Батарея LiFePO4 8S на 280 А·год своїми руками: складання, BMS, термодатчики і стискання

чернетка — обговорюємо й дописуємо

⚠ Перш ніж починати. Вісім елементів по 280 А·год — це понад 7 кВт·год енергії. Струм короткого замикання такої батареї — тисячі ампер: упущений гайковий ключ між клемами розплавиться, а дріт без запобіжника загориться. Працюйте ізольованим інструментом, знімайте каблучки й годинник, клеми, які зараз не потрібні, закривайте. Запобіжник ставте на «плюс» біля батареї ще до першого підключення навантаження.

Що в нас стоїть

Напруги LiFePO4 8S

Номінал одного елемента LiFePO4 — 3,2 В, вісім послідовно дають 25,6 В. Свинцева батарея на 24 В (дві по 12 В) має близький робочий діапазон, тому LiFePO4 8S ставлять замість неї в ДБЖ, інвертори й сонячні системи.

⚠ На плато напруга майже не змінюється: між 70 і 30 % різниця — кілька сотих вольта. Тому відсоток заряду за напругою вгадати не можна. Його рахує BMS: вона підсумовує струм, що ввійшов і вийшов.

Напруги популярних збірок

Збірку позначають кількістю елементів, з'єднаних послідовно: 4S — чотири, 16S — шістнадцять. Напруги множаться на цю кількість, а ємність в ампер-годинах від неї не залежить.

• «48 В» буває двох видів. 16S (51,2 В) — найпоширеніша батарея для домашніх систем і сонячних інверторів. 15S (48,0 В) ближча до свинцевої 48 В за напругою повного заряду. Перед вибором звірте межі вхідної напруги свого інвертора чи ДБЖ із колонками «межа заряду» і «відсічка розряду».
• 4S замість свинцевої 12 В. Звичайний зарядний пристрій для свинцю здебільшого годиться, але в режимі вирівнювального заряду чи десульфатації він дає понад 15 В, а це вище за межу 14,6 В. Такий режим для LiFePO4 вимикайте.
• Колонка «заряд щодня» — напруга, до якої варто заряджати батарею, що стоїть у резерві повною (ДБЖ, резервне живлення). Чому так довше служить — у розділі Ресурс.

Калькулятор: як скласти батарею під свою задачу

Калькулятор рахує батарею з будь-яких призматичних елементів LiFePO4, а не лише нашу 8S на 280 А·год. Задайте елемент і схему: або кількістю елементів (S — послідовно, P — паралельно), або напругою, ємністю, енергією чи часом роботи, який вам потрібен. Калькулятор покаже:

• скільки елементів купувати і яка вийде маса;
• напруги для зарядного блока й порогів BMS;
• струм батареї при найнижчій напрузі, а з ним — тривалий струм BMS, номінал запобіжника й переріз дроту;
• скільки триватиме верхнє вирівнювання;
• що не забути саме для такої збірки.

Як читати S і P. «8S» — вісім елементів послідовно (24 В). «8S2P» — шістнадцять елементів: спершу по два з'єднують паралельно в групу, потім вісім груп — послідовно. Така батарея має вдвічі більшу ємність і струм при тій самій напрузі. На неї потрібна одна BMS на 8S; її струм вибирають за навантаженням (його рахує калькулятор), а не множать на P. Інший шлях — дві окремі батареї 8S, кожна зі своєю BMS і запобіжником, з'єднані паралельно на шині.

Чому струм рахується при відсічці. Інвертор чи ДБЖ бере ту саму потужність незалежно від напруги батареї. Коли батарея майже порожня і напруга найнижча, струм найбільший. Саме під нього вибирають BMS, запобіжник і дріт.

Чому дріт рахується під запобіжник, а не під навантаження. Запобіжник захищає дріт. Якщо дріт розрахований на менший струм, ніж номінал запобіжника, при перевантаженні дріт згорить раніше, ніж запобіжник розімкне коло.

Що не забути: порядок робіт

Головне: куди що під'єднати, що перевірити, техніка безпеки

Куди що під'єднати

Головні питання і що буде, якщо їх пропустити

Техніка безпеки

• Ізольований інструмент. Гайковий ключ, що торкнувся двох клем, за секунди розжарюється й приварюється. Працюйте з одним з'єднанням, решту клем закрийте.
• Зніміть каблучки, годинник, браслет і ланцюжок. Каблучка, що замкнула клеми, за секунди розжарюється до червоного й обпікає палець.
• Захисні окуляри. Іскра від замикання розбризкує розплавлений метал.
• Нічого не кладіть на батарею: ні інструмент, ні болти, ні мультиметр.
• Спершу запобіжник, потім навантаження. Запобіжник ставте до першого підключення навантаження. Перед роботою з батареєю вимикайте навантаження й зарядку і лише тоді відкручуйте дроти.
• Не заряджайте без BMS чи на морозі. Захист від перезаряду й заряду нижче 0 °C має бути ввімкнений завжди.
• Не свердліть, не гніть і не паяйте клеми. Гнуття й перегрів клеми можуть пошкодити ущільнення елемента.
• Місце для батареї: негорюча основа, подалі від горючого, з доступом повітря; не в закритій шафі поруч із папером чи тканиною.
• LiFePO4 безпечніший за інші літієві елементи, але не негорючий. Перезаряджений, проколотий чи перегрітий елемент здувається й викидає шкідливий горючий газ. Якщо елемент здувся, гріється чи димить: вимкніть зарядку й навантаження, провітріть приміщення, не вдихайте дим.
• Вогнегасник поруч: порошковий або вуглекислотний, щоб загасити дроти й те, що загорілося довкола.
• Перші тижні перевіряйте нагрів: після години під великим струмом торкніться клем і шин рукою або огляньте тепловізором.

