Hallo Miteinander, ich will mir einen LiPo Balancer mit einem uC realisieren. Hierzu habe ich eine grundsätzliche Frage zum vermessen der einzelnen Zellenspannungen. Ich plane mit einem Atmel, über einen 16 bit Multiplexer (4067) jede Zellenspannung über einen einzelnen uC AD-Pin einzulesen... Was mir fehlt ist die Schlatung, um die einzelnen Zellenspannungen zu bestimmen bzw. die entsprechende Masse zu bekommen. Vielen Dank, Stephan
Das geht nicht, denn mit jeder Zelle hast Du bei einem µC mehr
Tolleranzen und Fehler.
Da gibt es spezielle Chips die die Zell-Spannung direkt messen
können und über SPI/I²C funktionieren wie zum Beispiel
http://www.maxim-ic.com/MAX11068 Balancer und Controller
http://www.maxim-ic.com/MAX11080 Protection
Grüße
Michelle
Danke! Aber ich wollte 14 Zellen bzw. sogar 16 Zellen Akkupacks sind geplant, benutzen. Ich habe schon an zwei Multiplexer gedacht um + und - der einzelnen Zelle abzugreifen. Ich hoffe es gibt noch andere Alternativen! Grüße Stephan
Die Controller können Daisy-Chained werden, also mit einem SPI/I²C am Microcontroller und dann ein paar dutzend in Reihe... Gibt sie auch von einigen Firmen in kleineren Ausführungen für 6 LiPoly Zellen, somit kannste dann 3 Stück in Reihe schalten. Die Fraga ist auch, ob Dein Multiplexer die hohe Differenzspannung bezogen auf GND aushällt... Bei 16 Zellen währen das nämlich fast 69V Grüße Michelle
Hallo Michelle, danke für deine schnellen Antworten!!! Da ich mich mit SPI/I²C noch nicht beschäftigt habe, aber das noch machen werde, bleibt noch das Problem, wie schalte ich dann die Lastwiderstände, wenn die einzelne Zellenspannung im Vergleich zu den anderen Zellen über einem Schwellwert liegt, um die Zellen auf den Spannungslevel der anderen zu bringen. Auch hier muss ich wieder + und - der einzelnen Zellen betrachten! Ich glaube das ist eine Nummer zu Groß. Das Programm für den Atmel ist zwar schon geschrieben, welches über zwei Multiplexer, der eine ist für die Zellenspannung und der andere soll die Last auf der Zelle steuern. Schade! Grüße Stephan
Der MAX11068 ist auch ein programierbarer Load-Balancer und du mußt lediglich einen Lastwiederstand mit einem MOSFET verwenden. Grüße Michelle
Ich habe mich auch schon ein wenig mit dem Thema beschäftigt und habe auch geplant eine Akkuüberwachung zu entwickeln. Ich habe aber momentan einen anderen Lösungsansatz. Parallel zu jeder Zelle wird ein Prozessor geschaltet. Ein wirklich kleiner, billiger 8 Pinner. z.B. den PIC12F1822. Der wird dann direkt aus der Zelle versorgt, arbeitet dann komplett bezogen auf das jeweilige Zellen-GND, kann also Spannung messen und Über-/Unterspannung detektieren. Er hat sogar einen eigenen Temperatursensor, alternativ könnte man zur Zelltemperaturmessung aber auch einen NTC benutzen, den man bedrahtet direkt an die Zelle anlegt. Der Prozessor, der die Zelle misst, welche direkt an GND liegt, könnte dann zusätzlich über einen Shunt z.B. die Strommessung durchführen und einen masseseitigen MOSFET bedienen um das Zellpack auszuschalten. Die Kommunikation zwischen allen Prozessoren müsste in dem Fall über Optokoppler laufen, aber die müssen ja nicht besonders schnell sein. Möchte man nun balancen könnte man einfach parallel zu jeder Zelle einen MOSFET mit Widerstand schalten, der vom jeweiligen Prozessor angesteuert wird. Momentan halte ich diese Lösung für einfach, total flexibel und nichtmal besonders teuer. Diese speziellen Battery-Managment-ICs sind nämlich auch nicht für lau. einen dieser kleinen PICs bekommt man jedenfalls für 70cent.
Zu den 70¢ kommen aber noch Optokoppler und das Gegenstück zu den 14-16 µC, also ein Verwaltungs-µC. Den MAX11068GUU/V+ (-40 bis +105°C) bekommst Du auch als kostenloses Muster von Maxim. Bis zu 5 Stück sind kein Problem... Du kannst den US$ Preis auch in Euro nehmen, sprich, ein einzelner gekauft kostet rund 18,40 €. Bei dem kannste WIRKLICH davon ausgehen, das er mV Genauigkeit hat. Grüße Michelle
Wie gesagt, das Ganze ist noch nicht zu Ende gedacht. Welcher Optokoppler dazu notwendig ist und was der kostet wäre zu klären, ich denke aber, dass die Anforderungen relativ gering sind. Messgenauigkeit ist ein weiteres Thema, das untersucht werden muss. Zu dem Verwaltungs-µC: Diese Arbeit könnte einer der Prozessoren erledigen. Am besten der an der Masseseite. Dieser könnte dann wie gesagt, den Strom messen und jedem µC sagen wann wie zu balancen ist. Außerdem könnte er, wenn eine Zelle Unterspannung meldet, das ganze Packüber einen masseseitigen MOSFET abschalten. Benötigt der Maxim-IC denn nicht auch irgendeinen externen µC? Zum Thema Preis: Das mit den 5 Mustern ist auf jeden Fall für den Anfang gut. Aber ich denke da jetz gerade generell über den Sinn dieses teuren ICs nach. Ich bin mir nicht sicher, ob meine Überlegung nicht preislich günstiger sein könnte (umgerechnet pro Zelle). Flexibler wäre man insgesamt auf jeden Fall, da alle Schwellen paraemtrierbar sind und man genau an die gewünschte Zellenzahl anpassen kann. Meine Schaltung könnte Über-/Unterspannung, Temperatur unt Strom jeder einzelnen Zelle überwachen, den gesamten Pack vom Netz trennen und automatisch passiv balancen. Gibt es sonst sinnvolle Funktionen die im Umgang mit Batterien möglich wären?
MrCrabs schrieb: > Messgenauigkeit ist ein weiteres Thema, das untersucht werden muss. Eben... > Benötigt der Maxim-IC denn nicht auch irgendeinen externen µC? Ja, ich verwende derzeit dazu einen C8051F502 CAN Controller, werde aber auf den LPC11C24 Cortex M0 umsteigen... > Zum Thema Preis: Das mit den 5 Mustern ist auf jeden Fall für den Anfang > gut. Aber ich denke da jetz gerade generell über den Sinn dieses teuren > ICs nach. Ich bin mir nicht sicher, ob meine Überlegung nicht preislich > günstiger sein könnte (umgerechnet pro Zelle). Flexibler wäre man > insgesamt auf jeden Fall, da alle Schwellen paraemtrierbar sind und man > genau an die gewünschte Zellenzahl anpassen kann. Da kann man mit dem MAX11068/MAX11080 auch... > Meine Schaltung könnte Über-/Unterspannung, Macht der Maxim > Temperatur Der Maxim macht nur einen Sensor was normalerweise ausreicht wenn Du bis zu 12 Serien Zellen in einem Block hast. Wenn Du jedoch wie ich erst mal 5 Zellen parallel machst (=3,7V mit 140Ah) und dnan 12 Blöcke in Reihe (= 44,4V mit 140Ah) dann solltest Du Dir zwei I²C Temperatur Controller (jeder hat 6 externe und einen internen Sensor) von Maxim besorgen... und jeden block einzeln Temperatur überwachen. > unt Strom jeder > einzelnen Zelle überwachen, Absolut nicht notwendig... Ich verwende einen einzelnen I²C Current-Sense Monitor von Linear, wlche auch noch gleichzeitg die Spannung mißt > den gesamten Pack vom Netz trennen und > automatisch passiv balancen. Der PASSENDE Protection Chip ist der MAX11080. > Gibt es sonst sinnvolle Funktionen die im > Umgang mit Batterien möglich wären? Zusammenfassung: 60 Zellen LiPoly (205x75x6,3mm; 380g) mit je 3,7V/14AH 1x Maxim MAX11080 Protection 1x Maxim MAX11068 Balancer und Controller 2x Maxim MAX6581 je 7 externe Temperatur Sensoren 1x Linear LTC4151 Hoch-Voltage Strom- und Spannungs-Sensor 1x NXP LTC11C24 CAN Controller Zum Laden von 24V aus verwende ich den LTC3862 (6 Stück parallel) und um wieder auf 24V runterzukommen den LTC3890-1 (4 Stück parallel) dazu noch passende I²C Sink-Source DACs welche vom CAN-Controller gesteuert werden. Als Option eine Epson SPI-TFT-Controller mit 3"2 Touchscreen um eine direkte Statusanzeige zu haben, wenn de Batterie im Stand-Alone Modus betrieben wird... Das Project nennt sich bei mir HighPower LiPoly SmartBattery und man kann die kompletten Batterien parallel schalten. Theoretisch so viele wie CAN-Nodes verfügbar sind. Grüße Michelle
In meiner Anwendung ist geplant einen Akkupack zu verwenden, welcher 2 bis 12 Zellen in Reihe verwendet. Also eine 2S1P bis 12S1P Ausführung, wesentlich weniger als bei dir. Sollte ich mehr Strom benötigen, würde ich eine zweite Reihe parallel schalten. Hierzu habe ich mich gefragt welches Vorgehen sinnvoller ist: Schalte ich jeweils x Zellen parallel um diese dann in Reihe zu schalten, oder schalte ich x Zellen in Reihe um dann mehrere dieser Reihen parallel zu schalten. Wie verhält sich der Innenwiderstand einer Zelle über die Temperatur? Bezüglich Flexibilität meinte ich jetzt eher dass mein Ansatz flexibler auf die Zellenzahl angepasst ist. Für 4 Zellen z.B. wäre deine Version vermutlich ziemlich aufwändig, während sie bei 60 Zellen natürlich günstiger ausschaut. Michelle Konzack schrieb: >> Temperatur > > Der Maxim macht nur einen Sensor was normalerweise ausreicht > wenn Du bis zu 12 Serien Zellen in einem Block hast. Der Sensor ist in dem Chip drin, nehme ich an. Hast du Messungen gemacht, inwiefern die Chiptemperatur der Zelltemperatur entspricht? Ich habe mich gefragt, ob es ausreicht in der Nähe einen Sensor zu haben, oder ob ich tatsächlich dafür Sorge tragen müsste, dass z.B. ein bedrahteter NTC direkt an der Zelle anliegt. >> unt Strom jeder >> einzelnen Zelle überwachen, > > Absolut nicht notwendig... > > Ich verwende einen einzelnen I²C Current-Sense Monitor von Linear, wlche > auch noch gleichzeitg die Spannung mißt Da ich nur eine Reihe betreibe, würde ein Stromsensor ja den Strom jeder einzelnen Zelle messen. Ob ich da jetzt einen Shunt, einen LEM oder was auch immer für einen Sensor benutze, weiß ich jetzt noch nicht. > >> den gesamten Pack vom Netz trennen und >> automatisch passiv balancen. > > Der PASSENDE Protection Chip ist der MAX11080. > >> Gibt es sonst sinnvolle Funktionen die im >> Umgang mit Batterien möglich wären? > > Zusammenfassung: > > 60 Zellen LiPoly (205x75x6,3mm; 380g) mit je 3,7V/14AH > > 1x Maxim MAX11080 > Protection > 1x Maxim MAX11068 > Balancer und Controller > 2x Maxim MAX6581 > je 7 externe Temperatur Sensoren > 1x Linear LTC4151 > Hoch-Voltage Strom- und Spannungs-Sensor > 1x NXP LTC11C24 > CAN Controller Ich würde pro Zelle brauchen: - 1x PIC12F1822 - 1x Optokoppler für Kommunikation - evtl. 1x ext. NTC (µC hat internen Sensor, keine Ahnung ob die so gemessene Temperatur brauchbar ist und ob ich überhaupt pro Zelle einen b rauche) - evtl. 1x ext. Referenz (hierzu muss ich später nachrechnen wie genau die Spannungsmessung mit der internen Referenz wird und wie genau ich das ganze denn überhaupt brauche) 1x kleinen MOSFET zum passiven Balancing - bisschen Hühnerfutter Pro Reihenschaltung 1x Strommessung (Shunt/OP, LEM, muss noch durchdacht werden) 1x Leistungs-FET zum Freischalten des Packs > > Zum Laden von 24V aus verwende ich den LTC3862 (6 Stück parallel) und um > wieder auf 24V runterzukommen den LTC3890-1 (4 Stück parallel) dazu noch > passende I²C Sink-Source DACs welche vom CAN-Controller gesteuert > werden. > > Als Option eine Epson SPI-TFT-Controller mit 3"2 Touchscreen um eine > direkte Statusanzeige zu haben, wenn de Batterie im Stand-Alone Modus > betrieben wird... > > Das Project nennt sich bei mir HighPower LiPoly SmartBattery und man > kann die kompletten Batterien parallel schalten. Theoretisch so viele > wie CAN-Nodes verfügbar sind. Klingt interessant. Zum Thema Laden selbst hab ich mir noch gar keine Gedanken gemacht. Ist auch nicht mein aktuelles Projekt, sondern eins für später. Ich hatte mir auch mal überlegt wie sinnvoll aktives Balancing ist. Aber ich denke für Anwendungen, in denen der Akku relativ häufig leergefahren und wieder geladen wird ist das nichts. Ist ja ein ziemlich großer Verdrahtungsaufwand, ich kann mir nicht vorstellen, dass es lohnt.
