4S BMS'te B- birinci hücrenin eksisine, B1, B2 ve B3 hücrelerin birleşim noktalarına, B+ dördüncü hücrenin artısına bağlanır; yük ve şarj cihazı P+ ile P- uçlarına gelir. 4S Li-ion paket 14,8V nominal ve 16,8V tam dolu, 4S LiFePO4 paket ise 12,8V nominal ve 14,6V tam doludur.
Dört seri hücreli paket iki farklı amaçla yapılır: 18650 Li-ion hücrelerle 14,8V'luk güçlü bir paket ya da LiFePO4 hücrelerle 12V kurşun asit akünün yerine geçen 12,8V'luk bir paket. İkisinde de bağlantı şeması aynıdır, ama BMS, şarj gerilimi ve kesim değerleri farklıdır. Bu yazıda 4S BMS bağlantı şemasını uç uç anlatıyor, iki kimyayı karşılaştırıyor ve akım seçimiyle şarjı açıklıyoruz. Genel BMS bilgisi için BMS nedir, nasıl bağlanır yazımıza bakabilirsiniz.
4S BMS nedir?
4S BMS, seri bağlı dört lityum hücreden oluşan paketin her hücresini ayrı ayrı izleyen ve paketi aşırı şarj, aşırı deşarj, aşırı akım ve kısa devreye karşı koruyan bir koruma kartıdır. Adındaki 4S, dört seri hücre ya da dört seri paralel grup anlamına gelir. 4S2P gibi paketlerde paralel gruplar tek hücre gibi sayılır ve yine 4S BMS kullanılır.
Kart, hücre kimyasına göre üretilir. Li-ion kartı hücre başına 4,2V civarında, LiFePO4 kartı 3,65V civarında şarjı keser. Bu nedenle "4S BMS" alırken kimyayı da mutlaka kontrol edin.
4S Li-ion ve 4S LiFePO4 paket kaç volt olur?
4S Li-ion paket 14,4-14,8V nominal, 16,8V tam doludur; 4S LiFePO4 paket ise 12,8V nominal, 14,6V tam doludur. LiFePO4 paketin gerilim aralığı 12V kurşun asit aküye yakın olduğu için güneş enerjisi, karavan ve UPS projelerinde tercih edilir.
| Özellik | 4S Li-ion / LiPo | 4S LiFePO4 |
|---|---|---|
| Hücre nominal / tam | 3,6-3,7V / 4,2V | 3,2V / 3,65V |
| Paket nominal | 14,4-14,8V | 12,8V |
| Paket tam dolu (şarj gerilimi) | 16,8V | 14,4-14,6V |
| Paket yaklaşık boş | 10,0-12,0V | 10,0V |
| Tipik kullanım | El aleti, robot, taşınabilir güç | 12V akü yerine, güneş enerjisi, UPS |
Boş paket gerilimi, kartın aşırı deşarj eşiğine bağlıdır ve modelden modele değişir. Hücre değerlerinin kaynağı olarak Battery University'nin lityum iyon türleri sayfası kullanılabilir.
4S BMS bağlantı şeması nasıldır?
4S BMS'te beş pil ucu bulunur: B- 1. hücrenin eksisine, B1 1-2, B2 2-3, B3 3-4 birleşim noktasına, B+ 4. hücrenin artısına bağlanır. Yük ve şarj cihazı P+ (paket artısı) ile P- arasına gelir. Denge soketli kartlarda bu uçlar tek bir JST soketinde B0-B4 olarak toplanmış olabilir.
| BMS ucu | Bağlantı noktası | Li-ion dolu (B-'ye göre) | LiFePO4 dolu (B-'ye göre) |
|---|---|---|---|
| B- (B0) | 1. hücre eksisi | 0V | 0V |
| B1 | 1. artı / 2. eksi | ≈ 4,2V | ≈ 3,6V |
| B2 | 2. artı / 3. eksi | ≈ 8,4V | ≈ 7,3V |
| B3 | 3. artı / 4. eksi | ≈ 12,6V | ≈ 10,9V |
| B+ (B4) | 4. hücre artısı | ≈ 16,8V | ≈ 14,6V |
4S BMS adım adım nasıl bağlanır?
- Hücreleri eşleyin: Dört hücre aynı model ve kapasitede olsun, gerilim farkı 0,05V'u geçmesin.
- Paketi kurun: Hücreleri nikel şeritle punta kaynağıyla seri bağlayın. LiFePO4 için Orion IFR32700 3.2V 6000 mAh LiFePO4 pil ve 32700 pil tutucu braket ile vidasız ve düzenli bir paket kurulabilir.
- Kabloları ölçün: Denge kablolarını bağlayın, soketi BMS'e takmadan önce her komşu uç arasında bir hücre gerilimi okuyun.
- B- önce: BMS'in B- ucunu paket eksisine bağlayın.
- Denge uçları: B1, B2, B3 ve B+ uçlarını sırayla bağlayın ya da denge soketini takın. Sökerken ters sırayı izleyin.
- Çıkış: Yük ve şarj cihazını P+ ile P- arasına bağlayın, P+ hattına sigorta ekleyin.
- Etkinleştirme: Çıkış yoksa şarj cihazını kısa süre bağlayın.
Hangi 4S BMS'i seçmeliyim?
Doğru 4S BMS, hücre kimyasına uygun, yükün sürekli akımından %20-30 daha yüksek akımlı ve tercihen balanslı olandır. Dört hücrede dengesizlik ikili pakete göre daha kolay oluştuğu için balans özelliği burada daha önemlidir. Pasif balans, şarjın sonunda yüksek hücreden onlarca miliamper civarında akımı harcatarak hücreleri eşitler.
- Küçük akım ve sıcaklık izleme için 4S 16.8V 7A balanslı BMS 10K NTC sensörüyle gelir.
- El aleti ve robot gibi orta akımlı Li-ion projelerde XR 4S 15A Li-ion yonca BMS 16,8V tam şarjlı paketler için balanslıdır.
- LiFePO4 paketler için 4S 30A LiFePO4 balanslı BMS 12,8V nominal, 14,6V en yüksek şarj gerilimiyle çalışır.
Sürekli ve pik akım farkı
Sürekli akım, kartın ısınmadan uzun süre taşıyabildiği akımdır; pik akım ise milisaniyeler ile birkaç saniye arasında izin verilen kısa süreli değerdir. Motorlu yüklerde kalkış akımı pik değeri aşarsa BMS çıkışı keser. Örneğin 14,8V'luk pakette 100W çeken bir motor, 12V civarına inmiş pakette yaklaşık 8,3A çeker; %30 payla 11A eder ve 15A'lik bir kart bu yük için uygundur.
4S paket nasıl şarj edilir?
4S Li-ion paket 16,8V, 4S LiFePO4 paket 14,4-14,6V CC-CV şarj cihazıyla P+ ve P- uçlarından şarj edilir. Şarj cihazı kimyaya uygun değilse BMS sürekli kesmeye zorlanır ya da paket hiç dolmaz. USB'den beslenen küçük Li-ion paketler için 4S 2A Type-C 16.8V şarj modülü kullanılabilir.
LiFePO4 paketi 12V kurşun asit akü şarj cihazıyla doldurmak önerilmez. Bu cihazların bazıları desülfatasyon gibi yüksek gerilim darbeleri ya da sürekli damla şarj uygular; lityum hücreler damla şarjı kabul etmez.
En sık yapılan hatalar nelerdir?
- Denge kablosunu kaydırmak: B2'yi B3 noktasına bağlamak bir hücreyi iki hücre gerilimine maruz bırakır ve kartı yakabilir.
- Eşitlenmemiş hücreler: Pasif balans büyük farkları günlerce düzeltemez; hücreler önceden eşitlenmelidir.
- Kimya karışıklığı: Li-ion BMS'i LiFePO4 pakette kullanmak hücreleri 4,2V'a kadar zorlar.
- Yalıtımsız montaj: 16,8V pakette kısa devre akımı çok yüksektir; şeritler ve BMS izole edilmeli, kablolar aşınmaya karşı korunmalıdır.
Sık sorulan sorular
Li-ion 4S BMS LiFePO4 pakette çalışır mı?
Hayır, çalışmaz. Li-ion kartı hücre başına yaklaşık 4,2-4,25V'ta şarjı keser; LiFePO4 hücre ise 3,65V'ta doludur. Kart, LiFePO4 hücrelerin aşırı şarjını engellemez ve deşarj eşiği de uygun değildir. LiFePO4 paket için LiFePO4 olarak belirtilmiş 4S BMS kullanın.
4S LiFePO4 paket 12V akü yerine kullanılır mı?
Evet, 12,8V nominal ve 10-14,6V çalışma aralığıyla 4S LiFePO4 paket birçok 12V cihazda kurşun asit akünün yerine kullanılır. Şarj tarafının LiFePO4 uyumlu olması ve BMS akımının yükü karşılaması gerekir. Araç marş uygulamaları için ise yüksek pik akımlı özel starter BMS'ler gerekir.
4S paketin doluluğu nasıl izlenir?
Li-ion pakette 16,8V tam dolu, yaklaşık 14,8V yarı dolu, 12V'un altı boş kabul edilir. Sürekli izleme için 13,2-16,8V aralığında çalışan 4S kapasite göstergesi P+ ve P- uçlarına bağlanabilir. LiFePO4'te gerilim eğrisi çok düz olduğu için gerilimden doluluk tahmini daha az hassastır.
BMS'teki NTC kablosu ne işe yarar?
NTC, sıcaklıkla direnci değişen bir sensördür ve BMS'in paket sıcaklığını izlemesini sağlar. Hücreler arasına ya da en sıcak noktaya yerleştirilir. Paket çok ısınırsa kart şarjı veya deşarjı keser. NTC'li bir kartta sensör takılmazsa bazı kartlar hiç çıkış vermez.
4S BMS'e şarj cihazı bağlayınca neden çıkış geliyor?
Birçok BMS, ilk montajda ya da aşırı deşarj korumasından sonra kilitli kalır ve P+ ile P- uçlarına şarj gerilimi gelince yeniden etkinleşir. Bu bir arıza değildir. Ancak şarj cihazı bağlandıktan sonra da çıkış yoksa hücre gerilimlerini ve denge kablolarının sırasını tek tek ölçün.
Özet
- 4S BMS'te B-, B1, B2, B3, B+ sırayla hücre birleşim noktalarına; yük ve şarj cihazı P+ ile P-'ye bağlanır.
- 4S Li-ion paket 14,8V nominal, 16,8V tam; 4S LiFePO4 paket 12,8V nominal, 14,6V tam doludur.
- BMS kimyaya göre seçilir; Li-ion kartı LiFePO4 pakette kullanılmaz.
- Akım seçimi yükün sürekli akımına %20-30 pay eklenerek yapılır, pik değer yalnızca kısa süreli akım içindir.
- Hücreler bağlantıdan önce eşitlenir, denge kabloları ölçülür, paket yalıtılır ve sigortalanır.