Елементи: вибір і перевірка

Беріть вісім елементів з однієї партії. Батарея послідовна: через усі елементи йде той самий струм, і розряджається вона тоді, коли розрядився найслабший. Один елемент на 260 А·год серед семи на 285 обмежує всю батарею до 260 А·год.

Що перевірити, щойно елементи приїхали:

Ємність кожного елемента можна виміряти окремо: зарядити до 3,65 В і розрядити до 2,5 В відомим струмом. На 280 А·год це займає приблизно добу на кожен елемент. Якщо такої можливості немає, достатньо перевірки вище й першого повного циклу вже зібраної батареї: слабший елемент на ньому видно одразу, бо він першим доходить до верху й до низу.

Вирівнювання перед складанням (верхній баланс)

Перед тим як з'єднати елементи послідовно, їх варто зарядити до однакового стану. Тоді в зібраній батареї всі доходять до «повно» одночасно, і BMS не вимикає заряд через один елемент, що вибіг уперед.

1. З'єднайте всі вісім елементів паралельно: усі «плюси» разом, усі «мінуси» разом. Перед цим переконайтесь, що напруги різняться не більше ніж на 0,05 В, інакше в момент з'єднання між ними побіжить великий струм.
2. Підключіть лабораторний блок живлення: напруга 3,65 В, струм — максимальний, який дає блок (10–30 А). Дроти — товсті й короткі, напругу виставляйте за мультиметром на клемах елементів, а не за індикатором блока.
3. Заряджайте, доки струм не впаде майже до нуля (менше ~1 А).
4. Від'єднайте блок, дайте елементам відпочити кілька годин, потім розберіть паралельне з'єднання.

Скільки це триває: вісім елементів по 280 А·год від ~40 % треба дозарядити на ~1300 А·год. Струмом 10 А це п'ять із половиною діб, 30 А — майже дві.

Активний балансир у зібраній батареї теж вирівнює елементи, але переносить заряд лише тоді, коли напруги помітно різняться, а на плато різниця — лічені мілівольти. Тому велику початкову різницю він вирівнюватиме довго, по кілька хвилин наприкінці кожного заряду, а верхній баланс прибирає її за один раз.

Складання: розташування, шини, ізоляція

Розташування. Вісім елементів ставлять в один ряд або двома рядами по чотири. Послідовне з'єднання: «плюс» першого — до «мінуса» другого, і так далі. Від «мінуса» першого елемента йде вивід «−» батареї (на BMS), від «плюса» восьмого — вивід «+» батареї (через запобіжник).

Ізоляція між елементами. Синя плівка на корпусі тонка й легко протирається. Корпус елемента може бути під напругою відносно клем, тому між сусідніми елементами кладіть ізоляційні пластини (склотекстоліт FR4 1–2 мм або готові прокладки для призматичних елементів) на всю грань. Знизу — теж ізоляційна підкладка. Зверху після складання закрийте клеми кришкою з діелектрика.

Шини. Краще гнучкі (з багатьох тонких мідних смуг) або пластини з вигином-петлею: елементи трохи «дихають» під час заряду й розряду, і жорстка шина тягне клему вгору. Клеми алюмінієві: перед затягуванням почистіть контактну поверхню від оксидної плівки дрібним абразивом або щіткою, протріть спиртом.

Затягування. Момент — з паспорта елемента, динамометричним ключем. Перетягнутий болт зриває різьбу в алюмінієвій клемі, і відновити таку клему важко. Недотягнутий контакт гріється під струмом. Через тиждень роботи перевірте момент ще раз.

Дроти виміру BMS (тонкі, по одному на кожну точку між елементами) підключайте під болт клеми разом із шиною, з кільцевим наконечником, а не на середину шини. Інакше BMS міряє ще й падіння напруги на шині: під струмом один елемент виглядає вищим, інший нижчим, ніж є насправді.

Силові дроти й наконечники

Скільки ампер витримує дріт

Наприклад, 16 мм² міді за ПУЕ тривало тримає 100 А відкрито і 85 А у трубі. Алюміній того самого перерізу — 75 і 60 А. Це числа для ізоляції ПВХ чи гуми при +25 °C. Гнучкий дріт у силіконовій ізоляції витримує нагрів до 180–200 °C, тож формально через нього можна пустити більше, приблизно 120–150 А. Але на батареї 24 В межу зазвичай ставить не нагрів, а падіння напруги: два метри дроту 16 мм² (туди й назад) — це ≈ 2,2 мОм, і при 100 А на них губиться ≈ 0,22 В і ≈ 22 Вт тепла.

