Полный обзор систем балансировки заряда АКБ

зачем-нужны-балансиры

В данном обзоре мы рассмотрим самые интересные решения по балансировке заряда АКБ. В дополнение вы узнаете, как правильно установить систему балансировки на батареи различных типов.

Система предназначена для выравнивания напряжений, последовательно соединенных АКБ при заряде их общим напряжением (током). Простыми словами – для увеличения срока службы ваших аккумуляторов.

Подробнее о том, что может произойти с АКБ без системы балансировки читать здесь.

последовательно соединенные АКБ 

Последовательно соединенные АКБ образуют одну цепочку (или «линейку»).

Таких линеек с одинаковым общим напряжением может быть несколько и подключаются они параллельно.  



Обзор систем балансировки от российских производителей

«НИП», г. Великий Новгород;

«ТД СибКонтакт», г. Новосибирск;

«МикроАрт», г. Москва.

 


Компания «НИП» производит несколько решений:

1. модули балансировки + контроллер (МБЗ + КБЗ)

2. модули балансировки на печатных платах (СБЗ) 


Первая система состоит из модулей (МБЗ) соединенных между собой одним шлейфом, которые размещаются непосредственно на АКБ и контроллера балансировки заряда (КБЗ) на 12 или 24В. Контроллеры КБЗ-48/12, КБЗ-24/12 - поддерживают ячейки от 5 до 18В. КБЗ-48/2, КБЗ-24/2 - поддерживают ячейки от 1.8 до 5В


AKB-balance  Принцип работы:

КБЗ считывает общее напряжение линейки АКБ и начинает работать в режиме балансировки, если напряжение увеличивается (т.е. идет заряд).

Затем по параллельной шине от МБЗ считываются значения напряжений на каждом АКБ и вычисляет среднее значение.

Если напряжение на отдельном АКБ выше среднего, то КБЗ дает команду соответствующим МБЗ на включение компенсирующей нагрузки (разряжает батарею до нужного уровня). Когда напряжение на включенных МБЗ окажется ниже среднего, то подается команда на выключение нагрузки.  



 Система балансировки для свинцово-кислотных АКБ

Модули выпускаются для разных типов АКБ:

·  свинцово-кислотных (Pb)

·  литий-титанатных (Li-Ti)

·  литий-железо-фосфатных (LiFePO4)

·  литий-полимерных АКБ (Li-pol)


Вторая система имеет более низкую стоимость по причине отсутствия корпуса и системы мониторинга.


 СБЗ для литиевых АКБ Модульные системы СБЗ изготовлены на печатных платах.
На плате имеется от двух до шести микропроцессорных каналов. Один ведущий, остальные ведомые.

Балансировка осуществляется по среднему значению всех ячеек.


Выпускаются для следующих типов АКБ:

свинцово-кислотных (Pb)
литий-железо-фосфатных (LiFePO4)
литий-титанатных (Li-Ti).

 Балансиры на печатной плате (СБЗ) для литиевых АКБ.


Установка и подключение системы балансировки

Установку и настройку системы желательно производить с подключенным к ПК интерфейсом RS485. В этом случае вы сразу увидите все возможные ошибки подключения. Для этого понадобится специальный переходник RS485-USB (обязательно с гальванической развязкой!). Использование переходника без гальванической развязки может вывести из строя КБЗ при подключении к ПК. Для просмотра данных на компьютере используйте программу связи HyperTerminal (скорость обмена 9600). Программа бесплатная и скачивается из интернета.

Переходник RS485-USB в комплект не входит, поэтому рассмотрим способ сборки без него:


 1
 





















На каждый АКБ устанавливаете один модуль МБЗ.  МБЗ необходимо установить в горизонтальном положении, разъемом вверх (необходимо для правильного отвода выделяемой мощности от изделия).  Лучше всего приклеить модуль на АКБ возле клемм. Синий провод МБЗ подключаете к «-» АКБ, красный к «+».  При правильном подключении красный светодиод на МБЗ загорится 2 раза и погаснет. Если модуль подключен неправильно (переполюсовка) или неисправен, то светодиод моргать не будет. 

