Forum: Fahrzeugelektronik E-Bike Akku laden mittels Tiefsetzsteller


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von Morti (Gast)


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Aloa!

Ich hätte ein kleines Problem und hoffe hier auf Antworten oder 
Denkansätze zu stoßen ^^

Im Zuge eines Projektes muss ich einen Tiefsetzsteller konzipieren.
Im Großen und Ganzen sieht es so aus:
Als Speicherbatterie dienen vier serielle 12V 70Ah BleiGel Akkublöcke 
(hab ich gratis bekommen und somit gleich mal verwendet). Somit is die 
Speicherbatterie 48V wobei ein Laderegler sie auf 56V aufladet.
Der Lastausgang speist einen Tiefsetzsteller mit 42-56V (je nach 
Ladezustand der Speicherbatterie). Dieser Tiefsetzsteller soll 36V 
konstant liefern und einen Strom von 4A liefern. Geladen soll damit ein 
Li-Ionen Akku.

Der Tiefsetzsteller soll aus jener Eingangsspannung von 42-56V eine 
Konstantspannung von 36V liefern und einen Strom von 4A. Mit diesen 42V 
soll ein E-Bike Akku geladen werden, welcher im E-Bike verbleibt, sprich 
mit seiner ganzen Elektronik und drumherum.
Nun hab ich über dieses Forum schon diese Seite gefunden
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/abw_smps.html
und meinen Tiefsetzsteller dimensioniert.
Eckdaten wären:
Uemin: 42V
Uemax: 56V
Ua: 36V
Ia: 4A
f: 30kHz (einfach ins Blaue gewählt wobei ich hier gelesen habe, dass 
man nicht die Frequenz höher wählen sollte)

Meine Frage hierzu wäre, wie sind nun die Kondensatoren zu 
dimensionieren?
Wie verhindere ich eine Überspannung am Ausgang des TSS wenn der Strom 
sinkt?
Hat jemand Erfahrung mit E-Bikes und kann mir sagen, was die Elektronik 
des Akkus regelt (Überspannung, Überstrom, sinkt der Strom in der CV 
Phase des CCCV ladens von selber oder muss die Schaltung das regeln 
können)

Wäre über Antworten sehr erfreut :)

MfG
Ich

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Morti schrieb:
> Der Tiefsetzsteller
Such mal bei den einschlägigen Herstellern von Schaltreglern nach Buck- 
oder Step-down-Wandlern. Mit diesen englischen Begriffen findest du 
sicher schnell etwas.

Ich würde da z.B. einfach mal das Design in die TI Webbench eingeben und 
schauen, was passiert...

> f: 30kHz (einfach ins Blaue gewählt wobei ich hier gelesen habe, dass
> man nicht die Frequenz höher wählen sollte)
Wo hast du das in welchem Zusammenhang gelesen? Warum bieten die IC 
Hersteller denn Schaltregler im MHz Bereich an?

: Bearbeitet durch Moderator
von Morti (Gast)


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Huch, hatte da vorher was andres geschrieben und das "nicht" wohl beim 
Löschen übersehen, sry.
Habe gelesen, dass man die Frequenz nicht im hörbaren Bereich wählen 
sollte sondern die Frequenz höher wählen sollte. Dachte ursprünglich 
auch an Mhz aber einer meiner Professoren meinte, dass 10kHz auch 
reichen würden. Ich dachte eher an 1Mhz da der Raspberry Pi am PWM 
Ausgang angeblich  bis zu 2Mhz schaffen soll. Wäre somit schön mittig 
und hab nach oben und unten genug Platz für eventuelle Änderungen.

Danke für deinen Tip, werde des mit der Webbench mal ausprobieren und 
schaun obs hilft :)

von tochriso (Gast)


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Moin,

Also je nach Akku wirst du große Probleme haben,
das Teil mit was selbstgebasteltem zu laden.
Das Batterie-Management-System ist häufig so konzipiert, dass es mit dem 
Lader kommuniziert,
ergo auch erkennt, wenn kein offizieller Lader dran ist und dann die 
Zellenspannung sperrt.
Tipp: Nimm ein regelbares Netzgerät, und schau mal ob du damit den Akku 
laden kannst, wenn das nicht geht, hast du wohl einen anständiges BMS ;)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Morti schrieb:
> Dachte ursprünglich auch an Mhz aber einer meiner Professoren meinte,
> dass 10kHz auch reichen würden.
Auf welchem und wie alten Wissen basiert diese Aussage?
Bei Schaltreglern ist man von diesen Frequenzen schon seit längerem 
abgekommen...

