Контроллер (балансир) заряда/разряда LiFePO4 батарей BMS 1S 12A

Модуль представляет собой плату защиты аккумулятора BMS (Battery Management System) для одной ячейки литий-железо-фосфатного (LiFePO4) аккумулятора с номинальным напряжением 3.2 В на ячейку.

Данный модуль не является зарядным устройством. Основная задача BMS – обеспечить безопасную эксплуатацию аккумуляторов, предотвратить перегрузку по току при разряде, защитить от перезаряда, переразряда, перегрева и короткого замыкания. Для зарядки нужно использовать источник питания с ограничением тока или специальный контроллер заряда, который реализует правильный алгоритм зарядки литиевых батарей.

Технические характеристики:

• Основной чип: FM2112-CB (Data Sheet)
• Количество ячеек: 1S
• Тип поддерживаемого аккумулятора: LiFePO4 (3.2V)
• Напряжение заряда: 3.7 – 3.9 В (макс. до 8 В)
• Напряжение прекращения заряда: 3.75 В ± 0.025 В
• Напряжение прекращения разряда: 2.1 В ± 0.05 В
• Ток разряда номинальный: до 12 А
• Ток разряда импульсный: 17 А
• Балансировка ячеек: нет
• Защита от перезаряда и переразряда: есть
• Защита от КЗ: есть
• Размер: 40 × 12 × 3.5 мм

FM2112 – это интегральная схема защиты литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов, содержащая высокоточные схемы обнаружения напряжения и задержки, а также схему управления ключами. Она предназначена для защиты одной ячейки LiFePO4 аккумулятора от перезаряда, переразряда и перегрузки по току.

Пороговые значения напряжений (зависят от ревизии чипа и букв после цифр в названии микросхемы):

• Порог срабатывания защиты от перезаряда (VCUn): 3.620 В – 4.000 В (±25 мВ)
• Порог восстановления после перезаряда (VCRn): 3.400 В – 4.000 В (±50 мВ)
• Порог срабатывания защиты от переразряда (VDLn): 1.800 В – 2.200 В (±50 мВ)
• Порог восстановления после переразряда (VDRn): 1.80 В – 2.40 В (±50 мВ)
• Порог защиты от перегрузки по току при разряде: настраиваемый, точность ±15 мВ
• Порог защиты от короткого замыкания: фиксированное значение 0.85 В (±300 мВ)

Встроенные задержки времени срабатывания защит:

• От перезаряда (TOC): 1200 мс
• От переразряда (TOD): 140 мс
• От перегрузки по току при разряде: 12 мс
• От перегрузки по току при заряде: 8 мс
• От короткого замыкания: 400 мкс

Принцип работы:

Нормальный режим работы: Чип FM2112 постоянно контролирует напряжение аккумулятора и разницу напряжений между контактами CS и VSS. Если напряжение аккумулятора находится в допустимом диапазоне, а напряжение на контакте CS ниже порога защиты от перегрузки по току при разряде (VDIP), оба выхода OC и OD находятся в высоком состоянии, и заряд и разряд происходят свободно.

Режим перезаряда: Если напряжение аккумулятора превышает порог перезаряда (VCU) = 3.75 В и остаётся таким дольше, чем задержка защиты от перезаряда (TOC) = 1200 мс, микросхема отключает зарядный MOSFET и прекращает зарядку. Выход из режима перезаряда возможен двумя способами: Саморазряд аккумулятора ниже порога восстановления перезаряда (VCR) = 3.6 В или подключение нагрузки (разряд ячейки)

Режим переразряда и спящий режим: Если напряжение аккумулятора падает ниже порога переразряда (VDL) = 2.1 В, и это состояние продолжается дольше задержки защиты от переразряда (TOD) = 140 мс, MOSFET разряда отключается, и аккумулятор перестаёт разряжаться. После отключения разряда чип переходит в спящий режим, снижая энергопотребление до 0.1 мкА. Выход из режима переразряда возможен двумя способами: Подключение зарядного устройства или рост напряжения аккумулятора выше порога восстановления переразряда (VDR) = 2.3 В

Защита от перегрузки по току и короткого замыкания: Чип FM2112 контролирует разрядный ток, измеряя напряжение на контакте CS. Если напряжение превышает порог защиты от перегрузки по току (VDIP) = 200 мВ в течение 12 мс, разрядный MOSFET отключается, и аккумулятор перестаёт разряжаться. Если напряжение на контакте CS превышает порог защиты от короткого замыкания (VSIP) = 200 мВ в течение 400 мкс, разрядный MOSFET также отключается. Выход из этих режимов возможен при уменьшении нагрузки или подключении зарядного устройства.

Защита от перегрузки по току при заряде: Если во время зарядки напряжение на CS падает ниже порога защиты от перегрузки по току при заряде (VCIP) = 200 мВ в течение 8 мс, зарядный MOSFET отключается, и зарядка прекращается. Выход из этого состояния возможен после отключения зарядного устройства и восстановления нормального напряжения на CS.

Зарядка аккумулятора с нулевым напряжением (0V Charge Allowed): Если аккумулятор полностью разряжен до 0 В, чип разрешает зарядку, если напряжение зарядного устройства выше порога V0CH. В этом режиме разрядный MOSFET остаётся отключённым, а зарядный MOSFET включается через паразитный диод. После достижения напряжения восстановления переразряда (VDL) = 2.1 В чип возвращается в нормальный режим работы.

Некоторые аккумуляторы не поддерживают зарядку после полного саморазряда (0 В) – это зависит от их химического состава.