Почему мы не устанавливаем активные балансиры

В LiFePO4 аккумуляторах часто используются активные балансиры, большинство из них не имеют возможности настройки. Вот один из самых популярных (конденсаторный балансир):

 

 

Мы обычно не устанавливаем подобные балансиры, и вот детальное обьяснение причины:

 

Начем с того, в чем смысл балансировки? Он в том, чтобы каждая ячейка была заряжена по возможности одинаково. Зачем это делается? Потому, что емкость аккумулятора определяется емкостью той единственной ячейки из всех, которая имеет наименьшую емкость. И если у нас допустим первая ячейка заряжена на 50%, а остальные на 100%, то емкость всего аккумулятора будет составлять половину от расчетной, потому что при разряде первая ячейка отдаст 50Ач из 100Ач и высадится до нуля, остальные ячейки еще будут иметь 50% емкости, но БМС уже отключит аккумулятор именно из-за полностью разряженной первой ячейки.

Как нам определить насколько заряжена каждая ячейка? Очевидный ответ – по напряжению на ней. Чем выше напряжение, тем более высокий у нее уровень заряда. В случае литий-ионных либо литий-титанатных аккумуляторов это достаточно легко. Положим для литий иона напряжение 4.1В это 90% емкости, 3.7В это 50% емкости, а 3.4В – это 20% емкости. Т.е. тут мы явно можем понять оставшуюся емкость по уровню напряжения. Для железофосфата же совсем другая ситуация, у него и 90% , и 50%, и 20% емкости может соответствовать одному и тому же напряжению 3.3 Вольт, т.е. кривая разряда у него имеет длинный плоский участок (см рисунок).

 

 

Поэтому понять, какая емкость у ячеек по напряжению на этих уровнях заряда невозможно (кстати именно поэтому дешевые индикаторы заряда, которые ставят на подобные аккумуляторы очень неточные, потому что по напряжению определить емкость LiFePO4 аккумулятора нереально). Соответственно балансировать тоже смысла не имеет.

А как же их тогда балансировать LiFePO4? Ответ – на участках где кривая разряда не плоская. Это либо когда остается менее 10% заряда, либо когда заряда более 90%. В первом случае тип балансировки называется bottom balancing, а во втором top balancing. Второй способ наиболее распространен. Т.е. мы должны подождать, пока ячейки не зарядятся до 90% и выше, и только тогда начинать балансировку. Обычно это при напряжении 3.4 Вольт на ячейку и выше. Некоторые предпочитают 3.45 либо даже 3.5 Вольт. Именно так работают пассивные балансиры. Активные балансиры в массе своей работают по всему интервалу напряжений ячейки, т.е. без разницы напряжение 3.0 Вольт или 3.5 Вольт – они их балансируют при любом напряжении, что в корне неверно. Есть настраиваемые активные балансиры (допустим встроенные в JK BMS либо Dali), где можно задать уровень балансировки, вот они будут работать корректно если их правильно настроить.

Чем могут вредить активные балансиры? Точность балансировки у абсолютного большинства из них небольшая и может достигать десятков мВ. А эта разница может соответствовать серьезной разнице по емкости на плоском участке LiFePO4 ячеек. Соответственно балансиры могут допустим разрядить одну ячейку на пару десятков мВ ниже остальных, казалось бы небольшая разница, а это по емкости уже будет несколько Ач, а возможно и десяток Ач.

Наконец, большинство активных балансиров постоянно потребляют ток, который хоть и небольшой, но значительно выше саморазряда аккумулятора, т.е. аккумулятор надо будет заряжать, допустим раз в месяц. А без балансиров он и год простоит без существенного разряда. Также они могут глючить и начать вдруг довольно быстро разряжать аккумулятор в целом (мы не раз наблюдали такие глюки), это самое неприятное, так как сложно отловить.

Здесь кто нибудь скажет – “А как же токи балансировки? У пассивных балансиров они совсем маленькие, они же не справятся”. Ответ – при емкости ячеек до 100-150Ач, если ячейки высокого качества (т.е. с небольшим разбросом), а у БМС ток балансировки порядка 200 мА, то этого вполне достаточно.

Если ячейки плохого качества либо БУ, в этом случае да, пассивный балансир не справится, и приходится ставить активный, ну там уже не смотрят на дисбаланс и саморазряд, лишь бы вообще сборка работала.

Итог: активные балансиры мы ставим только для аккумуляторов большой емкости, и ставим только смарт активные балансиры, которые можно правильно настроить с помощью приложения.