Что такое bms плата и зачем она нужна

Новости компании

В переводе с английского, BMS (Battery Management System) – система управления батареей. Понятие слишком широкое, поэтому оно описывает почти все устройства, так или иначе обеспечивающие корректную работу аккумуляторов в данном устройстве, начиная с простых плат защиты или балансировки, заканчивая сложными микроконтроллерными устройствами, подсчитывающими ток разряда и количество циклов заряда (например, как в батареях ноутбуков).

Необходимость применения контроллера вытекает из того, что любая АКБ рассчитана на вполне конкретный рабочий диапазон напряжения. Если хотя бы одна параллель в батарее в ходе эксплуатации превысит предел нагрузки, то запустится необратимая деградация. В самом лёгком случае это приводит к заметной потере ёмкости и длительности срока службы, если не повезёт — может произойти поломка и даже возгорание элемента. Плата BMS измеряет параметры работы и предотвращает аварийные ситуации.

Что делает система BMS?

Управляющая плата собирает данные и регулирует работу аккумулятора, чтобы спасти его от короткого замыкания, перегрева, перезаряда и перегрузки. В задачи системы управления входят:

1. Контроль процесса зарядки и разрядки аккумулятора, счёт циклов

2. Регистрация состояния всех компонентов

3. Снятие параметров температуры, напряжения, сопротивления, тока заряда

4. Распределение и балансировка токов между разными компонентами

5. Защита подключения к нагрузке и отключения

6. Что такое система BMS?, изображение №1

Виды BMS

В широком смысле BMS определяет сразу несколько разновидностей устройств, предназначенных для нормальной работы аккумуляторов:

· Платы защиты по току и напряжению;

· Балансиры;

· Универсальные комплексные устройства.

Именно комплексный вариант — самый распространенный. Они объединяют в себе функционал защиты от замыкания, защиты по току и напряжению, оснащены температурным датчиком, устанавливают баланс токами небольшой величины (до 50-100 мА, этого достаточно для батареи качественной сборки).

Платы BMS могут быть:

· Симметричными, где один и тот же разъем может использоваться как для заряда, так и для разряда;

· Несимметричными, где зарядный и разрядный разъемы строго дифференцированы.

Продвинутый вариант: Smart BMS

В платах Smart встроено сразу несколько температурных датчиков, что позволяет более тонко контролировать температурные изменения в батарее. К таким платам можно подключить специальный дисплей для отображения всей важной информации о работе и состоянии АКБ. Smart BMS поддерживает bluetooth и организует управление через приложение на смартфоне с широким функционалом:

· Настройка количества параллелей, включенных в работу BMS.

· Настройка пороговых значений напряжения на параллелях — для совместимости платы с аккумуляторами разных типов.

· Ввод параметров максимальных допустимых значений тока на заряд и разряд.

· Отслеживание параметров: напряжение общее и на отдельных параллелях, токи заряда и разряда, значение температуры.

Другие технические нюансы

1. Для защиты микросхемы БМС от влаги и пыли, производитель наносит на неё специальное защитное покрытие.

2. Бывают случаи, когда в распоряжении батареи имеется несколько контрольных плат и каждая из них заведует определённым количеством элементов и отправляет выходящие данные общему контроллеру.

3. На самом деле, БМС могут брать на себя намного больше обязанностей, чем просто управление аккумулятором. Данная плата может даже в некоторой степени контролировать режим работы электротранспорта. Если АКБ участвует в функционировании системы рекуперации, то высокотехнологичная микросхема может осуществлять регулировку процесса зарядки электробатареи при замедлении.

4. Практически во всех магазинах можно найти уже готовые решения в состав которых входит блок контроля батареи. Однако если случилось так, что вам нужно найти BMS отдельно, то учитывайте следующее: плату контроля нужно совмещать только с той разновидностью аккумуляторных батарей, на которую она рассчитана. Кроме того, нужно учитывать, какое количество ячеек должна обслуживать приобретаемая BMS. Этот параметр обозначается «Cells» либо литерой «S». К примеру, если микросхема имеет обозначение «12S» или «12 cells», то плата рассчитана на обслуживание 12 элементов.

5. Для избежания перезарядки, в принципе, можно обойтись и без BMS — оказывается защитить аккумуляторную батарею от перезаряда может и контроллер. У этих устройств есть такая функция как отключение АКБ, если та разрядится до определённого напряжения, а защиту от перегрева, как правило, берёт на себя зарядное оборудование. Что касается конкретно балансировки, то можно собственными силами соорудить простейший балансир.