Michelle Konzack schrieb: > kostenloses > Muster von Maxim. Ihr müsst echt immer Samples schnorren Muss das sein?
motte schrieb: > Michelle Konzack schrieb: >> kostenloses >> Muster von Maxim. > > Ihr müsst echt immer Samples schnorren > > Muss das sein? Wer sind "ihr"? Mal abgesehen davon: Nichts zum Thema beigetragen und obendrein das Prinzip des Samplens nicht verstanden. Da verschenkt ein großer IC-Hersteller ein paar Teile an Leute in der Hoffnung dass ein paar von denen etwas tolles daraus bauen und daraufhin viele Tausnd von den ICs kaufen wollen. Das nennt man Werbung, und Werbung kostet Geld. Schonmal Werbung angeschaut ohne nachher das Produkt zu kaufen? Wäre ja demnach auch schnorren, nicht wahr...
Steffen Krebs schrieb: > Schalte ich jeweils x Zellen parallel um diese dann in Reihe zu > schalten, oder schalte ich x Zellen in Reihe um dann mehrere dieser > Reihen parallel zu schalten. Wie verhält sich der Innenwiderstand einer > Zelle über die Temperatur? Zellen ERST parallel schalten (die LiPolys balancen sich selber) und dann die Blöcke in Reihe. > Bezüglich Flexibilität meinte ich jetzt eher dass mein Ansatz flexibler > auf die Zellenzahl angepasst ist. Für 4 Zellen z.B. wäre deine Version > vermutlich ziemlich aufwändig, während sie bei 60 Zellen natürlich > günstiger ausschaut. Wieso? Du muß an den MAX11068 nur 4 Zellen anschließen und die restlichen anschlüsse nach Datenblatt kurzschließen > Der Sensor ist in dem Chip drin, nehme ich an. Hast du Messungen > gemacht, inwiefern die Chiptemperatur der Zelltemperatur entspricht? Ich > habe mich gefragt, ob es ausreicht in der Nähe einen Sensor zu haben, > oder ob ich tatsächlich dafür Sorge tragen müsste, dass z.B. ein > bedrahteter NTC direkt an der Zelle anliegt. Also Wenn Dudie beiden Chips MAX11068/MAX11080 direkt an ein dünnes 0,8mm PCB an die Zellen montierst, reicht es aus > Ich würde pro Zelle brauchen: > - 1x PIC12F1822 > - 1x Optokoppler für Kommunikation > - evtl. 1x ext. NTC (µC hat internen Sensor, keine Ahnung ob die so > gemessene Temperatur brauchbar ist und ob ich überhaupt pro Zelle einen > b rauche) > - evtl. 1x ext. Referenz (hierzu muss ich später nachrechnen wie genau > die Spannungsmessung mit der internen Referenz wird und wie genau ich > das ganze denn überhaupt brauche) > 1x kleinen MOSFET zum passiven Balancing > - bisschen Hühnerfutter > > Pro Reihenschaltung > 1x Strommessung (Shunt/OP, LEM, muss noch durchdacht werden) > 1x Leistungs-FET zum Freischalten des Packs Sieht irgendwie zu aufwendig aus... Der MAX11068 benötigt wenigstend KEINE kalibrierung, was Du bei 12 Zellen 12 mal machen müßtest. Glaubst Du, das Du das sauber hinbekommst? > Ich hatte mir auch mal überlegt wie sinnvoll aktives Balancing ist. Aber > ich denke für Anwendungen, in denen der Akku relativ häufig leergefahren > und wieder geladen wird ist das nichts. Ist ja ein ziemlich großer > Verdrahtungsaufwand, ich kann mir nicht vorstellen, dass es lohnt. Kommt darauf an... Selbst bei häufigem Aufladen ist der Balancer und Protection Chip ein PLUS Grüße Michelle
motte schrieb: > Michelle Konzack schrieb: >> kostenloses >> Muster von Maxim. > > Ihr müsst echt immer Samples schnorren > > Muss das sein? Ja, ich habe erst 5 Stück vom MAX11068 und MAX11080 gekommen und später einfach bei Maxim angerufen und noch mal DIREKT 25 Stück von beiden angefordert und bekommen... Ebenso habe ich vollständige technische unterstützung für das Project 60 Zellen sind 3,1 kWh in einem 19" 2U mit 260mm tiefe und 120 Zellen sind 6,2 kWh in einem 19" 2U mit 460mm tiefe... Das alles im Testbetrieb und für Maxim ist es klar, das jemand der 40 kWh an LiPoly Storage hat, bei erfolgreichem Test das dann professionel bauen wird... Wir reden hier von 2-5 MWh an LiPoly Storage :-D Grüße Michelle
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