BMS-платы и системы балансировки
Подбираем и поставляем платы BMS под конкретную сборку: по числу последовательных банок, рабочему току и химии ячеек. Разрабатываем собственные платы под техническое задание, когда серийные не подходят по функциям, габариту или протоколу связи.
- Собственная разработка BMS и плат защиты
- Подбор по конфигурации, токам и химии
- LiFePO4, Li-Ion, LTO
- Настройка порогов под задачу
Как подобрать BMS
Плата подбирается по трём параметрам: сколько банок в цепочке, какой ток снимается в пике и какая химия ячеек. Ошибка в любом из них выводит сборку из строя.
| Сборка | Напряжение | Типовой ток | Где применяется |
|---|---|---|---|
| 3S | 9,6–11,1 В | 20–60 А | инструмент, малые устройства |
| 4S | 12,8–14,8 В | 40–200 А | замена автомобильного АКБ, лодочные |
| 8S | 25,6 В | 100–200 А | складская техника, резервное питание |
| 16S | 51,2 В | 100–500 А | накопители энергии, тяговые батареи |
Отдельно проверяется ток балансировки: пассивной хватает для бытовых задач, для больших сборок нужна активная.
Что делает BMS
| Функция | Зачем |
|---|---|
| Защита от переразряда | ниже порога ячейка деградирует необратимо |
| Защита от перезаряда | перезаряд ведёт к вспучиванию и отказу |
| Балансировка | без неё цепочка деградирует по самой слабой ячейке |
| Токовая защита | отсечка при перегрузке и коротком замыкании |
| Температурный контроль | запрет заряда в мороз, отсечка при перегреве |
| Связь | передача состояния в инвертор или контроллер техники |
Платы BMS
Раздел наполняется. Нужна плата под конкретную сборку — напишите параметры, подберём и рассчитаем: число банок, рабочий и пиковый ток, химия, требования к связи.
Что BMS делает в сборке
Ячейки в последовательной цепи стареют неодинаково: у одной чуть выше внутреннее сопротивление, у другой чуть меньше фактическая ёмкость. Через все них идёт один и тот же ток, поэтому первая дошедшая до нижнего порога останавливает разряд всей батареи, а первая дошедшая до верхнего прекращает заряд. Задача BMS — не дать этому разбегу вырасти и держать каждую ячейку в паспортных пределах.
- Измерение напряжения каждой ячейки. Плата видит не общее напряжение батареи, а каждую банку отдельно — по этому она и отличается от простого контроллера заряда.
- Отключение по порогам. Переразряд, перезаряд, перегрузка, короткое замыкание, перегрев и запрет заряда при отрицательной температуре.
- Балансировка. Выравнивание напряжений ячеек, чтобы ёмкость сборки не проседала до ёмкости худшей банки.
- Оценка состояния заряда. Подсчёт отданных и принятых ампер-часов, а не оценка по напряжению: у LiFePO4 разрядная кривая плоская, и по вольтметру остаток не определяется.
- Связь с системой. Передача напряжений, температур и разрешения на заряд в инвертор, контроллер техники или систему диагностики.
Пять параметров, по которым подбирают плату
- Число банок
Столько же, сколько ячеек в последовательной цепи, — плата на 16S не подойдёт сборке 15S. Число каналов измерения и балансировки должно совпадать с конфигурацией.
- Химия и пороги
Уставки отключения задаются химией: у LiFePO4 это 3,65 В сверху, у литий-полимерной ячейки 4,2 В, у титаната пороги ещё ниже. Плата с чужими уставками либо недозаряжает батарею, либо выводит ячейки за паспортные пределы.
- Длительный и пиковый ток
Плату берут по длительному току нагрузки с запасом 20–30 % и отдельно проверяют по пиковому: пусковые токи двигателей в разы выше номинальных. Ток заряда проверяется так же.