Как правильно подключить плату BMS

Рассмотрим схему подключения BMS платы симметричной конфигурации:

При подсоединении этой электронной системы важно соблюдать последовательность действий:

1. Подсоединить балансировочный шлейф. Взять тонкий черный проводок, идущий от точки «В-» шлейфа. Подсоединить его к «-» клемме 1-го элемента сборки. Второй проводок шлейфа подсоединить к «+» клемме 1-го элемента. Далее последовательно подсоединить остальные тонкие проводки шлейфа балансировки к «+» клеммам каждого элемента.

2. Проконтролировать последовательность подсоединения проводов.

3. Измерить напряжение на клеммах разъема – поместить «-» мультиметра на черный проводок шлейфа балансировки, а «+»– на красный.

4. Поместить разъем в гнездо БМС модуля.

5. Подсоединить силовой провод «В-» к «-» клемме 1-го элемента. Черный силовой провод «Р-» – это «минус» АКБ, идущий на зарядник и потребляющее оборудование.

6. Плюсовой полюс АКБ подсоединить к «+» клемме последней ячейки АКБ. Вывести на потребляющее устройство и ЗУ.

7. Измерить напряжение АКБ на клеммах, проверить крайние полюса батареи, напряжение через БМС, провод «Р-» и крайний плюсовой полюс. При отличиях в напряжении отследить последовательность подсоединения.

После того, как БМС плату подключили, ее нужно протестировать.

Заключение

Итак, в завершение хочется сказать, что под каждую задачу на современном рынке можно найти такую плату менеджмента заряда аккумуляторов, которая удовлетворит Ваши потребности и надёжно защитит устройство и сами аккумуляторы.

Не стоит недооценивать важность техники безопасности, и если в небольших устройствах с низкими токами потребления защита является правилом хорошего тона, то для высокотоковых проектов она практически панацея, способная спасти даже жизнь в непредвиденной ситуации.

Для заказа заходите на наш сайт, или обратитесь за помощью к нашим менеджерам:

Тел.: 8 (902) 23-56-715;
Тел.: 8 (8482) 570-600 (доб. 129)
E-mail: konsultant@impulsi.ru

Как работает BMS плата для литиевых аккумуляторов?

Для безопасной и долгой эксплуатации Li-ion аккумуляторов важно не допускать их чрезмерного нагрева, глубокого разряда, перезаряда, токовых перегрузок. Контроль рабочих характеристик АКБ и ее защиту от опасных состояний обеспечивает BMS плата. Ее использование для Li-ion батарей обязательно, т.к. малейший выход за допустимые границы любого параметра (напряжения, тока, температуры) недопустим и опасен.

Например, перегрев или заряд выше уровня 4,2 В на ячейку может спровоцировать возгорание. Глубокий разряд (ниже отметки 2,5 В на ячейку) приводит к необратимым изменениям химической структуры, снижению восстанавливаемой емкости и сокращению срока службы ячеек. Хранение в разряженном состоянии приводит к росту дендритов и утрате работоспособности АКБ. Для минимизации подобных рисков применяется BMS плата для литиевых аккумуляторов, которая становится залогом сохранения их работоспособности и циклического ресурса.

Выполняемые задачи

БМС плата – это электронная система, которая обеспечивает мониторинг, защиту, балансировку элементов и управление циклами заряда-разряда в аккумуляторной батарее. Благодаря этому снижается вероятность повреждения отдельных ячеек и поломки АКБ. Плата защиты решает важные задачи:

1. Контролирует состояние АКБ и ее элементов, обеспечивает их безопасное использование.
2. Постоянно оценивает ее рабочие характеристики, в первую очередь – напряжение. Поддерживает его значение в установленном диапазоне. По достижении верхней границы напряжения отключает АКБ от зарядного устройства, а при падении напряжения до минимально допустимой величины – отключает батарею от нагрузки.
3. Распределяет зарядные токи между отдельными «банками» сборки.
4. Отслеживает токи, отдаваемые в нагрузку. Контролирует, чтобы они не превышали допустимых значений. При токовых перегрузках отключает батарею от нагрузки.
5. Защищает батарею от короткого замыкания в нагрузке.
6. Контролирует температуру.

Некоторые платы защиты дополнительно делают балансировку – равномерно распределяют энергию между элементами АКБ, выравнивая их напряжение. Устранение дисбаланса помогает полноценно и равномерно использовать все ячейки, а также избегать быстрого износа батареи из-за перезаряда одних и недозаряда других элементов.

