Giải thích về Bộ cân bằng pin Lithium charger 18650 và BMS

Giải thích về Bộ cân bằng pin Lithium charger 18650 và BMS

Pin lithium là những "con ngựa thồ" của thiết bị điện tử hiện đại, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ các dự án DIY và máy bay không người lái đến xe điện. Tuy nhiên, để đảm bảo chúng có tuổi thọ dài và hiệu suất an toàn, đáng tin cậy, các cell riêng lẻ trong một bộ pin nhiều cell phải được giữ ở cùng một mức điện áp. Đây là lúc bộ cân bằng cell phát huy tác dụng. Hướng dẫn này, dựa trên một bài hướng dẫn của Robojax, giải thích các nguyên tắc cơ bản đằng sau bộ cân bằng cell pin lithium, trình bày cách chúng hoạt động trong thực tế và chỉ cho bạn cách kết nối chúng với bộ pin của riêng bạn.

Hiểu và sử dụng bộ cân bằng cell là điều cần thiết cho bất kỳ ai chế tạo hoặc bảo trì bộ pin lithium nhiều cell. Dưới đây là một số ứng dụng thực tế:

• Kéo dài tuổi thọ pin dụng cụ điện: Tân trang và cân bằng các bộ pin máy khoan hoặc máy cưa cũ để mang lại cho chúng một cuộc sống mới.
• Bảo trì pin máy bay không người lái và RC sở thích: Đảm bảo các bộ pin LiPo được sử dụng trong máy bay không người lái, ô tô RC và máy bay được cân bằng để có hiệu suất và thời gian bay tối đa.
• Chế tạo sạc dự phòng tùy chỉnh: Tạo nguồn điện di động dung lượng cao từ các cell 18650, đảm bảo tất cả các cell sạc và xả đều nhau.
• Xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời DIY: Xây dựng một ngân hàng pin an toàn và hiệu quả cho một thiết lập năng lượng mặt trời nhỏ không nối lưới.
• Nâng cấp xe đạp điện và xe tay ga: Thay thế hoặc bảo trì các bộ pin trong xe điện cá nhân để đảm bảo an toàn và tuổi thọ.

Tổng quan về Phần cứng

Để làm theo hướng dẫn này và tự xây dựng thiết lập cân bằng cell của riêng bạn, bạn sẽ cần các thành phần sau. Nhiều thành phần trong số này có thể được tìm thấy trên eBay, AliExpress hoặc Amazon.

• Mô-đun cân bằng cell: Đây là những bảng mạch in nhỏ, thường có màu đỏ hoặc xanh dương, chứa mạch cân bằng. Chúng có nhiều cấu hình khác nhau cho bộ pin 1S, 2S, 3S và lên đến 8S. Hướng dẫn cụ thể sử dụng chip HY2213 (còn được gọi là BB3A).
• Cell pin Lithium: Hướng dẫn sử dụng cell 18650, nhưng các nguyên tắc áp dụng cho các cell lithium-ion và lithium-polymer khác.
• Máy kiểm tra pin: Một thiết bị đơn giản có thể được cắm vào đầu nối cân bằng của pin để hiển thị điện áp của từng cell riêng lẻ. Điều này rất có giá trị để kiểm tra tình trạng của bộ pin của bạn.
• Nguồn điện DC: Được sử dụng trong phần trình diễn để mô phỏng một cell pin và kiểm soát chính xác điện áp để hiển thị chính xác thời điểm bộ cân bằng kích hoạt.
• Đồng hồ vạn năng: Cần thiết để đo điện áp và dòng điện nhằm xác minh hoạt động của bộ cân bằng.
• Đầu nối JST-XH: Các đầu nối tiêu chuẩn được sử dụng cho dây cân bằng trên bộ pin lithium.

Hướng dẫn Đấu dây

Kết nối bộ cân bằng cell với bộ pin của bạn là một quá trình đơn giản, nhưng đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến đúng trình tự. Bộ cân bằng theo dõi điện áp của từng cell trong một chuỗi nối tiếp. Điều quan trọng là phải kết nối các dây theo đúng thứ tự để tránh đoản mạch hoặc làm hỏng các cell.

Đối với một bộ pin nối tiếp, các cell được kết nối từ đầu đến cuối: cực dương của cell này kết nối với cực âm của cell tiếp theo. Các dây của bộ cân bằng sau đó được kết nối với từng điểm nối trong chuỗi nối tiếp này. Hướng dẫn trình bày điều này cho một bộ pin 3S (ba cell). Dây đầu tiên (B0) kết nối với cực âm chính của bộ pin, dây thứ hai (B1) kết nối với điểm nối giữa cell 1 và cell 2, dây thứ ba (B2) kết nối với điểm nối giữa cell 2 và cell 3, và dây cuối cùng (B3) kết nối với cực dương chính của bộ pin. Logic tương tự này áp dụng cho bất kỳ số lượng cell nào, từ bộ pin 2S đến 8S.

Để có hình ảnh trực quan về sơ đồ đấu dây này, vui lòng tham khảo sơ đồ bên dưới.