- Балансировка и её ток
Пассивная балансировка рассеивает излишек на резисторе током порядка десятков-сотен миллиампер, активная перекачивает заряд между ячейками. Чем больше ёмкость сборки, тем дольше выравнивание при том же токе балансировки.
- Интерфейс и датчики
Нужны ли связь по CAN или RS-485, сколько датчиков температуры и куда они ставятся, требуется ли отдельная индикация для оператора и сигнальный разъём в жгуте техники.
Сборка 16S на призматических ячейках LiFePO4 314 А·ч, нагрузка 3 кВт при 48 В.
Длительный ток: 3 000 / 48 ≈ 63 А. С запасом 30 % — плата на 100 А по длительному току.
Пиковый ток нагрузки уточняется отдельно; если пуск даёт 150 А на несколько секунд, проверяется, укладывается ли он в защиту по перегрузке.
Итог: 16 каналов, уставки под LiFePO4, длительный ток 100 А, датчики температуры на ячейках и на силовых соединениях.
Пороговые напряжения по химиям
Значения ниже взяты из паспортов ячеек, с которыми мы работаем. Точные уставки всегда сверяются с паспортом конкретной модели: у одной и той же химии производители задают разные пределы.
| Химия | Номинал | Верхний порог | Нижний порог | Особенности уставок |
|---|---|---|---|---|
| LiFePO4, призматическая | 3,2 В | 3,65 В | 2,5 В | заряд разрешён от 0 °C |
| LiFePO4, цилиндрическая 32700 | 3,2 В | 3,65 В | 2,0 В | заряд разрешён от +10 °C |
| Литий-полимерная | 3,7 В | 4,2 В | 2,8 В | у версий на 3,85 В верхний порог 4,35 В |
| Литий-титанат | 2,3–2,4 В | по паспорту ячейки | по паспорту ячейки | заряд допускается при отрицательной температуре |
Из таблицы видно, почему плата от одной химии не работает на другой: BMS с нижним порогом 2,5 В на цилиндрической ячейке отключит батарею раньше времени, а с верхним порогом 4,2 В на LiFePO4 выведет ячейку далеко за паспортный предел.
Балансировка: пассивная и активная
Балансировка работает в верхней части заряда, когда напряжения ячеек расходятся заметнее всего. Именно поэтому батарею, которая обычно работает в диапазоне 20–80 %, раз в месяц заряжают до конца — иначе плате просто негде выровнять ячейки.
Пассивная
Излишек заряда с ячейки, ушедшей вперёд, рассеивается на резисторе. Схема простая и дешёвая, ток балансировки — десятки-сотни миллиампер. Подходит для сборок, где разброс ячеек невелик, а время заряда не ограничено.
Активная
Заряд перекачивается из ушедшей вперёд ячейки в отстающую. Схема дороже и сложнее, зато энергия не теряется в тепло, а выравнивание идёт быстрее. Имеет смысл на больших ёмкостях и там, где батарея работает короткими циклами и полный заряд бывает редко.
Как оценить, хватит ли тока балансировки
Разделите допустимый разброс ёмкости между ячейками на ток балансировки — получите время, за которое плата выровняет цепь. Если оно больше, чем длительность стадии постоянного напряжения при заряде, балансировка не успевает, и разброс копится от цикла к циклу. На больших сборках это основной аргумент за активную схему.
Отдельно от платы работает подбор ячеек: мы формируем группы по фактической ёмкости и внутреннему сопротивлению, и чем плотнее группа, тем меньше работы остаётся балансировке.
Датчики, разъёмы и связь
BMS редко бывает отдельным изделием: она встроена в жгут и в логику всей сборки.
- Датчики температуры. Ставятся на ячейки и на силовые соединения. По ним плата запрещает заряд на морозе и отключает батарею при перегреве.
- Сигнальный разъём. В наших тяговых сборках рядом с силовым XT-90 стоит сигнальный molex на 16 контактов — через него идут данные и управляющие сигналы.
