Контролер (балансир) заряду/розряду LiFePO4 батарей BMS 1S 12A

Модуль представляє собою плату захисту акумулятора BMS (Battery Management System) для однієї комірки літій-залізо-фосфатного (LiFePO4) акумулятора з номінальною напругою 3.2 В на комірку.

Даний модуль не є зарядним пристроєм. Основне завдання BMS – забезпечити безпечну експлуатацію акумуляторів, запобігти перевантаженню за струмом при розряді, захистити від перезаряду, перерозряду, перегріву та короткого замикання. Для зарядки потрібно використовувати джерело живлення з обмеженням струму або спеціальний контролер заряду, що реалізує правильний алгоритм заряджання літієвих батарей.

Технічні характеристики:

• Основний чип: FM2112-CB (Data Sheet)
• Кількість комірок: 1S
• Тип підтримуваного акумулятора: LiFePO4 (3.2V)
• Напруга заряду: 3.7 – 3.9 В (макс. до 8 В)
• Напруга припинення заряду: 3.75 В ± 0.025 В
• Напруга припинення розряду: 2.1 В ± 0.05 В
• Струм розряду номінальний: до 12 А
• Струм розряду імпульсний: 17 А
• Балансування комірок: немає
• Захист від перезаряду та перерозряду: є
• Захист від КЗ: є
• Розмір: 40 × 12 × 3.5 мм

FM2112 – це інтегральна схема захисту літій-залізо-фосфатних (LiFePO4) акумуляторів, що містить високоточні схеми виявлення напруги та затримки, а також схему керування ключами. Вона призначена для захисту однієї комірки LiFePO4 акумулятора від перезаряду, перерозряду та перевантаження за струмом.

Порогові значення напруг (залежать від ревізії чипа та літер після цифр у назві мікросхеми):

• Поріг спрацьовування захисту від перезаряду (VCUn): 3.620 В – 4.000 В (±25 мВ)
• Поріг відновлення після перезаряду (VCRn): 3.400 В – 4.000 В (±50 мВ)
• Поріг спрацьовування захисту від перерозряду (VDLn): 1.800 В – 2.200 В (±50 мВ)
• Поріг відновлення після перерозряду (VDRn): 1.80 В – 2.40 В (±50 мВ)
• Поріг захисту від перевантаження за струмом при розряді: налаштовується, точність ±15 мВ
• Поріг захисту від короткого замикання: фіксоване значення 0.85 В (±300 мВ)

Вбудовані затримки часу спрацьовування захистів:

• Від перезаряду (TOC): 1200 мс
• Від перерозряду (TOD): 140 мс
• Від перевантаження за струмом при розряді: 12 мс
• Від перевантаження за струмом при заряді: 8 мс
• Від короткого замикання: 400 мкс

Принцип роботи:

Нормальний режим роботи: Чип FM2112 постійно контролює напругу акумулятора та різницю напруг між контактами CS і VSS.
Якщо напруга акумулятора знаходиться в допустимому діапазоні, а напруга на контакті CS нижче порога захисту від перевантаження за струмом при розряді (VDIP), обидва виходи OC і OD знаходяться у високому стані, і заряд і розряд відбуваються вільно.

Режим перезаряду: Якщо напруга акумулятора перевищує поріг перезаряду (VCU) = 3.75 В і залишається такою довше, ніж затримка захисту від перезаряду (TOC) = 1200 мс, мікросхема відключає зарядний MOSFET і припиняє зарядку. Вихід із режиму перезаряду можливий двома способами: cаморозряд акумулятора нижче порога відновлення перезаряду (VCR) = 3.6 В або підключення навантаження (розряд комірки)

Режим перерозряду та сплячий режим: Якщо напруга акумулятора падає нижче порога перерозряду (VDL) = 2.1 В, і цей стан триває довше затримки захисту від перерозряду (TOD) = 140 мс, MOSFET розряду відключається, і акумулятор перестає розряджатися. Після відключення розряду чип переходить у сплячий режим, знижуючи енергоспоживання до 0.1 мкА. Вихід із режиму перерозряду можливий двома способами: підключення зарядного пристрою або зростання напруги акумулятора вище порога відновлення перерозряду (VDR) = 2.3 В

Захист від перевантаження за струмом і короткого замикання: Чип FM2112 контролює розрядний струм, вимірюючи напругу на контакті CS. Якщо напруга перевищує поріг захисту від перевантаження за струмом (VDIP) = 200 мВ протягом 12 мс, розрядний MOSFET відключається, і акумулятор перестає розряджатися. Якщо напруга на контакті CS перевищує поріг захисту від короткого замикання (VSIP) = 200 мВ протягом 400 мкс, розрядний MOSFET також відключається. Вихід із цих режимів можливий при зменшенні навантаження або підключенні зарядного пристрою.

Захист від перевантаження за струмом при заряді: Якщо під час зарядки напруга на CS падає нижче порога захисту від перевантаження за струмом при заряді (VCIP) = 200 мВ протягом 8 мс, зарядний MOSFET відключається, і зарядка припиняється. Вихід із цього стану можливий після відключення зарядного пристрою та відновлення нормальної напруги на CS.

Зарядка акумулятора з нульовою напругою (0V Charge Allowed): Якщо акумулятор повністю розряджений до 0 В, чип дозволяє зарядку, якщо напруга зарядного пристрою вище порога V0CH. У цьому режимі розрядний MOSFET залишається відключеним, а зарядний MOSFET вмикається через паразитний діод. Після досягнення напруги відновлення перерозряду (VDL) = 2.1 В чип повертається в нормальний режим роботи.

Деякі акумулятори не підтримують зарядку після повного саморозряду (0 В) – це залежить від їхнього хімічного складу.