Как устроена BMS плата?

Этот электронный модуль содержит распаянные компоненты, которые оберегают ячейки от разных рисков. На печатной плате расположены:

• микросхема защитного контроллера – с 2 или 3 контактами – «плюс», «минус» и у некоторых моделей «информационный контакт»;
• резисторы;
• накопительный конденсатор;
• терморезистор;
• MOSFET-транзисторы.

Рассмотрим подробнее, как устроена и как работает BMS для литиевых аккумуляторов, на примере электронного модуля защиты от шуруповерта. Это простейшая плата защиты, не имеющая функции балансировки. Маркировка TL181203-V4S-WKS_V1.0 говорит о том, что этот модуль предназначен для мониторинга и защиты 4 литиевых аккумуляторов, которые соединены последовательно для суммирования напряжения (схема 4S).

Устройство платы TL181203

Защитным контроллером (Battery protection IC) и «мозгом» всей электронной системы выступает микросхема CM1041-DS. Защитная плата выполнена по стандартной схеме с разделением зарядно-разрядной цепи. Зарядка АКБ производится через специальный разъем, к которому с помощью контактов Charge (CH+ и CH-) подключается зарядное устройство. К нагрузке АКБ подключается при помощи клемм Power (P+ и P-).

Согласно схеме подключения BMS для литиевых аккумуляторов, питание микросхемы происходит от самой батареи. Подача плюсового напряжения осуществляется на вывод 1 (VCC), а минусового – на вывод 7 (VSS). Благодаря этому обеспечивается постоянная работа БМС платы – до тех пор, пока она подключена к АКБ, в т. ч. при длительном хранении. Микросхема CM1041 производится в разных версиях – для разных типов Li-ion аккумуляторов (LFP, NCA, NMC и т.д.). Например, для литий-марганцевых (INR) и других аккумуляторов с диапазоном рабочих напряжений от 2,7 до 4,2 предназначена микросхема CM1041-DS.

Два MOSFET-транзистора (Q2 и Q3) регулируют потребление энергии и токоотдачу в режимах заряда (Charge) и разряда (Discharge). Транзисторы играют роль ключа и пребывают в открытом или закрытом положении. Их работой управляет защитный контроллер (микросхема CM1041-DS). Зарядный ток АКБ протекает через транзистор заряда Q2, который управляется по выводу 15 (CO). Разрядный ток батареи протекает через транзистор разряда Q3, который управляется по выводу 14 (DO).

Дополнительно в схеме предусмотрен защитный диод Шоттки D3. Он блокирует прохождение тока при неправильной подаче напряжения от ЗУ. При корректном подключении зарядника он не препятствует прохождению тока. Этот диод рассчитан на ток 3 А и имеет малое снижение напряжения (500 мВ) на переходе в прямом включении.

Диод D2, обратно включенный между клеммами P+ и P- батареи, обеспечивает ее дополнительную защиту от напряжения неправильной полярности и некорректного подключения зарядного устройства. При срабатывании защиты от перегрузки сгорает защитный предохранитель в ЗУ.

Для мониторинга температуры к выводу 11 (RTS) подключается терморезистор NTC с минусовым температурным коэффициентом. Для более точного измерения температуры датчик устанавливают на один из элементов сборки. Часто в АКБ для электроинструмента терморезистор имеет вид капли с парой проводов, запаиваемых на BMS плату.

Контроль напряжения

Микросхема контролирует напряжение на каждом из 4 элементов питания при помощи выводов VC1, VC2, VC3 и VC4. Если хоть на одном из них произойдет падение напряжения до нижней границы 2,7 В, микросхема сразу же отключит транзистор разряда. При этом батарея будет отключена от нагрузки (например, шуруповерта), чтобы не допустить дальнейшего падения напряжения. Так микросхема защищает АКБ от критического разряда. Чтобы транзистор разряда закрылся, напряжение на всех ячейках должно подняться до минимального рабочего значения – 3 В.

При заряде АКБ микросхема контролирует, чтобы напряжение на элементах не превысило допустимый максимум. По достижении 4,25 В происходит отключение транзистора заряда и зарядка АКБ прекращается. Процесс зарядки сможет возобновиться, когда вольтаж всех ячеек будет ниже 4,15 В. При подключении шуруповерта или другого аккумуляторного оборудования защита сбрасывается благодаря срабатыванию цепи выявления нагрузки (VM, вывод 16). При этом вольтаж всех элементов снижается до значений менее 4,15 В.