восклицательный знак    ВАЖНО! Клеммы МБЗ должны ложится на силовые перемычки (которые соединяют АКБ), а не под них. (см. рис ниже)

подключение-клемм  А почему именно так?

При прохождении тока и плохом контакте возможно большое падение напряжения, которое будет влиять на показания балансировки. 


     2



Установите КБЗ в любом удобном месте (лучше на DIN-рейку). Соедините КБЗ и все МБЗ одним или двумя плоскими шлейфами. На этом этапе подключается интерфейс RS485 к ПК (если бы он был). Подключите КБЗ к общему напряжению. Для более точного измерения общего напряжения КБЗ надо подключать непосредственно на клемму АКБ (как было показано на рисунке выше). Синий провод КБЗ подключаете к «-» линейки АКБ, красный к «+». Включите КБЗ при помощи тумблера на корпусе, при этом загорится зеленый светодиод. При переполюсовке зеленый светодиод не загорится.


3










После подключения к общему напряжению КБЗ будет определять количество подключенных МБЗ. КБЗ настроен таким образом, что ищет кратное 4-м количество ячеек*. Если найдено кратное 4-м количество МБЗ, то синий светодиод будет гореть постоянно. Система готова к работе!

*

Кратность поиска – 1, 2, 3, 4 и 5 можно настраивать перемычкой внутри корпуса. Это делается при тестировании. Для 36В, например, кратно 3-м. 

(данная процедура должна выполняться только квалифицированными специалистами!!!)

восклицательный знак


ВАЖНО! КБЗ не знает сколько АКБ вы собираетесь подключить (или сколько МБЗ он должен найти). Если в вашей системе, например, 16АКБ, а КБЗ нашел 8 (по причине плохого изготовления плоского соединяющего шлейфа и т.д.), то он все равно будет готов к работе. При этом остальные 8 АКБ балансироваться не будут. Именно поэтому рекомендуется проверять связь всех МБЗ через программу HyperTerminal, о которой было сказано в самом начале.




4








   
      
Если количество найденных МБЗ не кратно 4-м, то вместе с синим будет мигать красный светодиод и раздаваться звуковой сигнал. В этом случае необходимо найти неисправность следующим образом: 

 

при подключенных к питанию КБЗ и МБЗ отключить плоские кабели от всех МБЗ, выключить КБЗ при помощи тумблера;
     
 



подключить плоские кабели к каждому МБЗ от 1-го до 4-го в каждой линейке. После подключения каждого 4-го МБЗ включить тумблером КБЗ и подождать пока постоянно не загорится синий светодиод (до 30 секунд). Если этого не произошло, значит либо неисправен какой-то МБЗ в данной линейке, либо плохо обжат разъем на шлейфе. Работоспособность МБЗ на каждой линейке АКБ необходимо проверить с помощью заведомо рабочего кабеля. 



5

Когда общее напряжение на КБЗ начнет расти (пойдет заряд), то система переключится в режим балансировки. При этом синий светодиод будет периодически помаргивать.  При балансировке КБЗ будет включать и выключать необходимые МБЗ, на которых соответственно будут загораться и гаснуть красные светодиоды.

6      
   
По окончании балансировки система включит синий светодиод на КБЗ постоянно и будет только мониторить напряжение на каждой АКБ.

7   



КБЗ запоминает количество МБЗ. Если в процессе мониторинга КБЗ по каким-то причинам потеряет связь с одним из МБЗ, то загорится красный светодиод и будет периодически раздаваться звуковой сигнал. Это может произойти, если напряжение на АКБ упадет ниже минимума при разряде. В данном случае делать ничего не нужно и при начале заряда МБЗ заработает и КБЗ его найдет. Если МБЗ потеряется в процессе балансировки, сигнал будет тройным и в этом случае нужно искать неисправный МБЗ по п.4.


Схема подключения

Ниже представлен пример подключения трех линеек АКБ на 12В и система балансировки заряда. При использовании АКБ на 2В их количество в линейки (как и количество МБЗ) увеличится в 6 раз. Два плоских кабеля показаны условно, можно все МБЗ подключить и одним кабелем на один интерфейс КБЗ. 

