بردهای محافظ

نگاهی به برد محافظ باتری های لیتیوم یون

تصویر برد محافظ همراه با میکرو کنترلر به رنگ آبی

بدون شک تاکنون ،نام برد محافظ باتری در حوزه ی لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر را شنیده اید همان طور که می دانید و همان گونه که از اسم ان ها بر می آید درعین سادگی نقش بسیار مهمی در سلامت باتری و طول عمر آن دارد. استفاده صحیح از بردهای محافظ باتری می تواند با هزینه ی بسیار کم از باتری و سیستم پروژه ی شما محافظت کند.در این مقاله قصد معرفی این قطعات را داریم.

یک پک باتری لیتیوم یون با برد محافظ متصل به ان

پک باتری لیتیوم یون با برد محافظ متصل برای حفاظت بیشتر

برد محافظ چیست؟

در واقع برد محافظ به بردهایی گفته می شود که وظیفه ی حفاظت از عملکرد باتری در حالات مختلف دارد . از جمله وظایف این برد ها می توان به جلوگیری از افزایش بیش از حد ولتاژ در حالت شارژ و همچنین کاهش بیش از حد ولتاژ در حالت دشارژو جلوگیری از افزایش غیر طبیعی دما و اتصال کوتاه که موجب آسیب های غیر قابل جبران می شود اشاره کرد . عملکرد برد محافظ به این شکل است که در زمان خطر جریان را قطع میکند.ولتاژ مناسب برای شارژ معمولا در حالت شارژ(4.2ولت) و برای دشارژ (2.5ولت) است

اتصال کوتاه در باتری‌ ها

اتصال کوتاه در باتری های لیتیوم یونی باعث ضرر های غیر قابل جبران و همچنین در مواقعی باعث خطراتی مثل آتش سوزی باتری میشود .اتصال کوتاه در باتری های لیتیوم یونی موجب عبور جریان بسیار زیادی از باتری شده که این اتفاق می تواند ساختار داخلی باتری را ازبین ببرد. برد محافظ موظف است که اتصال را در لحظه ی وقوع تشخیص داده و از آن جلوگیری کند.

کنترل دما

یکی از بحث های دیگر در بردهای محافظ بحث کنترل دمای باتری می باشد. همان طور که در قبل اشاره کردیم اگر باتری با افزایش دمای بالا روبه رو شود احتمال تخریب ساختار داخلی باتری می رود و حتی احتمال انفجار باتری وجود خواهد داشت.در هنگام استفاده از باتری ،احتمال افزایش دما وجود خواهد داشت که باید برد محافظ از افزایش بیش از حد آن جلوگیری کند. البته گاهی محیط نیز باعث افزایش دمای باتری می شود.توجه داشته باشید که بعضی از بردهای محافظ این ویژگی را ندارند و باید به این نکته دقت کرد.

امکانات یک برد محافظ

در این بخش به برسی امکاناتی که یک برد محافط می تواتد داشته باشد می پردازیم.از قبیل امکانات یک برد محافظ می توان به بالانسر،سیستم حفاظت دمایی،سیستم ارتباطی اشاره کرد. این امکانات از ملزومات یک برد محافظ نیست اما در بعضی از بردهای محافظ دیده می شود. همان طور که در قبل اشاره شد سیستم حفاظت دمایی وظیفه ی بسیار مهمی در برابر باتری دارد اما در پک های کوچک باتری می تواد این بخش را حذف کرد و در صورت نیاز و عدم وجود این قسمت،میتوان آن را به مدار محافظ اضافه کرد.

بالانسر باتری

بالانسر باتری لیتیوم یون در هنگام شارژ نقش یکسان سازی ولتاژ سل‌های پک باتری را بر عهده دارد. این نوع مدارات، به دو دسته‌ی فعال و غیر فعال تقسیم بندی می شود که معمولا در بردهای محافظ ساده، بالانسر غیر فعال قرار دارد و در صورت استفاده از مدارات بالانسر فعال، شرکت سازنده آن را بیان می‌کند و هزینه‌ی آن‌ها نیز بیشتر است. هنگامی که سل‌های پک باتری در یک ولتاژ قرار نداشته باشند، علاوه بر کاهش ظرفیت عملی باتری، عمر باتری نیز کاهش می‌یابد زیرا عدم تعادل در ولتاژ سل‌های باتری، فشار زیادی به سل‌ها وارد می‌کند که منجر به کاهش عمر پک باتری خواهد شد. درصورتی که برد محافظ دارای سیستم بالانس کننده نباشد، می‌توان آن را به صورت دستی به مدار اضافه نمود.

