Что такое балансир для аккумуляторов

Балансировочные устройства для АКБ 12 вольт

Зачем вообще нужны балансиры для 12-ти вольтовые АКБ? Когда у вас система на 12 вольт, то все АКБ сколько бы их небыло в параллельном соединении, и у них всегда одинаковое напряжение. Но когда мы переходим на 24 или 48 вольт, то появляется проблема с разным напряжением на последовательно соединённых аккумуляторах. Из-за этого при заряде некоторые акб уходят в перезаряд и начинают «закипать», а другие недозаряжаются, и в итоге вся цепочка АКБ быстро теряет ёмкость и в общем приходит в негодность.

И даже полностью одинаковые АКБ со временем всё равно разбегаются по напряжению, по-этому не спасёт от проблемы даже купленные АКБ из одной партии. Для решения этой проблемы давно применяются различные балансировочные устройства, это или отдельные балансиры на каждый АКБ, или блоки на 24 и 48 вольт. Балансиры позволяют значительно продлить срок службы АКБ.

Я сам в скором будущем буду переходить на 24 вольта, так-как токи в системе стали уже большими и мне тоже понадобятся балансиры. В поисках я нашёл несколько вариантов различных по возможностям, цене и принципу работы, и ниже я сделаю обзор на эти балансировочные устройства.

VICTRON BATTERY BALANCER аккумуляторный балансир

Первым мне попались вот такие балансиры (фото ниже). Это судя по описанию активные балансиры с током балансировки 0.7А. Активные это значит что энергия с более заряженного АКБ переливается в менее заряженный, а не просто сжигается на сопротивлении. Но до конца я в этом не уверен так как описания на разных сайтах разнятся. Этот балансир для двух АКБ, то-есть на 24 вольта, с добавлением АКБ количество балансиров нужно увеличивать. На 48 вольт нужно уже три таких балансира.

Схема подключения этих балансиров к АКБ. Светодиодные индикаторы и реле сигнализации:

Зеленый: включен, когда напряжение АКБ более 27,3 В
Оранжевый: включен при отклонении более 0,1 В
Красный: тревога (отклонение более 0, 2 В)
Реле сигнализации: нормально открытый контакт замыкается, когда включается красный светодиод. Контакт остается замкнутым до уменьшения отклонения до 0,14 В, или до снижения напряжения АКБ до 26,6 В. Сброс реле сигнализации осуществляется при помощи кнопки, подключенной к двум терминалам.

Из минусов слишком высокая цена, слабый ток балансировки всего 0,7А, и нет возможности настройки под свой тип АКБ. Есть более лучшие аналоги по приемлемой цене.

Устройство выравнивания заряда ЭЛНИ 2/12 на 2АКБ 12В

Этот балансир постоянно отслеживает напряжение соединённых последовательно акб, и выравнивает напряжение переливая энергию между АКБ. И это он делает не только во время заряда, когда АКБ уже почти зарядились, а постоянно если есть дисбаланс. И ток балансировки здесь может достигать 5А, это значит что балансир может справляться даже с большим дисбалансом по ёмкости.

На этом на наших сайтах я не нашёл ничего оригинального, что бы не имелось на алиэкспресс. Есть конечно много балансиров, но все они куплены в китае и продаются у нас втридорого. Так зачем переплачивать если можно самим купить на алиэкспресс то что предлагают наши перекупщики.

Активный балансир для 12в АКБ

Балансир аккумуляторый на 24 вольта (12*2)

Цена очень привлекательная, и ток балансировки очень приличный 5А, по-этому справится даже с болшой разницей по ёмкости и напряжению между АКБ в системе.

Балансир для (12×4) 48 вольт АКБ

Пока это всё что мне удалось найти, хотя конечно не всё, но это основное. Есть контроллеры для солнечных батарей со встроенными балансирами, но это очень дорого пока. Есть зарядные устройства с балансировкой, но здесь они неуместны. Есть всякие электронные схемы, которые можно заставить работать как балансиры, есть варианты самостоятельного изготовления балансиров.

Источник

Балансир для Li-Ion аккумуляторов — что это такое

Общее свойство литиевых аккумуляторов – они не терпят перезаряда и глубокую посадку напряжения. Литий-ионных АКБ более 10 разновидностей, и в них используются разные активные составляющие. У каждой свой рабочий диапазон по напряжению, и эти границы должны соблюдаться. Плата балансировки литиевых аккумуляторов – это электрическая схема в цепи, поддерживающая нужные параметры, и отключающая батарею, если та неисправна. Зарядка, контроль уровня разряда и защита АКБ реализована посредством отдельных плат, но бывают и совмещенные схемы.

Балансир для Li-Ion аккумуляторов служит для поддержки нужных параметров.

