бывает допустимо.

Решением этой проблемы являются активные балансиры. При их работе энергия из наиболее заряженных ячеек переносится в менее заряженные через специальные LC-цепи. Прелесть такого решения заключается в том, что энергия батареи не расходуется впустую, а перенаправляется адресно в те ячейки, ёмкость которых немного меньше, или же те, что обладают несколько большим саморазрядом. Это повышает КПД всей системы и позволяет батарее отдать больше энергии. Кроме того, такая система не приводит к нагреву батарей. Однако, такие решения обладают или меньшими токами балансировки, или, в случае применения достаточно сложной схемотехники, стоят дороже пассивных.

Если в Вашей системе установлен контроллер, на котором есть возможность установить напряжение заряда/разряда в необходимых пределах, можно обойтись без применения BMS платы, но при этом необходимо установить мощные балансиры, чтобы предотвратить дисбаланс напряжения в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи.

Похожие записи

Меню