> Ich dachte eher an 1Mhz da der Raspberry Pi am PWM Ausgang angeblich
> bis zu 2Mhz schaffen soll.
Ich kann verstehen, dass der Prof diese Argumentationskette nicht so 
ohne Weiteres nachvolziehen kann.

> Wäre somit schön mittig und hab nach oben und unten genug Platz für
> eventuelle Änderungen.
Klar ist 1MHz ziemlich mittig zwischen 2 MHz und 10kHz. Allerdings darf 
man im Frequenzbereich nicht so arg linear denken. Dort herrscht der 
Logarithmus. Und dann ist 1MHz ziemlich nah an 2MHz. Und ausserdem 
stellt sich dann die Frage: mit welcher Auflösung kann der RPi diese 
2MHz? Oder sind die 2MHz gar nur der Eingangstakt für die PWM-Einheit. 
Und mit 8 Bit Auflösung bleiben dann gerade mal noch 2MHz/256 = 8kHz 
übrig...  :-O

Morti schrieb:
> Meine Frage hierzu wäre, wie sind nun die Kondensatoren zu
> dimensionieren?
Groß genug.

> Wie verhindere ich eine Überspannung am Ausgang des TSS wenn der Strom
> sinkt?
Das muss die Regelschleife schnell und echtzeitfähig(!) genug abkönnen, 
deshalb: einen Step-Down macht man nicht mit einem Linux-Rechner. Das 
macht man in Hardware. Dafür haben die einschlägigen Firmen ihre ICs 
entwickelt.

Was ich mich hier ernsthaft(!!) frage: Wozu braucht man für so eine 
winzige Aufgabe eigentlich einen 700MHz-Boliden mit 256/512MByte 
Speicher?

: Bearbeitet durch Moderator
von Morti (Gast)


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Ich wollte es auch nicht damit machen weil der Pi damit in meinen Augen 
komplett unterfordert ist. Wurde aber überstimmt und nun soll es damit 
irgendwie gemacht werden...

Werde mich schlau machen über die Auflösung des PWM Ausgangs, danke 
jedenfalls für den Denkanstoß.

Was würde so ein IC machen? Die Pulsweite je nach Ausgangsspannung 
anpassen oder einfach ein paar Takte auslassen bis die Spannung wieder 
gesunken ist?

von Tobias Mädel (Gast)


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Ich würde dringend davon abraten, die PWM-Ausgänge des Pi's für diese 
Aufgabe zu nehmen.
Im Normalbetrieb werden beide PWM-Anschlüsse zum Erzeugen des 
Audiosignales benutzt.

Es ist zwar möglich, die entsprechenden Kerneltreiber zu deaktivieren 
und dann selbst die PWM-Schnittstelle zu nutzen, aber verlassen würde 
ich mich da persönlich keinesfalls drauf.

Auch Software-PWM wäre technisch problemlos möglich (bei der CPU-Power), 
nur müsste man aufgrund des Betriebssystems wahrs. zu einem 
Kerneltreiber greifen, welcher sich um das Timing kümmert.

Kurzum: Wenn es umbedingt ein Eigenbau sein muss, nimm einen AVR oder 
PIC und lass diesen die Regelung machen. Wenn der Pi da noch 
Steuern/Messen können soll, lass die beiden per I2C sprechen.
Das ist kinderleicht umzusetzen und robust.
Auch: Der Pi hat gar keine integrierten ADC-Wandler. Du müsstest also 
sowieso externe ADCs fürs Feedback anbinden.