Что такое плата балансировки, ее функции

Балансир для аккумуляторов 18650 (BMS – Battery Monitoring System) – система, отслеживающая состояние батареи.

Любой качественный литий ионный источник питания имеет в своей конструкции такой балансир. Сразу стоит обозначить, что большинство неприятностей, связанных с повреждениями батареи, вызваны неправильной эксплуатацией. Вот минимальные требования, необходимые литию: не заряжать и не разряжать выше-ниже определенных значений, не использовать токи, выходящие за пределы рекомендуемых производителем. Плата BMS и нужна, чтобы контролировать все эти моменты.

Выделяют пассивную и активную балансировку. Схема проще у первой – устройство включается в работу только под конец зарядки. Те «банки», у которых напряжение достигнуто максимума, отдают часть тока в виде тепла на резисторы. Оставшиеся секции в это время продолжают получать заряд. И так до тех пор, пока каждая «банка» не наберет 100%. По окончании заряда АКБ будет отключена.

Подключение платы балансировки.

Активная балансировка сложнее, да и устройство дороже. Но ее особенность – она начинает работать не под конец зарядки, а сразу. Если у секции много напряжения, она делится им с «банками», где его недостает. До конца АКБ в этом случае заряжать не обязательно.

В каких случаях применяют балансировку

Балансиры, применяемые для зарядки Li-Ion АКБ, обеспечивают безопасность процесса. Благодаря этому устройству достигается одинаковое значение напряжения в «банках» батареи, а это один из ключевых факторов для ее стабильной работы.

Схемы балансира литиевого аккумулятора

Каждая батарея, будь то самодельная или фабричного производства, должна иметь защиту. Литиевые аккумуляторы заряжают с применением специальных балансировочных плат. Одни делают их своими руками, другие заказывают с китайских площадок, например, AliExpress, TaoBao.

Если делают балансир своими руками, обычно используют стабилитрон TL431A и транзистор BD140.

Плата балансировки – элемент, отслеживающий состояние аккумуляторной батареи во время зарядки и обеспечивающий безопасность процесса. Он характерен компактными размерами и без проблем крепится к общей пластине.

Источник

Выравнивание заряда батарей обеспечивает долгое время работы и продлевает срок службы

Texas Instruments

Сихуа Уэн (Sihua Wen), инженер по применению аккумуляторных батарей, Texas Instruments

Обычно в любой системе, состоящей из нескольких последовательно включенных батарей, возникает проблема разбалансировки заряда отдельных батарей. Выравнивание заряда – это метод проектирования, позволяющий увеличить безопасность эксплуатации батарей, время работы без подзарядки и срок службы.Новейшие микросхемы защиты батарей и указатели заряда компании Texas Instruments – BQ2084, семейства BQ20ZXX, BQ77PL900 и BQ78PL114, представленные в производственной линейке компании, – необходимы для реализации этого метода.

ЧТО ТАКОЕ РАЗБАЛАНСИРОВКА БАТАРЕЙ?

МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ

Разбалансировка батарей оказывает существенное нежелательное воздействие на время работы без подзарядки и срок службы. Выравнивание напряжения и СЗБ батарей лучше всего производить при их полном заряде. Существуют два метода балансировки батарей – активный и пассивный. Последний иногда называют «резисторной балансировкой». Пассивный метод довольно прост: разряд батарей, нуждающихся в балансировке, производят через байпасные цепи, рассеивающие мощность. Эти байпасные цепочки могут быть интегрированы в батарейный блок или помещаться во внешней микросхеме. Такой метод предпочтительно использовать в недорогих приложениях. Практически вся избыточная энергия от батарей с большим зарядом рассеивается в виде тепла – это главный недостаток пассивного метода, т.к. он сокращает время работы батарей без подзарядки. В активном методе балансировки для передачи энергии от батарей с большим зарядом к менее заряженным батареям используются индуктивности или емкости, потери энергии в которых незначительны. Поэтому активный метод существенно более эффективен, нежели пассивный. Конечно, за повышение эффективности приходится платить – использовать дополнительные относительно дорогостоящие компоненты.

ПАССИВНЫЙ МЕТОД БАЛАНСИРОВКИ

Наиболее простое решение – выравнивание напряжения батарей. Например, микросхема BQ77PL900, обеспечивающая защиту батарейных блоков с 5–10 последовательно включенными батареями, используется в инструментах без токопроводящего кабеля, скутерах, бесперебойных источниках питания и медицинском оборудовании. Микросхема представляет собой функционально законченный узел и может применяться для работы с батарейным отсеком, как показано на рисунке 1. Сравнивая напряжение батарей с запрограммированными порогами, микросхема при необходимости включает режим балансировки. На рисунке 2 показан принцип действия. Если напряжение какой-либо батареи превышает заданный порог, заряд прекращается, подключаются байпасные цепочки. Заряд не возобновляется до тех пор, пока напряжение батареи ни снизится ниже порогового и процедура балансировки прекратится.