восклицательный знак   ВАЖНО! Основное правило изготовления плоского кабеля – все разъемы должны быть опрессованы ключом в одном направлении.  

 Схема подключения балансиров к АКБ 48В
 

Схема подключения трех линеек АКБ (общее напряжение 48В) и системы балансировки заряда.



Проверка системы через программу HyperTerminal

Для проверки правильности подключения системы воспользуйтесь бесплатной программой HyperTerminal. Можно бесплатно скачать в интернете.


Запуск и настройка

Запускаем программу и создаем новое подключение

первый-запуск-HyperTerminal


Выставляете скорость обмена 9600 как показано на рисунке ниже

настройка скорости обмена HyperTerminal


На этом с настройками ВСЕ!  Ничего больше изменять не надо, данные системы будут отображаться автоматически.

показания-программы-HyperTerminal  Обозначения:

1. С1s=12 - означает что на шлейфе подключено 12 МБЗ 
2. Uакб - 25.4 – питание контроллера 
3.  St=80off - St- статус (0 - мониторинг, 80 – балансировка) 
4. MedU=2.08 - среднее напряжение всех АКБ 
5. «n» - включена балансировочная нагрузка МБЗ 
6.  COUxx=0.08 – номер ячейки и напряжение на АКБ




В данном примере отображаются данные системы, состоящей из 12-ти 2В аккумуляторов.







Если ПК стоит далеко от системы АКБ (что вероятнее всего), то для настроек удобнее будет воспользоваться ноутбуком с системой Windows XP/7/8/10.



Новосибирская компания «СибКонтакт» производит систему контроля (BMS) для литий-ионных АКБ (LiFePO4). Она состоит из модулей и контроллера балансировки заряда литий-ионных АКБ (LiFePO4).

 пайка печатных плат сибконтакт контроль правильности пайки сибконтакт
 Пайка печатных плат Контроль правильности пайки

восклицательный знак



   

ВАЖНО! Эксплуатация литий-ионных АКБ без системы BMS недопустима!

Дело всё в том, что при зарядке литий-ионных АКБ необходимо отслеживать параметры заряда каждой ячейки батареи. Несоблюдение параметров заряда даже в течении 1 секунды -  приводит к выходу из строя (моментальному разрушению) ячейки АКБ. Система контроля и управления (СКУ) как раз и контролирует процесс зарядки каждой ячейки, опрос параметров осуществляется несколько раз за секунду. 


Система состоит из следующих компонентов:

Модуль контроллера (СКУ АБ) 
Модуль аккумулятора - балансир (СКУ АБ) 
Модуль коммутации (СКУ АБ) 
Модуль датчика тока (СКУ АБ) 
Преобразователь сигналов интерфейсов USB – RS485 EL201-1 


модуль-контроллера-СКУ
Модуль контроллера (МК) является головным устройством СКУ.

 

Выполняет следующие функции: сбор данных с МА, измерение сигнала с датчика тока, анализ измеренных данных, расчет уровня заряда АБ, управление зарядом и разрядом АБ, обеспечивает связь по RS485 с протоколом Modbus RTU для настройки и мониторинга параметров СКУ, фиксирует аварийных события в энергонезависимой памяти.

балансир-М12

Модуль аккумулятора (МА) – балансир предназначен для монтажа непосредственно на аккумулятор и производят измерения напряжения и температуры, а также имеют цепи балансировки АБ

 

Выпускается двух видов:

для АКБ с межцентровым расстоянием 80 мм под болты М12

для АКБ с межцентровым расстоянием 208-210 мм под болты М12


     модуль-коммутации

Модуль коммутации дает возможность управлять любым зарядным устройством (ЗУ) с питанием от сети переменного напряжения 220 В.

ЗУ подключается к сети 220В через модуль коммутации, и при перезаряде аккумулятора по сигналу с МК отключает ЗУ от сети. 

Модуль нужен если ЗУ не имеет функций управления через дискретные (сигнальные) входы, для запрета заряда путем отключения ЗУ от сети.


