ماژول شارژر باتری لیتیوم 3S / 4S / 5S به همراه محافظ 100A

ماژول BMS باتری لیتیومی 3S/4S/5S با محافظ 100 آمپر و بالانسر

ماژول BMS باتری لیتیومی 3S/4S/5S با محافظ 100A یک برد مدیریت و حفاظت باتری است که برای ساخت و مدیریت پک‌های چندسلولی لیتیوم‌یون (Li ion)و لیتیوم‌پلیمر (Li Po)طراحی شده است.( Li-ion / Li-Po / LMO / ternary lithium / LCO با ولتاژ نامی حدود 3.6-3.7V DC و ولتاژ شارژ کامل 4.2V DC) این برد محافظ باتری لیتیومی از پک‌های با آرایش سری 3S، 4S و 5S پشتیبانی می‌کند و با پایش ولتاژ سلول‌ها، از باتری در برابر شارژ بیش از حد، دشارژ بیش از حد، اضافه‌جریان و اتصال کوتاه محافظت می‌کند.

استفاده از BMS در پک‌های چندسلولی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا در یک پک باتری سری، علاوه بر ولتاژ کل، وضعیت تک‌تک سلول‌ها نیز باید کنترل شود. این ماژول با اتصال به نقاط مختلف پک، ولتاژ سلول‌ها را پایش کرده و در شرایط خارج از محدوده مجاز، عملکرد حفاظتی خود را فعال می‌کند.

عبارت BMS مخفف Battery Management System به معنی «سیستم مدیریت باتری» است. وظیفه اصلی BMS، کنترل و حفاظت از سلول‌های باتری در برابر شرایط کاری نامناسب است. در پک‌های لیتیومی، شارژ بیش از حد یا تخلیه بیش از اندازه می‌تواند به سلول‌ها آسیب برساند. این موضوع در پک‌های چندسلولی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛ زیرا ممکن است ولتاژ یک سلول با سلول‌های دیگر اختلاف پیدا کند. ماژول BMS 3S/4S/5S با نظارت بر سلول‌های سری، به مدیریت ایمن‌تر پک باتری کمک می‌کند. ماژول BMS باتری لیتیومی 3S/4S/5S با محافظ 100A برای پروژه‌هایی که نیاز به مدار محافظ باتری لیتیومی با قابلیت استفاده در چند آرایش سری دارند، گزینه‌ای کاربردی محسوب می‌شود.

یکی از ویژگی‌های مهم ماژول BMS باتری لیتیومی 3S/4S/5S با محافظ 100A ، امکان استفاده از آن در پک‌های 3S، 4S و 5S است. در باتری‌های لیتیوم‌یون و یا لیتیوم پلیمر معمولی، هر سلول ولتاژ نامی حدود 3.6 تا 3.7 ولت و ولتاژ شارژ کامل حدود 4.2 ولت دارد. بنابراین ولتاژ پک بر اساس تعداد سلول‌های سری به شکل زیر خواهد بود:

آرایش باتری / ولتاژ نامی تقریبی/ ولتاژ شارژ کامل/

3S / 11.1V / 12.6V/

4S / 14.8V / 16.8V/

5S / 18.5V / 21V/

در نتیجه، برای پک 3S از شارژر 12.6 ولت، برای پک 4S از شارژر 16.8 ولت و برای پک 5S از شارژر 21 ولت استفاده می‌شود.

نکته: این مقادیر مربوط به پک‌های لیتیوم‌یون و لیتیوم پلیمر معمولی با ولتاژ نامی 3.7V DC و شارژ کامل 4.2V DC برای هر سلول هستند و نباید بدون بررسی مشخصات فنی سلول باتری برای شیمی‌های دیگر مانند لیتیوم‌آهن‌فسفات (LiFePO4) استفاده شوند.

یکی از وظایف اصلی برد BMS لیتیومی 100A، جلوگیری از شارژ بیش از حد سلول‌ها است. در هنگام شارژ یک پک سری، ممکن است یکی از سلول‌ها سریع‌تر از سایر سلول‌ها به ولتاژ نهایی برسد. برد BMS با پایش ولتاژ سلول‌ها می‌تواند در صورت عبور ولتاژ از محدوده حفاظتی، مسیر شارژ را قطع کند. این قابلیت به جلوگیری از وارد شدن فشار بیش از حد به سلول‌های لیتیومی کمک می‌کند. آستانه دقیق حفاظت به مدار کنترل و نسخه BMS بستگی دارد؛ بنابراین برای طراحی دقیق و صنعتی باید مشخصات همان نسخه برد مورد بررسی قرار گیرد.