Що означають колонки:

• Переріз, мм² — площа перерізу струмопровідної жили (усіх дротинок разом), а не дроту з ізоляцією;
• Діаметр жили, мм — для суцільної жили. Багатодротова жила того самого перерізу товща приблизно на 10–20 %, бо між дротинками є повітря;
• Мідь / алюміній відкрито, у трубі, А — найбільший тривалий струм за ПУЕ (табл. 1.3.4 і 1.3.5): ізоляція ПВХ або гума, повітря +25 °C; «у трубі» — два одножильні дроти в одній трубі; «—» — у таблиці ПУЕ значення немає;
• AWG — найближчий номер за шкалою AWG, його справжній переріз і найближчий ходовий номер, не тонший за метричний переріз (AWG);
• Опір, мОм на 1 м — опір одного метра жили при +20 °C (мідь 0,0175, алюміній 0,028 Ом·мм²/м). Те саме число — це падіння напруги в мілівольтах на кожен ампер і кожен метр дроту.

AWG і опір для тих самих перерізів:

Падіння напруги й довжина траси

Траса тут — відстань від батареї до навантаження в один бік. Дріт іде туди й назад, тому опір рахується на подвійну довжину: падіння = струм × 2 × довжина траси × опір 1 м. Струм у таблицях — найбільший тривалий за ПУЕ (відкрито). При меншому струмі падіння менше, а допустима траса довша в стільки ж разів.

Колонки «траса при 3 %» показують, на якій найбільшій відстані дріт при цьому струмі «з'їсть» не більше 3 % напруги системи: 0,36 В на 12 В, 0,72 В на 24 В, 1,44 В на 48 В. Для батарей і ДБЖ раджу не більше 2–3 %. Для освітлення на 230 В допускають до 3–5 %.

Мідь:

Алюміній:

AWG: одна товщина — кілька позначень

AWG (американська шкала) влаштована навпаки, ніж мм²: що менший номер, то товщий дріт. Товщі за AWG 1 йдуть 1/0, 2/0, 3/0 і 4/0, далі переріз позначають уже в kcmil. Той самий розмір у різних країнах і в різних продавців позначають по-різному:

Як перевірити дріт, підписаний в AWG: порахувати переріз за дротинками (як у прикладі вище) і порівняти з таблицею нижче. Шкрябнути жилу ножем: під міддю не має бути сірого алюмінію (CCA). CCA має опір у ~1,5 раза більший за мідь і для батарей не годиться.

Калькулятор перерізу

Впишіть число в будь-яке поле — решта перерахується. Переріз, діаметр і AWG пов'язані між собою: змініть одне — зміняться інші. Якщо вписати бажане падіння напруги (у вольтах чи відсотках), калькулятор підбере переріз; якщо вписати переріз — порахує падіння.

Запобіжник: має згоріти раніше за дріт

BMS захищає елементи, а не дріт. Від короткого замикання вона рятує, вимикаючи свої ключі, але ключ може вийти з ладу й лишитися замкненим, і тоді між батареєю та замиканням не стоїть нічого. Тому на «+» батареї ставлять окремий запобіжник. Це навмисне найслабше місце кола: при перевантаженні чи замиканні він плавиться раніше, ніж встигне розжаритися дріт.

Якщо від батареї йде кілька гілок тоншим дротом (у нас — два ДБЖ), кожній гілці потрібен свій запобіжник на початку гілки, розрахований на її дріт. Головний запобіжник біля батареї тонку гілку не захистить: він розрахований на товстий дріт.

Вимикач навантаження після запобіжника зручний, щоб знеструмити батарею, але запобіжника не замінює: сам він не спрацює. Автомат постійного струму може замінити запобіжник лише тоді, коли його відключна здатність більша за струм замикання батареї.

[ВПИСАТИ: який запобіжник стоїть у нас — тип і номінал]

Як з'єднати мідний дріт із клемою LiFePO4

Наконечник. Мідний трубчастий наконечник під переріз дроту й діаметр болта клеми (для EVE 280 — M6), обтиснутий прес-кліщами з шестигранною матрицею. Якісне обтиснення — це холодне зварювання: мідь дроту й наконечника стає одним шматком.

Паяти дріт у наконечнику не треба. Олово, що затекло між дротинками, робить дріт жорстким біля наконечника, і від вібрації він ламається саме там. А під струмом і нагрівом припій повільно «тече».

Лудити наконечник самому — теж ні, лужений із заводу — так:

Порядок під болтом (знизу вгору): клема елемента → наконечник площиною до клеми → кільце вимірювального дроту BMS → плоска шайба → пружинна або тарілчаста шайба → болт. Жодної шайби між клемою і наконечником: струм має йти площиною наконечника в клему, а не через сталевий болт. Наконечник лягає рівно, не ширший за клему, не підігнутий. Затягують динамометричним ключем до моменту, вказаного в паспорті елемента, через тиждень перевіряють.

Як закріпити датчик температури на клемі

⚠ Головне: датчик має бути ізольований від клеми. Дроти термодатчиків BMS під'єднані до її схеми, а та сидить на «мінусі» батареї. Клема «+» — на 25–29 В вище. Датчик із металевим кільцем під болт або з пошкодженою ізоляцією замкне «+» батареї на вхід BMS і спалить її. Тому датчик під болт не ставимо, а притискаємо до наконечника чи шини поруч із клемою, і лише в цілій ізоляції (крапля епоксидки чи термоусадка, як у штатних датчиків BMS).

Термопаста не обов'язкова, але з нею датчик показує на кілька градусів точніше й швидше реагує. Беріть звичайну неелектропровідну силіконову пасту (як для процесора); паста з металом (срібна чи рідкий метал) тут не годиться. Шар — тонкий, лише щоб заповнити зазор. Зверху датчик з наконечником накрийте шматком поролону: так датчик міряє метал, а не повітря.

Стискати чи ні, і чому не струбцинами

Коротко: стискати — так, рівномірно й помірно. Струбцинами — ні.

Навіщо стискати. Під час заряду призматичний елемент трохи товщає, під час розряду тоншає, а за роки роботи потроху роздувається. Усередині це шари електродів, і коли їх ніщо не тримає, вони розходяться, і елемент старіє швидше. Виробники рахують кількість циклів саме на стиснутих елементах. Наприклад, у паспорті EVE LF280K цикли виміряно в рамці, що тисне на широку грань із силою близько 300 кгс; на всю грань (≈ 17 × 20 см) це менше за 1 кгс/см². Тиск невеликий, але він постійний і рівномірний.

Друга мета — берегти шини й клеми. Елементи весь час трохи рухаються: товщають від заряду й тепла, тоншають від розряду й холоду, а з роками ще й роздуваються від газів, що потроху виділяються всередині. Незатиснутий елемент рухається вільно: зсувається, нахиляється, у нього випинаються грані. Кожен такий рух тягне шину, а шина — болт і клему: болти слабнуть, контакт гріється, різьба в алюмінієвій клемі розбивається. Стиснуті елементи стоять одним блоком, рамка стримує цей рух, і шини з клемами зайвого навантаження не несуть.

Чому не струбцини:

Як стискати правильно:

1. Дві жорсткі торцеві плити на всю широку грань крайніх елементів: сталь від 6 мм або алюміній від 10 мм, або товста фанера з металевим швелером поперек: тонка плита прогинається посередині, і тиск лишається лише по краях. Між плитою й елементом — ізоляційна пластина.
2. Чотири різьбові шпильки (M8 і товще) по кутах, уздовж ряду елементів. На кожну шпильку натягніть шланг — ПВХ чи силіконову трубку, яка щільно сидить на шпильці, — на всю довжину від плити до плити. Шпилька йде вздовж ребер усіх елементів, а корпус елемента може бути під напругою. Якщо від тертя чи вібрації пошкодиться термоусадкова плівка на корпусах, гола шпилька з'єднає корпуси кількох елементів, і між ними піде струм замикання. Тонка термоусадка на шпильці теж протирається; товстий шланг тертя витримує. Заразом він не дає шпильці торкнутися клем і шин.
3. На кожну шпильку — пружина під гайкою. Пружина тримає майже ту саму силу, коли елементи товщають і тоншають. Силу задають стиском пружини: якщо треба ~300 кгс на чотири шпильки, на кожну припадає ~75 кгс (≈ 740 Н). Пружина з жорсткістю 50 Н/мм дає таку силу, коли стиснута на ~15 мм.
4. Затягуйте гайки рівномірно, хрест-навхрест, по пів оберта, вимірюючи стиск пружин лінійкою.
5. Затягуйте на напівзаряджених елементах (на плато), а не на повних.

Пружини чи просто шпильки?

Наша порада: з пружинами краще. Якщо пружин немає, а батарея стоїть у резерві, жорсткі шпильки теж годяться, але затягуйте їх на напівзаряджених елементах лише до щільного прилягання, без зусилля, і раз на кілька місяців перевіряйте, чи не з'явився зазор і чи не випнулися грані.

Чи подовжує стискання ресурс? Так, але точніше сказати інакше: стискання дає змогу отримати паспортний ресурс, а понад нього нічого не додає.

Що менше циклів, то менша різниця. Батарея ДБЖ, яка стоїть повна й розряджається кілька разів на рік, старіє здебільшого від часу, тепла й напруги, на якій її тримають (див. Ресурс), а не від циклів.

Чи обов'язково для ДБЖ. У ДБЖ батарея більшість часу стоїть повна й розряджається рідко й невеликим струмом, тому без стискання вона теж працюватиме. Але щонайменше елементи мають стояти щільно, без зазорів, у рамці чи коробці, щоб не могли розійтися чи зсунутися. Інакше рух елементів передається на шини, а шини виривають клеми.

⚠ Здутий елемент стисканням не «вилікувати». Якщо грань уже опукла, такий елемент краще замінити, а не затискати.

[ВПИСАТИ: як стиснуто в нас — рамка, плити, шпильки, пружини чи без стискання; фото]

Ресурс: що подовжує життя батареї

Батарея старіє двома шляхами водночас: від циклів (заряд і розряд) і від часу, навіть коли просто стоїть. Час шкодить тим більше, що тепліше і що вище заряд. Для ДБЖ, де батарея майже весь час стоїть повна, важливіше друге.

