Einzelzellenüberwachung

Gast #3611694
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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?
#3612414
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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.
Gast #3612511
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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.
Gast #3612541
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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.
#3612588
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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.
Gast #3612602
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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.
Gast #3612618
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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
Gast #3612877
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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 ;)
Gast #3616031
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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.

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