Les batteries lithium-ion sont devenues extrêmement populaires en raison de leur large application dans l’électronique portable. Cependant, contrairement aux batteries au plomb ou au nickel, les batteries lithium-ion nécessitent un contrôle précis du processus de charge et de décharge. Une charge incorrecte peut faire gonfler ou même exploser les batteries lithium-ion. Une décharge profonde peut également entraîner une panne de batterie. Un chargeur de batterie lithium-ion idéal doit avoir une stabilisation de tension et de courant ainsi qu'un système d'équilibrage pour les parcs de batteries. La tension d’une cellule lithium-ion complètement chargée est de 4.2 Volts. Une fois que la banque atteint cette tension, la charge devrait s'arrêter. Dans cet article, nous examinerons un circuit qui permet de charger des cellules Li-ion connectées en série tout en les équilibrant pendant le processus de charge. Ce schéma de circuit BMS est non seulement simple mais également très efficace.
Connaître d'abord les composants du circuit BMS
A. Unité de gestion de batterie (BMU)
A Unité de gestion de la batterie (BMU) est un composant essentiel d'un circuit BMS chargé de surveiller et de gérer les tensions et les tensions des cellules individuelles. états de charge dans une batterie Li-ion. Le BMU collecte des données en temps réel sur la tension et l’état de charge de chaque cellule, fournissant des informations essentielles sur l’état et les performances globales de la batterie. Il surveille et évalue en permanence les niveaux de tension de chaque cellule pour garantir une charge et une décharge uniformes, évitant ainsi les déséquilibres qui pourraient avoir un impact sur la durée de vie de la batterie. Des données précises du BMU sont cruciales pour prendre des décisions éclairées concernant la charge, la décharge et la gestion globale de la batterie.
B. Circuit d'équilibrage de tension
Le circuit d'équilibrage de tension est un élément clé dans la gestion des batteries Li-ion, répondant au besoin d'équilibrer les tensions des cellules individuelles pour améliorer les performances globales de la batterie. Son objectif principal est d'égaliser la tension entre toutes les cellules, empêchant ainsi la surcharge ou la décharge excessive de cellules spécifiques qui pourraient entraîner une défaillance prématurée de la batterie. Différentes stratégies, telles que l'équilibrage passif et actif, sont utilisées par les circuits d'équilibrage de tension pour garantir que les cellules maintiennent des niveaux de tension similaires pendant la charge et la décharge.
C. Surveillance de la température
La surveillance de la température est un aspect essentiel de la conception du BMS, garantissant que la batterie Li-ion fonctionne dans des plages de température optimales pour la sécurité et les performances. Les températures extrêmes peuvent affecter les performances, la durée de vie et la sécurité de la batterie. Des capteurs de température sont utilisés pour surveiller et contrôler les conditions thermiques de la batterie. Divers capteurs et sondes sont utilisés pour mesurer la température à différents points du bloc-batterie, fournissant ainsi des données complètes pour une gestion thermique efficace. Il est important de maintenir une plage de température appropriée pour éviter des problèmes tels que l'emballement thermique, garantissant ainsi un fonctionnement efficace et sûr de la batterie.
D. Détection et contrôle du courant
Les mécanismes de détection et de contrôle du courant jouent un rôle essentiel dans les circuits BMS, en surveillant et en régulant les courants de charge et de décharge pour une utilisation optimale de la batterie. L'ajout de capteurs de courant peut mesurer le flux de charge électrique, fournissant ainsi des données essentielles à la gestion des processus de charge et de décharge. Une mesure précise des courants aide à prévenir les surcharges et les décharges excessives, contribuant ainsi à prolonger la durée de vie de la batterie. Les circuits BMS mettent donc en œuvre des mécanismes de contrôle pour réguler les courants, optimisant ainsi l’efficacité et la sécurité globales des batteries Li-ion.
E. Circuits de protection
Les circuits de protection sont des composants cruciaux d'un BMS, protégeant les batteries Li-ion des risques potentiels tels que la surcharge, la décharge excessive et les courts-circuits. Ces circuits de protection surveillent et empêchent la surcharge, une condition pouvant entraîner un emballement thermique et des dommages. Ils peuvent inclure des limiteurs de tension et des sectionneurs. De plus, une décharge excessive peut endommager les cellules et réduire la durée de vie de la batterie. Les circuits de protection mettent en œuvre des mécanismes pour déconnecter la charge lorsque la tension chute à un niveau critique. Les circuits sont également conçus pour détecter et atténuer les risques de courts-circuits, évitant ainsi les situations potentiellement dangereuses et préservant l'intégrité de la batterie.
