Hallo,
ich versuche gerade eine Einzelzellenüberwachung zu realisieren. Ein
Balancing ist nicht notwendig, nur eine Spannungsüberwachung der
einzelnen Zellen. Ich weiß, dass es hierfür recht günstige Chips gibt,
aber trotzdem würde ich darauf gerne verzichten und die Spannungen
Teilen und im Controller berechnen. Das erste Problem, waren dabei die
Toleranzen, die ich aber durch eine Kalibrierung eliminieren konnte. Das
nächste Problem ist die Selbstentladung. Jedoch wenn ich die
Spannungsteiler auf ca. 10MOhm auslege, fließen nur wenige µA. Es würde
also Jahre dauern, bis sich der Akku entladen hat. Aber nun ist mir erst
das größte Problem aufgefallen: Die Selbstentladung ist nicht für jede
Zelle identisch. Der Höchste Spannungsteiler belastet jede Zelle,
während der unterste auch nur die unterste Zelle belastet. Wenn jeder
Teiler den gleichen Betrag hat, wird die unterste Zelle dann 3 mal
stärker belastet als die oberste. Somit hätte ich irgendwann eine starke
Imbalance erzeugt und könnte die Kapazität nicht mehr voll ausschöpfen.
Deshalb nun 2 Fragen an euch:
Fällt jemandem eine geschicktere Verschaltung der Widerstände ein?
Wie hoch meint ihr kann ich die Widerstände auslegen?
Ich halte die Widerstände für zu groß. Der Spannungsteiler mit dem
kleinsten äquivalenten Ausgaswiderstand hat 1.47MΩ. Wenn diene
Messschaltung nicht einen sehr großen und konstanten Eingangswiderstand
hat, wirst du nicht viel Genauigkeit erreichen. Du könntest die Spannung
auch vor dem Messen mit einem OPV (Spannungfolger) verstärken.
Analogschalter und nur ab und zu mal messen?
Es wird ja nur einen Meßeingang geben oder ist da ein (Analog-)MUX eines
µC dahinter (geraten, hier ist ja das µC-forum)?
Statt Analog-Schalter gleich Analog.MUX nehmen?
Blackbird
Max H. schrieb:> Ich halte die Widerstände für zu groß. Der Spannungsteiler mit dem> kleinsten äquivalenten Ausgaswiderstand hat 1.47MΩ. Wenn diene> Messschaltung nicht einen sehr großen und konstanten Eingangswiderstand> hat, wirst du nicht viel Genauigkeit erreichen. Du könntest die Spannung> auch vor dem Messen mit einem OPV (Spannungfolger) verstärken.
Meinst du, dass meine Messschaltung (µC) die Spannung beeinflusst?
Bisher funktioniert es eigentlich ganz gut, ich mache mir aber Sorgen
wegen Störungen von außen. Und eigentlich würde ich die Widerstände ja
gerne noch größer wählen.
Max H. schrieb:> Oder man könnte zwischen R2/6/8/10 und GND je einen Mosfet schalten und> den Spannungsteiler nur kurz zum Messen einschalten.
Daran hatte ich auch schon gedacht, aber dadurch würden Aufwand,
Komplexität, Kosten, Bauraum etc. dann doch die Lösung mit fertigem IC
übersteigen. Vorher würde ich also den IC wählen.
Blackbird schrieb:> Es wird ja nur einen Meßeingang geben oder ist da ein (Analog-)MUX eines> µC dahinter (geraten, hier ist ja das µC-forum)?> Statt Analog-Schalter gleich Analog.MUX nehmen?
Die geteilten Spannungen bekommen noch einen Kondensator auf GND
spendiert und gehen auf die verschiedenen ADC-Pins eines PIC
Controllers. Da ich den sowieso benötige hätte ich mir eben gerne
weitere Bauteile gespart.
Ein ordentliches C vom Messeingang zu GND sollte das auch niederohmig
genug machen für die Zeit der Messung. Statisch sind die Eingänge
hochohmig genug. Ob dir allerdings die Auflösung eines z.B. 10bit
Wandlers im mc dabei reicht kannst nur du wissen. Je größer der
Vorteiler desto schlechter das Ergebnis.
Mit der Auflösung komme ich eigentlich noch ganz gut klar, mein Problem
ist nur die Imbalance der Zellen. Da ich nicht Balancen kann ist jede
mAh Imbalance eine dauerhaft verlorene mAh. In meinem Beispiel komme ich
auf etwa 3,5µA unterschied zwischen der untersten und der obersten
Zelle. Nach einem Jahr werde ich die unterste Zelle dann um 30mAh mehr
entladen haben als die Oberste. Das ist bei einem 3 Ah Akku zwar noch
nicht übermäßig viel, aber trotzdem nicht sonderlich elegant.