Чи довше служить, якщо не заряджати й не розряджати до кінця

Коротко: так, і найбільше дає верхній край. LiFePO4 найшвидше старіє, коли довго стоїть повністю заряджена, особливо в теплі, а також від розряду нижче 2,5 В. Середина діапазону для елемента найспокійніша.

Порівнюйте енергію, а не кількість циклів. Продавці пишуть, наприклад, «6000 циклів при повному розряді й 8000 при 80 %». Але 8000 циклів по 80 % — це 6400 повних, тобто лише на 7 % більше енергії за весь строк. Кількість циклів росте здебільшого тому, що кожен цикл менший.

Раз на місяць-два — повний заряд до 3,55–3,60 В з вирівнюванням. BMS тоді уточнює відсоток заряду, балансир вирівнює елементи вгорі, а частина втрати від дрібних циклів повертається.

Якщо нова батарея просто лежить

Навіть без жодного циклу елемент старіє: на графітовому електроді повільно росте захисна плівка і зв'язує частину літію. Швидкість цього старіння найбільше залежить від температури, менше — від рівня заряду. Найшвидше ємність падає в перший рік, далі — повільніше.

Що ще змінюється, поки батарея лежить:

Як зберігати: заряд 30–60 % (напругою на плато його точно не визначити, тож повну батарею розрядіть приблизно на половину ємності), 10–25 °C, сухо, BMS відключено. Раз на 3–6 місяців перевіряйте напругу: жоден елемент не має опуститися нижче 3,0 В.

Купуючи «нові» елементи, питайте дату виготовлення партії: елемент, що два роки пролежав на складі повним і в теплі, уже не зовсім новий.

BMS: що вона вміє

BMS (система керування батареєю) — плата, через яку проходить весь струм батареї. Вона стоїть на «мінусі»: вивід B− — до «мінуса» першого елемента, вивід P− — до навантаження й зарядного блока (у нашій платі заряд і розряд ідуть через той самий вивід). Через окремий роз'єм із тонкими дротами плата міряє кожен елемент.

У платі JBD ключі заряду й розряду (по шість MOSFET) стоять послідовно, назустріч один одному. Тому струм будь-якого напрямку проходить через обидві групи. Коли спрацьовує захист, BMS закриває одну з груп: заряд або розряд.

Кожен поріг має «повернення»: значення, при якому захист знімається сам. Повернення після перезаряду — нижче порогу, після розряду — вище. Інакше ключ вмикається й вимикається раз у раз.

Які пороги ми радимо для LiFePO4 8S

Пасивне й активне балансування

Пасивне балансування BMS просто спалює надлишок найвищого елемента в резисторі, і робить це малим струмом. Батарею, яку вирівняли перед складанням, воно тримає, але різницю в кілька ампер-годин не вирівняє.

Тому в нас стоїть окрема плата активного балансування: вона переносить заряд від вищого елемента до нижчого струмом у кілька ампер і тримає різницю між елементами в кілька мілівольт. Власне балансування BMS ми вимкнули, щоб дві системи не працювали одна проти одної.

Дроти активного балансира йдуть на ті самі точки між елементами, що й дроти виміру BMS, і теж під болт клеми.

Струм: паспорт плати і скільки треба ДБЖ

Плата розрахована на 50 А. SUA1000I на повній потужності бере з батареї до ~38 А, SUA1500I — до ~55 А, тож SUA1500I на повному навантаженні вже сам виходить за номінал, а обидва разом — і поготів. У нас навантаження менше [ВПИСАТИ: реальний струм розряду обох ДБЖ]. Поріг струму розряду в BMS має бути вищим за реальний струм, інакше BMS вимкне ДБЖ під навантаженням. Струм заряду — це сума зарядного блока й самих ДБЖ, які теж підзаряджають батарею; ця сума має бути нижчою за поріг заряду в BMS.

Піднімати поріг струму вище паспорта плати можна лише після перевірки її нагріву під струмом: сходинками, стежачи за датчиком плати. Цей тест ми ще не робили.

Шунти: скільки струму вони витримують

Шунт — резистор дуже малого опору, через який іде весь струм батареї. BMS міряє на ньому напругу (міліволти) і з неї рахує струм. Щоб шунт менше грівся, на платі ставлять кілька однакових резисторів паралельно. На нашій платі їх п'ять, з маркуванням 0m50.

Як читати маркування шунтів:

Як рахувати. П'ять шунтів по 0,50 мОм паралельно — це 0,50 ÷ 5 = 0,10 мОм разом, і кожен бере п'яту частину струму. Скільки витримує один шунт, задає його паспортна потужність P, а вона залежить від корпусу. Струм одного шунта I = √(P ÷ R). Для тривалої роботи вносимо дві поправки:

• 60 % паспортної потужності. Паспортну потужність вказують для +70 °C, а шунти стоять поруч із гарячими ключами. Вище +70 °C допустиму потужність знижують.
• Нерівномірність 15 %. Доріжки до резисторів трохи різні, тож найнавантаженіший шунт бере на 15 % більше за середнє.