- Интерфейс диагностики. В батарейных модулях накопителей состояние читается по RS-485: видно напряжение и температуру каждого модуля, а не только суммарное состояние системы.
- Индикация для оператора. Отдельный индикатор уровня заряда на корпусе — чтобы водителю погрузчика не требовался ноутбук.
- Связь с инвертором. Для накопителей желательна: инвертор получает от BMS реальный заряд, температуру и разрешение на заряд вместо оценки по напряжению.
Частые ошибки при выборе платы
- Плата от другой химии. Уставки не совпадают: батарея либо не дозаряжается, либо уходит за паспортные пределы.
- Подбор по длительному току без проверки пикового. Плата уходит в защиту при каждом пуске, и техника встаёт.
- Число каналов не совпадает с конфигурацией. Плата на 16S в сборке 15S оставляет канал без ячейки и неверно оценивает состояние.
- Нет датчика температуры на ячейках. Запрет заряда на морозе не работает, а именно он спасает ячейки от необратимой потери ёмкости.
- Ток балансировки не проверен под ёмкость сборки. Разброс копится от цикла к циклу, и через год батарея отдаёт заметно меньше паспортного.
- Нет связи там, где она нужна. В накопителе без обмена данными инвертор оценивает заряд по напряжению — грубо и с ошибкой в обе стороны.
Когда нужна своя плата
Серийная BMS закрывает большинство задач. Своя разработка нужна, когда изделие упирается в одно из четырёх ограничений.
- Габарит. Плата не помещается в корпус или не встаёт в существующее посадочное место.
- Протокол. Систему нужно встроить в сторонний контроллер с собственным форматом обмена.
- Логика работы. Требуются нестандартные сценарии: управление подогревом, особая последовательность включения, диагностика по своему регламенту.
- Условия эксплуатации. Вибрация, влажность, температура за пределами того, на что рассчитаны серийные платы.
Схемотехника и программирование — наши собственные компетенции, поэтому разработка платы, её испытания и сопровождение серии идут в одних руках с изготовлением батареи. Как устроена разработка BMS.
Как BMS работает в наших сборках
Плату почти всегда выбирают не отдельно, а вместе с батареей: от неё зависят разъёмы, жгут, расположение датчиков и то, что увидит оператор или диспетчер. Три примера из наших технико-коммерческих предложений.
| Сборка | Конфигурация | Токи | Что обеспечивает BMS |
|---|---|---|---|
| Тяговая, 48 В, 40 А·ч | 12S | 200 А длительно, 280 А импульс, заряд 40 А | защита по току и температуре, балансировка, сигнальный разъём на 16 контактов, индикация заряда для оператора |
| Тяговая, 48 В, 52 А·ч | 15S | 52 А длительно, 108 А импульс, заряд 40 А | то же плюс работа в диапазоне −30…+50 °C |
| Батарейный модуль накопителя, 5,84 кВт·ч | 15S | 500 А постоянно, 700 А пиком, заряд до 100 А | диагностика состояния по RS-485, контроль каждого модуля в системе из шести |
Разница в требованиях видна сразу: тяговой батарее нужны импульсный ток и понятная индикация, а модулю накопителя — диагностика, по которой видно состояние каждого модуля отдельно.
Что мы проверяем перед отгрузкой
Плата, поставленная отдельно, проверяется по функциям; плата в составе сборки — вместе с батареей, потому что важна не работа узла на столе, а поведение системы целиком.
- Срабатывание защит. Проверяются пороги по верхнему и нижнему напряжению ячейки, по току и по температуре — на соответствие паспорту ячеек, а не «по умолчанию».
- Балансировка. Контролируется, что плата действительно выравнивает ячейки в верхней части заряда, и измеряется ток балансировки.
- Измерительный тракт. Сверяются показания по каждому каналу: ошибка измерения одной банки означает, что защита сработает не там, где нужно.
