Akumulatorowy balanser ogniw litowo-jonowych wyjaśniony ładowarka 18650 i BMS

Akumulatorowy balanser ogniw litowo-jonowych wyjaśniony ładowarka 18650 i BMS

Baterie litowe są niezawodnymi pracownikami nowoczesnej elektroniki, zasilając wszystko, od projektów DIY i dronów po pojazdy elektryczne. Aby jednak zapewnić długą żywotność oraz bezpieczne i niezawodne działanie, poszczególne ogniwa w wieloogniwowym pakiecie baterii muszą być utrzymywane na tym samym poziomie napięcia. W tym miejscu do gry wkracza balanser ogniw. Ten przewodnik, oparty na tutorialu Robojax, wyjaśnia podstawowe zasady działania balanserów ogniw baterii litowych, pokazuje, jak działają w praktyce, oraz jak podłączyć je do własnych pakietów baterii.

Zrozumienie i używanie balansera ogniw jest niezbędne dla każdego, kto buduje lub konserwuje wieloogniwowe pakiety baterii litowych. Oto kilka praktycznych zastosowań:

• Wydłużanie żywotności baterii elektronarzędzi: Odbudowa i balansowanie starych pakietów baterii wiertarek lub pił, aby dać im drugie życie.
• Konserwacja baterii dronów i modeli RC: Zapewnienie, aby pakiety LiPo używane w dronach, samochodach RC i samolotach były zbalansowane dla maksymalnej wydajności i czasu lotu.
• Budowa niestandardowych power banków: Tworzenie przenośnych zasilaczy o dużej pojemności z ogniw 18650, zapewniając równomierne ładowanie i rozładowywanie wszystkich ogniw.
• Budowa domowego magazynu energii słonecznej: Budowa bezpiecznego i wydajnego banku baterii dla małej instalacji solarnej off-grid.
• Modernizacja rowerów elektrycznych i hulajnóg: Wymiana lub konserwacja pakietów baterii w osobistych pojazdach elektrycznych w celu zapewnienia bezpieczeństwa i długowieczności.

Przegląd sprzętu

Aby podążać za tym tutorialem i zbudować własny system balansowania ogniw, będziesz potrzebować następujących komponentów. Wiele z nich można znaleźć na eBay, AliExpress lub Amazon.

• Moduły balansera ogniw: Są to małe PCB, często w kolorze czerwonym lub niebieskim, zawierające układ balansujący. Występują w różnych konfiguracjach dla pakietów 1S, 2S, 3S i do 8S. Tutorial używa konkretnie układu HY2213 (znanego również jako BB3A).
• Ogniwa baterii litowej: Tutorial używa ogniw 18650, ale zasady dotyczą innych ogniw litowo-jonowych i litowo-polimerowych.
• Tester baterii: Proste urządzenie, które można podłączyć do złącza balansującego baterii, aby wyświetlić napięcie każdego pojedynczego ogniwa. Jest to nieocenione do sprawdzania stanu pakietu baterii.
• Zasilacz DC: Używany w demonstracji do symulacji ogniwa baterii i precyzyjnego kontrolowania napięcia, aby pokazać dokładnie, kiedy balanser się aktywuje.
• Multimetr: Niezbędny do pomiaru napięcia i prądu w celu weryfikacji działania balansera.
• Złącza JST-XH: Standardowe złącza używane do przewodów balansujących w pakietach baterii litowych.

Przewodnik okablowania

Podłączenie balansera ogniw do pakietu baterii jest prostym procesem, ale wymaga starannego zwrócenia uwagi na właściwą kolejność. Balanser monitoruje napięcie każdego ogniwa w szeregowym łańcuchu. Kluczowe jest podłączenie przewodów we właściwej kolejności, aby uniknąć zwarć lub uszkodzenia ogniw.

W przypadku szeregowego pakietu baterii ogniwa są połączone końcówkami: dodatni biegun jednego ogniwa łączy się z ujemnym biegunem następnego. Przewody balansera są następnie podłączane do każdego punktu połączenia w tym szeregowym łańcuchu. Tutorial demonstruje to dla pakietu 3S (trzy ogniwa). Pierwszy przewód (B0) łączy się z głównym biegunem ujemnym pakietu, drugi przewód (B1) łączy się z połączeniem między ogniwem 1 i ogniwem 2, trzeci przewód (B2) łączy się z połączeniem między ogniwem 2 i ogniwem 3, a ostatni przewód (B3) łączy się z głównym biegunem dodatnim pakietu. Ta sama logika dotyczy dowolnej liczby ogniw, od pakietu 2S do 8S.

Aby zobaczyć wizualną reprezentację tego schematu okablowania, zapoznaj się z poniższym diagramem.

