Назначение BMS в аккумуляторе
BMS (Battery Management System) — электронная система управления и защиты литий-ионной батареи. Без BMS аккумуляторная сборка быстро выйдет из строя из-за перезаряда отдельных ячеек, глубокого разряда или перегрева. BMS также обеспечивает балансировку — выравнивание напряжений параллельных групп.
Защитные функции BMS
Защита от перезаряда (Overcharge): при достижении напряжения 4,25-4,30 вольт на ячейку (42,5-43В для 10S батареи) BMS отключает цепь заряда. Перезаряд вызывает разрушение катода, выделение кислорода и риск возгорания. Порог срабатывания выбирается с запасом от номинальных 4,20В полного заряда.
Защита от глубокого разряда (Over-Discharge): отключение нагрузки при падении напряжения до 2,5-3,0 вольт на ячейку. Глубокий разряд приводит к разрушению структуры катода и выходу из строя ячейки. После срабатывания защиты батарею можно восстановить подзарядкой, но емкость будет необратимо снижена.
Защита от перегрузки по току (Overcurrent): отключение при превышении максимального тока разряда (обычно 20-40А для самокатов) или тока заряда (обычно 5-10А). Защита срабатывает с задержкой 1-10 секунд в зависимости от превышения — кратковременные пиковые нагрузки при разгоне допустимы.
Защита от короткого замыкания (Short Circuit): мгновенное отключение при КЗ с током в сотни ампер. Срабатывает за миллисекунды за счет электромагнитного реле или быстродействующих полупроводниковых ключей.
Температурная защита: датчики NTC-термисторов отключают батарею при перегреве выше 60-70°C или при зарядке ниже 0°C. Зарядка в мороз вызывает отложение металлического лития на аноде с риском короткого замыкания.
Балансировка ячеек
Даже при использовании одинаковых ячеек из одной партии их параметры немного отличаются из-за производственных допусков. При зарядке одни ячейки достигают 4,2В раньше других. Без балансировки быстрые ячейки перезаряжаются, пока медленные дозаряжаются, что приводит к деградации.
BMS осуществляет пассивную балансировку: при достижении порогового напряжения (обычно 4,15-4,20В) на ячейку подключается шунтирующий резистор 50-100 Ом, рассеивающий излишек энергии в виде тепла. Ток балансировки 50-100 мА. Процесс продолжается, пока все ячейки не выровняются.
Активная балансировка (перекачка энергии от заряженных ячеек к разряженным) встречается только в премиальных батареях из-за сложности и стоимости.
Коммуникация и мониторинг
Современные BMS имеют интерфейсы UART, CAN или Bluetooth для передачи данных: напряжение каждой группы, общее напряжение, ток, температура, уровень заряда (SOC), состояние здоровья (SOH). Эта информация выводится на дисплей самоката или в мобильное приложение.