تخلیه بیش از حد نیز یکی از شرایط نامطلوب برای باتری‌های لیتیومی است. اگر ولتاژ یک سلول بیش از حد پایین بیاید، ادامه دشارژ می‌تواند باعث کاهش ظرفیت و آسیب به سلول شود. ماژول محافظ باتری 3S/4S/5S با پایش ولتاژ سلول‌ها، در صورت رسیدن ولتاژ به محدوده حفاظتی، مسیر دشارژ را قطع می‌کند. این عملکرد باعث می‌شود مصرف‌کننده نتواند باتری را بیش از محدوده مجاز تخلیه کند.

ماژول BMS باتری لیتیومی 3S/4S/5S با محافظ 100A ، امکان متعادل‌سازی ولتاژ سلول‌های سری را فراهم می‌کنند. بالانس سلول اهمیت زیادی در پک‌های چندسلولی دارد؛ زیرا اختلاف ولتاژ بین سلول‌ها می‌تواند باعث شود یک سلول زودتر از سایر سلول‌ها به محدوده شارژ کامل برسد. مدار بالانس با کاهش اختلاف ولتاژ بین سلول‌ها به متعادل‌تر شدن وضعیت پک کمک می‌کند. با این حال، بالانس BMS برای اصلاح اختلاف‌های بسیار زیاد بین سلول‌های نامناسب طراحی نشده است. به همین دلیل، هنگام ساخت پک بهتر است از سلول‌هایی با ظرفیت، مدل، میزان فرسودگی و وضعیت شارژ مشابه استفاده شود.

ماژول BMS باتری لیتیومی 3S/4S/5S با محافظ 100A علاوه بر کنترل ولتاژ سلول‌ها، دارای مدارهای حفاظتی برای شرایطی مانند اضافه‌جریان و اتصال کوتاه است. در صورت عبور جریان از محدوده حفاظتی یا ایجاد اتصال کوتاه، مدار BMS می‌تواند مسیر خروجی را قطع کند. این ویژگی برای پروژه‌هایی که از پک‌های لیتیومی در کاربردهای پرمصرف استفاده می‌کنند اهمیت ویژه‌ای دارد.

البته عبارت 100A روی این نوع بردها نباید به‌تنهایی به عنوان جریان کاری دائم و تضمین‌شده در نظر گرفته شود. جریان واقعی قابل استفاده به نسخه دقیق برد، نوع MOSFETها، شرایط خنک‌کاری، مسیرهای PCB، سیم‌ها، اتصالات و همچنین توان جریان‌دهی سلول‌های باتری بستگی دارد.

ماژول BMS باتری لیتیومی 3S/4S/5S با محافظ 100A می‌تواند برای ساخت انواع پک‌های باتری لیتیومی مورد استفاده قرار گیرد. یکی از کاربردهای رایج آن، ساخت پک با سلول‌های 18650 است؛ البته استفاده از سلول‌های 21700 و سایر سلول‌های لیتیوم‌یون نیز در صورت تطابق مشخصات الکتریکی امکان‌پذیر است.

در ساخت پک، سلول‌ها به صورت سری در گروه‌های مختلف قرار می‌گیرند و سیم‌های سنجش BMS به نقاط مشخص بین گروه‌های سلولی متصل می‌شوند. این سیم‌ها امکان پایش ولتاژ بخش‌های مختلف پک را برای مدار BMS فراهم می‌کنند. حتما از باتری هایی که از نظر سلامت و اطلاعات فنی مشابه هم هستند، استفاده نمایید و از استفاده از باتری های قدیمی و متورم خودداری کنید.

کاربردها

• ساخت پک باتری لیتیومی 18650

• ساخت پک باتری 21700

• باتری ابزارهای شارژی

• تجهیزات الکترونیکی قابل حمل

• پروژه‌های DIY و آزمایشگاهی

• پروژه‌های رباتیک

• سیستم‌های تغذیه DC

• تجهیزات پرمصرف قابل حمل

• سیستم‌های برق اضطراری کوچک

• پروژه‌های باتری لیتیومی با جریان بالا

• برخی وسایل نقلیه برقی سبک، در صورت تطابق کامل مشخصات BMS و باتری

راه اندازی (SETUP)

• ساخت پک باتری

ابتدا سلول‌های باتری را که از نظر سلامت و مشخصات فنی کاملا شبیه هم باشد، متناسب با پیکربندی موردنظر به صورت سری قرار دهید. از سری یا موازی کردن باتری های متفاوت و یا قدیمی و متورم جدا خودداری کنید. برای مثال:

پک 3S:

سه گروه سلولی به‌صورت سری ← ولتاژ نامی حدود 11.1V ← شارژ کامل 12.6V

پک 4S:

چهار گروه سلولی به‌صورت سری ← ولتاژ نامی حدود 14.8V ← شارژ کامل 16.8V

پک 5S:

پنج گروه سلولی به‌صورت سری ← ولتاژ نامی حدود 18.5V ← شارژ کامل 21V

نکته : در صورتی که چند سلول به صورت موازی در هر گروه قرار بگیرند، ظرفیت و قابلیت جریان‌ شارژ و دشارژ هر گروه افزایش پیدا می‌کند؛ اما تعداد گروه‌های سری همان 3S، 4S یا 5S باقی می‌ماند. در پک هایی که نیاز به جریان مصرفی بالا می باشد حتما از سیم های با ضخامت مناسب و ترجیحا نسوز استفاده نمایید.

• تنظیمات براساس پک باتری ها

روی برد ماژول، در گوشه سمت چپ بالای ماژول یک آی سی و در زیر آی سی تعداد چهار عدد پد لحیم کاری برای تنظیم نوع پک باتری است. برای تنظیم نوع پک باتری یعنی 3S/4S/5S کافیست وضعیت این پد های لحیم کاری را با لحیم کاری یا مقاومت صفر اهم تغییر و به هم وصل کنید.

اگر دو تا پد لحیم کاری سمت راست را به هم وصل کنید برای پک باتری 3S (سه گروه باتری سری) و اگر دو تا پد لحیم کاری سمت چپ را به هم وصل کنید برای پک باتری 4S (چهار گروه باتری سری) و اگر هیچ کدام از پدهای لحیم کاری را به هم وصل نکنید برای پک باتری 5S (پنج گروه باتری سری) تنظیم می شود.

• اتصال سیم‌های سنجش سلول‌ها

سیم‌های سنجش یا بالانس باید به نقاط مشخص بین گروه‌های سری متصل شوند. به صورت کلی، در یک پک سری:

B- → منفی پک

B1 → اتصال بین گروه چهارم و پنجم

B2 → اتصال بین گروه سوم و چهارم

B3 → اتصال بین گروه دوم و سوم

B4 → اتصال بین گروه اول و دوم

B+ → مثبت پک

تعداد سیم‌های مورد استفاده به حالت 3S، 4S یا 5S بستگی دارد و ترتیب دقیق پایه‌ها باید بر اساس نقشه همان نسخه BMS انجام شود.

اگر پک باتری 3S (سه گروه باتری سری) باشد از پد های B+,B4,B3,B- برای اتصال باتری ها استفاده می شود. پدهای B2,B1,B- را با استفاده از جامپر یا لحیم کاری به هم متصل می کنیم.

اگر پک باتری 4S (چهار گروه باتری سری) باشد از پد های B+,B4,B3,B2,B- برای اتصال باتری ها استفاده می شود. پدهایB1,B- را با استفاده از جامپر یا لحیم کاری به هم متصل می کنیم.

اگر پک باتری 5S (پنج گروه باتری سری) باشد از پد های B+,B4,B3,B2,B1,B- برای اتصال باتری ها استفاده می شود.

"برای درک بهتر نحوه اتصلات به تصاویر محصول مراجعه نمایید."

• اتصال منفی پک به BMS

ترمینال منفی کل پک معمولاً به پایه B- روی BMS متصل می‌شود.

• اتصال بار و شارژر

پدهای B+, C- می تواند هم به عنوان ورودی برای اتصال شارژر و هم به عنوان خروجی بعد از شارژ کامل و قطع شارژر برای اتصال به بار مصرفی استفاده شوند. پد B+ برای اتصال به سر مثبت شارژر و یا بار مصرفی و پد C- برای اتصال به سر منفی شارژر و یا بار مصرفی می باشد. در این حالت Common Port جریان شارژ و دشارژ برابر 60A خواهد بود.

در صورت استفاده از پد P- برای اتصال سر منفی مصرف کننده می توان در خروجی تا 80A جریان دشارژ گرفت. نکته اصلی این است که 80 آمپر مربوط به مسیر دشارژ در حالت Separate Port است و برای گرفتن آن، مصرف‌کننده باید از P- تغذیه شود، نه C-. در این حالت C- فقط برای سر منفی شارژر استفاده می‌شود. منابع مربوط به همین خانواده BMS نیز Separate Port را تا 80A و Common Port را تا 60A ذکر کرده‌اند.

قبل از اتصال شارژر، حتماً نوع BMS و نقشه پایه‌های همان برد را بررسی کنید.