Рис. 1. Микросхема BQ77PL900, используемая в автономном
режиме работы для защиты блока батарей

При применении алгоритма балансировки, использующего в качестве критерия только отклонение напряжения, возможна неполная балансировка из-за разности внутреннего импеданса батарей (см. рис. 3). Дело в том, что внутренний импеданс вносит свой вклад в разброс напряжений при заряде. Микросхема защиты батарей не может определить, чем вызвана разбалансировка напряжений: разной емкостью батарей или различием их внутренних сопротивлений. Поэтому при таком типе пассивной балансировки нет гарантии, что все батареи окажутся на 100% заряженными. В микросхеме указателя заряда BQ2084 используется улучшенная версия балансировки, основанная на изменении напряжения. Чтобы минимизировать эффект разброса внутренних сопротивлений BQ2084 осуществляет балансировку ближе к окончанию процесса заряда, когда величина зарядного тока невелика. Другое преимущество BQ2084 – измерение и анализ напряжения всех батарей, входящих в блок. Однако в любом случае этот метод применим лишь в режиме зарядки.

Рис. 2. Пассивный метод, основанный на балансировке по напряжению

Рис. 3. Пассивный метод балансировки по напряжению
неэффективно использует емкость батарей

Микросхемы семейства BQ20ZXX, используют для определения уровня заряда фирменную технологию Impedance Track, базирующуюся на определении СЗБ и емкости батареи. В этой технологии для каждой батареи вычисляется заряд Q_NEED, необходимый для достижения полностью заряженного состояния, после чего находится разница ΔQ между Q_NEED всех батарей. Затем микросхема включает силовые ключи, через которые происходит балансировка батареи до состояния ΔQ = 0. Вследствие того, что разность внутренних сопротивлений батарей не оказывает влияния на этот метод, он может применяться в любое время: и при зарядке, и при разрядке батарей. При использовании технологии Impedance Track достигается более точная балансировка батарей (см. рис. 4).

Рис. 4. Пассивная балансировка, основанная на СЗБ и емкости

АКТИВНАЯ БАЛАНСИРОВКА

По энергоэффективности этот метод превосходит пассивную балансировку, т.к. для передачи энергии от более заряженной батареи к менее заряженной вместо резисторов используются индуктивности и емкости, потери энергии в которых практически отсутствуют. Этот метод предпочтителен в случаях, когда требуется обеспечить максимальное время работы без подзарядки.
Микросхема BQ78PL114, произведенная по фирменной технологии PowerPump, представляет собой новейший компонент компании TI для активной балансировки батарей и использует индуктивный преобразователь для передачи энергии. PowerPump использует n-канальный p-канальный MOSFET и дроссель, который расположен между парой батарей. Схема показана на рисунке 5. MOSFET и дроссель составляют промежуточный понижающий/повышающий преобразователь. Если BQ78PL114 определяет, что верхней батарее нужно передать энергию в нижнюю, на выводе PS3 формируется сигнал частотой около 200 кГц с коэффициентом заполнения около 30%. Когда ключ Q1 открыт, энергия из верхней батареи запасается в дросселе. Когда ключ Q1 закрывается, энергия, запасенная в дросселе, через обратный диод ключа Q2 поступает в нижнюю батарею.

Рис. 5. Балансировка по технологии PowerPump

Потери энергии при этом невелики и в основном происходят в диоде и дросселе. Микросхема BQ78PL114 реализует три алгоритма балансировки:

Рис. 6. Активная балансировка по алгоритму выравнивания СЗБ

Из-за больших токов балансировки технология PowerPump гораздо более эффективна, чем обычная пассивная балансировка с внутренними байпасными ключами. В случае балансировки батарейного блока ноутбука токи балансировки составляют 25…50 мА. Подбирая значение компонентов можно достичь эффективности балансировки в 12–20 раз лучшей, чем при пассивном методе с внутренними ключами. Типичного значения разбалансировки (менее чем 5%) можно достичь за один или два цикла.
Кроме того, технология PowerPump имеет и другие очевидные преимущества: балансировка может происходить при любом режиме работы – заряд, разряд и даже тогда, когда батарея, отдающая энергию, имеет меньшее напряжение, чем батарея, получающая энергию. По сравнению с пассивным методом теряется гораздо меньше энергии.

ОБСУЖДЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО МЕТОДА БАЛАНСИРОВКИ

Технология PowerPump быстрее производит балансировку. При разбалансировке 2% батарей емкостью 2200 мА·ч она может быть произведена за один или два цикла. При пассивной балансировке встроенные в батарейный блок силовые ключи ограничивают максимальное значение тока, поэтому может потребоваться много больше циклов балансировки. Процесс балансировки может быть даже прерван при большой разнице параметров батарей.
Увеличить скорость пассивной балансировки можно за счет использования внешних компонентов. На рисунке 7 приведен типичный пример такого решения, которое можно использовать совместно с микросхемами BQ77PL900, BQ2084 или семейства BQ20ZXX. Вначале включается внутренний ключ батареи, который создает небольшой ток смещения, протекающий через резисторы R_Ext1 и R_Ext2, включенные между выводами батареи и микросхемой. Напряжение «затвор-исток» на резисторе RExt2 включает внешний ключ, и ток балансировки начинает протекать через открытый внешний ключ и резистор R_Bal.

Рис. 7. Принципиальная схема пассивной балансировки
с использованием внешних компонентов

Недостаток этого метода заключается в том, что одновременно не может происходить балансировка смежной батареи (см. рис. 8а). Это происходит из-за того, что когда открыт внутренний ключ смежной батареи, через резистор R_Ext2 не может протекать ток. Поэтому ключ Q1 остается закрытым даже тогда, когда открыт внутренний ключ. На практике эта проблема не имеет большого значения, т.к. при таком способе балансировки батарея, подключенная к Q2 быстро балансируется, а следом за ней балансируется и батарея, подключенная к ключу Q2.
Другая проблема заключается в возникновении высокого напряжения сток-исток V_DS, которое может возникнуть когда балансируется каждая вторая батарея. На рисунке 8б показан случай, когда балансируются верхняя и нижняя батареи. При этом напряжение V_DS среднего ключа может превысить максимально допустимое. Решение этой проблемы – ограничение максимального значения резистора R_Ext или исключение возможности одновременной балансировки каждой второй батареи.

Метод быстрой балансировки – новый путь улучшения безопасности эксплуатации батарей. При пассивной балансировке цель заключается в том, чтобы сбалансировать емкость батарей, но из-за малых токов балансировки это возможно лишь в конце цикла заряда. Другими словами, перезаряд плохой батареи может быть предотвращен, но это не увеличит время непрерывной работы без подзаряда, т.к. слишком много энергии будет потеряно в байпасных резистивных цепочках.
При использовании технологии активной балансировки PowerPump одновременно достигаются две цели – балансировка емкости в конце цикла заряда и минимальное различие напряжений в конце цикла разряда. Энергия запасается и отдается слабой батарее, а не рассеивается в виде тепла в байпасных цепях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Корректная балансировка напряжения батарей – один из путей увеличения безопасности эксплуатации батарей и увеличения срока их службы. Новые технологии балансировки отслеживают состояние каждой батареи, что позволяет увеличить срок их службы и повысить безопасность эксплуатации. Технология быстрой активной балансировки PowerPump увеличивает время работы без подзарядки, а также позволяет максимально и с высокой эффективностью сбалансировать батареи в конце цикла разряда.

Источник

Зачем нужен балансир для Li-ion аккумуляторов

Статья обновлена: 2020-12-10

Балансир для Li-ion аккумуляторов

Основной элемент, обеспечивающий работоспособность Li-ion-батарейки — литий. Он и дал название устройству. Литий-ионные аккумуляторы чрезвычайно востребованы, но весьма требовательны к параметрам зарядного устройства.

Литиевая батарейка: что это

Электроприборы окружают нас повсюду. Они делают нашу жизнь комфортной и позволяют решать многие бытовые и профессиональные задачи. Для того чтобы электрические устройства были полезными и отдавали потребителю рабочие качества, заложенные в них производителем, необходимы надежные элементы питания. Среди них лидируют литий-ионные батарейки. Большая часть их используется в портативной электронике.

Они обеспечивает работоспособность:

Кроме того, литий-ионные аккумуляторы приводят в движение электровелосипеды, электросамокаты, электромобили и так далее. Собранные в мощные батареи, они востребованы в авиатехнической отрасли и даже в военно-промышленном комплексе.

При этом они весят достаточно немного, имеют эргономичную конструкцию и по цене вполне доступны.

Для чего нужен балансир

Литий-ионные батареи могут состоять из разного количества элементов. Они представляют собой последовательно соединенные секции (их количество варьируется от нескольких штук до нескольких десятков).

Известны два варианта зарядки аккумуляторов: последовательный и параллельный. При последовательном способе заряд передается от одного элемента питания к другому. При параллельном питание реализуется для каждого элемента отдельно. Каждая секция использует индивидуальный источник питания и автономные контролирующие устройства.