Max H. schrieb:> Oder man könnte zwischen R2/6/8/10 und GND je einen Mosfet schalten und> den Spannungsteiler nur kurz zum Messen einschalten.
Dann fließt allerdings bei gesperrtem FET Strom über den Widerstand und
die Bodydiode des µC.
Man bräuchte also einen P-MOSFET, was das ganze nochmal deutlich
aufwändiger macht.
Nils schrieb:> Nach einem Jahr werde ich die unterste Zelle dann um 30mAh mehr> entladen haben als die Oberste. Das ist bei einem 3 Ah Akku zwar noch> nicht übermäßig viel, aber trotzdem nicht sonderlich elegant.
Dann schalt halt über die anderen Zellen einen Widerstand parallel der
genau das ausgleicht. Allerdings halte ich das nicht für relevant. Die
Zellen haben eine Selbstentladung von 3% pro Monat. Das wären bei 3Ah
immerhin 90mAh pro Monat.
Ich wuerde zuerst mal die Widerstaende einfacher und dann mit hoher
praezision waehlen.
Also unten jeweils R und darueber 1R, 2R, 3R, ...
Die Spannungen ergeben sich dann als entsprechende Differenzen.
Kniffliger wird es, wenn es um die Messung geht. Dazu wuerde ich
zwischen R und den daruber liegenen Widerstaenden P-Fets legen und bei
Bedarf einschalten. Gemessen wird dann am Drain bei eingeschaltetem FET.
Wichtig ist noch R so zu waehlen, dass es zur Eingangsimpedanz des ADC
vom uC passt.
Hall,
Du könntest auch die Spannung in eine äquivalenten Strom mit einem OP
wandeln. Den leitest du von jeder Zelle über einen Widerstand nach Masse
ab. Die Spannung ist dann U = R*I. Und das wäre für jede Zelle schon
einmal gleich. So ähnlich wie es bei einigen Shunt Monitoren gemacht
wird.
Vielleicht braucht man da auch keinen OP, sondern es reichen ein zwei
Transistoren aus. Dann wird die Temperaturdrift aber größer!
Ich habe da schon mal sowas gemacht und das hat ganz gut funktioniert.
Gruß, Jens
Danke für die ganzen Anregungen, aber wie gesagt, sobald weitere
Transistoren oder ICs dazu kommen würde ich gleich einen Protection IC
nehmen. Ich habe auch keine weiteren Pins am Controller frei, die die
Ansteuerung übernehmen könnten.
Jürgen Liegner schrieb:> Dann schalt halt über die anderen Zellen einen Widerstand parallel der> genau das ausgleicht.
Super Idee! Danke! Zwar auch irgendwie nicht elegant aber das Problem
wäre damit gelöst.
Jürgen Liegner schrieb:> Allerdings halte ich das nicht für relevant. Die> Zellen haben eine Selbstentladung von 3% pro Monat. Das wären bei 3Ah> immerhin 90mAh pro Monat.
Die Selbstentladung tut mir aber nicht so weh, weil ich die wieder
behebe indem ich den Pack lade. Aber die Imbalance ist für mich wie eine
dauerhafte Schädigung. Trotzdem hast du recht. 10 Zyklen und ich habe
die gleiche SoH Schädigung wie nach einem Jahr am BMS hängen. Trotzdem
gefällt mir deine Lösung. Ich benutze hochwertige Zellen aus dem Power
Tool Bereich. Erfahrungsgemäß habe die einen Kapazitätsverlust (also
SoH, nicht SoC) von lediglich einem Prozent pro Jahr! Mit Der Schaltung
wäre ich also bei einer doppelten Alterung (zumindest sieht es nach
außen so aus). Wenn ich das mit nur 4 Widerständen bereits erschlagen
kann bin ich doch glücklich ;)
Was soll der ganze Aufwand. Du willst die Zellen einzeln überwachen. Was
machst du wenn sich Differenzen ergeben und die werden sicher entstehen
wenn der Akkupack ohne Balancer betrieben wird.
Manfred G. schrieb:> Was soll der ganze Aufwand. Du willst die Zellen einzeln überwachen. Was> machst du wenn sich Differenzen ergeben und die werden sicher entstehen> wenn der Akkupack ohne Balancer betrieben wird.
Das Thema Balancing ist aus meiner Sicht überbewertet. Bei Hochwertigen
Zellen ergeben sich selbst nach vielen Jahren Betrieb bzw. Lagerung nur
wenige mV Differenz. In diesem Fall ist sogar die
Einzelzellenüberwachung nicht so wichtig. Größere Differenzen bilden
sich erst kurz vorm Exitus der ersten Zelle, dann ist auch mit einem
Banlancer nicht mehr viel gewonnen. In diesem Fall benötige ich aber die
Einzelzellenüberwachen um die Zellen vor Über- bzw. Tiefentladung zu
schützen.