این ماژول دارای نشانگرهای LED وضعیت سلول‌ها است. LEDها هنگام انجام فرآیند بالانس، وضعیت بالانس هر سلول را نمایش می‌دهند و به کاربر کمک می‌کنند عملکرد مدار بالانس را بررسی کند.

• انتخاب شارژر

برای باتری لیتیوم‌یون معمولی با ولتاژ شارژ کامل 4.2V DC برای هر سلول، شارژر مناسب باید بر اساس تعداد سلول سری انتخاب شود:

پیکربندی / ولتاژ شارژ کامل/ شارژر مناسب/

3S / 12.6V / 12.6V/

4S / 16.8V / 16.8V/

5S / 21V / 21V/

پس از تکمیل سیم‌کشی، قبل از اتصال بار یا شارژر، ولتاژ نقاط مختلف پک را با مولتی‌متر بررسی کنید.

نکات مهم هنگام استفاده

• عدد 100A را جریان دائم در نظر نگیرید :

عبارت 100A درج‌شده روی این نوع BMS لزوماً به معنی امکان عبور دائمی 100 آمپر در هر شرایطی نیست. جریان واقعی قابل استفاده به طراحی برد، MOSFETها، دمای کاری، مسیر PCB، سیم‌ها، اتصالات و شرایط نصب بستگی دارد.

• اتصال سیم‌های BMS بسیار حساس است :

قبل از اتصال سیم‌های سنجش، ولتاژ هر بخش از پک را با مولتی‌متر بررسی کنید. اتصال اشتباه یا جابه‌جایی سیم‌ها می‌تواند باعث آسیب به BMS و حتی ایجاد اتصال کوتاه در پک باتری شود.

• نوع باتری را درست انتخاب کنید :

این مدل برای سلول‌های لیتیوم‌یون و لیتیوم پلیمر سازگار با ولتاژ نامی 3.7V DC و شارژ کامل 4.2V DC مناسب است. بردBMS مخصوص Li-ion را بدون بررسی مشخصات برای LiFePO4 یا سایر شیمی‌های باتری استفاده نکنید). Li-ion / Li-Po / LMO / ternary lithium / LCO با ولتاژ نامی حدود 3.6-3.7V DC و ولتاژ شارژ کامل 4.2V DC)

• شارژر مناسب استفاده کنید :

برای پک‌های Li-ion معمولی و یا لیتیوم پلیمر، ولتاژ شارژر باید متناسب با تعداد سلول‌های سری باشد:

3S = 12.6V | 4S = 16.8V | 5S = 21V

استفاده از شارژر با ولتاژ نامناسب می‌تواند باعث فعال شدن حفاظت BMS یا آسیب به پک شود.

• از سلول‌های مشابه استفاده کنید :

برای ساخت پک، بهتر است سلول‌ها از نظر ظرفیت، نوع، ولتاژ، مقاومت داخلی و میزان فرسودگی و در کل مشخصات فنی تا حد امکان مشابه باشند. استفاده از سلول‌های بسیار متفاوت می‌تواند باعث عدم تعادل بین گروه‌های سری شود.

• جریان مصرف‌کننده را بررسی کنید :

قبل از استفاده از BMS در یک پروژه پرقدرت، جریان واقعی مصرف‌کننده را اندازه‌گیری یا محاسبه کنید. همچنین باید بررسی شود که سلول‌های باتری خودشان توان تأمین جریان موردنیاز را دارند.

• به سیم‌کشی توجه کنید :

در جریان‌های بالا، انتخاب سیم مناسب اهمیت زیادی دارد. سیم نازک یا اتصال نامناسب می‌تواند باعث افت ولتاژ، گرم‌شدن سیم و افزایش تلفات شود. در صورت جریان مصرفی بالا حتما از سیم ها با ضخامت مناسب و ترجیحا نسوز استفاده نمایید.

• خنک‌کاری را جدی بگیرید :

در جریان‌های بالا، MOSFETها و مسیرهای جریان BMS ممکن است گرم شوند. در کاربردهای پرمصرف باید شرایط تهویه و دفع حرارت مناسب باشد.

• برد BMS جایگزین شارژر نیست :

برد BMS وظیفه حفاظت و مدیریت پک را بر عهده دارد و نباید آن را با شارژر باتری اشتباه گرفت. برای شارژ صحیح، همچنان به شارژر مناسب با ولتاژ و جریان صحیح نیاز دارید.

• قبل از استفاده نهایی تست کنید :

پس از مونتاژ پک، ابتدا ولتاژ کل پک و ولتاژ تک‌تک گروه‌های سری را بررسی کنید. سپس عملکرد BMS را با یک بار مناسب و در شرایط کنترل‌شده آزمایش کنید.