Cách Bộ Cân bằng Cell Hoạt động

Chức năng cốt lõi của bộ cân bằng cell là hoạt động như một tải thông minh, có thể thay đổi cho từng cell riêng lẻ. Bộ cân bằng liên tục đo điện áp của từng cell. Khi điện áp của một cell vượt quá một ngưỡng cụ thể (thường là 4,2V đối với cell lithium-ion tiêu chuẩn), bộ cân bằng cho cell đó sẽ kích hoạt một công tắc bên trong (một MOSFET) kết nối một điện trở công suất cao qua các cực của cell. Điện trở này hoạt động như một tải, rút một dòng điện nhỏ, có kiểm soát từ cell và tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt. Quá trình này, được gọi là "cân bằng thụ động", từ từ đưa các cell có điện áp cao hơn xuống mức của các cell có điện áp thấp hơn, đảm bảo toàn bộ bộ pin được cân bằng.

Chip HY2213 là một lựa chọn phổ biến cho nhiệm vụ này. Nó có một mạch phát hiện điện áp rất chính xác chỉ tiêu thụ microampe dòng điện, vì vậy nó không làm hao pin khi ở chế độ chờ. Điện áp ngưỡng của chip được thiết lập bởi mạch bên trong của nó và các phiên bản khác nhau có sẵn cho các loại hóa học pin khác nhau. Ví dụ, phiên bản BB3A được thiết kế cho cell 4,2V, trong khi phiên bản BB3B có thể dành cho cell 4,35V. Dòng điện cân bằng được xác định bởi giá trị của điện trở được sử dụng. Giá trị điện trở thấp hơn (ví dụ: 62 ohm) sẽ dẫn đến dòng điện cân bằng cao hơn (ví dụ: ~67mA), trong khi điện trở cao hơn (ví dụ: 100 ohm) sẽ dẫn đến dòng điện thấp hơn. Điều này cho phép bạn chọn một bộ cân bằng phù hợp với nhu cầu của mình.

Giải thích Mã

Dự án này hoàn toàn dựa trên phần cứng và không yêu cầu lập trình. Các mô-đun cân bằng cell là các mạch analog độc lập hoạt động mà không cần bất kỳ mã nào.

Trình diễn Dự án Trực tiếp

Hướng dẫn này cung cấp một minh chứng rõ ràng và thực tế về quá trình cân bằng. Sử dụng nguồn điện một chiều để mô phỏng một cell pin đơn lẻ, người trình bày từ từ tăng điện áp trong khi theo dõi dòng điện bằng đồng hồ vạn năng. Ở điện áp dưới ngưỡng 4.2V, dòng điện vẫn ở mức không, cho thấy bộ cân bằng không hoạt động. Ngay khi điện áp vượt qua mốc 4.2V (trong dung sai 25mV), bộ cân bằng được kích hoạt và dòng điện nhảy lên khoảng 66mA. Điều này xác nhận rằng MOSFET đã bật và đang xả dòng điện qua điện trở 62 ohm. Khi điện áp được giảm xuống dưới ngưỡng, bộ cân bằng tắt và dòng điện giảm trở về không.

Video cũng minh họa cách kiểm tra trạng thái của một bộ pin bằng máy kiểm tra pin. Thiết bị này cắm vào đầu nối cân bằng và hiển thị điện áp của từng cell, giúp dễ dàng nhận biết bộ pin có cân bằng hay không hoặc nếu một hoặc nhiều cell nằm ngoài thông số kỹ thuật. Người trình bày cũng cho thấy một bộ pin 3S hoàn toàn cân bằng mới tinh, trong đó tất cả các cell đọc điện áp rất gần nhau.

Những Điểm Quan Trọng Cần Lưu Ý

Có một vài điểm quan trọng cần ghi nhớ khi làm việc với bộ cân bằng cell:

• Cân bằng là bước cuối cùng: Các bộ cân bằng này được thiết kế để chỉ hoạt động khi pin gần đầy. Nếu điện áp của một cell dưới ngưỡng 4.2V, bộ cân bằng sẽ không làm gì cả. Đây là lý do tại sao hầu hết các bộ sạc pin đều tích hợp giai đoạn cân bằng ở cuối chu kỳ sạc.
• Không kết nối bộ sạc trong khi cân bằng: Khi bộ cân bằng đang xả một cell, bạn không được kết nối bộ sạc hoặc nguồn điện với pin. Đây là lý do tại sao các bộ sạc chuyên dụng ngắt dòng sạc trước khi giai đoạn cân bằng bắt đầu. Kết nối bộ sạc trong khi cân bằng có thể gây hư hỏng.
• Chuẩn bị bộ pin đúng cách: Khi lắp ráp một bộ pin, điều cần thiết là kết nối các cell nối tiếp (dương với âm) để cộng dồn điện áp. Các dây cân bằng sau đó được kết nối với từng điểm nối tiếp. Sai sót ở đây có thể dẫn đến đoản mạch.

Các Chương

• [00:00] Giới thiệu về hướng dẫn bộ cân bằng cell
• [00:53] Tại sao cân bằng pin lại quan trọng
• [02:07] Cách hoạt động của mạch cân bằng
• [03:29] Chip HY2213 và thông số kỹ thuật của nó
• [03:45] Xem xét sơ đồ mạch của bộ cân bằng
• [05:47] Các thành phần chính: MOSFET và điện trở
• [06:24] Bộ sạc pin tích hợp bộ cân bằng
• [07:41] Sử dụng máy kiểm tra pin để kiểm tra điện áp cell
• [09:19] Chuẩn bị bộ pin cho bộ cân bằng
• [11:27] Trình diễn trực tiếp quá trình cân bằng
• [15:41] Kết luận và suy nghĩ cuối cùng