Защитные платы
Введение
У литиевых аккумуляторов широкий спектр преимуществ: высокая плотность энергии, компактность, универсальность, относительно простое обслуживание, надёжность и высокая работоспособность.
Однако существует ряд особенностей, которые требуют особого внимания со стороны пользователя и его непосредственного контроля.
В первую очередь это касается чувствительности литиевых элементов к глубокому разряду и перезаряду. Особенно это важно для литий-ионных аккумуляторов, так как они имеют свойство воспламеняться и даже взрываться при перегреве или вследствие необратимых повреждений. Даже более стабильные литий-железо-фосфатные источники тока могут серьёзно пострадать из-за неправильной эксплуатации или простого человеческого “недогляда”.
К сожалению, аккумуляторы одной модели, одного производителя, связанные буквально в одну батарею, могут иметь незначительные отличия в плане ёмкости и внутреннего сопротивления. В процессе использования эти отличия становятся более ощутимыми, и если хоть одна ячейка получит слишком большое напряжение или наоборот разрядится до минимального уровня - батарею придётся чинить или даже заменять полностью.
Регулировать все процессы вручную, особенно для блока из нескольких аккумуляторных ячеек, может быть довольно трудно. Когда на кону не только работоспособность устройства, но и ваша безопасность, пренебрегать защитой не стоит. Благо, для этих проблем уже создано решение.
Виды защитных плат
Простые литиевые аккумуляторы, которые часто используются в быту, могут снабжаться платой защиты уже с завода (или вы можете купить её самостоятельно). Плата представляет из себя небольшую микросхему, которая приваривается к одному из полюсов накопителя. Она защищает аккумулятор от перегрева и регулирует напряжение. Если оно слишком большое или падает до минимального уровня, защитная плата отключает аккумулятор от зарядки или от вашего устройства, то есть прерывает питание в ту или иную сторону. Такие платы называются PCM (Protection Circuit Module - защитный модуль (микросхема)). Конечно, установка PCM слегка увеличит размеры аккумулятора, но зато обеспечит для него и вашего устройства более долгую и безопасную работу.
Что касается батарей, которые состоят из нескольких аккумуляторов, то они нуждаются в более сложном решении. Особенно это относится к аккумуляторам, соединённым в цепь последовательным, а не параллельным способом. Дело в том, что помимо изначально разных параметров каждого отдельного аккумулятора, при последовательном соединении возрастает риск того, что заряд будет распределяться неравномерно, соответственно - аккумуляторы получат разное напряжение и разный ток.
Для того, чтобы следить за исправностью аккумуляторных батарей и защищать их в случае возникновения каких-либо неполадок, была создана BMS (Battery Management System - система управления батареей, контроллер).
BSM Бывают разные. Более простые следят за:
- напряжением - если хотя бы одна параллель в цепи выйдет за пределы допустимых значений, батарея может не только потерять в ёмкости, но также выйти из строя или загореться из-за перегрева
- токами заряда и разряда
- степенью заряда и глубиной разряда
- температурой - BSM защищает аккумулятор от перегрева и переохлаждения - при низких температурах аккумуляторы теряют заряд значительно быстрее, а при высоких возможно высыхание электролита и короткое замыкание из-за прямого контакта электродов.
Главный инструмент базовых BMS в случае аномалий в работе аккумулятора - это контроль подключения и отключения элемента от электрической цепи.
Более продвинутые модели также снабжаются системой балансировки (способностью выравнивать напряжения отдельных ячеек в параллели) и вычислительной функцией - BMS сама рассчитывает максимум тока заряда, внутреннее сопротивление, энергию на входе и выходе, а также ведёт подсчёт отработанных циклов и оценивает состояние ёмкости отдельных ячеек. Такие устройства зачастую могут накапливать и передавать информацию на компьютер или смартфон.
Балансировка аккумуляторов особенно важна для батарей, в которых несколько параллелей. Как говорилось ранее, даже одна параллель способна послужить причиной поломки аккумулятора, поэтому необходимо, чтобы каждый отдельный элемент заряжался и разряжался одинаково.
Балансировка бывает пассивной и активной. Пассивный способ несколько проще и заключается в следующем: когда какая-то из ячеек достигает практически максимального заряда, поступление тока к ней снижается до минимального уровня, в то время как менее заряженные ячейки получают его в нормальных значениях.
Активная балансировка предусматривает распределение энергии от более заряженных ячеек к менее заряженным - c уменьшением напряжения на одних участках и увеличением на других.
Цена у BMS с разным функционалом будет отличаться в зависимости от возможностей системы. Не всегда обязательно приобретать продвинутые модели с активной балансировкой и подробным отображением информации на смартфоне - для простых бытовых устройств достаточно элементарной системы защиты.
Итоги
К сожалению, пока не существует идеальных источников тока. Новые поколения аккумуляторов имеют высокие показатели не только в области эффективности и безопасности, но также - сложности и, соответственно, цены. Литий-ионные и литий-железо-фосфатные аккумуляторы зарекомендовали себя как вполне надёжные и безопасные устройства с большой эффективностью и широкой областью применения.
Конечно, никто не застрахован от ошибок и сбоев. Особенно, если дело касается аккумуляторных сборок.
PCM не просто избавит вас от лишних тревог за безопасность своего устройства, но также обеспечат наиболее оптимальную работу аккумулятора и более длительный срок его службы.
BMS не просто обеспечит защиту от внешних и внутренних неполадок, но также отрегулирует и настроит работу батареи при мельчайших отклонениях от нормы. Такой способ контроля поможет вовремя понять, когда необходима замена ячеек, тем самым сэкономив ваши нервы, время и деньги.