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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LiFePo4 Balancer/Überwachungsschaltung im Auto


Autor: Thomas (Gast)
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Hallo Leute,

wie Ihr in der Überschrift schon lesen könnt will ich mir eine 
Microcontroller gestützte Balancer-Schaltung für meine LiFePo4 Akkus im 
Auto basteln und brauche nun eure Hilfe beim Ausfeilen der Schalung 
sowie anschließend einigen Berechnungen.
Erstmal zu meiner Person, ich gehe auf eine technische Schule,es ist 
also ein gewissen Grundwissen vorhanden, jedoch lernen wir großteils nur 
die trockene Theorie zu der ganzen Thematik und mir fehlt das Wissen zur 
korrekten Schaltungsentwicklung.
Ein Problem ist natürlich die schwankende Boardspannung im Auto, da die 
schonmal auf bis zu 14V hochgehen kann und die Spannung natürich 
trotzdem stabil funktionieren soll.
Das Balancing soll funktionieren, indem ich die Spannungen der einzelnen 
Zellen messe, dafür hab ich auch eine 5V Spannungsreferenz am Aref Pin 
und wenn eine bestimmte Zellenspannung überschritten wird schalte ich 
die einzelnen Akkuzellen auf Lastwiderstände.

Ich hoffe ihr könnt mir helfen.

mfg Thomas

Autor: D2D (Gast)
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Wozu Balancer? LiFePo4 benötigen das nicht.

Autor: Thomas (Gast)
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Auch LiFePo Zellen können aufgrund von Fertigungstoleranzen und 
unterschiedlicher Kapazität auseinander driften.

Autor: MaWin (Gast)
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Die Schaltung macht so sicher keinerlei Sinn.

Jeder Akku gegen Masse ?

Potentialtrennung per Optokoppler aber dann doch verbundene Massen ?

Akkuspannung über 5V direkt in den uC ?

Merkwürdige Art der Spannungsreglung, mit hohem ständigem 
Stromverbrauch.

Wenn du Akkus balancen willst, musst du dir zuerst Gedanken machen, wann 
du das tun willst: Während des Ladens, dann muss deine Schaltung den 
komplketten Ladestrom bei Akkuspannung verbraten können, also z.B. 10A 
bei 3.6V = 36 Watt pro Zelle. Oder nach dem Laden, wenn der Akku 
rumsteht, dann kann das im Prinzip so langsam erfolgen wie man will, und 
es reichen geringe Ströme, z.B. die 20mA die ein OpAmp so schafft, mit 
entsprechend geringen Verlustleistungen die wegzukühlen sind, nur 0.08 
Watt.

KFZ-Bordspannung:

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

Akkus:

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.21

(LiFePo4 weiter unten, Balancer knapp drüber).

Autor: Heisenberg (Gast)
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Wäre wohl einfacher, auf die Optokoppler zu verzichten und jedem Akku 
seinen eigenen ATTiny zu verpassen, der dann einen 3,3V FET direkt 
ansteuern kann. Spannungsregler braucht man dann auch keine.

Autor: Matthias xxx (current_user)
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Es gibt doch genügend Schaltpläne für LiPo Balancer. Schau dir die mal 
an. Die kannst du größtenteils verwenden. Du musst meist nur einen 
Spannungsteiler ändern.

Ich hab mir auch einen Balancer für LiFePos selber gebaut. Besteht aus 
einem Komparator mit integrierter Referenzspannungsquelle, dazu ein 
Spannungsteiler eine Led, paar Widerstände und ein Transistor.Fertig. 
Das ganze baut man dann 4mal unabhängig von einander auf und schaltet 
die Balancer "in Reihe". Die Balancerströme sind dabei nur von dem 
Transistor und dem Basiswiderstand abhängig. Die Schaltung kann so mit 
Balancerströmen von 1mA bis viele Ampere gebaut werden.

Autor: Peter S. (psavr)
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@Thomas
Deine Schaltung macht keinen Sinn, siehe mein Attachement zu diesem 
Thema google auch mal etwas im Internet!

