BMS LI-ION CO TO JEST I CO TRZEBA WIEDZIEĆ O MODUŁACH I
OGNIWACH LITOWYCH

2018-04-13

Kompendium wiedzy o modułach

BMS

Witam wszystkich w tym wpisie chciałbym poruszyć temat
ogniw litowych, jak je ładować, przechowywać, jakie są ich
najistotniejsze cechy a także jak takie ogniwa rozładowywać i o
nie dbać aby posłużyły nam jak najdłużej i bezpiecznie. Na

naszej drugiej stronie

http://abc-modele.pl/

znajduje się

obszerny artykuł

poświęcony właśnie

pakietom litowym Li-Pol, jednak można ją stosować także do bliźniaczych ogniw Li-Ion
powszechnie stosowanych do zasilania smartfonów, czy też w formie baterii "paluszków" 18650,
które stosuje się w laptopach / notebookach i innych urządzeń mobilnych, choć są już wypierane
przez ogniwa Li-Pol.

Jak już wiemy z powyższego artykułu o pakietach litowych muszą one być szczególnie traktowane
podczas ładowania i rozładowywania, czyli muszą mieć zabezpieczenie nadprądowe i napięciowe
podczas ładowania jak i rozładowywania. Co to oznacza w praktyce?

Oznacza to, że prąd podczas ładowania musi zostać ograniczony, ponieważ ogniwo "pochłonie"
taki prąd jaki się mu poda, jednak prąd wyższy niż ustalony przez producenta (przeważnie
bezpieczny prąd to 1C) może doprowadzić do przegrzania ogniwa i w skrajnych przypadkach jego
wybuchu. Taka sama zależność tyczy się również rozładowywania.

Co więc robi moduł BMS i jakie jest jego zadanie?

BMS monitoruje napięcia ogniw, czy to podczas ładowania czy rozładowywania
po wykryciu np. spadku napięcia na którymś ogniwie odłącza układ i analogicznie
podczas ładowania balansuje cele i jeżeli któraś przekroczy górny próg napięcia
(spadek natężenia prądu poniżej 0,05C ok 130mA) to zostaje odłączona a reszta
ładuje się do tego samego poziomu.

Dobrze jednak jak BMS monitoruje prąd? Zasada działania jest bardzo prosta i również

wykorzystuje pomiar napięcia jednak w tym wypadku z wykorzystaniem bocznika (

sposób pomiaru

i więcej informacji

). W skrócie prąd płynący przez rezystor (o stałej rezystancji) powoduje tym

większy spadek napięcia im większy przepływa prąd. Na szczęście mamy prawo Ohma R=U/I i
znając rezystancję i spadek napięcia obliczamy prąd. I w ten oto niezwykle prosty sposób działają
moduły BMS zabezpieczające ogniwa litowe.

Jeszcze jedna ważna uwaga dotycząca modułów to to iż nie ograniczają one prądu podczas

ładowania ogniw, spytacie dlaczego? Odpowiedź jest banalnie prosta jeżeli moduł ograniczałby
prąd a stworzony np. pakiet 3S8P o pojemności 3000 mAh ogniwo, za czym idzie łączna
pojemność to 24000 mAh. Teraz podczas ładowania np. małym prądem taki proces ładowania
będzie trwał bardzo długo... Dlatego ładując zrobiony pakiet z modułem BMS należy
samemu dobrać (ograniczyć) odpowiedni prąd do pakietu jaki został zrobiony. Jak już jesteśmy
przy zasilaniu to można ograniczyć prąd i zasilanie

przetwornicą step-down XL4015E

która

posiada nawet diody sygnalizujące proces ładowania i jego koniec, a dodatkowo

jej druga wersja

posiada wyświetlacz

który na bieżąco wyświetla aktualne napięcie na wyjściu i płynący prąd.

Co do napięcia zasilania / ładowania gotowego pakietu musi ono być równe, lub wyższe sumie

napięć w pełni naładowanych ogniw, czyli dla pakietu 3S czyli 3*4,2V= 12,6V należy ładować
ładowarką o napięciu 13V wzwyż. Ktoś zapyta ale jakie bezpieczne maksymalne napięcie mogę
podać na moduł? Otórz sprawa po testach paru modułów BMS wygląda w skrócie tak: im wyższe
napięcie to moduł BMS zaczyna ładować nie jednostajnie a impulsowo. Dlatego napięcie może być
średnio większe od znamionowego o ok. 5V (przy 1-2S) do 10V (<2s). span="">

Jaki moduł BMS wybrać i na jakie parametry zwrócić uwagę? Wybierając moduł oczywiście
musimy wiedzieć na jakie zasilanie musi on być, czyli ile cel pakietu połączonych szeregowo
będzie występowało (łączenie szeregowe akumulatorów sumuje napięcia, a łączenie równoległe
sumuje ich pojemność, tak w gwoli przypomnienia). Jeżeli znamy napięcie jakie chcemy uzyskać i
jakim operować to już połowa sukcesu, zostaje jeszcze pojemność. Jak dobrać pojemność? To
zależy od tego gdzie pakiet będzie wykorzystywany, jeżeli w wiertarkach to pojemność rzędu 2000
/ 3000 mAh będzie wystarczająca, jednak jeżeli jesteś budowlańcem możesz pokusić się o
większe pojemności, aby urządzenie działało dłużej.

Zostaje jeszcze jeden parametr, czyli maksymalny prąd pracy i prąd odłączenia. Czym się różni
jeden od drugiego? Krótko mówiąc max. prąd roboczy to prąd przy którym dłuższa praca nie grozi
przegrzaniem układu (tranzystorów) a prąd odcięcia to prąd maksymalny przy którym moduł BMS
odłącza zasilanie idące do odbiornika (tzw. zabezpieczenie nadprądowe). Prądy pracy i
zabezpieczenia nadprądowe to kolejne elementy, które należy dobrać.

Jaki prąd będzie mi potrzebny? Nie jest to taka straszna kwestia jakby się mogło wydawać, znów

musimy przypomnieć sobie warunki i urządzenie w którym BMS będzie wykorzystany. Jeżeli np. do
budowy powerbanka to zabezpieczenie wystarczy na poziomie mocy ładowania czyli od 1 do 3A.

Jeżeli tak jak już wspomniałem wcześniej do zasilenia wkrętarki to wtedy amperaż musi być
większy i wynosić co najmniej 30A.

Jak podłączyć moduł BMS? Schemat połączenia znajduje się na powyższym zdjęciu, jednak
zamiast oznaczeń 0V, 4,2V... itd. mogą występować opisy jako B, gdzie B- to 0V czyli masa
pierwszego ogniwa od którego zaczyna się odliczanie kolejnych cel pakietu. B1 to wyjście z
pierwszego ogniwa czyli napięcie 4,2V, B2 to złącze balansera drugiego ogniwa itd... a B+ to plus
ostatniego ogniwa.

Moduły często posiadają zabezpieczenie przed iskrzeniem podłączanych złącz pakietu dlatego

zaraz po podłączeniu pakietu pod moduł napięcie na jego wyjściach może być równe 0V, bądź
ułamek napięcia prawidłowego. W tym przypadku należy podłączyć zasilanie (napięcie ładowania)
na wyjścia P+ i P- po tej czynności jeżeli pakiet jest w dobrej formie wszystko powinno działać
poprawnie, jeżeli tak nie jest, to należy sprawdzić jeszcze raz połączenia.

Najczęstsze problemy z BMS-ami. Zdarza się, że BMS o dość wysokim prądzie rozłączenia,
wyłącza układ który posiada spory zapas mocy. Dzieje się tak ponieważ np. silnik DC, musi
rozpędzić wał na początku swojej pracy, co pochłania znaczne ilości prądu niż później w czasie
utrzymania obrotów. Jak rozwiązać ten problem? Można zastosować kondensator elektrolityczny,
który będzie wygładzał szpilki napięciowe a co za tym idzie rozwiąże problem odłączania BMS-a.