Последовательный способ зарядки прост, удобен и быстр. Поэтому он применяется чаще всего. Для оптимизации этого процесса используется балансир для Li-ion аккумуляторов.

Базовое условие этого способа – напряжение каждой секции не должно выходить за рамки заданного параметра. Он, в свою очередь, зависит от типа литиевого элемента.

Разные секции не идентичны. Соответственно, достижение требуемого значения напряжения происходит не одновременно. В каких-то секторах оно уже достигло приемлемого максимума (напряжение полностью заряженного литий-ионного аккумулятора — примерно 4,3 В), а в других — только начинает набирать обороты.

Поскольку по достижении максимального значения в одной (любой) части зарядку необходимо прекратить, общая емкость аккумулятора оказывается сниженной. Ведь в других секторах напряжение не будет полным.

Тот, в свою очередь, немедленно подключит к параллельно заряжаемой секции балластный резистор. Таким образом, пополнение напряжения в данном секторе будет остановлено.

Зарядка оставшихся секторов будет идти своим чередом — до требуемого значения, на которые настроен каждый балансир. Все считается законченным при срабатывании балансиров для литий-ионных аккумуляторов всех секторов.

Таким образом, именно балансиры для зарядки литиевых аккумуляторов обеспечивают безопасность процесса. Благодаря им можно получить одинаковое напряжение в секторах и обеспечить работоспособность всей батареи.

Источник

Активный балансир для литиевых батарей, что это такое и зачем он нужен

Меня часто спрашивают о различных батареях аккумуляторов, при это вопросы касаются также как защиты, так и балансировки батареи. И вот под задачу переделки ИБП мне понадобилась батарея, плата защиты и балансир, но батарея еще в пути, плату защиты без батареи проверять смысла нет, а про балансир я сегодня расскажу.

Вторая плата куплена на таобао где-то полтора года назад, но все не находил времени протестировать её и вот решил совместить две платы в одном обзоре.

В качестве дополнительной информации расскажу то, о чем спрашивают чаще всего, что такое балансир, какие они бывают и чем отличаются.
Писать про то, зачем он нужен, думаю нет смысла, это понятно из названия, да и я уже как-то рассказывал.

Пассивная схема балансировки

Понятно что ограничивать напряжение стабилитронами проблематично так как имеются свои технические проблемы, как минимум малый вариант выбора напряжений и разброс характеристик.
Можно заменить стабилитрон регулируемым, на базе TL431, но он маломощный, соответственно придется усилить его транзистором.

Такая схема обеспечивает очень высокую точность балансировки и может делать это за один цикл заряда, но есть как минимум две проблемы:
1. Из-за того что ток в цепи никогда не упадет, а просто будет идти либо через батарею, либо через балансир, то зарядное может отключаться только по таймеру.
2. А так как весь ток потом идет через балансир, то получаем огромное тепловыделение в конце заряда, что при больших аккумуляторных сборках вынуждает применять солидные системы охлаждения, понятно что речь встроить такой балансир в корпус батареи вообще не идет.

Пример балансира с параллельными стабилизаторами, рассчитанный на ток до 2А и сборки до 20S. В режиме максимальной мощности тепловыделение до 170Вт.

Но ведь хочется балансир встроить в саму батарею, а значит надо снижать тепловыделение, решается это установкой резисторов.
При достижении напряжения окончания заряда схема управления через резистор начинает шунтировать аккумулятор, пропуская часть тока через себя, в данном случае это резистор R1.

Подобные балансиры часто размещают сразу на платах защиты, найти их очень легко, обычно это несколько больших низкоомных резисторов размещенных рядом, при этом количество резисторов соответствует количеству подключаемых к плате аккумуляторов.

Фото 5S платы защиты, видны резисторы по 150Ом соединенные попарно, т.е. каждый балансир может нагружать током порядка 50-55мА.

Кроме того продаются отдельные платы, изготовленные под разное количество каналов, обычно это 4 или 8, если у вас сборка на 5-7 элементов то применяется плата на 8, лишние каналы просто не используются. У меня «в загашнике» как раз лежит несколько подобных плат.

Но даже это сильно не помогает, резисторы в конце заряда могут нагреваться до температур порядка 80 градусов, а при установке в корпус батареи температура может быть еще больше, а рядом литиевые аккумуляторы.

В общем из преимуществ имеем простоту и дешевизну, а из недостатков, малый ток балансировки, соответственно если разбег очень большой, то зарядное все равно «перетянет одеяло на себя». Чтобы этого не было, надо заряжать малыми токами, кроме того следует помнить, что балансир отбирает часть тока на себя и если у вас зарядное имеет отсечку по падению тока, то следует это учитывать.
Например ток заряда 1А, отсечка по падению до 50мА, при балансире на 60мА оно никогда не отключится, в этом случае выставляем отключение по току 50+60мА=110мА, тогда зарядное отключится по падению тока ниже 50мА именно черех аккумуляторы.