Мониторинг токовых нагрузок

Для защиты от токовых перегрузок и КЗ микросхема постоянно отслеживает уровень токоотдачи АКБ. Контроль осуществляется по выводу V_INI (13), напряжение на котором зависит от потребляемого тока. При этом схема предусматривает 3 порога отключения транзистора разряда, для каждого из которых установлена определенная задержка срабатывания:

• 1 уровень – напряжение V_INI превышает 0,085–0,115 В – задержка срабатывания составляет не менее 0,5–1,5 секунды;
• 2 уровень – превышен порог 0,16–0,24 В – не менее 50–200 миллисекунд;
• 3 уровень – превышено пороговое значение 0,4–0,6 В – задержка срабатывания не менее 100–600 микросекунд, и происходит отключение транзистора разряда из-за признаков короткого замыкания в нагрузке.

Чтобы сбросить защиту от токовых перегрузок, нужно отключить батарею от нагрузки или устранить короткое замыкание. Отключена ли нагрузка, микросхема выясняет по выводу 16 (VM). При зарядке микросхема отслеживает зарядный ток с помощью вывода V_INI, и если он превысит допустимое значение, отключает транзистор заряда. Для сброса защиты нужно отключить зарядное устройство.

Контроль температуры

Мониторинг температуры обеспечивает NTC-резистор. При ее снижении до -10 °C блокируется зарядка АКБ, чтобы избежать ее выхода из строя. При перегреве батареи выше 52 °C не допускается ни ее зарядка, ни отдача энергии в нагрузку. Для отключения защиты от перегрева нужно, чтобы температура снизилась на 10 °C.

Вывод

Функционал БМС контроллеров бывает разным. Некоторые модели кроме набора основных функций обеспечивают сохранение и передачу данных о работе батареи на компьютер или другое электронное устройство. Но главная задача BMS платы состоит в постоянном отслеживании рабочих параметров АКБ и ее отключении при возникновении опасных состояний.

В интернет-магазине Shura Master вы можете купить BMS платы с разными рабочими значениями и всевозможными наборами функций, для любых аккумуляторов.

В предыдущей статье блога Shura Master мы рассказали о том, как заряжать литиевый аккумулятор.

BMS плата — что это?

Современные продвинутые модели литиевых аккумуляторов для электроники дополняются системами управления батарей, которые упрощают контроль и настройку параметров работы. Эта статья объяснит, что означает BMS плата, какие функции она выполняет и в каких случаях необходима.

Что такое БМС в аккумуляторах

BMS контроллер — это электронная плата, расшифровка которой «battery management system» переводится как «система управления батареи». Этот элемент предназначен для защиты аккумулятора и увеличения её срока эксплуатации. Более дорогие модели имеют расширенный функционал, оснащены дисплеями и делают доступной настройку рабочих параметров для оптимизации процесса.

Необходимость применения контроллера вытекает из того, что любая АКБ рассчитана на вполне конкретный рабочий диапазон напряжения. Если хотя бы одна параллель в батарее в ходе эксплуатации превысит предел нагрузки, то запустится необратимая деградация. В самом лёгком случае это приводит к заметной потере ёмкости и длительности срока службы, если не повезёт — может произойти поломка и даже возгорание элемента. Плата BMS измеряет параметры работы и предотвращает аварийные ситуации.

Понятие платы управления включает в себя любые микросхемы, цель которых — защитить и выстроить корректную работу АКБ. Сюда относятся как самые упрощенные платы балансировки или защиты, так и сложные микроконтроллеры с дисплеем для отображения данных и возможностью тонкой настройки параметров.

Что делает система BMS

Управляющая плата собирает данные и регулирует работу аккумулятора, чтобы спасти его от короткого замыкания, перегрева, перезаряда и перегрузки. В задачи системы управления входят:

1. Контроль процесса зарядки и разрядки аккумулятора, счёт циклов
2. Регистрация состояния всех компонентов
3. Снятие параметров температуры, напряжения, сопротивления, тока заряда
4. Распределение и балансировка токов между разными компонентами
5. Защита подключения к нагрузке и отключения

Более сложные устройства с расширенным функционалом имеют возможность обеспечивать и другие задачи. Например, интеллектуально-вычислительную функцию. Такие платы сами рассчитывают предел допустимого тока заряда, сопротивление компонентов, определяют количество энергии на входе и выходе, а также ведут счет «пробега » электро накопителя. Обычно такие продвинутые модификации умеют передавать данные на ПК или приложение в смартфоне.

Устройство работы и функции BMS

Пользуясь преимуществами управляющей платы, можно добиться от аккумулятора максимальной производительности и защитить его в непредвиденных экстренных случаях, предотвратить поломку. Накопители с БМС служат дольше и реже нуждаются в ремонте. Как именно плата регулирует работу и принимает решения, описано ниже:

Измерение тока на заряде и разряде, предотвращение КЗ.
BMS контролирует, чтобы ток не выходил за пределы максимального и минимального значения. Если это происходит, контроллер размыкает ненадолго цепь.

• BMS не даёт какой-либо одной параллели перезарядиться и обгонять другие ветви. Если бы этой функции не было, то АКБ невозможно было бы зарядить полностью, и тогда заявленную ёмкость отдавать в полной мере она не сможет. Балансировка производит стимуляцию заряда на «отстающих » частях батареи, выравнивает напряжение на всех параллелях и обеспечивает корректную работу АКБ.

Производители Battery Management System заботятся о том, чтобы защитить микросхему от загрязнений и влаги, поэтому зачастую эти платы имеют особое защитное покрытие.

BMS как балансир аккумулятора

В роли балансира микросхема управления следит за тем, чтобы все ячейки батареи заряжались синхронно и до одинакового уровня. БМС могут быть активными или пассивными:

• Активный BMS контролирует, чтобы после полного заряда одной параллели она отключалась от питания, и заряд перенаправлялся на следующие, еще не зарядившиеся полностью ячейки.
• Пассивный балансир состоит из аналоговых комплектующих с более надежной точностью, для его работы не нужно внешнее питание. Через резисторы с помощью малых токов устройство снижает напряжение на заряженных элементах, направляя избыток на ячейки с недостатком заряда.

Для каких аккумуляторов нужна плата BMS

В определенной степени плата контроля BMS будет полезна практически для любой литиевой АКБ. Например, литий-ионные батареи при всём своём многообразии преимуществ печально известны высоким риском возгорания при перегреве, как раз такую ситуацию плата БМС способна заранее выявить и предотвратить. В этом и состоит причина, для чего нужна BMS плата на самокате или электровелосипеде.

Ещё актуальнее этот элемент для LiFePO4 — литий-железо-фосфатных аккумуляторов. В сравнении с Li-ion, такие батареи безопасны; кроме того, у них больше производительность и стабильнее работа. Существенный недостаток состоит в том, что устройство восприимчиво к избыточному заряду или, наоборот, предельному разряду ниже уровня 10%. Установив систему контроля, удается обезопасить девайс от порчи как отдельных ячеек, так и всей АКБ и её поломки.

Неравномерность заряда на разных участках АКБ не так сильно грозит в случае параллельного соединения ячеек. Однако при сборке с последовательным подключением ровного распределения заряда добиться без BMS невозможно. Одни ячейки будут недозаряжаться, другие — получать избыточный заряд. Хроническое и регулярное повторение ситуации приводит к резкому ухудшению эксплуатационных качеств батареи.

Специфика выбора БМС-плат

Сейчас можно найти аккумуляторные батареи уже с интегрированным блоком контроля. Если же вы собираете комплектующие отдельно, удостоверьтесь, что микросхема BMS подходит для вашего аккумулятора. Разные модели плат рассчитаны под конкретный тип АКБ, исключением являются только Smart-модификации, которые могут настраиваться на совместимость с разными литиевыми батареями.

Важно также знать количество параллелей, или ячеек батареи: к примеру, платы с пометками «10 cells» или «10S » предназначены на обслуживание батареи с 12 элементами.

Ранее мы выпускали материал о том, как выбрать плату BMS. Если у вас возникли вопросы, обращайтесь к нам: мы бесплатно проконсультируем в выборе, эксплуатации и уходе за любыми компонентами аккумуляторной батареи.

Что такое BMS для аккумулятора

Сегодня мы поговорим о такой вещи, как BMS (battery management system), разберем, что это, для чего предназначено, что контролирует, можно ли обойтись без системы управлениями батареями.
Но сначала начнем с примера, примитивного, но весьма распространенного. Если взять бытовой аккумуляторный электроинструмент, например шуруповерт, ну давайте так, из недорогих, то если вскрыть зарядное устройство, то там зачастую можно обнаружить несколько резисторов, конденсаторов, гасящих напряжение и пожалуй все. Никаких микросхемных стабилизаторов и тем более плат контроллеров BMS здесь нет и в помине. Дешево и примитивно. Однако при этом самих аккумуляторов несколько. Обычно это бочонки – никель-кадмиевые аккумуляторы, соединенные последовательно, чтобы набралось нужное напряжение, например 14 или 18 Вольт. А плата BMS то здесь причем ? А вот при том, что ее здесь нет. И никакого индивидуального похода к каждому аккумулятору не может быть и речи. Никто не собирает информацию (под «никто» понимается не человек, а электронный контролер, который и является основой интеллектуальной BMS), никто не выдает управляющие и корректирующие сигналы…

Что такое BMS для аккумулятора

Вот постепенно мы по шажкам, на примерах мы и подходим к определению, что же такое BMS.

Система управления аккумуляторными батареями (BMS) — это технология, предназначенная для мониторинга состояния нескольких АКБ, соединенных определенным образом с целью увеличения срока их службы, уменьшения износа и максимальной отдачи.

Подчеркнем, речь идет о нескольких батареях. Их может быть 2,4 и более. Об это можно судить по ассортименту, представленных в продаже плат BMS, предлагаемых в Украине.
Но вопрос не столько в количестве каналов, а в том, какой алгоритм «зашит» в конкретной BMS. Какие именно напряжения и токи подаются на батареи в зависимости от их состояния, нагрузки, температуры и других факторов.
Если говорить проще, BMS это «ум» всей аккумуляторной системы. Это страж, это защитник. Это контролер. А если мы добавим еще одну букву в последнее определение, то получим контроллер.

И контролер, как неусыпное надзорное звено и контроллер как практическая реализация в виде электронной схемы – оба термина отлично подходят к определению того что такое BMS для аккумулятора. Это не просто игра слов. Тот случай, когда и первое и второе правильно. Во всяком случае для управляющих схем так и есть.
О каких батареях мы будем говорить ? Прежде всего это литий-ионнные и литий феррум полимерные. Они имеют высокую плотность энергии в пересчете на единицу массы и объема и используются от электромобилей и детских электроуправляемых игрушек до связки инвертор мощностью в несколько Киловатт – аккумуляторы.
Несмотря на то, что технологии производства АКБ неизмеримо продвинулись, тем не менее многое зависит как от соблюдения правил эксплуатации, так и от самой BMS, которая во многом и определяет — проработает ли мощный инвертор для бесперебойного питания дома или квартиры положенный срок, или преждевременно придется его списать в утиль, что зачастую и бывает с не совсем добросовестными производителями низкокачественных ИБП. А потом покупатели жалуются.

BMS, если говорить человеческими терминами, создает «комфортные» условия для работы батарей

А если более предметно ?

1. Неусыпно следит за разрядом-разрядом.
2. Оценивает рабочее состояние и степень износа.
3. Контролирует внутреннее сопротивление.
4. Определяет потерю емкости.
5. Защищает от короткого замыкания и перегрузки по току.
6. Позволяет избежать перегрева, перезаряда или слишком низкого разряда.
7. Принимает меры по температурному контролю.

Тем самым, все вышеописанное снижает влияние человеческого фактора, чтобы по максимуму добиться результата: «купил, подключил и забыл».

Как работают системы управления аккумуляторными батареями (контролер BMS)?

Сразу отметим, что говоря о задачах BMS, мы перечислили по максимуму все, но в конкретной схемной реализации, чего-то может не быть. Например контроля температуры. Почему чего-то не может быть ? Экономически не целесообразно. В нашем примере с дешевым шуруповертом, ставить дорогую систему BMS не имеет смысла. Это неоправданно завысит его стоимость. Хотя бесспорно, это несколько продлить срок службы аккумуляторов. Но все-таки инструменты, как и другие товары, которые питаются от аккумуляторов, не требуют слишком сложной и дорогой системы BMS. Да и самих батарей не жалко. Это по сути расходный товар. Через год поменял на новые. И это не обременительно для кошелька. Другое дело, если батарея стоит десятки тысяч гривень и питает например офисное помещение и или жилище.

Защита по току

Для каждого типа батареи предусмотрены свои предельные токи заряда и разряда. Есть пиковые токи потребления в течение короткого времени. Есть максимальные зарядно-разрядные токи, которые обычно производители указывают и которые отслеживает BMS.
Случиться может все. И короткое замыкание. И внезапное включение «прожорливой» нагрузки, в результате чего максимальный отдаваемый ток может быть превышен. А значит нужно, чтобы батарея автоматически отключалась, в зависимости от установленного ограничения по отдаваемому току или уходила в защитный, аварийный режим (в зависимости от модели).
Для этих целей BMS должна обладать практически мгновенной чувствительностью к экстремальным пиковым значениям тока, таким как короткое замыкание, когда даже предохранители и аварийные автоматы не успеют сработать.
Давайте к примеру.

