ВВЕДЕНИЕ 10
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
2. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 14
2.1 Анализ технического задания 14
2.2 Устройства контроля 17
2.3 Степени защиты 19
2.3.1 Защита по току 20
2.3.2 Защита по напряжению 21
2.3.3 Защита по температуре 22
2.3.4 Защита от перезаряда 22
2.4 Конструктивные особенности и алгоритм заряда Li-ion 23
3. АНАЛОГИ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА 25
4 ПРОЕКТНЫЙ РАЗДЕЛ 32
4.1 Выбор элементов питания 32
4.2 Проверка элементов 38
4.3 Распределение элементов 43
4.4 Проектирование конструкции батареи 46
4.5 Выбор способа соединения элементов в ячейке 48
4.6 Соединительная шина элементов ячейки 49
4.7 Входной контроль никелевой ленты 52
4.8 Разработка креплений элементов 54
4.8.1 Левая кассета 55
4.8.2 Правая кассета 56
4.8.3 Изолятор 58
4.8.4. Сборка модели 58
5. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 60
5.1 Разработка структурной схемы устройства 60
5.2 Разработка функциональной схемы устройства 61
6 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ВЫБОР
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 62
6.1 Выбор микросхемы управления БСУ 62
6.2 Проектирование ЭПС платы балансировки 64
6.3 Проектирование ЭПС блока БСУ 65
6.4 Подбор элементной базы 66
6.4.1 Контроллер BM3451 66
6.4.2 Выбор транзистора управления силовых выводов 69
6.4.3 Выбор транзистора управления балансировкой 71
6.4.4 Выбор резистора балансировки 74
7. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 75
7.1 Трассировка печатной платы 75
7.2 3D модель печатной платы 80
8. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБНОГО ОБРАЗЦА 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 86
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Сводная таблица элементов типа 18650 прошедших
входной контроль 89
При проектировании любого устройства, с заявленной функцией автономности, приходится уделять большое внимание аккумуляторному источнику электрического питания, который и будет обеспечивать указанную автономность, на определенный момент времени. К таким устройствам можно отнести различные гаджеты, бесперебойные источники питания, персональные компьютеры. Так же более массивные технические сооружения, такие как частный электротранспорт (В представлении электромобили, электромотоциклы, велосипеды и самокаты на электротяге), домашние мини электростанции, основанные на чистой энергетики. Как следствие одной из важнейших составляющих этого электрического оборудования, является аккумуляторная батарея, или, проще говоря, аккумулятор. Существуют самые разнообразные типы аккумуляторов: Li-Ion, Ni-MH, Ni-Cd и многие другие. Они имеют примерно одинаковый принцип работы, но у каждого свои особенности.
Из всех существующих видов аккумуляторов для портативной техники, автомобилей, прочего автономного электрооборудования, считают семейство литиевых аккумуляторов. Наиболее распространённым считаются Li-ion, он стоит значительно дороже своих Ni-MH и Ni-Cd аналогов. Объясняется это тем, что аккумуляторы с ионами лития не имеют тех недостатков, которыми обладают те женикелевые, свинцово—кислотные аккумуляторы и другие типы морально устаревших модификаций батарей. Хотя устройства такого вида, равно как и все существующие устройства, все же не лишены своих слабых сторон, причем действительно существенных [1]. Среди главных недостатков литиевых батарей можно выделить:
— Чрезмерную чувствительность к низким температурам, из-за чего уменьшается ток, отправляемый li-ion батареей;
— Деградация или по— другому уменьшение ёмкости с каждым годом;
— Li-юпаккумуляторы не выдерживают глубокого разряда и перезарядки, в противном случае процесс заряда — разряда может окончиться химическим разрушением, потери ёмкости или даже взрывом прибора;
— Особый алгоритм зарядки.
При всех минусах, не стоит упускать явные преимущества аккумуляторов, среди них:
— Большая плотность энергии на единицу массы;
— Низкий процент саморазряда;
— Практически полное отсутствие эффекта памяти (когда заряд не полностью разряженного элемента приводит к снижению ёмкости);
— Большой температурный диапазон работы.
Незначительное снижение напряжения в процессе разряда накладывает некоторые обязанности на пользователя. Нельзя допустить превышения максимального напряжения (4.25 В), снижение напряжения ниже минимального (2.75 В), а также превышения рабочего тока, который отличается для каждой модели. В данном весьма сложном процессе, используют специальные устройства - BMS— контроллеры!
В переводе с английского, BMS (BatteryManagementSystem) это система управления батареей. Довольно широкое понятие, описывающее почти все устройства, так или иначе обеспечивающие корректную работу аккумуляторов в данном устройстве, начиная с простых плат защиты или балансировки, заканчивая сложными микроконтроллерными устройствами, подсчитывающими ток разряда и количество циклов заряда (например, как в батареях ноутбуков).
Поскольку самый распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов Li- ion, то в данной работе будет совершен упор именно на этот тип батарей. Рассмотрим основные принцип работы систем управления литиевыми аккумуляторными батареями, алгоритмы заряда, а также произведем аналитику устройств управления, предоставляемых рынком. При изучении и соотношении основных параметров, стоит обратить внимание на качество исполнения приборов, соответствию стандартов защиты от влаги и пыли, виброустойчивой, максимальных токов, расширяемости и степеням защиты.
В результате проведения ВКР по данным технического задания разработано устройство контроля и балансировки питания на базе li-ion аккумуляторов.
При разработке электрической принципиальной схемы большое внимание уделялось применению современной элементной базы российского производства.
При проектировании устройства учитывались требования по электрическим параметрам и размеру прибора, а также другие различные технические требования. Применяемая индикация позволяет легко ориентироваться при работе БСУ.
Разработанное устройство имеет широкие возможности по модернизации и доработке. Изделие обладает повышенной ремонтопригодностью, устойчиво к вибрациям и высокой влажности.