Чтобы обойти указанные выше проблемы придумали использовать схему с переносом энергии от одной ячейки к другой. Относительно простым является конденсаторный балансир, принцип предельно прост, сначала от аккумулятора с большим напряжением заряжаем конденсатор, а потом переключаем его на аккумулятор с меньшим напряжением.
В итоге заряженный аккумулятор постепенно отдает часть заряда менее заряженному, фактически таким образом элементы «виртуально» соединяются параллельно.

В случае предыдущей схемы аккумуляторы можно просто соединить параллельно, но если надо балансировать последовательно включенные ячейки, то схема просто дополняется еще одним переключателем, сама же суть остается прежней.

Несколько лет назад я публиковал обзор, где делал плату заряда батареи 2S и размещал на той же плате и активный балансир на базе чипа 7660.

По сути данная микросхема не является балансиром, это просто формирователь отрицательного напряжения, но в данном случае можно использовать её и в таком, несколько нештатном применении.

Балансир маломощный, работает медленно, но у него есть преимущество, он работает всегда, сутками, месяцами.
Отчасти это является недостатком, так как схема постоянно потребляет энергию, хоть и не очень много, в моем случае это было не критично так как аккумуляторы имели индивидуальную защиту и переразряд им не грозит.

В итоге таблица балансировки за двое суток выглядела следующим образом.

Закономерный вопрос, а как производить балансировку если элементов больше двух. До точно также, просто в этом случае ставится больше балансиров, при этом их количество всегда на один меньше чем количество ячеек.

Первый балансир выравнивает напряжение на ячейках 1 и 2
Второй на 2 и 3
Третий на 3 и 4
Четвертый на 4 и 5.

Как можно понять их схемы, в итоге как бы не были распределены напряжения между ячейками, балансиры все равно приведут их к чему-то среднему, больше всего сложностей будет если максимальная разница у элементов 1 и 5, но даже в этом случае напряжение уравняется.

Современные конденсаторные балансиры конечно куда как покруче, специальные контроллеры, переводящие схему в спящий режим, полимерные конденсаторы, токи балансировки до 5А. Но и цены внушают, балансир 8S запросто может стоит порядка 25 долларов, а уж о цене монстра показанного ниже я боюсь и думать.

Преимущества почти те же что у емкостного, но ток обычно меньше, порядка 1-1.5А, зато цена заметно ниже.

И конечно вопрос, так что же все таки лучше. На мой взгляд естественно активный.
Дело в том, что в случае применения активного балансира вы фактически получаете общую емкость батареи без учета разницы между элементами, а при пассивном даже после балансировки все равно будете иметь только ту, которую имеет самый слабый элемент. Правда есть оговорка, результат напрямую зависит от мощности балансира и тока разряда.

Упрощенно, возьмем сборку из трех элементов, 1, 2 и 3Ач соединенных последовательно.
В случае с пассивным вы получите 1Ач так как даже после уравнивания при разряде ячейка 1Ач разрядится первой и плата защиты отключит нагрузку.
При активном заряд постоянно будет забираться у более заряженного элемента и отдаваться самому слабому и в теории можно получить усредненную емкость, в данном примере 2Ач, но КПД балансира конечно уменьшит этот результат.

Как это выглядит на практике. Работаете вы инструментом, потом пауза, пока батарея «отдыхает» балансир перекачивает энергию в самый слабый элемент, работаете дальше.
Есть и недостатки, при большом потреблении (например ИБП) помогать будет слабо, кроме того батарея в таком варианте изнашивается больше так как фактически идут циклы заряд/разряд. Но здесь уже вам решать, чем проще пожертвовать.

Как вы наверное уже догадались, речь пойдет о индуктивном балансире, две платы для 2-4S сборок и одна до 10S.

Количество ячеек, на которое рассчитан балансир, это максимальное значение, подключить можно и меньше, работать будет одинаково, просто платы на больше каналов стоят дороже.

В комплекте идут провода для подключения, к мелким платам двух цветов, общий черный, к ячейкам красные, у большой платы провода разноцветные, что немного удобнее.

Мелкие платы полностью идентичны, что неудивительно. Большая плата снизу матовая, даже немного непривычно, мелкие глянцевые.

На мелкой плате видны три балансира, довольно габаритные дроссели, заявленный ток балансировки 1.2А, максимальное напряжение каналов ограничено на уровне 4.3 вольта при помощи мелких стабилитронов, соответственно лучше не превышать его.

Большая плата имеет тот же заявленный ток в 1.2А, но контроллеры имеют другой корпус, да и дроссели явно поменьше. Плата универсальная, до 11S, одно место пустует. Также на этой плате имеется девять светодиодов индицирующих процесс балансировки соответствующих пар ячеек.
Кроме всего прочего эта плата покрыта приличным слоем защитного лака.

Обе платы построены на базе специализированного контроллера ETA3000.

В даташите есть типовая схема включения, там же указано что выпускается чип в двух вариантах корпуса, собственно это видно и на показанных платах. Первый тип, с квадратным чипом я и так знал, а на мелкой плате написано даже название контроллера.

И в данном случае это действительно чип изначально задуманный для схем балансировки, который умеет определять разницу напряжений на элементах, переходить в спящий режим для снижения потребления и даже показывать что идет процесс балансировки.

Также есть пример подключения нескольких контроллеров для больших сборок, но суть та же, что я показывал выше, каждый контроллер обслуживает батареи попарно: 1-2, 2-3, 3-4 и т.д.

Ток балансировки можно задавать в диапазоне 0.1-2А, для чего есть таблица номиналов элементов.

Переходим к тестам.
Для проверки была взята сборка из четырех LiFePO4 ячеек с емкостью 5700мАч из этого обзора. Плата защиты с пассивным балансиром и чтобы не мешала, пришлось её отключить, естественно так делать нельзя, но все было под постоянным контролем.

Перед отключением платы сначала полностью зарядил батарею.
После этого отключил плату и отпаял провода от неё
Чтобы имитировать разбалансировку частично разрядил ячейки, а так как знал их емкость, то сделал просто, включил разряд током 5.5А с ограничением по времени, для первого аккумуляторы это было 38 минут, второй не разряжал, третий 19 минут и четвертый 57 минут. Соответственно получил ориентировочный процент заряда по ячейкам:
1. 35%
2. 100%
3. 70%
4. 5%

Два последних фото время разряда и «скачанная» емкость.

Напряжение на ячейках с первой по четвертую, здесь и далее на фото порядок будет одинаков.

Балансир подключался родными проводами, хотя для более быстрой работы лучше их либо укоротить, либо заменить на провода с большим сечением.

Плата в процессе греется, но не сказал бы что сильно, ниже три термофото, примерно через 5-10 минут после запуска, потом через час и еще через час. Максимально было 47 градусов, при этом грелись компоненты отвечающие за ячейки 4-3 и 2-3, явно шла активная «перекачка» со второй ячейки (полностью заряженной) к третьей, а потом к четвертой (почти полностью разряженной).
Следить перестал в 4 ночи, в пол десятого утра плата была холодной.

Тест продолжался долго, хотя как потом выяснилось, это и не было особо нужно, да и по графику вы это также поймете.
Через 34 часа после начала теста напряжение на ячейках выглядело следующим образом.

Далее было два эксперимента, сначала подключил вторую мелкую плату, через час никаких изменений, отключил её и подключил уже большую.

Так как отпаивал провода, то попутно проверил собственный ток потребления платы, по минусовой шине было 1.77мкА с редкими пиками до 6мкА, так работает автоматика платы, по шине В4 ток был чуть больше, 2.14мкА, с такими же всплесками до 6мкА.

Погонял еще полтора часа, также никаких изменений. Вообще большую помощь здесь оказал мультиметр, позволяющий отслеживать изменения с разрешением до 0.1мВ.

Следующий тест, подключил конструкцию к зарядному устройству, но плату защиты оставил отключенной, для безопасности контролировал напряжение на втором элементе так как он был наименее разряжен.
Когда напряжение на аккумуляторе начало резко расти в конце заряда, то засветился первый светодиод на плате балансира, она начала «перекачивать» заряд в первую ячейку.
Через короткое время светилось уже три светодиода, энергия начала отбираться и на заряд остальных двух ячеек, третьей и четвертой. Обусловлено это тем, что у LiFePO4 очень ровная разрядная и зарядная кривые с резким спадом или падение в конце. Соответственно аккумулятор зарядился, напряжение стало резко расти, но на остальных оно отставало и плата начала «кормить» их.
На полный заряда второй ячейки ушло 1309мАч, напомню, в начале тесте он был полностью заряжен, соответственно это та емкость, которую плата «перекачала» остальным элементам. Но следует помнить, что средний процент заряда был еще ниже, часть энергии отбиралась и от третьего элемента с зарядом 70%.

Отключил заряд, некоторое время светились все три светодиода, через несколько минут погасло два, а еще через пару минут и последний выключился.

А теперь все в виде графика.
Красная стрелка, два часа после начала теста, интервалы по 30 мин.
Зеленая стрелка, 9 часов от начала теста, далее интервалы по часу, спустя семь часов интервалы делал по два часа.
Синяя стрелка, дополнительный заряд батареи до полного заряда второй ячейки и после этого еще 16 часов, сначала интервалы по пол часа, потом по часу-два и последний 6 часов.

