Как выбрать батарею и BMS под мощный контроллер: токи, просадки, защита

Введение

Ключевой фактор надежной работы мощного контроллера — правильно подобранная батарея и BMS. Ошибки в выборе приводят к провалам напряжения при пиковых нагрузках, ложным срабатываниям защиты или к перегреву и повреждению элементов. Ниже — практическое руководство с формулами, проверками и требованиями к компонентам.

1. Определение электрических требований

1.1 Оценка мощностей и токов

• Вычислите максимальную механическую мощность мотора (P_mech) и КПД силовой части (η): P_elec = P_mech / η.
• Пиковый ток контроллера I_peak = P_elec_max / V_batt_min. Для кратковременных перегрузок учитывайте коэффициент пиков (1.5–3× от номинала).
• Номинальный ток I_cont = P_elec_nom / V_batt_nom.

Пример: мотор 12 кВт, КПД 90% при 72 В → P_elec = 13.33 кВт → I_peak ≈ 185 A (при 72 В). Значит батарея и BMS должны выдерживать минимум 200–300 A пиково с запасом.

1.2 Емкость и C-rate

• Выбор емкости (Ah) зависит от желаемого времени работы: Ah = (P_avg / V) * (t_hrs) / глубина разряда (DoD).
• Выбирайте элементы с допустимым C-rate ≥ требуемого (например, для 200 A и 20 Ah нужен C≥10C). Если элементы не выдерживают, увеличьте параллели.

1.3 Влияние внутреннего сопротивления (ESR) и просадки

• Просадка ΔV = I_load * ESR_total. Для допустимой просадки 5% при 72 В ΔV_max = 3.6 В.
• ESR элемента = типичное значение производителя. ESR_total = ESR_cell / параллелей.
• Учитывайте нагрев: ESR растёт с температурой.

2. Конфигурация батареи: S × P

• S (рядов) = номинальное напряжение батареи / напряжение одной ячейки (например, для 72 В с Li-ion ≈ 20S при 3.6 В номинале).
• P (параллелей) определяется по току: P ≥ I_cont / (I_cell_cont), где I_cell_cont — допустимый непрерывный ток одной ячейки.
• Резерв: добавьте 10–30% к P для деградации элементов и расчёта пиков.

Пример: ячейки 21700, 5 Ah, 10 A continuous (2C). Для I_cont = 200 A нужно P ≥ 200/10 = 20 параллелей.

3. Выбор типа элемента

• LFP (LiFePO4): ниже энергия по массе, лучше термостабильность, большая цикличность, ниже ESR — предпочтительно при высоких токах и требуемой безопасности.
• NMC/NCA: выше плотность энергии, более высокая ESR и риск теплового разгона — требует жёсткой системы защиты и контроля.

Выбор зависит от массы/объёма, стоимости и требований по температуре/безопасности.

4. Требования к BMS

4.1 Токовые характеристики

• BMS должен иметь номинал постоянного тока ≥ I_cont и пиковые возможности ≥ I_peak (или внешние контакторы/фьюзы для пиков).
• MOSFETы BMS часто рассчитаны на непрерывный ток меньше, чем их пиковые характеристики на короткие интервалы. Сверяйте тепловой режим и рассеивание.

4.2 Защиты и логика

• Защиты: OVP/UVP, OCP (короткое/пиковое), SCP (коротк. замыкание), OTP (температура), балансировка, защита от обратного тока рекуперации.
• Для систем с рекуперацией фиксируйте максимально допустимый зарядный ток BMS либо используйте внешнюю рекуперативную проверку в контроллере. См. настройки рекуперации контроллера при интеграции: https://dellerev.com/2026/01/nastroyka-votol-toki-rekuperaciya-start-zashchita-temperatury/

4.3 Балансировка ячеек

• Passive balancing: недорого, подходит для систем с относительно равномерными ячейками и невысокими токами балансировки.
• Active balancing: требуется при большом S и требовательной цикличности — уменьшает деградацию и позволяет использовать большую DoD.

4.4 Интерфейсы и телеметрия

• CAN/UART для обмена с контроллером: обмен данными о SOC, ошибках, температурах и токах обязателен для корректных soft-limits.
• Посмотрите примеры интеграции BMS и контроллера в статьях по FOC и контроллерам для понимания взаимодействия: https://dellerev.com/2026/01/foc-upravlenie-edet-myagche/

5. Тепловой менеджмент и механика

• Рассчитайте тепловую нагрузку MOSFETов BMS и кабелей: P_loss = I^2 * R. Обеспечьте теплоотвод и вентиляцию.
• Разместите температурные сенсоры на критических точках: банки, токовые шлейфы, сборки BMS.
• Используйте термоскотч и клей для датчиков, контролируйте контактные сопротивления.

6. Защита цепей и предохранители

• Включите предохранитель или автоматический выключатель на положительной клемме с номиналом выше ожидаемого постоянного тока, но способным быстро срабатывать при коротком замыкании.
• Добавьте pre-charge резистор или NTC между батареей и контроллером для ограничения входного тока при подключении конденсаторов инвертора.

7. Интеграция с контроллером и настройка

• Установите соотношение токов в контроллере и BMS: задайте в прошивке контроллера soft-stop по току и SOC, а в BMS — жесткую защиту по напряжению/току.
• Обязательно протестируйте поведение при рекуперации: контроллер может возвращать токи, превышающие допустимое для BMS; в этом случае примените внешнюю ограничительную схему или настройку регенерации. Смотрите практические настройки рекуперации: https://dellerev.com/2026/01/nastroyka-votol-toki-rekuperaciya-start-zashchita-temperatury/
• При подборе мотора учитывайте соответствие батареи и контроллера — см. рекомендации по подбору мотора QS Motor: https://dellerev.com/2026/01/podbor-elektromotora-qs-motor/

8. Тестирование перед эксплуатацией

• Тест пикового разряда: короткие импульсы с контролируемым охлаждением, фиксируйте ΔV и температуру.
• Тест балансировки: доведите батарею до полного и посмотрите выравнивание; измерьте балансный ток.
• Измерение внутреннего сопротивления (IR): AC-импульс или короткий импульс нагрузки для расчёта ESR.

9. Практические рекомендации и чек-лист

• Всегда закладывайте коэффициент запаса по току 1.2–1.5×.
• Предпочитайте ячейки с низким ESR и высокой цикличностью (для высоких токов — LFP или специальные высокотоковые NMC).
• Разделяйте силовые шины: отдельный шунт/датчик тока для BMS и для контроллера — исключите ложные показания.
• Настройте CAN-сообщения BMS для трансляции аварийных флагов в контроллер с задержкой