- Связь. Проверяется обмен по заявленному интерфейсу и корректность передаваемых значений — заряда, температуры, разрешения на заряд.
- Работа под нагрузкой. Сборка проходит цикл заряд-разряд на стенде, результаты вносятся в паспорт партии.
Испытания проводим на собственной базе, поэтому сроки проверки планируются вместе со сроками изготовления.
Если батарея ушла в защиту
Срабатывание защиты — это не поломка платы, а сообщение о том, что один из параметров вышел за уставку. Разбор идёт по порядку.
- Что именно сработало
Плата различает переразряд, перезаряд, перегрузку по току, короткое замыкание и температуру. Если есть связь по CAN или RS-485, причина читается напрямую; если нет — определяется по поведению: батарея не отдаёт ток, не принимает заряд или отключается под нагрузкой.
- Напряжения по ячейкам
Одна банка, ушедшая ниже остальных, означает разброс в цепи: либо ячейка деградировала, либо балансировка не справляется. Разница в десятые доли вольта на заряженной батарее — уже повод разбираться.
- Температура
Отключение по температуре зимой обычно означает не отказ, а штатный запрет заряда на морозе. Летом — перегрев из-за тока выше паспортного или плохого отвода тепла.
- Ток и режим работы
Если защита срабатывает при каждом пуске, ток нагрузки выше того, на который подобрана плата. Это вопрос расчёта, а не настройки.
- Соединения
Ослабленный контакт даёт просадку напряжения под нагрузкой, и плата воспринимает её как разряд ячейки. Проверяются затяжка и нагрев силовых соединений.
По своим сборкам мы разбираем такие случаи по данным: известны конфигурация, уставки и результаты испытаний партии, поэтому причина находится без перебора.
Что прислать для подбора платы
Шесть позиций закрывают вопрос, седьмая ускоряет ответ.
- Конфигурация сборки — сколько ячеек последовательно и параллельно.
- Химия и модель ячейки — по ней сверяем пороги; если модели нет под рукой, достаточно паспорта или фото маркировки.
- Длительный ток нагрузки и пиковый с длительностью импульса.
- Ток заряда и тип зарядного устройства.
- Условия эксплуатации — температура, вибрация, влажность, и отдельно температура в месте заряда.
- Требования к связи — нужен ли CAN или RS-485, с чем плата должна обмениваться данными.
- Габарит и посадочное место — фото или эскиз, если плата встраивается в существующий корпус.
В ответ вы получаете подобранную плату или предложение по разработке, с уставками под ваши ячейки, схемой подключения датчиков и сроком поставки.
Термины и обозначения
Обозначения, которые встречаются в паспортах, спецификациях и в наших расчётах.
- S и банка
- Число ячеек в последовательной цепи. 16S — шестнадцать ячеек последовательно; каждая такая ячейка на языке сборки называется банкой.
- Уставка
- Пороговое значение, при котором BMS срабатывает: по напряжению ячейки, по току, по температуре.
- Пассивная балансировка
- Рассеивание излишка заряда на резисторе. Просто и дёшево, ток небольшой.
- Активная балансировка
- Перекачивание заряда из одной ячейки в другую. Дороже, быстрее, без потерь в тепло.
- SOC
- Состояние заряда в процентах. У LiFePO4 считается по отданным и принятым ампер-часам, а не по напряжению.
- CAN и RS-485
- Интерфейсы обмена данными между BMS и инвертором, контроллером техники или системой диагностики.
Документы на продукцию
На каждую отгружаемую партию предоставляем комплект документов: для промышленной закупки это обязательное условие.
- Паспорт качества с фактическими параметрами партии
- Сертификат соответствия
- Технические условия
- Datasheet с разрядными кривыми
Условия поставки
Вопросы и ответы
Можно ли собрать батарею без BMS?