مثالی نموداری بالانس باتری

نمودار عملکرد بالانس باتری

سیستم حفاظت دما

سیستم حفاظت دمای برد نقش قطع مسیر جریان را در هنگام افزلیش دما دارند . معمولا در بردهای محافظ این سیستم به کار رفته اما اگر بردی سیستم حفاظت را نداشته باشد میتوان آن را به مدار افزود علاوه بر آن، با تغییراتی اندک این قابلیت وجود دارد که دمای قطع را نیز تغییر داد که در کاربردهای حساس این کار انجام می‌شود.

گرادیان گرمایی در درون پک باتری

گرادیان گرمایی در درون پک باتری و لزوم استفاده از سیستم خنک کننده و مدار حفاظت گرمایی در پک های بزرگ

سیستم ارتباطی

یکی دیگر از امکاناتی که در برخی از مدارهای محافظ دیده می شود سیستم ارتباطی می باشد اما به دلیل هزینه ی بالای این سیستم به طور معمول در بردهای محافظ دیده نمی شود .سیستم ارتباطی این قابلیت را به مصرف کننده میدهد که هشدارهای لازم را به روش های مختلف همانند (وای فای ،بلوتوث،SPIو راه های ارتباطی دیگر)در یافت کند.این قابلیت در مدارات مانیتورینگ (BMS) بسیار مورد توجه است و تقریبا برای این مدارت جزء غیر قابل اجتناب محسوب می‌شود اما همان‌طور که ذکر گردید برای مدارات محافظ این قسمت قابل چشم‌پوشی می‌باشد.

پارامترهای مهم در برد محافظ

برای خرید بردهای محافظ پارامترهای گوناگونی مطرح می‌شوند که این پارامترها به ترتیب شناخت بازار عبارت‌اند از: تعداد سل باتری، جریان برد محافظ، دمای حفاظتی، حد ولتاژ شارژ و دشارژ، جریان بالانس و سایر پارامترهای دیگر که به دلیل اهمیت کم‌تر از بیان آن‌ها خودداری می‌شود. دانستن دقیق این پارامترها، مصرف‌کننده را به بهترین شکل برای انتخاب برد محافظ برای کاربرد مورد نظر کمک می‌کند.

تصویری از یک برد محافظ

نمونه ای از برد محافط-6سل

تعداد سل:

اولین نکته برای انتخاب برد محافظ دانستن تعداد سل باتری است که بسته به تعداد سل به کار رفته در پک، نوع آن مشخص خواهد شد.

جریان برد:

پارامتر دیگر برای تعیین صحیح برد محافظ، جریان برد محافظ است که هر چه جریان برد محافظ بیشتر باشد، هزینه‌ی برد محافظ نیز بیشتر می‌شود. جریان برد محافظ در واقع همان جریان خارج شده از باتری است که جهت محافظت از باتری، از داخل برد محافظ رد می‌شود.

دمای باتری:

در برخی کاربردها، دمای باتری به شدت مهم بوده که مصرف کننده به هنگام انتخاب نوع مدار محافظ باید آن را نیز لحاظ کند.

حد ولتاژ شارژ و دشارژ:

در برخی از بردهای محافظ، حد بالای دمای شارژ و دشارژ با یکدیگر برابر است که در صورت نیاز به تفاوت در حد بالای دمای شارژ و دشارژ، باید به این نکته توجه شود.

امروزه باتری‌های لیتیوم یون از تنوع بالایی برخورداراند و نوع سل‌های به کار رفته در باتری دارای ولتاژ شارژ و دشارژ متفاوتی هستند مانند باتری های LFP و باتری‌های ولتاژ بالا (high voltage) که ولتاژ شارژ و دشارژ آن‌ها با سایر باتری‌های معمول بازار (معمولا باتری‌های با کاتد LCO ) فرق دارد. این پارامتر در این حالت بسیار اهمیت دارد که اگر به آن دقت نشود امکان آتش سوزی نیز وجود خواهد داشت.

جریان بالانس:

پک‌های با ظرفیت بالا در هنگام بالانس شدن، زمان زیادی می‌برند و موجب هدر رفتن وقت خواهد شد که در این حالت، با افزایش جریان بالانس، مدت زمان متعادل سازی ولتاژ سل‌ها کاهش می‌یابد.

  • سایر پارامترهای دیگر مانند پروتکل ارتباطی مدار محافظ (در صورت وجود داشتن) از اهمیت کمتری برخوردار است که متناسب با نیاز باید انتخاب گردند.

منبع : سایت رها باتری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *