Литиумска батерија ќелија балансер објаснет полнач 18650 и BMS

Литиумска батерија ќелија балансер објаснет полнач 18650 и BMS

Литиумските батерии се работни коњи на модерната електроника, напојувајќи сè, од „направи сам“ проекти и дронови до електрични возила. Меѓутоа, за да обезбедат долг век на траење и безбедни, сигурни перформанси, поединечните ќелии во рамките на батериски пакет со повеќе ќелии мора да се одржуваат на исто ниво на напон. Тука на сцена стапува балансерот на ќелии. Овој водич, заснован на туторијал од Robojax, ги објаснува основните принципи зад балансерите на литиумски батериски ќелии, демонстрира како тие функционираат во пракса и ви покажува како да ги поврзете со вашите сопствени батериски пакети.

Разбирањето и користењето на балансер на ќелии е од суштинско значење за секој што гради или одржува батериски пакети со повеќе литиумски ќелии. Еве неколку практични примени:

• Продолжување на векот на батериите за електрични алати: Обнова и балансирање на стари батериски пакети за дупчалки или пили за да им се даде нов живот.
• Одржување на батерии за дронови и RC хоби: Обезбедување дека LiPo пакетите што се користат во дронови, RC автомобили и авиони се балансирани за максимални перформанси и време на летање.
• Изградба на прилагодени power bank-ови: Креирање преносливи напојувања со висок капацитет од 18650 ќелии, обезбедувајќи сите ќелии да се полнат и празнат рамномерно.
• Конструирање на „направи сам“ соларно складирање на енергија: Изградба на безбедна и ефикасна батериска банка за мал off-grid соларен систем.
• Надградба на електрични велосипеди и тротинети: Замена или одржување на батериските пакети во лични електрични возила за да се обезбеди безбедност и долговечност.

Преглед на хардвер

За да го следите овој туторијал и да изградите сопствен систем за балансирање на ќелии, ќе ви требаат следниве компоненти. Многу од нив може да се најдат на eBay, AliExpress или Amazon.

• Модули за балансер на ќелии: Ова се мали PCB плочки, често во црвена или сина боја, кои го содржат колото за балансирање. Тие доаѓаат во различни конфигурации за 1S, 2S, 3S и до 8S батериски пакети. Туторијалот конкретно го користи чипот HY2213 (исто така познат како BB3A).
• Литиумски батериски ќелии: Туторијалот користи 18650 ќелии, но принципите важат и за други литиум-јонски и литиум-полимерни ќелии.
• Тестер за батерии: Едноставен уред што може да се приклучи во балансниот конектор на батеријата за да го прикаже напонот на секоја поединечна ќелија. Ова е непроценливо за проверка на состојбата на вашиот батериски пакет.
• DC напојување: Се користи во демонстрацијата за да симулира батериска ќелија и прецизно да го контролира напонот за да покаже точно кога се активира балансерот.
• Мултиметар: Од суштинско значење за мерење на напон и струја за да се потврди работата на балансерот.
• JST-XH конектори: Стандардни конектори што се користат за балансни жици на литиумски батериски пакети.

Водич за жици

Поврзувањето на балансер на ќелии со вашиот батериски пакет е едноставен процес, но бара внимателно внимание на правилниот редослед. Балансерот го следи напонот на секоја ќелија во сериска низа. Од клучно значење е да ги поврзете жиците во правилен редослед за да избегнете кратки споеви или оштетување на ќелиите.

За сериски батериски пакет, ќелиите се поврзани крај до крај: позитивниот терминал на една ќелија се поврзува со негативниот терминал на следната. Жиците на балансерот потоа се поврзуваат на секоја спојна точка во оваа сериска низа. Туторијалот го демонстрира ова за 3S (триќелиски) пакет. Првата жица (B0) се поврзува со главниот негативен терминал на пакетот, втората жица (B1) се поврзува со спојот помеѓу ќелија 1 и ќелија 2, третата жица (B2) се поврзува со спојот помеѓу ќелија 2 и ќелија 3, а последната жица (B3) се поврзува со главниот позитивен терминал на пакетот. Истата логика важи за кој било број на ќелии, од 2S до 8S пакет.

За визуелен приказ на оваа шема на поврзување, ве молиме погледнете го дијаграмот подолу.