>Wozu Balancer? LiFePo4 benötigen das nicht.
Quatsch, auch LiFePO4 Zellen sollten nicht ohne Balancer in Serie 
geschalten werden.

>Während des Ladens, dann muss deine Schaltung den kompletten
>Ladestrom bei >Akkuspannung verbraten können...
Quatsch! Du musst bloss die Toleranzen der Zellen ausgleichen, 
üblicherweise nimmt man 2..5% vom Ladestrom.
Wichtig ist aber, dass Du in Serie zum Akkupaket FET-Scahlter als 
Schutzschalter einbaust, um den Akku vor Überladung, Tiefentladung und 
auch vor Kurzschluss zu schützen!

@Matthias xxx
>Schau dir die mal an.
Welche zwei???

Autor: Stefan S. (novafly)
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Hallo Thomas,
warum willst du das eigentlich mit einem Controller machen? Ist das 
nicht etwas zu oversized?

Einfach gehts mit ein paar OPs und etwas Hühnerfutter: 
http://www.kc-world.de/LiPo-Balancer.htm

BTW: den IC1B kannst du weglassen, wenn du keine Fehleranzeige 
benötigst. Die Referenz am OP gehört dann auf 4,1V angepasst (LiPo = 
4,2V).

Gruß
Stefan

P.S Wenn du einen Equalizer (anstatt einem Balancer) bauen möchtest, 
musst die die Referenzen der OPs nur an eine Widerstandskaskade hängen.

Autor: Stefan S. (novafly)
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Ach ja,
hab vor einiger Zeit auch nen 4x Balancer gebaut (Eigenkonstruktion), 
Schaltplan siehe Anhang.

Funktioniert heute noch fehlerfrei.

Gruß
Stefan

Autor: Mike (Gast)
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>>Während des Ladens, dann muss deine Schaltung den kompletten
>>Ladestrom bei >Akkuspannung verbraten können...
>Quatsch! Du musst bloss die Toleranzen der Zellen ausgleichen,
>üblicherweise nimmt man 2..5% vom Ladestrom.
Kommt auf das Konzept an. Bei der Variante von 
http://www.kc-world.de/LiPo-Balancer.htm wird erst am Schluss, wenn die 
Zelle voll geladen ist, der Strom vom Ladegerät an der Zelle 
vorbeigeführt, da muss der ganze Strom gebypasst werden. Es gibt aber 
auch Konzepte, welche die Zellen während der ganzen Ladeperiode (zum 
Teil auch beim Entladen) balancen, da reichen kleine Balancerströme im 
einstelligen Prozentbereich.

Autor: Thomas (Gast)
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Hey Leute, vielen Dank erstmal für die zahlreichen Rückmeldungen.

Das die Schaltung im Endeffekt nicht funktioniert hab ich mir schon 
gedacht, wusste nur nicht mehr wie ich was wo hinverbinden muss.
Das der Controller an und für sich etwas oversized ist stimmt wohl auch. 
Könnte also auch darauf verzichten und das ganze mit IC's und CO 
aufbauen.
Das einzige Problem das bei meiner Anwendung bestehen wird ist, dass der 
Akku praktisch ständig geladen und entladen wird da er nur als Puffer 
zwischen Starterbatterie und Endstufen dienen wird.
Ins Besondere der Vorschlag von Stefan gefällt mir sehr gut. Ich hab mir 
jetzt mal das Datenblatt des ICL7665 durchgeschaut und bin ziemlich 
angetan von dem Teil. Ich würde dann noch ein paar Bauteile zur 
Stabilisierung der Boardspannung sowie zum abhalten von ESR und co 
dranbauen müsste dann schon so weit funktionieren oder?

mfg und ein großes Dankeschön im Vorraus!
Thomas

Autor: Thomas (Gast)
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Hey Leute,

hab die letzten Tage viel gesucht Ideen gefunden und wieder verworfen. 
Jetzt hab ich mich auf den ICL 7665 festgelegt.

Ich habe mir jetzt gedacht parallel zu jeder Zelle einen ICL zu hängen 
und damit bei Überspannung ein Reed-Relais zu schalten, das die Zelle 
dann auf einen Leistungswiderstand schaltet der die Zelle so lange 
entläd bis die Spannung weit genug gesunken ist.
Weiters soll bei Unterspannung einer Zelle der Ganze akku vom Netz 
genommen werden. Reicht es da ein stärkeres Reed Relais zu nehmen oder 
sollte ich das anders lösen?

mfg

Autor: Stefan (Novafly) (Gast)
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Servus Thomas,
warum willst du Relais nehmen und keine passenden FET`s? Gibts dafür 
eine bestimmten Grund?

Viele Grüße
Stefan

Autor: Thomas (Gast)
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Das war eigentlich nur so eine Idee, weil ich dann eine galvanische 
Trennung habe, auch ohne Optokoppler und ich kann außerdem Leckströme 
durch den Transistor vermeiden, was praktisch ist da ich dei Schaltung 
dauerhaft am Akku lassen will.

mfg

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Du schreibst hier:
>Weiters soll bei Unterspannung einer Zelle der Ganze akku vom Netz
>genommen werden. Reicht es da ein stärkeres Reed Relais zu nehmen...

Aber hier steht:
>da er nur als Puffer zwischen Starterbatterie und Endstufen dienen wird.

Was stellst Du dir für ein Relais vor, welches den Akku (im Fehlerfall) 
trennen soll? Wieviel Strom "zieht" deine Endstufe. Sicher soviel, das 
Du den Einsatz eines Puffers sinnvollerweise in Erwägung gezogen hast.
Die Balancierungsströme sind nciht groß, bzw. müssen nicht groß sein. 
Das wurde ja schon gesagt. Der "Notaus" muss nicht nur den hohen Strom 
schalten können, nein: viel wichtiger ist im laufenden Betrieb der 
extrem geringe Übergangswiderstand dieses Schalters. Er muss ja um 
Größenordnungen kleiner sein, als der Zuleitungswiderstand der 4Meter 
des 35mm² Kabel, welches von der AutoBatterie kommt. Sonst kannst Du dir 
den Puffer mal gleich schenken, wenn der Spannungsabfall größer ist, als 
der Innenwiderstand deiner restlichen Spanungsquelle( Autobatt.plus 
Kabel und Sicherung ).

kan ich nicht besser erklären. Hoffe, es ist einigermaßen rübergekommen, 
was ich meine.

Autor: Thomas (Gast)
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Vielen Dank für deine Antwort!!!

> Was stellst Du dir für ein Relais vor, welches den Akku (im Fehlerfall)
> trennen soll?


> Die Balancierungsströme sind nciht groß, bzw. müssen nicht groß sein.
> Das wurde ja schon gesagt. Der "Notaus" muss nicht nur den hohen Strom
> schalten können, nein: viel wichtiger ist im laufenden Betrieb der
> extrem geringe Übergangswiderstand dieses Schalters.

Das mit den Übergangswiderständen ist mir klar, ich hab aber noch kein 
konkretes Relais gefunden. Bis jetzt hab ich mich mal auf die 
grundlegende balancing Funktion konzentriert.

mfg und vielen Dank schonmal :)

Autor: Thomas (Gast)
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Ich denke, ich werde auf ein trennrelais verzichten, da die bei dem 
Strom den ich benötige sehr teuer sind. Ich werde die 
Unterspannungsanzeige einfach in ein OR Logikgatterführen und an dessen 
Ausgang entweder direkt eine LED, oder einen Transistor und eine LED in 
meinem Blickfeld montieren, sodass ich bei bedarf die Anlage einfach 
abdrehen kann, falls das so möglich ist.

mfg Thomas

Autor: Rafi Dafi (alexanderw)
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Ist das richtig das die obige Schaltung von Stefan mit dem 7665
zu den jeweiligen Zellen parallel zugeschaltet wird?


  |----- +
Zelle    Stefan's Schaltung
  |      -
  |------|
  |      +
Zelle    Stefan's Schaltung
  |      -
  |------

hoffe der "schaltplan" ist verständlich...

Autor: Matthias xxx (current_user)
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Ja stimmt.

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