Présentation des symboles et des notations du schéma de circuit BMS
Les schémas de circuits BMS utilisent des symboles et des notations standardisés pour représenter divers composants, garantissant ainsi une communication et une compréhension claires.
-Symboles communs : Les symboles tels que les résistances, les condensateurs et les icônes spécifiques au BMU, à l'équilibrage de tension, aux capteurs de température et à d'autres composants sont universellement reconnus dans les schémas de circuits BMS.
-Représentation standardisée : Suivre une représentation standardisée aide les ingénieurs et les techniciens à interpréter et à mettre en œuvre avec précision la conception du circuit.
Concevoir un schéma de circuit BMS avec tension réglable
Il s'agit d'un Diode Zener circuit qui s'ouvre lorsqu'un certain seuil de tension est atteint dans la batterie, désactivant ainsi tous les composants inutiles. Le circuit utilise un régulateur à diode Zener basé sur une puce TL431. Lorsque la tension de seuil est atteinte, un transistor de puissance s'ouvre. Avec les diodes du circuit collecteur, cela forme l’équivalent d’une charge fictive. En d’autres termes, toute puissance excédentaire sera dissipée sous forme de chaleur à travers ces éléments, un dissipateur thermique peut donc être nécessaire pour le transistor.
Dans ma conception, j'utilise un transistor BD140, bien que le choix ne soit pas trop critique : n'importe quel transistor PNP avec un courant nominal de collecteur supérieur à 1 A fonctionnerait. J'ai 3 de ces unités de circuit rassemblées sur une seule carte, ce qui me permet de charger 3 banques de batteries lithium-ion simultanément.
En théorie, vous pourriez avoir n’importe quel nombre de ces unités de circuit. La carte dispose d'un potentiomètre trimmer pour ajuster chaque unité à la tension de coupure souhaitée. Un indicateur LED sur le collecteur du transistor s’allume lorsque le transistor s’ouvre, signalant que la charge est terminée. J'utilise des LED de 5 mm ; vous pouvez choisir n’importe quelle couleur, mais il est préférable d’utiliser la même couleur pour toutes les unités.
Le processus de réglage du circuit est simple. Tout d’abord, réglez une alimentation sur une sortie d’environ 4.2 V. Connectez la carte et tournez lentement la résistance du trimmer jusqu'à ce que la LED s'allume. Ajustez toutes les unités de cette façon jusqu'à ce que le tirage actuel soit équilibré entre les unités. Dans mon cas, c'est 160-180 milliampères par unité. Pour une meilleure précision, je recommande des résistances trimmer multitours. Bien sûr, il existe des calculateurs disponibles pour la puce TL431, mais les tolérances de résistance signifient que chaque unité nécessite de toute façon un ajustement individuel. À propos, la puce TL431 peut être récupérée sur d'anciennes cartes d'alimentation PC.
La tension d'alimentation elle-même est régulée à un niveau stable par un régulateur linéaire LM317. Une deuxième puce assure la stabilisation du courant et alimente le circuit imprimé de l'équilibreur. Comme mentionné précédemment, le courant de charge est également stabilisé, avec la valeur fixée par la résistance R18.
Les valeurs de résistance appropriées peuvent être calculées à l'aide des outils de calcul LM317 disponibles en ligne. Avec des composants de qualité, ce système de charge peut rivaliser avec les chargeurs lithium-ion commerciaux, même s’il produira plus de chaleur.
Les expériences ont démontré que le circuit d'équilibrage fonctionne de manière optimale. Le processus de charge est terminé lorsque la tension désignée est atteinte de 4.2 volts.
Dans l’ensemble, je recommanderais d’utiliser ce circuit. De plus, le circuit peut également équilibrer les batteries indépendamment du chargeur.
Conclusion
J'espère que vous aimerez ce guide pour concevoir le schéma de circuit BMS pour le chargement de la batterie Li-ion. MOKOÉnergie présente plusieurs points forts dans la conception de son schéma de circuit BMS. À mesure que les véhicules électriques et les systèmes d'énergie renouvelable deviennent plus populaires, l'importance du BMS continuera d'être soulignée, et MOKOEnergy continue d'innover et d'améliorer sa technologie de fabrication de cartes BMS, alors n'hésitez pas à nous contacter. contactez-nous avec toutes les questions que vous pourriez avoir.