Технически да, практически — нет. Без балансировки цепочка выходит из строя по слабейшей ячейке, а без защиты от переразряда одна глубокая разрядка убивает сборку целиком.
Чем отличается пассивная балансировка от активной?
Пассивная сжигает излишек на резисторе — дёшево и достаточно для небольших сборок. Активная перекачивает заряд между ячейками — нужна на больших ёмкостях и там, где важен каждый процент.
Нужна ли связь BMS с инвертором?
Для накопителей энергии желательна: инвертор видит реальный заряд и температуру, а не считает по напряжению. Уточните модель — проверим протокол.
Разрабатываете ли платы под заказ?
Да. Это одна из наших услуг: делаем BMS под конфигурацию, габарит и протокол заказчика, включая испытания. Подробнее об услугах.
Подойдёт ли плата от LiFePO4 к литий-полимерной сборке?
Нет. Верхний порог у LiFePO4 — 3,65 В на ячейку, у литий-полимерной — 4,2 В, а у версий на 3,85 В — 4,35 В. С чужими уставками батарея либо систематически недозаряжается, либо выходит за паспортные пределы ячейки.
На какой ток брать плату?
На длительный ток нагрузки с запасом 20–30 %, с отдельной проверкой по пиковому. Нагрузка 3 кВт при 48 В даёт 63 А длительно — это плата на 100 А; пусковые токи двигателей проверяются отдельно, иначе защита будет срабатывать при каждом пуске.
Сколько каналов балансировки нужно?
Столько же, сколько ячеек в последовательной цепи. Для сборки 16S — шестнадцать. Плата с другим числом каналов к конфигурации не подходит.
Почему батарея не набирает полную ёмкость, хотя BMS исправна?
Чаще всего балансировка не успевает: её ток мал для ёмкости сборки, а полный заряд бывает редко. Балансировка работает в верхней части заряда, поэтому батарее раз в месяц дают зарядиться до конца. На больших ёмкостях вопрос решает активная схема.
Нужны ли датчики температуры и сколько?
Нужны: без них не работает запрет заряда при отрицательной температуре, а именно он защищает ячейки от необратимой потери ёмкости. Ставим на ячейки и на силовые соединения, число зависит от конфигурации и корпуса.
Можно ли настроить пороги под нашу задачу?
Да, в пределах паспорта ячейки. Уставки по напряжению, току и температуре настраиваем под режим работы изделия; за паспортными пределами ресурс ячейки сокращается, поэтому границы задаёт её документация.
Ставите ли вы плату, если батарею собирали не вы?
Да, если известны конфигурация и модель ячеек: по ним сверяем уставки и подбираем плату по току. Пришлите фото сборки и паспорт ячеек.
Можно ли обновить прошивку или изменить настройки позже?
Для плат, которые мы разрабатываем, — да: настройки и логика меняются под задачу. Для серийных зависит от модели, уточняем по конкретной плате.
Чем плата защиты отличается от полноценной BMS?
Плата защиты отключает батарею по крайним значениям напряжения, тока и температуры. BMS дополнительно измеряет каждую ячейку, балансирует их между собой, считает состояние заряда и передаёт данные в систему. Для сборки из нескольких ячеек нужна именно BMS.
Нужен ли отдельный балансир, если BMS уже стоит?
Как правило нет: балансировка входит в функции платы. Отдельный балансир ставят, когда ток встроенной балансировки мал для ёмкости сборки, а менять плату целиком нецелесообразно.
Сколько времени занимает разработка платы под задачу?
Срок называем после разбора требований: он зависит от числа каналов, тока, требуемых интерфейсов и условий эксплуатации. В работу входят схемотехника, прошивка и испытания, поэтому оценку даём вместе с составом работ.
Поставляете ли плату вместе с датчиками и жгутом?
Да, комплектом: плата, датчики температуры, балансировочный шлейф и сигнальный разъём под вашу сборку. Так меньше рисков на монтаже, чем при покупке узлов по отдельности.