Скільки тепла виділяють шунти (тепло = струм² × 0,10 мОм; найгарячіший — з поправкою на нерівномірність) і яке падіння напруги дають:

Висновок для нашої плати. Шунти — не слабке місце: навіть п'ять звичайних шунтів на 1 Вт тривало тримають ≈ 150 А. Межу задають ключі, 6 + 6 MOSFET: для них розумна межа — ~80–100 А. Для порівняння, при 100 А шунти разом виділяють 1 Вт, а дванадцять ключів ≈ 16 Вт.

[ВПИСАТИ: розмір і вигляд наших шунтів — 2512 чи більші, металеві чи звичайні; фото]

⚠ Опір шунта записаний і в налаштуваннях BMS (регістр 2C, «опір шунта»). Плата рахує струм саме за цим числом. Якщо допаяти чи замінити шунти, покази струму стануть неправильними. Тоді струм калібрують заново: навантаження з відомим струмом, струмові кліщі на дроті, і BMS виставляє новий опір сама. Число в регістрі 2C руками не підбирайте.

Калькулятор шунтів. Впишіть маркування (0m50, R001) або опір у міліомах, кількість шунтів, паспортну потужність одного шунта й струм батареї. Калькулятор покаже тривалу межу струму, тепло й падіння напруги. Якщо вписати потрібний тривалий струм, він покаже, на яку потужність має бути кожен шунт.

Порядок підключення BMS

1. Перевірте роз'єм виміру до того, як вставити його в плату. Мультиметр: чорний щуп — на дріт першої точки («мінус» батареї), червоний — по черзі на кожен наступний дріт. Напруга має зростати рівними кроками по ~3,3 В: 3,3 → 6,6 → 9,9 … → ~26,4 В. Пропущений крок або спадання означає, що дроти переплутано.
2. Підключіть B− плати до «мінуса» батареї.
3. Вставте роз'єм виміру в плату. Точний порядок кроків 2 і 3 дивіться в інструкції до своєї плати: у різних виробників він різниться.
4. Підключіть P− до навантаження й зарядного блока. Ніколи не з'єднуйте B− і P− напряму: так весь струм піде повз захист.
5. Перевірте покази: усі вісім елементів, сума дорівнює напрузі на клемах батареї, температури правдоподібні.

Від'єднуйте у зворотному порядку: спершу навантаження, потім роз'єм виміру, останнім B−.

Термодатчики: куди їх ставити

Наша плата показує три температури: два виносні датчики (NTC 10 кОм на дротах) і датчик самої плати біля ключів. [ВПИСАТИ: котрий із трьох показів належить платі; його легко впізнати: під великим струмом він росте, а два інші майже ні.] У налаштуваннях BMS вибирається, які датчики ввімкнені. Вимкнений датчик не показується й у захисті не бере участі.

🔑 Головне, що треба знати: окремих порогів для кожного датчика плата не має. Усі ввімкнені датчики працюють з тими самими порогами перегріву й холоду для заряду й для розряду. Отже, поріг «45 °C на заряді» стосується й датчика плати. При наших струмах (десятки ампер) плата гріється слабко, і це не заважає. Але якщо підняти струм до 80–100 А, плата може нагрітися до 45 °C і вимкнути заряд, хоча елементи холодні. Виносні датчики на плату чи її радіатор не ставимо: там уже є її власний.

Якщо батарея завжди в теплі

Коли батарея працює лише при плюсовій температурі, холоду боятися не треба, і обидва виносні датчики стежать за перегрівом:

Те, що датчик на клемі теж підпадає під поріг 45 °C, — так задумано: якщо контакт нагрівся до 45 °C, з ним щось не так, і заряд краще зупинити, доки болт не перевірять.

Захист від заряду на холоді (2 °C) однаково лишайте ввімкненим. Він нічого не коштує, а «тепле» приміщення стає холодним, якщо взимку надовго зникає опалення.

Якщо батарея може опинитися на морозі

Тоді виносний датчик 2 переносимо з клеми туди, де найхолодніше: на бічну грань крайнього елемента, ближче до низу або з того боку, звідки тягне холодом. Саме він заборонить заряд на морозі. Датчик 1 лишається на середньому елементі. Клему без датчика перевіряйте рукою чи тепловізором після години під великим струмом.

⚠ Датчик на клемі «+» — лише в цілій ізоляції і не під болт: клема на 25–29 В вище за «мінус» BMS. Як саме кріпити — у розділі про датчик на клемі.

Як закріпити:

• головка датчика має щільно прилягати до металу чи корпусу: тонкий шар термопасти, зверху каптоновий або алюмінієвий скотч;
• поверх — шматок поролону чи іншого утеплювача, щоб датчик міряв елемент, а не повітря;
• дроти датчиків прокладайте подалі від силових шин і закріплюйте, щоб їх не перетерло;
• між елементами датчик не затискайте: там він або продавить ізоляцію, або опиниться в зазорі й міряти буде погано. Широкі грані в стиснутій батареї закриті, тому датчики — на відкриті бічні грані;
• верх елемента між клемами не займайте: там запобіжний клапан, його не можна закривати.