• При приближении к верхнему пределу напряжения, BMS может задать постепенное снижение зарядного тока (щадящий режим зарядки) или может даже полностью прекратить заряд, если аккумулятор заряжен.
• Также, при приближении к нижнему пределу напряжения (глубокий разряд) BMS ограничит отдаваемый в нагрузки ток, если у последних чрезмерные электрически-энергетические «аппетиты».

В продвинутых инверторных системах допускается заряд большими значениями токов, чтобы батареи быстрее набрали емкость. Если производитель это предусматривает и контроллер BMS соответственно не запрещает, то так тому и быть. Но все же если отключения света не такие частые, все же лучше заряжать меньшим током, в щадящем режиме. Хотя мы уже слышим голос: ”А у нас свет включают на 2 часа, надо успеть зарядить”. Но что ж ответить. надо соглашаться. Да, кроме как заряжать быстрее, другого выхода нет.

Защита по напряжению

Литий-ионный элемент аккумулятора должен работать в определенном диапазоне напряжений. Эти границы определяются внутренней конструкцией, состоянием батареей, температурой, степенью износа и другим показателями.
Давайте ближе к практике. К нашей реальности 2022-2023 годов.
Имеется инвертор мощностью 5 КВт, который при аварийном или плановом отключении света выдает синусоиду на выходе (чистые 220 Вольт), а подзарядка выполняется от электрической сети, в то время, когда дома электричество в розетке присутствует.
Но могут быть и другие источники для заряда батарей.

Солнечные батареи	Инверторы, которые подключаются к ним обычно называются гибридными.
Генераторы	Причем инверторного типа, которые выдают не модифицированную синусоиду.

При длительных блекаутах, приходится задействовать все имеющиеся в наличии источники электроэнергии. Запасенные в аккумуляторах, неисчерпаемые – от солнца и даже ветряка. А когда темно и все разрядилось, тогда уже придет время включать дымящий и гудящий децибелами бензиновый или дизельный генератор, непременный атрибут нынешней действительности.
Но мы говорим сейчас не о всех возможных случаях, что могут случиться в жизни. Жители Украины знают это и без нас. Тем более в военное время, когда враг наносит удары по нашей энергетической инфраструктуре.
А говорим мы это к тому, что на вход батареи может подаваться электричество разного качества. В идеале такого не должно быть, но на практике – иначе. И как мы уже отметили, это касается как заряда, так и разряда. Как следствие — любой аккумуляторный блок подвергается значительным броскам тока из-за различных источников энергии. Плата BMS должна строго выдерживать пределы напряжения, чтобы реальные значения не превышали их.

Защита по температуре

Да, литий-ионные элементы могут работать при более широком диапазоне температур, чем свинцово-кислотные или никель-металлогидридные батареи, однако все равно общая емкость батареи уменьшается при низких температурах, поскольку скорость химических реакций преобразования энергии в электричество ощутимо замедляется (снижается такой показатель как токоотдача и даже без нагрузки растет ток саморазряда). Также проблематичной является зарядка при низких температурах, особенно близких к 0 °C. И тем более ниже. А вот благоприятный режим в пределах от +5 до +20 °C.
Если говорить о батареях для стационарных инверторов DC-AC для дома, то мы настойчиво рекомендуем устанавливать аккумуляторы внутри помещения, а не в подвале, на неотапливаемой веранде, в холодной летней кухне или прямо на улице.

Лучше позаботьтесь о «здоровье» вашего бесперебойника. И тогда он будет справляться со своим задачами снабжения Вас электричеством наилучшим образом.
Если же допустить зарядку например при минусовых температурах, то может возникнуть явление покрытия анода металлическим литием. Это необратимое разрушительное явление, что приводит к снижению емкости.

Некоторые BMS могут контролировать температуру аккумуляторной батареи посредством ее нагрева и охлаждения.

