Objašnjenje balansera ćelija litijumske baterije punjač 18650 i BMS

Objašnjenje balansera ćelija litijumske baterije punjač 18650 i BMS

Litijumske baterije su radni konji moderne elektronike, napajajući sve od DIY projekata i dronova do električnih vozila. Međutim, kako bi se osigurao dug vijek trajanja i sigurne, pouzdane performanse, pojedinačne ćelije unutar višećelijskog baterijskog paketa moraju se održavati na istom nivou napona. Tu na scenu stupa balanser ćelija. Ovaj vodič, zasnovan na Robojax tutorijalu, objašnjava osnovne principe koji stoje iza balansera ćelija litijumskih baterija, pokazuje kako oni funkcionišu u praksi i pokazuje vam kako ih povezati na vaše vlastite baterijske pakete.

Razumijevanje i korištenje balansera ćelija je neophodno za svakoga ko gradi ili održava višećelijske litijumske baterijske pakete. Evo nekoliko praktičnih primjena:

• Produženje vijeka trajanja baterija za električne alate: Obnova i balansiranje starih baterijskih paketa za bušilice ili testere kako bi im se dao novi život.
• Održavanje baterija za dronove i RC hobije: Osiguravanje da su LiPo paketi koji se koriste u dronovima, RC automobilima i avionima balansirani za maksimalne performanse i vrijeme leta.
• Izgradnja prilagođenih power bankova: Kreiranje prijenosnih izvora napajanja velikog kapaciteta od 18650 ćelija, osiguravajući da se sve ćelije ravnomjerno pune i prazne.
• Izgradnja DIY solarnog skladištenja energije: Izgradnja sigurne i efikasne baterijske banke za mali off-grid solarni sistem.
• Nadogradnja električnih bicikala i skutera: Zamjena ili održavanje baterijskih paketa u ličnim električnim vozilima kako bi se osigurala sigurnost i dugovječnost.

Pregled hardvera

Da biste pratili ovaj tutorijal i izgradili vlastiti sistem za balansiranje ćelija, trebat će vam sljedeće komponente. Mnoge od njih možete pronaći na eBayu, AliExpressu ili Amazonu.

• Moduli balansera ćelija: To su male PCB ploče, često crvene ili plave boje, koje sadrže krug za balansiranje. Dolaze u različitim konfiguracijama za 1S, 2S, 3S i do 8S baterijske pakete. Tutorijal posebno koristi HY2213 čip (također poznat kao BB3A).
• Litijumske baterijske ćelije: Tutorijal koristi 18650 ćelije, ali principi se primjenjuju na druge litijum-jonske i litijum-polymerske ćelije.
• Tester baterija: Jednostavan uređaj koji se može spojiti na balansni konektor baterije kako bi prikazao napon svake pojedinačne ćelije. Ovo je neprocjenjivo za provjeru stanja vašeg baterijskog paketa.
• DC napajanje: Koristi se u demonstraciji za simulaciju baterijske ćelije i preciznu kontrolu napona kako bi se pokazalo tačno kada se balanser aktivira.
• Multimetar: Neophodan za mjerenje napona i struje kako bi se provjerio rad balansera.
• JST-XH konektori: Standardni konektori koji se koriste za balansne vodove na litijumskim baterijskim paketima.

Vodič za povezivanje

Povezivanje balansera ćelija na vaš baterijski paket je jednostavan proces, ali zahtijeva pažljivu pažnju na ispravan redoslijed. Balanser prati napon svake ćelije u serijskom nizu. Ključno je spojiti žice u ispravnom redoslijedu kako bi se izbjegli kratki spojevi ili oštećenje ćelija.

Za serijski baterijski paket, ćelije su povezane kraj na kraj: pozitivni terminal jedne ćelije spaja se na negativni terminal sljedeće. Žice balansera se zatim spajaju na svaku spojnu tačku u ovom serijskom nizu. Tutorijal to demonstrira za 3S (troćelijski) paket. Prva žica (B0) spaja se na glavni negativni terminal paketa, druga žica (B1) spaja se na spoj između ćelije 1 i ćelije 2, treća žica (B2) spaja se na spoj između ćelije 2 i ćelije 3, a posljednja žica (B3) spaja se na glavni pozitivni terminal paketa. Ista logika se primjenjuje na bilo koji broj ćelija, od 2S do 8S paketa.

Za vizuelni prikaz ove šeme povezivanja, pogledajte dijagram ispod.

Kako balanser ćelija funkcioniše

Osnovna funkcija balansera ćelija je da djeluje kao pametno, promjenjivo opterećenje za pojedinačne ćelije. Balanser kontinuirano mjeri napon svake ćelije. Kada napon ćelije pređe određeni prag (obično 4.2V za standardne litijum-jonske ćelije), balanser za tu ćeliju aktivira unutrašnji prekidač (MOSFET) koji povezuje otpornik velike snage preko terminala ćelije. Ovaj otpornik djeluje kao opterećenje, povlačeći malu, kontrolisanu struju iz ćelije i rasipajući višak energije kao toplinu. Ovaj proces, poznat kao "pasivno balansiranje", polako spušta ćelije s višim naponom na nivo ćelija s nižim naponom, osiguravajući da je cijeli paket balansiran.

HY2213 čip je popularan izbor za ovaj zadatak. Ima vrlo precizan krug za detekciju napona koji troši samo mikroampere struje, tako da ne prazni bateriju kada je u stanju mirovanja. Prag napona čipa postavljen je njegovim unutrašnjim krugom, a dostupne su različite verzije za različite hemijske sastave baterija. Na primjer, BB3A verzija je dizajnirana za 4.2V ćelije, dok bi BB3B verzija mogla biti za 4.35V ćelije. Struja balansiranja određena je vrijednošću korištenog otpornika. Niža vrijednost otpora (npr. 62 oma) rezultirat će većom strujom balansiranja (npr. ~67mA), dok će viši otpor (npr. 100 oma) rezultirati nižom strujom. Ovo vam omogućava da odaberete balanser koji odgovara vašim potrebama.

Objašnjenje koda

Ovaj projekt je u potpunosti zasnovan na hardveru i ne zahtijeva programiranje. Moduli balansera ćelija su samostalni analogni krugovi koji funkcionišu bez ikakvog koda.

Demonstracija uživo projekta

Tutorial pruža jasnu, praktičnu demonstraciju procesa balansiranja. Koristeći DC napajanje za simulaciju jedne baterijske ćelije, voditelj polako povećava napon dok prati struju multimetrom. Pri naponima ispod praga od 4,2 V, struja ostaje na nuli, što pokazuje da je balanser neaktivan. Čim napon pređe oznaku od 4,2 V (unutar tolerancije od 25 mV), balanser se aktivira i struja skoči na približno 66 mA. Ovo potvrđuje da se MOSFET uključio i da sada odvodi struju kroz otpornik od 62 oma. Kada se napon smanji natrag ispod praga, balanser se isključuje i struja pada natrag na nulu.

Video također demonstrira kako provjeriti stanje baterijskog paketa pomoću testera baterija. Ovaj uređaj se uključuje u balansni konektor i prikazuje napon svake ćelije, što olakšava uvid u to da li je paket balansiran ili su jedna ili više ćelija izvan specifikacije. Voditelj također prikazuje potpuno nov, potpuno balansiran 3S baterijski paket, gdje sve ćelije pokazuju vrlo sličan napon.

Važna razmatranja

Postoji nekoliko ključnih tačaka koje treba imati na umu pri radu s balanserima ćelija:

• Balansiranje je završni korak: Ovi balanseri su dizajnirani da rade samo kada je baterija blizu punog punjenja. Ako je napon ćelije ispod praga od 4,2 V, balanser neće učiniti ništa. Zbog toga većina punjača za baterije uključuje fazu balansiranja na kraju ciklusa punjenja.
• Ne spajajte punjač tokom balansiranja: Kada balanser aktivno prazni ćeliju, ne smijete imati punjač ili izvor napajanja spojen na bateriju. Zbog toga namjenski punjači isključuju struju punjenja prije nego što faza balansiranja počne. Spajanje punjača tokom balansiranja može uzrokovati oštećenje.
• Pripremite paket ispravno: Prilikom izrade baterijskog paketa, neophodno je spojiti ćelije serijski (pozitiv na negativ) kako bi se naponi zbrojili. Žice balansera se zatim spajaju na svaku tačku serijskog spoja. Greška ovdje može dovesti do kratkog spoja.

Poglavlja

• [00:00] Uvod u tutorijal o balanseru ćelija
• [00:53] Zašto je balansiranje baterija važno
• [02:07] Kako radi krug balansera
• [03:29] HY2213 čip i njegove specifikacije
• [03:45] Pregled šeme balansera
• [05:47] Glavne komponente: MOSFET i otpornici
• [06:24] Punjači baterija s ugrađenim balanserima
• [07:41] Korištenje testera baterija za provjeru napona ćelija
• [09:19] Priprema baterijskog paketa za balanser
• [11:27] Živa demonstracija procesa balansiranja
• [15:41] Zaključak i završne misli