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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LiIon-Balancer


Autor: MC (Gast)
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Frohe Weihnachten euch allen!

Über die Feiertage beschäftige ich mich mit einem LiIon-Balancer.
Dieser funktioniert auch soweit. Allerdings habe ich (nach meinem 
Verständnis) vom Balancer mehr erwartet.

Im Anhang findet ihr den Schaltplan.
Der Balancer besteht eigentlich nur aus einem I-Regler, welche die 
Soll-Spg mit der Ist-Spg vergleicht und mittels den 
Darlington-Transistoren über einen 3,3Ohm Lastwiderstand jeweils den 
Akku mit der zu hohen Zellenspg entlädt.

Mein (Verständnis?)Problem ist, dass ich zwischen Soll- und Ist-Wert 
eine Differenz messen kann, ohne dass der Regler an seine 
Betriebsgrenzen fährt.
Der Ausgang bleibt bei einem konstanten Wert (weit weg von den 
Betriebsgrenzen).
Ich habe schon mehrere Werte für R und C ausprobiert. Angefangen bei 
10kOhm und 100nF bis runter zu 1kOhm und 22pF! Aber der Regler verändert 
sein Verhalten nicht!

Danke schonmal für eure Mühe, mir die Tomaten von den Augen zu nehmen.

Autor: MC (Gast)
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sry, hab im Plan vergesen beim OP den + und - Eingang zu kennzeichnen.
Also: oberer Eingang ist +, unterer entsprechend -.

Autor: alibaba (Gast)
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Hi MC,
ich bin wirklich nicht der große analog Freak und werde dir vermutlich 
nicht die Tomaten von den Augen nehmen können, aber mich interessiert 
deine Schaltung. Daher ein paar naive Fragen zum Verständnis:

1. Im Moment erzeugst du doch eine Referenzspannung aus der Hälfte der 
Gesammtspannung beider Zellen. Sollte ein Balancer nicht nur bis zu 
einer fixen Spannung Zellen entladen? So wird doch immer die jeweils 
höher geladene Zelle entladen. Eine Zelle wird das immer sein. Es sollen 
aber nur überladene Zellen entladen werden.

2. Was soll dein Regeler (vermute mal damit meinst du das RC-Glied) denn 
tun? Bei meinem Verständnis bleibt nichts zu Regeln. Es soll simpel 
"volle pulle" entladen werden, wenn eine Zelle die maximale Ladespannung 
überschreitet.

3. Was kann man an dem Poti einstellen? Habe noch nie OPV mit Offset 
benutzt ... versuche ich mir gerade mal anzueignen. Die Innenschaltung 
gibt mir gerade wieder Rätsel auf.

Grüße und vielen Dank schon mal.

Autor: MC (Gast)
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Meine Referenzspg ist die halbe Gesamtspannung, das stimmt. Sind die 
Zellen gleich geladen und in gleichem Zustand dann sollte jede Zellenspg 
dem entsprechen.
Sinn meiner Schaltung ist es, die Zellen so gut wie möglich zu 
symmetrieren.
Bsp: ein Akkupack aus vier Zellen. Der Akku hat eine Nennspg von 14,4V. 
Theoretisch kann man ihn bis unter 3V pro Zelle, also unter 12V 
entladen. Was ist jetzt aber, wenn eine Zelle nicht mehr ganz fit ist 
und sich schneller entlädt, als die anderen? Dann ist diese Zelle 
schnell unter 2,5V entladen und damit tiefentladen (-> schrott), obwohl 
das Akkupack gesamt vllt noch 13V hat!

Der Regler soll theoretisch solange den Entladestrom erhöhen, bis beide 
Zellen gleiches Spg-Niveau haben. Das Poti am OP ist nur zur 
Offsetjustierung. Das kannste dir auch wegdenken. Der Regler soll aus 
dem OP, R und C bestehen.

Autor: alibaba (Gast)
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MC schrieb:
> Was ist jetzt aber, wenn eine Zelle nicht mehr ganz fit ist
> und sich schneller entlädt, als die anderen? Dann ist diese Zelle
> schnell unter 2,5V entladen und damit tiefentladen (-> schrott), obwohl
> das Akkupack gesamt vllt noch 13V hat!

Okay aber dagegen kann doch deine Schaltung auch nichts tun. Balancer 
benutzt man doch während des Ladevorgangs, wenn ich richtig informiert 
bin. Für alles andere gibt es einen Protektor und der macht ab einer 
bestimmten Spannung einfach dicht.

> Der Regler soll theoretisch solange den Entladestrom erhöhen, bis beide
> Zellen gleiches Spg-Niveau haben. Das Poti am OP ist nur zur
> Offsetjustierung. Das kannste dir auch wegdenken. Der Regler soll aus
> dem OP, R und C bestehen.

Da denke ich noch mal eine Weile drüber nach. Habe zwar Grundlagen der 
Regelungstechnik aber über ein paar Simmulationen sind wir noch nicht 
hinausgekommen.

Autor: MC (Gast)
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ok, kann sein, dass "Balancer" der falsche Begriff ist. Die Funktion ist 
mir halt wichtig. Vllt wäre "Equalizer" ein besserer Begriff. Es gibt 
aber auf jeden Fall Schaltungen im Netz, die diese Funktion erfüllen.

Autor: MC (Gast)
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So leute, bin mit meinem Vorhaben wieder ein stück weiter und wollte es 
euch mal vorstellen, kann sein, dass ja jemand damit noch was anfangen 
kann ;)

inzwischen bin ich so weit, dass ich einen Fensterkomparator benutze. 
Zwei in reihe geschaltet Li-Zellen dürfen von der symmetrischen 
"soll"-Spg in einem gewissen Fenster abweichen. ist das Spg-Verhältnis 
der beiden Zellen zu stark unterschiedlich, kann entweder mit den zwei 
ausgängen des komparators (über- bzw. unterschreitung) entweder ein 
Lastwiderstand geschaltet werden, um die zelle mit der zu großen 
zellenspg zu entladen, oder aber man nimmt, wie ich es auch vorhabe, 
einen kleinen schaltwandler (aufgebaut mit einem 4093), der die zu volle 
zelle entlädt und die energie möglichst verlustfrei in die leerere Zelle 
einlädt.

Was haltet ihr davon? schaltplan folgt natürlich noch!!!

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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MC schrieb:
> Was haltet ihr davon?

Ganz ehrlich? Nichts. Warum sollte man erst eine Differenz zulassen, 
bevor man ausgleicht. Das ergibt nicht den mindesten Vorteil.
Mein eigener Selbstbau-Equalizer entspricht in weiten Teilen Deinem 
ursprünglichen Entwurf und funktioniert hervorragend.
Was Du allerdings mit einem Integral-Anteil da drin willst, habe ich 
nicht verstanden; ein Equalizer funktioniert proportional.

Autor: MC (Gast)
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poste bitte mal deine schaltung. würde mich sehr interessieren!

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