Eine andere Sache: Stell dir mal vor, einer deiner Kommilitonen/Kollegen 
denkt sich: "Oh, das Betriebssystem auf dem Pi ist aber alt, ich update 
das mal.". Ehe man sich versieht, ist der Kerneltreiber für Audio wieder 
eingeschaltet und man befeuert gerade einen Schaltregler mit 250kHz 
Audio PWM. Das werden dir die FETs danken...

Viele Grüße,
Tobias

von Günter Lenz (Gast)


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Morti schrieb:
>Wie verhindere ich eine Überspannung am Ausgang des TSS wenn der Strom
>sinkt?

Die Elektronik des TSS sollte sich darum kümmern, wenn nicht,
taugt die Schaltung nichts.

>Hat jemand Erfahrung mit E-Bikes und kann mir sagen, was die Elektronik
>des Akkus regelt

Wenn es ein Li-Ionen Akku ist, wird die Spannung begrenzt damit
der Akku nicht überladen wird und der Strom wird begrenzt damit
der Ladestrom bei einem entladenen Akku nicht zu groß werden kann.
Sollte zu mindest so sein, ob es wirklich so ist mußt du prüfen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Morti schrieb:
> Was würde so ein IC machen? Die Pulsweite je nach Ausgangsspannung
> anpassen oder einfach ein paar Takte auslassen bis die Spannung wieder
> gesunken ist?
Erst das eine und dann das Zweite.
Zudem macht es dann noch eine Kurzschlussüberwachung, hat einen 
Hiccup-Modus und jede Menge anderes Zeug...

> Wurde aber überstimmt
Von wem?
Denn technisch gesehen ist dieser Lösungsansatz absolut nicht 
sinnvoll.

von tochriso (Gast)


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tochriso schrieb:
> Moin,
>
> Also je nach Akku wirst du große Probleme haben,
> das Teil mit was selbstgebasteltem zu laden.
> Das Batterie-Management-System ist häufig so konzipiert, dass es mit dem
> Lader kommuniziert,
> ergo auch erkennt, wenn kein offizieller Lader dran ist und dann die
> Zellenspannung sperrt.
> Tipp: Nimm ein regelbares Netzgerät, und schau mal ob du damit den Akku
> laden kannst, wenn das nicht geht, hast du wohl einen anständiges BMS ;)

Hast du das mal ausprobiert?
Der schönste Tiefsetzsteller bringt dir nichts,
wenn der Akku sich dagegen wehrt...

von MaWin (Gast)


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Morti schrieb:

Wirres Zeug

> Der Lastausgang speist einen Tiefsetzsteller mit 42-56V (je nach
> Ladezustand der Speicherbatterie). Dieser Tiefsetzsteller soll 36V
> konstant liefern und einen Strom von 4A liefern.

Wie soll ein Steller was konstantes liefern. Brauchst du nicht eher 
einen steop down SchlatREGLER ? Was soll das ständige Gequatsche von 
Stellern, willst du ihn an einem Poti per Hand regeln ?

> Der Tiefsetzsteller soll aus jener Eingangsspannung von 42-56V eine
> Konstantspannung von 36V liefern und einen Strom von 4A.
                       ^^^
> Mit diesen 42V soll ein E-Bike Akku geladen werden,
             ^^^

Also was jetzt, 36V oder 42V ? Man kann mit etwas, das eine 
Konstantspannung von 36V liefert, nicht etwas auf 42V aufladen (ohne 
weitere komplexe Technik).

Morti schrieb:
> Meine Frage hierzu wäre, wie sind nun die Kondensatoren zu
> dimensionieren?

Weitgehend egal, da die Akkus Kondenstaorwirkung haben, Klein reicht.

> Wie verhindere ich eine Überspannung am Ausgang des TSS wenn der Strom
> sinkt?

Durch REGELN statt STELLEN.

> Hat jemand Erfahrung mit E-Bikes und kann mir sagen, was die Elektronik
> des Akkus regelt (Überspannung, Überstrom, sinkt der Strom in der CV
> Phase des CCCV ladens von selber oder muss die Schaltung das regeln
> können)

Die Elektronisk schützt den Akku zwar vor Überspannung und Überstrom, 
aber durch abschalten. Du willst nicht, daß sie abschaltet, also darf 
der Ladestrom nicht zu hoch werden.

Mir scheint, du hast 4 Bleiakkus die je nach Ladezustand 43.2V bis 57.6V 
haben, und willst damit 10 LiIon Zellen, die je nach Ladezustand 25V bis 
42V haben, aufladen, unter Strombegrenzung auf 4A.

Die Schaltung sollte zum Schutz der Bleiakkus unter 43.2V 
Eingangsspannung abschalten (wobei Autoakkus das trotzdem übel nehmen, 
mal sollte für Ladezyklen schon Tranktionsbatterien benutzen) und zum 
Schlutz der LiIon den Strom auf 4A begrenzen und bei 42V 
Ausgangsspannung abschalten.

Eigentlich passt dafür ein LM2579, aber der geht nur bis 40V. Ein 
LM2576HV kann 60V liefert nur 3A, wenn man ihn aber gegen die interne 
Strombegrenzung arbeiten lässt (gut kühlen) können das auch 6A sein. Er 
braucht aber 2.5V für sich, entlädt den Bleiakku also nur bis 11.15V, 
was ein Vorteil sein kann.

von Morti (Gast)


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Danke für die Infos.

Wenn dem so ist werden wir den Pi dafür wohl wegfallen lassen.

Günter Lenz schrieb:
> Die Elektronik des TSS sollte sich darum kümmern, wenn nicht,
> taugt die Schaltung nichts.

Ein LM5118 würde mir hierbei wohl helfen oder? Zumindest wurde mir des 
von der Webench von TI vorgeschlagen.
Gäbe es zu dem irgendwas zu beachten?

von Morti (Gast)


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MaWin schrieb:
> Morti schrieb:
>
> Wirres Zeug
 Oioi, da hat mich die Uhrzeit wohl noch erwischt.

>
>> Der Tiefsetzsteller soll aus jener Eingangsspannung von 42-56V eine
>> Konstantspannung von 36V liefern und einen Strom von 4A.
>                        ^^^
>> Mit diesen 42V soll ein E-Bike Akku geladen werden,
>              ^^^
>
> Also was jetzt, 36V oder 42V ? Man kann mit etwas, das eine
> Konstantspannung von 36V liefert, nicht etwas auf 42V aufladen (ohne
> weitere komplexe Technik).

Das war noch etwas womit mich mein Professor verwirrt hat. 36V LiIon 
Akku wäre Ladeschlußspannung von 42V, somit hätte ich den Regler auf 42V 
konzipiert. Weil aber am Original Bosch Netzteil bei Ausgang 36V/4A 
steht, meinte er dass der Regker auf 36V konzipiert gehört. Sorry für 
die Verwirrung.


>> Hat jemand Erfahrung mit E-Bikes und kann mir sagen, was die Elektronik
>> des Akkus regelt (Überspannung, Überstrom, sinkt der Strom in der CV
>> Phase des CCCV ladens von selber oder muss die Schaltung das regeln
>> können)
>
> Die Elektronisk schützt den Akku zwar vor Überspannung und Überstrom,
> aber durch abschalten. Du willst nicht, daß sie abschaltet, also darf
> der Ladestrom nicht zu hoch werden.
>
> Mir scheint, du hast 4 Bleiakkus die je nach Ladezustand 43.2V bis 57.6V
> haben, und willst damit 10 LiIon Zellen, die je nach Ladezustand 25V bis
> 42V haben, aufladen, unter Strombegrenzung auf 4A.
>
> Die Schaltung sollte zum Schutz der Bleiakkus unter 43.2V
> Eingangsspannung abschalten (wobei Autoakkus das trotzdem übel nehmen,
> mal sollte für Ladezyklen schon Tranktionsbatterien benutzen) und zum
> Schlutz der LiIon den Strom auf 4A begrenzen und bei 42V
> Ausgangsspannung abschalten.

 also vor dem Regler befindet sich ein Laderegler welcher einerseits 
einen Ausgang zum Laden der BleiGel Batterien hat und zusätzlich einen 
eigenen Lastausgang für andres Zeug hat. Der Laderegler schaltet den 
Lastausgang automatisch ab wenn die BleiGel Batterien weniger als 42V 
haben.