Jak działa balanser ogniw

Podstawową funkcją balansera ogniw jest działanie jako inteligentne, zmienne obciążenie dla poszczególnych ogniw. Balanser stale mierzy napięcie każdego ogniwa. Gdy napięcie ogniwa przekroczy określony próg (zazwyczaj 4,2 V dla standardowych ogniw litowo-jonowych), balanser dla tego ogniwa aktywuje wewnętrzny przełącznik (MOSFET), który podłącza rezystor o dużej mocy do zacisków ogniwa. Ten rezystor działa jako obciążenie, pobierając mały, kontrolowany prąd z ogniwa i rozpraszając nadmiar energii jako ciepło. Ten proces, znany jako „balansowanie pasywne”, powoli obniża napięcie ogniw o wyższym napięciu do poziomu ogniw o niższym napięciu, zapewniając zbalansowanie całego pakietu.

Układ HY2213 jest popularnym wyborem do tego zadania. Ma bardzo precyzyjny układ wykrywania napięcia, który pobiera tylko mikroampery prądu, więc nie rozładowuje baterii w stanie bezczynności. Napięcie progowe układu jest ustawiane przez jego wewnętrzne obwody, a dostępne są różne wersje dla różnych chemii baterii. Na przykład wersja BB3A jest zaprojektowana dla ogniw 4,2 V, podczas gdy wersja BB3B może być dla ogniw 4,35 V. Prąd balansowania jest określany przez wartość użytego rezystora. Niższa wartość rezystancji (np. 62 omy) spowoduje wyższy prąd balansowania (np. ~67 mA), podczas gdy wyższa rezystancja (np. 100 omów) spowoduje niższy prąd. Pozwala to wybrać balanser odpowiadający Twoim potrzebom.

Wyjaśnienie kodu

Ten projekt jest w całości oparty na sprzęcie i nie wymaga żadnego programowania. Moduły balansera ogniw są samowystarczalnymi obwodami analogowymi, które działają bez żadnego kodu.

Demonstracja projektu na żywo

Poradnik zapewnia jasną, praktyczną demonstrację procesu balansowania. Używając zasilacza stałoprądowego do symulacji pojedynczego ogniwa baterii, prowadzący powoli zwiększa napięcie, monitorując prąd za pomocą multimetru. Przy napięciach poniżej progu 4,2 V prąd pozostaje zerowy, co pokazuje, że balanser jest nieaktywny. Gdy tylko napięcie przekroczy wartość 4,2 V (w tolerancji 25 mV), balanser aktywuje się, a prąd wzrasta do około 66 mA. Potwierdza to, że tranzystor MOSFET włączył się i odprowadza prąd przez rezystor 62 omów. Gdy napięcie zostanie ponownie obniżone poniżej progu, balanser wyłącza się, a prąd spada z powrotem do zera.

Film pokazuje również, jak sprawdzić stan pakietu baterii za pomocą testera baterii. To urządzenie podłącza się do złącza balansującego i wyświetla napięcie każdego ogniwa, co ułatwia sprawdzenie, czy pakiet jest zbalansowany, czy jedno lub więcej ogniw odbiega od specyfikacji. Prowadzący prezentuje także nowy, w pełni zbalansowany pakiet baterii 3S, w którym wszystkie ogniwa wskazują bardzo zbliżone napięcia.

Ważne uwagi

Podczas pracy z balanserami ogniw należy pamiętać o kilku kluczowych kwestiach:

• Balansowanie to etap końcowy: Te balansery są zaprojektowane do pracy tylko wtedy, gdy bateria jest blisko pełnego naładowania. Jeśli napięcie ogniwa jest poniżej progu 4,2 V, balanser nie zrobi nic. Dlatego większość ładowarek do baterii zawiera fazę balansowania na końcu cyklu ładowania.
• Nie podłączaj ładowarki podczas balansowania: Gdy balanser aktywnie rozładowuje ogniwo, nie wolno podłączać do baterii ładowarki ani źródła zasilania. Dlatego dedykowane ładowarki wyłączają prąd ładowania przed rozpoczęciem fazy balansowania. Podłączenie ładowarki podczas balansowania może spowodować uszkodzenia.
• Przygotuj pakiet prawidłowo: Podczas budowania pakietu baterii konieczne jest połączenie ogniw szeregowo (plus do minusa), aby zsumować napięcie. Przewody balansera są następnie podłączane do każdego punktu połączeń szeregowych. Błąd tutaj może doprowadzić do zwarcia.

Rozdziały

• [00:00] Wprowadzenie do poradnika o balanserze ogniw
• [00:53] Dlaczego balansowanie baterii jest ważne
• [02:07] Jak działa układ balansera
• [03:29] Układ HY2213 i jego specyfikacje
• [03:45] Analiza schematu balansera
• [05:47] Główne komponenty: tranzystor MOSFET i rezystory
• [06:24] Ładowarki do baterii z wbudowanymi balanserami
• [07:41] Użycie testera baterii do sprawdzenia napięć ogniw
• [09:19] Przygotowanie pakietu baterii do balansera
• [11:27] Demonstracja na żywo procesu balansowania
• [15:41] Podsumowanie i wnioski końcowe