Перевірка. У спокої, коли батарея кілька годин без струму, усі три покази мають бути однакові ±1–2 °C. Якщо один показує значно інакше, датчик погано прилягає або пошкоджений. Ми стежимо за датчиками постійно: якщо датчик зник або показує неможливу температуру, приходить сповіщення.

[ВПИСАТИ: де стоять виносні датчики в нас; фото]

Перевірка зібраної батареї

Повний розряд, щоб виміряти справжню ємність, ми робимо рідко і з ДБЖ: про це в статті про APC Smart-UPS з LiFePO4.

Розкид росте під струмом: перевірте болти

Різниця напруг між елементами буває двох видів, і причини в них різні:

Чому контакт впливає на покази: BMS міряє напругу елемента разом із падінням напруги на з'єднанні біля нього. Під струмом поганий контакт додає до показу десятки мілівольт, і елемент поруч здається вищим чи нижчим, ніж є насправді. Через це BMS може вимкнути заряд чи розряд раніше, ніж треба, а балансир — переганяти заряд туди, де він не потрібен.

Як знайти поганий контакт:

1. Порівняйте покази BMS у спокої й під сталим великим струмом. Елемент, чий показ «стрибає» найбільше, вказує на місце: шукайте біля його клем.
2. Під тим самим струмом виміряйте мультиметром падіння напруги на кожному з'єднанні: один щуп — на тіло клеми елемента, другий — на шину чи наконечник на ній. Справні з'єднання дають близькі значення, по кілька мілівольт, погане — у рази більше за сусідні. Працюйте обережно: щуп не має торкнутися сусідньої клеми.
3. Через годину під струмом торкніться клем рукою чи огляньте тепловізором: поганий контакт тепліший за інші.
4. Знайшли — вимкніть навантаження й зарядку, відкрутіть болт, почистіть клему й наконечник, складіть у правильному порядку і затягніть динамометричним ключем до моменту з паспорта. «Про всяк випадок» сильніше не тягніть: різьба в алюмінієвій клемі зривається.
5. Перевірте, що дроти виміру BMS і балансира стоять під болтом клеми, а не на середині шини, і що їхні наконечники тримаються.

⚠ Поганий контакт не лише псує покази. Під струмом він гріється, від нагріву слабне ще більше, і так плавляться клеми й горять шини. Тому якщо розкид росте під струмом, перевіряйте болти того ж дня.

Керування BMS: командний рядок, Python, мікроконтролер

Плату JBD можна не лише читати: з комп'ютера чи мікроконтролера її налаштовують і вмикають чи вимикають ключі заряду й розряду. Нижче — як із нею обмінюватися даними, готові кадри команд, програми й бібліотеки.

⚠ Вимкнути ключ розряду означає знеструмити все, що живиться від батареї, у нашому випадку обидва ДБЖ разом із серверами. Команди запису спершу пробуйте на батареї без навантаження.

Підключення

⚠ Маса UART у більшості плат з'єднана з «мінусом» елементів (B−). Якщо контролер чи комп'ютер має спільну масу з навантаженням або з іншою батареєю, то коли BMS вимкне ключі, струм може піти тонким дротом UART і спалити перехідник або плату. Одна BMS — один контролер. Де маси можуть з'єднатися — гальванічна розв'язка: ізольований перехідник USB → UART або ізолятор цифрових ліній.

Як побудовано команду

Кожна команда — кадр байтів:

DD  A5|5A  команда  довжина  дані…  сума (2 байти)  77

• A5 — читати, 5A — писати;
• сума = 0x10000 − (команда + довжина + усі байти даних), старший байт першим;
• відповідь: DD команда статус довжина дані… сума 77; статус 0 означає «гаразд», а суму у відповіді рахують від статусу.

Готові кадри, сума вже порахована:

У команді E1 встановлений біт означає «вимкнути»: біт 0 — заряд, біт 1 — розряд. У відповіді на 03 навпаки: 1 означає «увімкнено». Шліть лише ці два біти, решта — нулі.

Що у відповіді на 03 і 04

Усі числа — старшим байтом першим.

Відповідь на 04 — по 2 байти на кожен елемент, у мілівольтах.

Налаштування в EEPROM

Пороги, затримки й ємність зберігаються в EEPROM плати. Читати й писати їх можна лише в службовому режимі:

1. Якщо на Bluetooth стоїть пароль, спершу передайте його записом регістру 06. У нас після встановлення пароля читання через UART працювало, а запис — ні.
2. Увійдіть у службовий режим: DD 5A 00 02 56 78 FF 30 77.
3. Регістр читають кадром A5 з номером регістру й нульовою довжиною, записують кадром 5A із двома байтами значення.
4. Після запису прочитайте регістр ще раз і звірте.
5. Виходьте зі збереженням (28 28), лише якщо все звірилося. Інакше — вихід без збереження (00 00), і плата лишається зі старими значеннями.

Приклад — поріг перенапруги елемента, регістр 24, у мілівольтах. Прочитати: DD A5 24 00 FF DC 77. Записати 3,60 В = 3600 мВ = 0E 10: DD 5A 24 02 0E 10 FF BC 77.

⚠ Кількість елементів (регістр 2F) і опір шунта (2C) не чіпайте: помилка в них ламає вимір.

