Литий батареясының ұяшық теңгергіші түсіндірілді зарядтағыш 18650 және BMS

Литий батареясының ұяшық теңгергіші түсіндірілді зарядтағыш 18650 және BMS

Литий батареялары заманауи электрониканың негізгі жұмыс күші болып табылады, олар DIY жобалары мен дрондардан бастап электр көліктеріне дейін бәрін қуаттандырады. Дегенмен, олардың ұзақ қызмет етуін және қауіпсіз, сенімді жұмысын қамтамасыз ету үшін, көп ұялы батарея пакетіндегі жеке ұяшықтар бірдей кернеу деңгейінде сақталуы керек. Дәл осы жерде ұяшық теңгергіші (cell balancer) іске қосылады. Robojax оқулығына негізделген бұл нұсқаулық литий батареясының ұяшық теңгергіштерінің негізгі принциптерін түсіндіреді, олардың тәжірибеде қалай жұмыс істейтінін көрсетеді және оларды өз батарея пакеттеріңізге қалай қосу керектігін үйретеді.

Көп ұялы литий батарея пакеттерін құрастыратын немесе қызмет көрсететін кез келген адам үшін ұяшық теңгергішін түсіну және қолдану өте маңызды. Міне, кейбір практикалық қолданулар:

• Электр құралдарының батареяларының қызмет мерзімін ұзарту: Ескі бұрғы немесе ара батарея пакеттерін қайта құрастыру және теңгеру арқылы оларға жаңа өмір сыйлау.
• Дрондар мен RC әуесқой батареяларын күтіп ұстау: Дрондарда, RC көліктерде және ұшақтарда қолданылатын LiPo пакеттерінің максималды өнімділік пен ұшу уақыты үшін теңгерілгенін қамтамасыз ету.
• Арнайы қуат банктерін құрастыру: 18650 ұяшықтарынан жоғары сыйымдылықты портативті қуат көздерін жасау, барлық ұяшықтардың біркелкі зарядталуын және разрядталуын қамтамасыз ету.
• DIY күн энергиясын сақтау жүйесін құру: Шағын автономды күн қондырғысы үшін қауіпсіз және тиімді батарея банкін құрастыру.
• Электр велосипедтер мен самокаттарды жаңарту: Жеке электр көліктеріндегі батарея пакеттерін қауіпсіздік пен ұзақ мерзімділікті қамтамасыз ету үшін ауыстыру немесе күтіп ұстау.

Аппараттық шолу

Осы оқулықты орындау және өз ұяшық теңгеру жүйеңізді құрастыру үшін сізге келесі компоненттер қажет болады. Олардың көпшілігін eBay, AliExpress немесе Amazon сайттарынан табуға болады.

• Ұяшық теңгергіш модульдері: Бұлар теңгеру тізбегін қамтитын, көбінесе қызыл немесе көк түсті шағын ПХД тақталары. Олар 1S, 2S, 3S және 8S-ке дейінгі батарея пакеттері үшін әртүрлі конфигурацияларда келеді. Оқулықта арнайы HY2213 чипі (BB3A ретінде де белгілі) қолданылады.
• Литий батарея ұяшықтары: Оқулықта 18650 ұяшықтары қолданылады, бірақ принциптер басқа литий-ионды және литий-полимерлі ұяшықтарға да қатысты.
• Батарея тестері: Әрбір жеке ұяшықтың кернеуін көрсету үшін батареяның теңгеру қосқышына қосылатын қарапайым құрылғы. Бұл батарея пакетінің күйін тексеру үшін өте құнды.
• Тұрақты ток қуат көзі: Демонстрацияда батарея ұяшығын модельдеу және теңгергіштің қашан іске қосылатынын дәл көрсету үшін кернеуді дәл бақылау үшін қолданылады.
• Мультиметр: Теңгергіштің жұмысын тексеру үшін кернеу мен токты өлшеуге арналған маңызды құрал.
• JST-XH қосқыштары: Литий батарея пакеттеріндегі теңгеру сымдары үшін қолданылатын стандартты қосқыштар.

Сымдарды жалғау нұсқаулығы

Ұяшық теңгергішін батарея пакетіне қосу қарапайым процесс, бірақ дұрыс реттілікке мұқият назар аударуды талап етеді. Теңгергіш тізбектей қосылған әрбір ұяшықтың кернеуін бақылайды. Қысқа тұйықталуды немесе ұяшықтардың зақымдалуын болдырмау үшін сымдарды дұрыс ретпен қосу өте маңызды.

Тізбектей батарея пакеті үшін ұяшықтар бірінен соң бірі жалғанады: бір ұяшықтың оң терминалы келесісінің теріс терминалына қосылады. Содан кейін теңгергіштің сымдары осы тізбекті тізбектегі әрбір түйіспе нүктесіне жалғанады. Оқулық мұны 3S (үш ұяшықты) пакет үшін көрсетеді. Бірінші сым (B0) пакеттің негізгі теріс терминалына, екінші сым (B1) 1-ші және 2-ші ұяшықтар арасындағы түйіспеге, үшінші сым (B2) 2-ші және 3-ші ұяшықтар арасындағы түйіспеге, ал соңғы сым (B3) пакеттің негізгі оң терминалына қосылады. Бұл логика 2S-тен 8S пакетке дейінгі кез келген ұяшық санына қатысты.

Осы сымдарды жалғау схемасының көрнекі бейнесі үшін төмендегі диаграмманы қараңыз.

Ұяшық теңгергіші қалай жұмыс істейді

Ұяшық теңгергішінің негізгі функциясы жеке ұяшықтар үшін ақылды, айнымалы жүктеме ретінде әрекет ету болып табылады. Теңгергіш әрбір ұяшықтың кернеуін үздіксіз өлшейді. Ұяшықтың кернеуі белгілі бір шекті мәннен (стандартты литий-ионды ұяшықтар үшін әдетте 4.2В) асқанда, сол ұяшыққа арналған теңгергіш ұяшықтың терминалдарына жоғары қуатты резисторды қосатын ішкі қосқышты (MOSFET) іске қосады. Бұл резистор жүктеме ретінде әрекет етіп, ұяшықтан шағын, бақыланатын ток тартады және артық энергияны жылу ретінде таратады. "Пассивті теңгеру" деп аталатын бұл процесс жоғары кернеулі ұяшықтарды төмен кернеулі ұяшықтардың деңгейіне біртіндеп түсіреді, бүкіл пакеттің теңгерілгенін қамтамасыз етеді.

HY2213 чипі бұл тапсырма үшін танымал таңдау болып табылады. Оның кернеуді анықтау тізбегі өте дәл және тек микроампер ток тұтынады, сондықтан бос тұрғанда батареяны зарядсыздандырмайды. Чиптің шекті кернеуі оның ішкі тізбегімен орнатылады, ал әртүрлі батарея химиясы үшін әртүрлі нұсқалар қолжетімді. Мысалы, BB3A нұсқасы 4.2В ұяшықтарға арналған, ал BB3B нұсқасы 4.35В ұяшықтарға арналуы мүмкін. Теңгеру тогы қолданылатын резистордың мәнімен анықталады. Төменірек кедергі мәні (мысалы, 62 Ом) жоғарырақ теңгеру тогын береді (мысалы, ~67мА), ал жоғарырақ кедергі (мысалы, 100 Ом) төменірек ток береді. Бұл сізге қажеттіліктеріңізге сәйкес келетін теңгергішті таңдауға мүмкіндік береді.

Кодты түсіндіру

Бұл жоба толығымен аппараттық құралға негізделген және ешқандай бағдарламалауды қажет етпейді. Ұяшық теңгергіш модульдері ешқандай кодсыз жұмыс істейтін өздігінен жеткілікті аналогтық тізбектер болып табылады.

Тірі жоба демонстрациясы

Оқу құралы теңгерімдеу процесінің нақты, практикалық демонстрациясын ұсынады. Бір аккумулятор ұяшығын модельдеу үшін тұрақты ток қорек көзін пайдалана отырып, жүргізуші мультиметрмен токты бақылай отырып, кернеуді баяу арттырады. 4.2В шегінен төмен кернеулерде ток нөлде қалады, бұл теңгерімдегіштің белсенді емес екенін көрсетеді. Кернеу 4.2В белгісінен (25мВ төзімділік шегінде) асқан бойда теңгерімдегіш іске қосылады және ток шамамен 66мА-ге секіреді. Бұл MOSFET қосылғанын және енді 62 Ом резистор арқылы токты ағызып жатқанын растайды. Кернеу қайтадан шектен төмен түсірілгенде, теңгерімдегіш өшеді және ток қайтадан нөлге түседі.

Бейне сонымен қатар аккумулятор тестерін пайдаланып батарея пакетінің күйін қалай тексеруге болатынын көрсетеді. Бұл құрылғы теңгерім қосқышына қосылады және әр ұяшықтың кернеуін көрсетеді, бұл пакеттің теңгерімделгенін немесе бір немесе бірнеше ұяшықтың сипаттамадан ауытқығанын оңай көруге мүмкіндік береді. Жүргізуші сонымен қатар барлық ұяшықтары бірдей дерлік кернеуді көрсететін жаңа, толық теңгерімделген 3S батарея пакетін көрсетеді.

Маңызды ескертулер

Ұяшық теңгерімдегіштерімен жұмыс істеу кезінде есте сақтау қажет бірнеше маңызды мәселелер бар:

• Теңгерімдеу — соңғы қадам: Бұл теңгерімдегіштер тек батарея толық зарядқа жақын болғанда ғана жұмыс істеуге арналған. Егер ұяшықтың кернеуі 4.2В шегінен төмен болса, теңгерімдегіш ештеңе жасамайды. Сондықтан көптеген батарея зарядтағыштары зарядтау циклінің соңында теңгерімдеу фазасын қамтиды.
• Теңгерімдеу кезінде зарядтағышты қоспаңыз: Теңгерімдегіш ұяшықты белсенді түрде ағызып жатқанда, батареяға зарядтағыш немесе қорек көзі қосылмауы керек. Сондықтан арнайы зарядтағыштар теңгерімдеу фазасы басталмас бұрын зарядтау тогын өшіреді. Теңгерімдеу кезінде зарядтағышты қосу зақым келтіруі мүмкін.
• Пакетіңізді дұрыс дайындаңыз: Батарея пакетін құрастыру кезінде ұяшықтарды тізбектей қосу (оңнан теріске) кернеуді қосу үшін өте маңызды. Содан кейін теңгерім сымдары әрбір тізбектей қосу нүктесіне қосылады. Мұндағы қателік қысқа тұйықталуға әкелуі мүмкін.

Тараулар

• [00:00] Ұяшық теңгерімдегіші оқу құралына кіріспе
• [00:53] Батареяны теңгерімдеу неге маңызды
• [02:07] Теңгерімдегіш тізбегі қалай жұмыс істейді
• [03:29] HY2213 чипі және оның сипаттамалары
• [03:45] Теңгерімдегіш сұлбасын зерттеу
• [05:47] Негізгі компоненттер: MOSFET және резисторлар
• [06:24] Кіріктірілген теңгерімдегіштері бар батарея зарядтағыштары
• [07:41] Ұяшық кернеулерін тексеру үшін батарея тестерін пайдалану
• [09:19] Теңгерімдегішке батарея пакетін дайындау
• [11:27] Теңгерімдеу процесінің тікелей демонстрациясы
• [15:41] Қорытынды және соңғы ойлар