BMS - Battery Management System

Bilanciatore per batterie Litio-Lipo-LiFePo4

"Electronics design"  di R.Chirio

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 BMS 48V 4A

 Marzo 2014

  Volendo caricare velocemente le batterie ai polimeri di litio, necessario un bilanciatore di fine carica, in grado di assorbire tutta la corrente erogata dal caricabatteria.

Vedi il significato di BMS : http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_management_system

In questo caso non lo schema di un vero BMS completo di tutte le funzioni, ma solo un bilanciatore di fine carica, da tenere assieme al caricabatteria in quanto ingombrante.

Il pacco batterie assemblato composto di 16 elementi A123 da 20A, la tensione di fine carica per ogni elemento deve essere di 3,60V con pochissima tolleranza, se aumenta la tensione c' rischio di danneggiare seriamente la batteria. 

Ogni sezione del BMS provvista di un trimmer di precisione multigiro, per settare con precisione il valore di intervento. Per visualizzare l'intervento della limitazione presente un led per ogni batteria in totale 16 led, che accendendosi segnalano il valore di tensione raggiunto.

Valori di soglia da non superare durante la carica:

- celle A123 e LIFEPO4 = 3,60V

- batterie Lipo  = 4,20V

    

  Schema elettrico versione 4A

 

 

Schema della cella singola, bisogna replicare 16 circuiti identici per avere un regolatore per pacco batteria da 48V, se il pacco da 36V bastano 12 circuiti in serie.

Il controllo di soglia affidato al preciso TL431, la taratura della tensione di limitazione avviene attraverso il trimmer R4 da 10k , la tensione di soglia deve essere tarata precisa, usando un voltmetro digitale ed un alimentatore a corrente controllata. (Da farsi con i circuiti caldi a regime)

Il transistor PNP 2N5193 ha il compito di assorbire la corrente quando la tensione supera il valore di taratura, dai parametri del Data Sheet siamo al limite del guadagno HFE pari a 40, meglio effettuare una selezione dei transistor ed usare solo quelli con guadagno > di 40

Il transistor Q1 un generico PNP a bassa corrente, ha il compito di pilotare il led con una corrente di 10mA, non critico, va bene qualsiasi PNP a bassa potenza.

Il led D1 deve essere un led rosso, in quanto altri colori richiedono una tensione di soglia superiore e potrebbero non accendersi completamente. Non adatti quindi i led Blu e Bianchi, mentre potrebbero ancora funzionare led gialli e verdi.

 

 

 

  Gruppo BMS, vediamo gli elementi della singola cella, sul terminale a saldare collegheremo il cavo che va alla batteria, molto importante rispettare la sequenza di collegamento, non sono ammessi errori!

  

Gruppo BMS, i 16 transistor di potenza montati sul radiatore, ognuno deve essere isolato dal radiatore. Curare bene il montaggio in quanto ogni transistor deve dissipare 3,6V x 4A  = 14,4W  e 4,20V x 4A nelle condizioni peggiori.

   

    Gruppo BMS assemblato, le dimensioni del circuito stampato sono 160 x 70 mentre i radiatori sono lunghi 200mm, durante il funzionamento a fine carica con caricabatteria da 3-4A il riscaldamento notevole, oltre i 200W serve quindi una ventola da 80x80 12V da alimentare a parte.

Per evitare cadute di tensione, il collegamento alla batteria deve essere il pi corto possibile vanno usati cavi rame da minimo 1mmq meglio 1,5mmq per evitare cadute di tensione.

 

 Schema elettrico versione 10A

 

Questa semplice variante permette di livellare fino a 10A, lo schema stato provato a carico e la soglia precisa, i collegamenti devono essere ben dimensionati.

Schema della cella singola, bisogna replicare 16 circuiti identici per avere un regolatore per pacco batteria da 48V, se il pacco da 36V bastano 12 circuiti in serie.

Il controllo di soglia affidato al preciso TL431, la taratura della tensione di limitazione avviene attraverso il trimmer R4 da 10k , la tensione di soglia deve essere tarata precisa, usando un voltmetro digitale ed un alimentatore a corrente controllata. (Da farsi con i circuiti caldi a regime)

Il transistor PNP 2N5193 ha il compito di pilotare il transistor Q3, in configurazione Darlington, il guadagno in corrente sufficiente per pilotare il 2N3055 nelle condizioni peggiori con guadagno di 40 x 5 otteniamo un teorico di 20A non sopportati da Q3, ma 10A tengono bene, ci va una buona dissipazione con dissipatore con generose dimensioni. Pi facile da montare la versione plastica con sigla TIP3055.

Il transistor Q1 un generico NPN a bassa corrente, ha il compito di pilotare il led con una corrente di 10mA, non critico, va bene qualsiasi NPN di piccola potenza.

Il led D1 deve essere un led rosso, in quanto altri colori richiedono una tensione di soglia superiore e potrebbero non accendersi completamente. Non adatti quindi i led Blu e Bianchi, mentre potrebbero ancora funzionare led gialli e verdi.

 

   


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