Каким образом ? С помощью дополнительного нагревателя. Однако здесь возникает другая проблема. Надо откуда-то брать энергию для обогрева. И лучше это будет питание от внешнего источника – от другой батареи, солнечных элементов и т.д.
Хотя если энергии требуется на нагрев минимум, то электричество для обогревателя может брать и от основного аккумулятора.
Иногда решить указанный обогревательный вопрос можно и с помощью конструктивных решений. Например электронные платы управления – тот же контроллер BMS выделяет некоторое количество тепла. А тем более силовая электроника: диоды, тиристоры. Почему бы его не использовать для обогрева ?
А если наоборот жарко ? Если речь идет например об установке источников бесперебойного снабжения электрической энергии в странах Африки или в Южных странах Европы. Если конечно нет кондиционеров.
Тогда система BMS должна брать на себя функции управления системой охлаждения. Высокая темперптура тоже не есть хорошо.
Стандартная комнатная температура это конечно идеальный вариант. Но уже при повышении температуры до 30°C, эффективность работы аккумуляторов может снизиться на целых 20%. Это много. Особенно опасны постоянные процессы заряда-разряда при более высоких температурах, например при 40-50°C.
Охлаждение может быть как пассивным с помощью конвекционных потоков, применением радиаторов, а также активным с помощью вентиляторов.

Контроль емкости батареи

Даже у самых педантичных пользователей батарей, выполняющих строго все предписания производителей, все равно с каждым циклом разряда-заряда они теряют сотые доли процента своей емкости. Вечных аккумуляторов нет. Однако если батареи, дающие постоянное напряжение для инверторов, функционируют в благоприятных условиях, то прослужить они могут 5-7 лет и это реальность. Это много. За это время, а скорее всего значительно раньше, они полностью выполнят свою роль, давая возможность жить и работать своим хозяевам с электричеством. А учитывая прогресс, к концу десятилетия может быть прорыв в источниках энергии. И тогда тяжелые аккумуляторы, о которых «хлопочет» BMS, уйдут в прошлое.
Соответственно важнейшей задачей для BMS является сохранение максимальной емкости аккумулятора. В частности, “ворами емкости” являются токи утечки.

Поскольку сама батарея состоит из нескольких элементов (ячеек), то каждая из них, несмотря на одинаковые условия производства и сборки, все же хоть немного, но отличается по параметрам. Различаются в том числе и токи утечек.
Саморазряд это характеристика батареи, может не такая известная и «ТОПовая» как напряжение, емкость или максимальный ток разряда, но все же с увеличением тока саморазряда, Вы теряете емкость.

• Да, если говорить строго, то малейшие микроизменения в технологическом процессе (его несовершенство) играют роль в разном токе утечки аккумуляторных ячеек.
• Но даже, если бы токи были для новой батареи нулевые, то в процессе множества циклов разряда-заряда, их рост неизбежен. Вопрос в том, как быстро они растут. С каждым месяцем и годом.

На увеличение токов саморазряда влияют уже озвученные выше причины: это высокая температура, естественная деградация литий-ионовых элементов или старение, перезаряд и недозаряд.
Например если батарея полностью заряжена, а BMS функционирует не должным образом (а должна бы полностью прекратить заряд), то дополнительная энергия от зарядного устройства превращается в тепло. А про негативное влияние повышенной температуры мы уже писали.

Платы BMS являются многоканальными. Поскольку соединенный массив батарей обладает такой характеристикой как общее напряжение сборки.

Но в процессе заряда, из-за разного износа или просто конструктивных особенностей или дефектов, будет наблюдаться разница. В идеале конечно зарядный ток должен быть одинаковым для всех ячеек.
Но если например одна ячейка полностью зарядится, а неисправная (или более изношенная) не полностью будет заряжена, возникнет дисбаланс, приводящий к тому, что некоторые ячейки будут хронически недозаряжены, а другие полностью заряжены.
Существуют разные методы решения этой проблемы. Но в любом случае за процесс “выравнивания” или электрической балансировки отвечает именно BMS.
Как это решается ?
Например, инженеры, разрабатывающие BMS для батарей, проектируют алгоритм работы схемы таким образом, чтобы каждая ячейка имела такой же заряд, как и самая “слабая” ячейка. В этом есть логика.

Поскольку общая емкость определяется не самым сильным, а самым слабым звеном.

Если проблемная ячейка будет разряжена, и больше уже не сможет отдавать ток, то не имеет значения, если даже останется заряд на нормальных ячейках. Он будет бесполезен. Это как неисправная банка в АКБ автомобиля. Одна «умерла», остальные 5 исправны, но двигатель уже не заведется – емкости не хватит.
Технически с помощью электронного ключа на транзисторе, BMS управляет зарядными токами, распределяя их по разным ячейкам для сбалансирования их заряда.
Мы постарались объяснить Вам, что такое BMS, почему она важна для аккумулятора, какие функции выполняет. Будьте с энергией !