Како функционира балансерот на ќелии

Основната функција на балансерот на ќелии е да дејствува како паметно, променливо оптоварување за поединечни ќелии. Балансерот континуирано го мери напонот на секоја ќелија. Кога напонот на ќелијата ќе надмине одреден праг (обично 4.2V за стандардни литиум-јонски ќелии), балансерот за таа ќелија активира внатрешен прекинувач (MOSFET) што поврзува отпорник со висока моќност преку терминалите на ќелијата. Овој отпорник дејствува како оптоварување, повлекувајќи мала, контролирана струја од ќелијата и ја расфрла вишокот енергија како топлина. Овој процес, познат како „пасивно балансирање“, полека ги спушта ќелиите со повисок напон до нивото на ќелиите со понизок напон, обезбедувајќи целиот пакет да биде балансиран.

Чипот HY2213 е популарен избор за оваа задача. Тој има многу прецизно коло за детекција на напон што троши само микроампери струја, така што не ја троши батеријата кога е во мирување. Прагот на напон на чипот е поставен од неговото внатрешно коло, а достапни се различни верзии за различни хемии на батерии. На пример, верзијата BB3A е дизајнирана за 4.2V ќелии, додека верзијата BB3B може да биде за 4.35V ќелии. Струјата на балансирање се одредува според вредноста на користениот отпорник. Помала вредност на отпор (на пр., 62 оми) ќе резултира со поголема струја на балансирање (на пр., ~67mA), додека поголем отпор (на пр., 100 оми) ќе резултира со помала струја. Ова ви овозможува да изберете балансер што одговара на вашите потреби.

Објаснување на кодот

Овој проект е целосно заснован на хардвер и не бара никакво програмирање. Модулите за балансер на ќелии се самостојни аналогни кола што функционираат без никаков код.

Демонстрација на проектот во живо

Упатството дава јасна, практична демонстрација на процесот на балансирање. Користејќи DC напојување за да се симулира една батериска ќелија, презентерот полека ја зголемува јачината на напонот додека го следи струјата со мултиметар. При напони под прагот од 4,2V, струјата останува на нула, што покажува дека балансерот е неактивен. Штом напонот го помине ознаката од 4,2V (во рамките на толеранција од 25mV), балансерот се активира и струјата скока на приближно 66mA. Ова потврдува дека MOSFET-от се вклучил и сега ја испушта струјата низ отпорникот од 62 оми. Кога напонот ќе се намали назад под прагот, балансерот се исклучува и струјата се враќа на нула.

Видеото исто така демонстрира како да се провери состојбата на батериски пакет со помош на тестер за батерии. Овој уред се приклучува на балансниот конектор и ја прикажува јачината на напонот на секоја ќелија, што го олеснува утврдувањето дали пакетот е балансиран или една или повеќе ќелии се надвор од спецификацијата. Презентерот исто така прикажува сосема нов, целосно балансиран 3S батериски пакет, каде што сите ќелии покажуваат многу блиски вредности на напон.

Важни размислувања

Постојат неколку критични точки што треба да се имаат предвид при работа со балансери за ќелии:

• Балансирањето е последен чекор: Овие балансери се дизајнирани да работат само кога батеријата е блиску до полна наполнетост. Ако напонот на ќелијата е под прагот од 4,2V, балансерот нема да направи ништо. Ова е причината зошто повеќето полначи за батерии вклучуваат фаза на балансирање на крајот од циклусот на полнење.
• Не приклучувајте полнач додека балансирате: Кога балансерот активно ја испушта ќелијата, не смеете да имате полнач или извор на напојување поврзан на батеријата. Ова е причината зошто посветените полначи ја исклучуваат струјата на полнење пред да започне фазата на балансирање. Поврзувањето полнач за време на балансирање може да предизвика оштетување.
• Правилно подгответе го вашиот пакет: При составување батериски пакет, од суштинско значење е да ги поврзете ќелиите во серија (позитивен на негативен) за да се собере напонот. Жиците на балансерот потоа се поврзуваат на секоја од точките на сериско поврзување. Грешка тука може да доведе до краток спој.

Поглавја

• [00:00] Вовед во упатството за балансер на ќелии
• [00:53] Зошто балансирањето на батеријата е важно
• [02:07] Како функционира колото на балансерот
• [03:29] HY2213 чипот и неговите спецификации
• [03:45] Разгледување на шемата на балансерот
• [05:47] Главни компоненти: MOSFET и отпорници
• [06:24] Полначи за батерии со вградени балансери
• [07:41] Користење тестер за батерии за проверка на напоните на ќелиите
• [09:19] Подготовка на батериски пакет за балансерот
• [11:27] Жива демонстрација на процесот на балансирање
• [15:41] Заклучок и финални мисли