BMS и балансиры для LiFePO₄ аккумуляторов: что это и как работают

BMS (Battery Management System) — это электронная система управления аккумуляторной сборкой. Она контролирует параметры каждой ячейки LiFePO₄, предотвращает аварийные режимы и обеспечивает стабильную работу батареи в течение всего срока службы.

Основные функции BMS

BMS выполняет ряд ключевых задач:

• Контроль напряжения каждой ячейки — отслеживает отклонения от номинала 3.2 В.
• Защита от перезаряда — отключает заряд при достижении примерно 3.65 В на ячейке.
• Защита от переразряда — разрывает цепь при падении напряжения ниже 2.5 В.
• Ограничение тока заряда и разряда — предотвращает перегрузку по току.
• Защита от короткого замыкания — мгновенно отключает выход при КЗ.
• Термоконтроль — встроенные датчики блокируют заряд/разряд при перегреве или переохлаждении.
• Балансировка ячеек — выравнивает напряжение между элементами в сборке.

Без корректной BMS LiFePO₄-батарея работать не должна — отдельные ячейки быстро выйдут из строя из-за разбаланса.

Зачем нужен балансир

В любой LiFePO₄ сборке ячейки имеют различия по внутреннему сопротивлению и реальной ёмкости. Со временем это приводит к тому, что:

• при зарядке отдельные банки заряжаются быстрее и уходят в перезаряд;
• при разрядке другие банки раньше остальных уходят в глубокий разряд.

Балансир компенсирует эти отличия и выравнивает напряжения всех ячеек до одинакового уровня.

Виды балансиров

Пассивные балансиры

• Сбрасывают избыток заряда через резистор («тормозят» более заряженные ячейки).
• Конструктивно простые и недорогие.
• Подходят для маломощных и бытовых сборок.

Активные балансиры

• Переключают энергию от более заряженных ячеек к менее заряженным.
• Обеспечивают высокую скорость и эффективность балансировки.
• Рекомендуются для больших аккумуляторных систем, тяговых батарей и стационарных установок.

Балансировка обеспечивает полное и безопасное использование ёмкости батареи, снижая риск перезаряда и глубокого разряда отдельных банок.

Как правильно подключить BMS

Определите конфигурацию батареи (количество ячеек S)

Количество последовательно соединённых ячеек определяет рабочее напряжение сборки:

• 4S → примерно 12.8 В;
• 8S → примерно 25.6 В;
• 16S → примерно 51.2 В.

Точное количество ячеек — ключевой параметр при выборе BMS.

Подключите балансировочные провода

• Каждый провод подключается к определённой точке между ячейками (B0, B1, B2 и так далее).
• Необходимо строго соблюдать последовательность, указанную производителем.
• Ошибка подключения почти всегда приводит к выходу платы из строя.

Подключите силовые выводы

• B+ / B− — подключение к аккумуляторной сборке.
• P+ / P− — выводы для подключения нагрузки и зарядного устройства.
• В некоторых моделях есть отдельный вывод C− для зарядки.

Проверьте правильность подключения

Перед включением необходимо убедиться, что:

• полярность на всех выводах соблюдена;
• последовательность балансировочных проводов соответствует схеме;
• на сборке отсутствуют короткие замыкания.

Ошибки при подключении приводят к повреждению BMS или ячеек аккумулятора.

Как выбрать BMS для LiFePO₄

При выборе платы BMS необходимо учитывать несколько параметров.

Количество ячеек (S)

Оно должно точно соответствовать конфигурации батареи:

• 12 В система → 4S BMS;
• 24 В система → 8S BMS;
• 48 В система → 16S BMS.

Максимальный ток разряда

Максимальный ток BMS выбирают с запасом относительно реальной нагрузки:

• Если нагрузка составляет 50 А, рекомендуется BMS на не менее 60–70 А.
• Для тяговых и инверторных систем запас по току может быть ещё больше.

Уровень и тип балансировки

• Для небольших сборок достаточно пассивной балансировки.
• Для ёмких батарей (100–300 А·ч и более) предпочтительна активная балансировка с током 1–2 А и выше.

Дополнительный функционал

Современные BMS могут быть оснащены:

• модулем Bluetooth для связи со смартфоном;
• мобильным приложением для мониторинга (напряжения ячеек, токи, температура, состояние защиты);
• интерфейсами CAN или RS-485 для интеграции в промышленные системы.

Как работает защита BMS

BMS выполняет комплекс мер безопасности, контролируя режимы заряда и разряда.

• Защита от перезаряда

При достижении напряжения на любой ячейке в диапазоне примерно 3.60–3.65 В BMS отключает зарядное устройство или разрывает цепь заряда, предотвращая перезаряд.

• Защита от переразряда

При падении напряжения ячейки до 2.0–2.5 В BMS отключает нагрузку, предотвращая глубокий разряд и деградацию элемента.

• Защита от перегрузки по току

Если ток разряда превышает установленный порог, BMS разрывает цепь, защищая проводку, ячейки и силовые элементы.

• Защита от короткого замыкания

При коротком замыкании реакция системы происходит за миллисекунды, что минимизирует риск перегрева и повреждения сборки.

• Термозащита

BMS контролирует температуру посредством датчиков и может отключать заряд или разряд при выходе за допустимый диапазон:

• заряд обычно запрещён при температуре ниже 0 °C и выше примерно 55 °C;
• разряд ограничивается при температурах около −20…60 °C (в зависимости от производителя и модели).

Выводы

• BMS — обязательный элемент любой LiFePO₄-сборки, обеспечивающий контроль, безопасность и продление ресурса ячеек.
• Балансир устраняет разбаланс ячеек и позволяет использовать ёмкость батареи максимально эффективно.
• Подключение BMS должно выполняться строго по схеме с учётом количества ячеек и полярности выводов.
• Выбор платы BMS зависит от конфигурации батареи, максимального тока, наличия балансировки и дополнительных функций мониторинга.
• Комплексная защита BMS делает эксплуатацию LiFePO₄ аккумуляторов стабильной, безопасной и долговечной.