Командний рядок: jbdtool

Відкрита програма для Linux jbdtool працює через послідовний порт, Bluetooth, CAN або мережу (через перехідник на ESP):

jbdtool -t serial:/dev/ttyUSB0,9600            # основні дані й елементи
jbdtool -t serial:/dev/ttyUSB0,9600 -j         # те саме в JSON
jbdtool -t serial:/dev/ttyUSB0,9600 -r -a      # усі налаштування EEPROM
jbdtool -l                                     # назви параметрів
jbdtool -t serial:/dev/ttyUSB0,9600 -r BalanceStartVoltage BalanceWindow
jbdtool -t serial:/dev/ttyUSB0,9600 -w NtcConfig NTC1,NTC2
jbdtool -t serial:/dev/ttyUSB0,9600 -g off     # вимкнути заряд (on — увімкнути)
jbdtool -t serial:/dev/ttyUSB0,9600 -G off     # вимкнути розряд — знеструмить навантаження!

⚠ Параметр -w переписує поле з бітами цілком: назви, яких немає в списку, вимикаються. -w NtcConfig NTC1,NTC2 вимкне всі інші датчики.

Програма з графічним інтерфейсом: bms-tools

bms-tools — відкрита програма на Python для Windows і Linux. Уміє те саме, що й фірмовий застосунок: покази, усі налаштування EEPROM, калібрування, керування ключами, запис журналу. Усередині — окрема бібліотека, яку можна взяти для своїх скриптів.

Свій скрипт на Python

Для простих задач бібліотека не потрібна: кадр короткий. Скрипт нижче читає основні дані й елементи (потрібен pip install pyserial):

import struct
import serial

def frame(cmd, data=b'', write=False):
    # DD, A5 (читати) або 5A (писати), команда, довжина, дані, сума, 77
    body = bytes([cmd, len(data)]) + data
    crc = (0x10000 - sum(body)) & 0xFFFF
    return bytes([0xDD, 0x5A if write else 0xA5]) + body + crc.to_bytes(2, 'big') + b'\x77'

def ask(port, cmd, data=b'', write=False):
    port.reset_input_buffer()
    port.write(frame(cmd, data, write))
    head = port.read(4)  # DD, команда, статус, довжина
    if len(head) < 4 or head[0] != 0xDD:
        raise IOError('BMS не відповіла')
    if head[2] != 0:
        raise IOError('BMS повернула помилку %#04x' % head[2])
    body = port.read(head[3])
    tail = port.read(3)  # сума (2 байти) і 77
    if len(body) != head[3] or len(tail) != 3 or tail[2] != 0x77:
        raise IOError('неповна відповідь')
    if (0x10000 - sum(head[2:4] + body)) & 0xFFFF != int.from_bytes(tail[:2], 'big'):
        raise IOError('не збіглася контрольна сума')
    return body

with serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 9600, timeout=1) as p:
    d = ask(p, 0x03)
    volt, cur, remain = struct.unpack('>HhH', d[0:6])
    print('батарея %.2f В, струм %.2f А, залишок %.2f А·год, заряд %d %%' % (volt / 100, cur / 100, remain / 100, d[19]))
    print('заряд', 'увімк.' if d[20] & 1 else 'вимк.', '· розряд', 'увімк.' if d[20] & 2 else 'вимк.')
    print('температури, °C:', [(int.from_bytes(d[23 + 2 * i:25 + 2 * i], 'big') - 2731) / 10 for i in range(d[22])])
    c = ask(p, 0x04)
    print('елементи, В:', [int.from_bytes(c[i:i + 2], 'big') / 1000 for i in range(0, len(c), 2)])

Вимкнути заряд тим самим скриптом: ask(p, 0xE1, b'\x00\x01', write=True); увімкнути назад — b'\x00\x00'. У Windows замість /dev/ttyUSB0 пишіть COM3 (номер видно в диспетчері пристроїв).

Мікроконтролер

Найпростіший шлях — ESP32 з ESPHome: UART на 9600 біт/с на двох вільних виводах, і батарея з'являється в Home Assistant з перемикачами заряду й розряду. Автор проєкту попереджає про те саме, що й ми вище: на кожну BMS — свій контролер, без спільної маси між батареями.

Журнал змін статті

• 2026-11-10 — ресурс: чи подовжує його стискання і неповний діапазон заряду; що з батареєю, яка просто лежить (таблиці й графік); напруги популярних збірок. Раніше того ж дня: таблиці дротів розбито на вужчі; стискання — друга мета, шланг на шпильки, пружини чи шпильки.
• 2026-11-09 — розділ «Головне»: куди що під'єднати, 15 питань із наслідками, техніка безпеки; запобіжник, що згорить раніше за дріт; розкид напруг під струмом і перевірка болтів.
• 2026-11-09 — керування BMS (протокол, jbdtool, bms-tools, Python, ESP32 і Arduino); термодатчики: два виносні й датчик плати, окремо — для теплого приміщення й для морозу.
• 2026-11-09 — перша чернетка: складання, BMS, термодатчики, стискання. Фото й наші конкретні рішення додамо після обговорення.