     модуль-датчика-тока Модуль датчика тока дает возможность видеть ток АБ, текущий уровень заряда АБ, настраивать аварийные события по превышению тока АБ.
 преобразователь-сигнала-интерфейсов Преобразователь сигналов интерфейсов USB – RS485 (EL201-1)


Позволяет подключать к устройству, оснащенному интерфейсом USB до 255 устройств по интерфейсу RS485.
Модуль EL201-1 необходим для настройки параметров и мониторинга состояния СКУ на ПК.



Систему СКУ от компании СибКонтакт чаще всего используют с литий-ионными аккумуляторами «Лиотех».


И напоследок рассмотрим еще одно интересное устройство -  BMS Микроарт.

 балансир-BMS  BMS-Микроарт-на-АКБ
 BMS МикроАрт на АКБ «Лиотех» BMS МикроАрт на группе из 8 АКБ «Лиотех» (система 24V)


Модуль предназначен для заряда литий-железо-фосфатных аккумуляторов. BMS МикроАрт является альтернативой модулям балансировки СКУ (СибКонтакт), только функцию управляющего контроллера выполняют инверторы МАП или солнечные контроллеры (на корпусах которых имеется специальный разъем для подключения BMS). 

Для мониторинга работы BMS необходимо скачать специальную программу

Данный модуль совместим только с оборудованием МикроАрт. 


Стоимость систем балансировки заряда АКБ (сравнение)

Снизу в таблице вы можете рассмотреть стоимость систем от разных производителей. 

МБЗ + КБЗ (НИП)  СКУ АБ (СибКонтакт)
BMS Микроарт
группа свинцово-кислотных АКБ 24В (2x12V) свинцовые-акб свинцовые-акб
 
КБЗ-24/12 - 1 шт (8400р)

Не подходит

     

Не подходит

МБЗ-12/6 - 2 шт (1540р)
 
Итого: 11480р 
группа свинцово-кислотных АКБ 48В (4x12V)    свинцовые-акб свинцовые-акб свинцовые-акб свинцовые-акб
КБЗ-48/12 - 1 шт (8400р)        

Не подходит

       

Не подходит

МБЗ-12/6 - 4 шт (1540р)

Итого: 14560р
группа литий-ионных АКБ 24В (8x3.2V)    
литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб
КБЗ-24/2 - 1 шт (8400р)
Модуль контроллера - 1 шт (7860р) BMS Микроарт - 8 шт (2950р)
МБЗ-3.2/6 - 8 шт (1800р)
Модуль аккумулятора - 8 шт (1500р)  

Модуль датчика тока - 1 шт (3460р)
 
  Преобразователь USB - RS485 - 1 шт (2540р)  
Итого: 22800р
Итого: 25860р Итого: 23600р
группа литий-ионных АКБ 48В (16x3.2V)    
литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб литиевый-акб
КБЗ-24/2 - 1 шт (8400р)
Модуль контроллера - 1 шт (7860р)  BMS Микроарт - 16 шт (2950р)
МБЗ-3.2/6 - 16 шт (1800р)
Модуль аккумулятора - 16 шт (1500р)  

Модуль датчика тока - 1 шт (3460р)  
  Преобразователь USB - RS485 - 1 шт (2540р)  
Итого: 37200р Итого: 37860р  Итого: 47200р 
Примечания      
Есть бюджетные решения без корпуса и системы мониторинга.

Возможна работа с любым оборудованием от разных производителей.

Возможна установка без использования ПК.

(для проверки правильности подключений можно ориентироваться на светодиоды и звуковые сигналы)



Может применяться для литиевых аккумуляторов с различной химической основой, с напряжением отдельного аккумулятора
от 2 до 5 В. 

Все модули, устанавливаемые на АКБ идентичны и взаимозаменяемы.

Возможна работа с любым оборудованием от разных производителей.

Не имеет органов управления и настройки, нужно подключение к ПК через устройство EL201-1


Не требуется контроллер балансировки, но необходимо иметь инвертор МАП или солнечный контроллер КЭС












 

Цены актуальные на лето 2017. 

AlfaSystems stroymart AL91TG62