Как можно видеть, долго следить смысла нет, буквально через несколько часов даже при большой разбалансировке напряжения «устаканиваются» и дальше изменения очень небольшие.

Примерно то же самое было показано в даташите, причем приведены два графика, в автономном режиме и во время заряда.
Указано что балансировка занимает 3 часа, но как вы понимаете, это зависит от тока балансира и емкости батареи.

Далее планировалось расширить эксперимент, для этого у меня лежала батарея от гироборда. Батарея собрана по схеме 10S2P и имеет емкость 4Ач. Но попала она ко мне порядком изношенной и тест, который я проводил примерно с год назад, показал емкость 2.2Ач, она и написана на батарее.
Подключил батарею к зарядному, но заряжалась она недолго и отключилась сама, сработала защита.

Идея эксперимента была такой:
1. Заряжаем батарею полностью
2. Разряжаем полностью, измеряем емкость
3. Опять полностью заряжаем.
4. Цепляем балансир, ждем несколько часов.
5. Ставим на заряд
6. Разряжаем и сравниваем емкость с п2.

Разрядилась батарея также довольно быстро, отдав при токе 4.4А всего 724мАч, ну да ладно, может так интереснее.
Зарядил опять до отключения платы защиты, ушло почти 800мАч.

Данная батарея была выбрана неспроста, во первых она 10S, что как раз подходит под балансир, во вторых у неё внутри есть плата защиты, а сами ячейки подключены через разъем. Правда есть нюанс, расположение контактов у батареи и балансира зеркальное, хотя размеры разъема одинаковые. Кстати товарищ который занимается подобными батареями сказал что так у них у всех, но у батарей для сигвея порядок контактов противоположный, т.е. как раз как у балансира.

Через меня прошло довольно много таких батарей и внутри они были примерно одинаковы.

Но видимо сегодня был не мой день, так как данная батарея имеет совершенно другую плату защиты, где разъем вообще не установлен, а выводы от ячеек припаяны к самой плате.

Ну ладно, подумал я и решил что так может даже и к лучшему, припаяю провода прямо к соединительной ленте от аккумуляторов. Но сначала надо было выяснить порядок подключения и куда паяться, а заодно измерить напряжения на аккумуляторах и здесь меня ждал второй облом, одна из веток оказалось в жестком КЗ. Я решил не отступать и попробовал «продавить» его большим зарядным током, хотя так категорически нельзя делать. Увы, даже при 18А токе ничего не изменилось, пара так и осталась закороченной.

Пришлось на этом эксперимент завершить, батарея у меня была одна.

Перед тем как перейти к выводам попробую немного пояснить, что я вообще получил при экспериментах и особенности применения данного типа балансиров.
Платы как и заявлено, обеспечивают разницу в пределах одной пары около 30мВ, но как всегда «есть один нюанс».
Дело в том, что одно дело разница в 30мВ для «обычных» литиевых аккумуляторов и совсем другое для LiFePO4. Ниже сравнительный график тестов двух типов батарей с одной емкостью и в одинаковых режимах.

Видно что у LiFePO4 он почти горизонтальный, потому для них 30мВ это большая разница в емкости, на вскидку легко около 10-20% в зависимости от участка кривой.
При этом у обычных литий-ионных напряжение падает почти линейно, соответственно эти же 30мВ дадут меньшую разницу в проценте заряда.

Если говорить упрощенно, то балансир гораздо лучше будет работать с обычными батареями, а не с LiFePO4, потому как малая разница напряжений не всегда говорит о малой разнице в емкости для этого типа батарей, думаю то же самое относится и к LTO.

Вот теперь выводы.
Могу сказать, что для «обычных» литий-ионных аккумуляторов балансир подойдет отлично, это видно даже без тестов просто по алгоритму работы. Работает быстро, греется мало, также имеет очень небольшой ток потребления в режиме ожидания. Но с LiFePO4 все заметно хуже и обусловлено это не столько качеством работы, сколько особенностью самих аккумуляторов, правда и тест был очень «жестокий», в реальности такой разброс (5-100%) встречается крайне редко.
Скорее всего я еще продолжу тесты и уж точно буду еще проверять с LiFePO4, которые пока ко мне в пути.

Балансир также хорошо будет работать в паре с пассивным, который размещен на плате защиты. Кстати, ни разу пока не встречал плат защиты со встроенным активным балансиром.
Ну а теперь мне очень хочется поиграться с конденсаторным балансиром, цена только расстраивает, четырехканальная версия стоит около 15 долларов.

На этом у меня все, надеюсь что было полезно.

Источник