Детальнейший обзор 4-х хороших BMS-плат с AliExpress стоимостью до 200 рублей
Предложу вам сегодня 4 не плохих BMS-платы с AliExpress в ценовом диапазоне до 200 руб. Поговорим об их функциях, посмотрим, насколько качественно они их выполняют, разберем принципиальные схемы, а также выясним, как простыми средствами, подкорректировать некоторые их параметры.
Далее, соорудив простенький стенд, проверим, как в этих платах работает защита по току, отсечка по напряжению и контроль состояния банок. Ну и конечно же, протестируем работу функции балансировки элементов. В общем, проведем полнейший разбор, дабы вы убедились, что данные модели действительно заслуживают внимания, как за свои деньги.
Для тех, кто еще не до конца понимает, что такое BMS и для чего она предназначена, в этой теме — исчерпывающая информация. А здесь, дополнительные сведения — правила выбора BMS и преимущества Smart BMS.
Как будем тестировать
Платы будем проверять на стенде — без аккумуляторов. Помогать нам будет универсальный лабораторный источник питания DPS5020:
Поскольку ни в одной из испытуемых плат нет функции отслеживания силы тока отдельных элементов, для эмуляции батареи достаточно собрать обычный делитель на нескольких резисторах:
Стенд также будет содержать вольтметр, который мы подключим к выходу BMS, и эквивалент нагрузки — составной резистор, спаянный из нескольких сопротивлений номиналом 0.22 Ом — для тестирования защиты от короткого замыкания:
В стенд мы также добавим дополнительный источник питания напряжением 25В. Он будет играть роль зарядного устройства:
BMS-платы HX-3S-JHA10, HX-4S-A01, HX-3S-D01
Это BMS, выполненные на микросхеме-контроллере 8254АА. Платы HX-3S-D01 и HX-3S-JHA10 рассчитаны на подключение трех элементов, а плата HX-4S-A01 — четырех.
Типовая схема соединения контроллера приведена ниже:
Это два мосфета, отвечающие за отключение аккумуляторов:
Интересно, что здесь они имеют прямую проводимость и размыкают «+» — это достаточно нетипично. Для управления мосфетами, микросхема имеет два отдельных выхода, обозначенных как COP и DOP. Мосфетов здесь установлено по 2 штуки в параллель. Такое подключение позволяет увеличить мощность и улучшить теплоотведение. 2 транзистора отвечают за зарядку, 2 — за разрядку.
Мосфеты находятся в 8-ми пиновых корпусах. На то, что это не микросхемы, указывает соединение выводов. При внимательном рассмотрении видно, что по факту их 3, а не 8. Токовый шунт здесь подключается к 4-й ножке, это вход VINI.
Если верить даташиту, для модификации с индексом V напряжение шунта при котором активируется защита, составляет 200 мВ. 5-я же ножка отвечает за задержку включения этой защиты. Если увеличить емкость конденсатора CCDT, время реакции платы на превышение тока увеличится.
Эту особенность можно использовать в случае если BMS слишком быстро реагирует на превышение тока, например при клине патрона шуруповерта в детали. Контроллер может использоваться в конфигурации как с 3-мя, так и с 4-мя аккумуляторами. Режим переключается установкой уровня на 10-м выводе SEL.
В платах этой серии в качестве токового шунта используется низкоомный резистор. На моделях A01 и D01 установлены одинаковые сопротивления — 10 мОм.
Напомним: миллиом — это одна тысячная Ома, не путать с Мегаомом. «Милли» обозначается строчной «м», а «мега» — заглавной.
На плате JHA10 установлен шунт 20 мОм, что означает, что в ней защита должна сработать при вдвое меньшей силе тока. Разделив указанные в документации 0.2В на 0.01 Ома, получаем 20. Следовательно, платы A01 и D01 должны отключиться при токе 20А, а плата JHA10 — 10А.
JHA10 также имеет функцию балансировки элементов. Контроллер 8254 к ней не имеет никакого отношения, она реализована отдельно. На плате установлены небольшие мосфеты A2SHB и контроллеры балансировки — по числу Li-ion элементов. На A01 и D01 этих элементов нет, из чего можно сделать вывод, что балансировку они не поддерживают.
Стандартную схему подключения балансиров можно увидеть ниже:
Алгоритм работы балансировщика предельно прост. Каждая микросхема HY2213 измеряет напряжение на выводах своего контролируемого элемента. Если это напряжение превышает 4.2В, на 6-ой ножке микросхемы появляется единица, мосфет открывается, и подключает параллельно банке резистор, который разряжает ее. Разрядка продолжается до тех пор, пока напряжение не снизится до 4.19В. Получается, так называемая балансировка сводится к банальной разрядке элементов, если их напряжение превышает 4.2В.
Очевидно, происходить это может только в самом конце зарядки. Поэтому если вы имеете привычку отключать зарядное устройство, не дожидаясь окончания процесса, балансировка у вас не работает.
Испытания
Начинаем с JHA10, как экземпляра, имеющего максимальный функционал. Схему ее подключения к стенду вы видите на изображении:
В силу проводимости примененных мосфетов, для старта устройства необходимо замыкать не «-», а «+», то есть B+ и P+.
Не стартует! Все правильно, это 3х-аккумуляторная плата, нужно повысить напряжение:
Вот теперь BMS запустилась. Как видно, контроллер отслеживает напряжение на банках и не подключает нагрузку, если они разряжены. Это хорошо.
Теперь стандартное испытание на ток нагрузки: 5.5, 6.5 и 8.7А. При касании же следующего резистора плата выключается:
Продавцом заявлена сила тока 10А:
Давайте посмотрим, как плата реагирует на изменение напряжения на банках. Отключаем… ничего не произошло… Подключаем к соседнему резистору… Выключилась!:
Аналогично плата реагирует на переключение другого входа. Нормально!:
Теперь проверим работу балансиров. Для этого мы будем просто повышать напряжение нашей виртуальной батареи и наблюдать за силой тока. При активации балансиров она должна повыситься. У нас 3 банки, и балансировка должна запуститься при достижении батареей напряжения (4.2В умножить на 3) примерно 12.6В.
Есть! Сила тока балансировки ровно 100 мА:
Попробуем убавить напряжение… Балансировка отключается при 12.4В. Так и должно быть.
Мы видели, что плата реагирует на превышение тока нагрузки практически моментально. Давайте попробуем изменить время реакции. Как уже было сказано, за это отвечает конденсатор CCDT, подключенный к 5-му выводу микросхемы. D, видимо, означает discharge, разрядка. Пробуем увеличить его емкость… 100nF. Вроде бы, что-то изменилось, но не очень заметно. 680… Пока непонятно. Попробуем бОльшие значения. 4.7uF, электролитический:
Обратите внимание на полярность подключения:
Вот теперь хорошо заметно, что плата стала отключаться не сразу. Мы даже успеваем разглядеть силу тока, текущую через нагрузку. Получается, если хотим получить задержку в пару секунд — как в заводских шуруповертах — емкость конденсатора должна быть еще больше.
Наш следующий тест связан уже с зарядкой аккумуляторов. При достижении напряжения примерно 4.25В на каждом элементе, BMS обязана отключить батарею от зарядного устройства.
Для симуляции процесса мы возьмем зарядку от простенького шуруповерта:
Без нагрузки выдает около 25В. Силу тока ограничим резисторами. Получилось около 150 мА, больше и не нужно. Схема подключения приведена ниже:
Мы будем постепенно повышать напряжение на DPS5020, симулируя процесс зарядки аккумулятора. При достижении определенного значения мы должны увидеть, что напряжение на вольтметре резко вырастет, что будет означать, что BMS отключила зарядку от аккумулятора, и мы наблюдаем ее напряжение без нагрузки. Пробуем…
BMS отключает зарядку от аккумуляторов при достижении напряжения 12.72В:
Обратите внимание, что ток со стороны банок при этом вырастает, что означает, что активируется балансировщик:
Когда же напряжение на банках падает примерно до 12.4В, балансировка прекращается. Обратите внимание, что балансиры НЕ включаются, пока подключено зарядное устройство. Когда же зарядка завершилась, аккумуляторы начинают разряжаться через балансиры, вплоть до напряжения 12.4В. Т. е., плата даже при одном и том же напряжении на банках, в зависимости от этапа процесса зарядки, может находиться в разных режимах, всегда при этом соблюдая корректную последовательность действий. Достойно!
D01 и А01, очевидно, собраны по абсолютно идентичной схеме, поэтому тестировать их не будем.
У D01 заявлен ток отсечки 20А, и сопротивление шунтов у нее в 2 раза меньше, т. е. заявленное вполне похоже на правду. При этом, здесь зачем-то установлены высоковольтные мосфеты CMD100P03B предельная сила тока у которых всего 13А, почти такая же, как у PA4407, установленных в JHA10 и A01 — 12А. Видимо, что было, то и поставили.
Забавно, что из всех трех плат продавец заявляет функцию балансировки именно у D01, которая ее, по факту, не имеет:
Цена же всех этих плат практически одинакова:
BMS-плата HXYP-4S-BM20
BMS-плата HXYP-4S-BM20 собрана на похожем контроллере. Называется он BM3451. У него такое же количество выводов, и сначала мы подумали, что это клон 8254. На поверку выяснилось, что это другая микросхема.
Вот схема ее соединения:
В целом, она очень похожа на подключение 8254, единственно, здесь присутствует вход датчика температуры.
Токовая защита, выраженная в напряжении шунта, здесь имеет целых три разных предела — 0.1, 0.4 и 0.8В соответственно:
Сам шунт подключается ко входу VIN. Мосфеты, они здесь достаточно мощные, на 55А, разумеется, отключаются уже при достижении первого предела — 100 мВ. Остальные же пределы нужны, чтобы можно было запрограммировать разное время реакции. Регулируется оно емкостью конденсаторов Coc1 и Coc2, соответственно. Реакция на третий предел — это короткое замыкание, всегда моментальная.
Сопротивление шунта на этой плате — 7 мОм. Если выполнить расчет по пределу 0.1В, получается, что ток отсечки должен быть примерно 14А. В описании же плата заявлена как 20-амперная:
Балансировочных цепей здесь, судя по всему, нет.
Испытания
Итак, запускаем плату кратким замыканием линий P- и B-. Не включается! Поднимем напряжение… Есть! Защита по разряду банок работает. Что насчет защиты от дисбаланса? Тоже работает! При отключении от любой из узловых точек, контроллер сразу выключается, при подключении возобновляет работу.
Теперь проверим режим зарядки. При напряжении 17В — это соответствует полному заряду 4-х элементов, BMS отключает зарядное устройство. Нормально!
Проверим работу токовой защиты… Плата выключается при силе тока около 12А! Наше предположение оказалось верным: сопротивление шунта здесь слишком высокое для заявленных 20А.
Давайте попробуем исправить ситуацию. Нужного резистора у нас под рукой нет, но при таких сверхнизких сопротивлениях можно использовать просто кусок медной проволоки:
Пробуем… Не отключается совсем, по крайней мере при 20А. Возьмем кусочек подлиннее:
И… То что нужно! Защита отключилась на 20А. В этой плате время реакции защиты выше изначально, однако, если вы хотите его увеличить, достаточно установить конденсатор Coc1 бОльшей емкости. Как мы говорили, есть и второй предел, он срабатывает при силе тока в 4 раза больше. За него отвечает конденсатор Coc2. В принципе, неплохая и достаточно гибкая система.
Проверим работу датчика температуры. BM3451 использует терморезистор NTC с базовым сопротивлением 10 кОм. NTC означает, что при повышении температуры сопротивление падает, а значение 10 кОм соответствует примерно 25 градусам по Цельсию. Для проверки мы можем просто подключить резистор сопротивлением, например, 5 кОм. Не реагирует! Пробуем 1 кОм… Есть!
При отключении резистора, плата сразу же запускается. Не знаем, правильно ли это, ведь перегрев — аварийная ситуация. Так или иначе, заявленный в документации 10-кОмный NTC здесь применять нельзя, это слишком большое сопротивление, видимо, придется брать трех—четырех-килоомный… Но вход работает, и его наличие — большое преимущество. Его можно использовать, в том числе, и как выключатель.
Подводим итоги
Итак, у испытуемых плат BMS корректно работают алгоритмы обнаружения дисбаланса, балансировки и реакции на зарядку. Сила тока отсечки в них также соответствовала заявленной.
Несколько полезных советов напоследок
Если перед вами стоит задача покупки платы BMS, выбирайте платы исключительно с мультиаккумуляторными контроллерами, т. е., изначально рассчитанными на подключение нескольких Li-ion элементов. Узнать их легко по внешнему виду: это микросхема в 16-ти или более -контактном корпусе:
Наличие же балансиров можно определить по присутствию микросхем BB3A или 13KD5, а также балластных резисторов — обязательно по количеству аккумуляторов:
Также, плата обязана иметь токовый шунт в виде самостоятельного низкоомного резистора:
В противном случае гарантировать корректную работу токовой защиты невозможно.
Обращайте также внимание и на тип примененных мосфетов:
Предельный ток их нагрузки должен быть не меньше указанного в параметрах платы.
- Стильненький снаружи, классненький внутри: обзор Avatr 11 - 30 ноября, 2023
- Расширяем «горизонты человечества»: обзор Gaoshe HiPhi X - 2 ноября, 2023
- Самый динамичный и авангардный серийный минивэн в мире: обзор электрокара Zeekr 009 - 28 сентября, 2023