von tochriso (Gast)


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Morti schrieb:

> Das war noch etwas womit mich mein Professor verwirrt hat. 36V LiIon
> Akku wäre Ladeschlußspannung von 42V, somit hätte ich den Regler auf 42V
> konzipiert. Weil aber am Original Bosch Netzteil bei Ausgang 36V/4A
> steht, meinte er dass der Regker auf 36V konzipiert gehört. Sorry für
> die Verwirrung.
>
>>> Hat jemand Erfahrung mit E-Bikes und kann mir sagen, was die Elektronik
>>> des Akkus regelt (Überspannung, Überstrom, sinkt der Strom in der CV
>>> Phase des CCCV ladens von selber oder muss die Schaltung das regeln
>>> können)


Servus,
Also bei Bosch Ebikeakkus brauchst du es nicht zu versuchen, das wird 
nicht funktionieren. Standardmäßig wird die Zellspannung durch 
Transistoren gesperrt. Die Freigabe erfolgt erst durch die Kommunikation 
mit dem Ladegerät bzw. zum Fahren mit der Steuereinheit.

von Morti (Gast)


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tochriso schrieb:
> Servus,
> Also bei Bosch Ebikeakkus brauchst du es nicht zu versuchen, das wird
> nicht funktionieren. Standardmäßig wird die Zellspannung durch
> Transistoren gesperrt. Die Freigabe erfolgt erst durch die Kommunikation
> mit dem Ladegerät bzw. zum Fahren mit der Steuereinheit.

Soweit es stimmt was ich gelesen hab, braucht man hierfür lediglich am 
dritten Kontakt des Steckers eine 5V Spannung anlegen. Damit werden dann 
die Zellen freigeschalten.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Morti schrieb:
> Wenn dem so ist werden wir den Pi dafür wohl wegfallen lassen.
Warum?
Du brauchst Argumente für oder gegen etwas. Du kannst nicht anhand 
der Stimmung in einem Forum mal das eine oder das andere machen...

Morti schrieb:
> Soweit es stimmt was ich gelesen hab, braucht man hierfür lediglich am
> dritten Kontakt des Steckers eine 5V Spannung anlegen.
Wo gelesen?

> lediglich am dritten Kontakt des Steckers eine 5V Spannung anlegen.
Hast du das ausprobiert?
Wenn ich so einen Akku zu verwalten hätte, dann würde ich über die 
dritte Leitung eine serielle Kommunikation aufbauen...

Morti schrieb:
> Das war noch etwas womit mich mein Professor verwirrt hat. 36V LiIon
> Akku wäre Ladeschlußspannung von 42V, somit hätte ich den Regler auf 42V
> konzipiert. Weil aber am Original Bosch Netzteil bei Ausgang 36V/4A
> steht, meinte er dass der Regker auf 36V konzipiert gehört.
Was ist denn das für ein halbgares Vorgehen?
Ihr habt doch augenscheinlich alles da, was fürs Reverse-Engineering 
nötig ist. Warum messt ihr nicht einfach mal so einen Ladezyklus durch? 
Dann muss man nicht so arg hoffnunglos herumraten...

: Bearbeitet durch Moderator
von Morti (Gast)


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http://www.pedelecforum.de/forum/index.php?threads/bosch-akku-performance-400wh-mit-modellbau-ladeger%C3%A4t-ladbar.33856/

hier gelesen.

Donnerstag werden wir einmal einen Ladezyklus durchmessen, da bekommen 
wir ein solches Netzteil. Es ist bis jetz halt noch alles theoretisch 
und in den Kinderschuhen.

Aber wieso sollte ich den Pi nicht gleich weglassen wollen. Jemand der 
sich augenscheinlich sehr gut mit dem Pi auskennt, im Gegensatz zu mir, 
hat mir davon abgeraten, samt guter Begründung.
Gleichzeitig hast du doch selbst gesagt, dass man solche Step down 
Regler eher hardwaretechnisch macht statt über einen Linuxrechner weil 
der Regler schnell und in Echtzeit reagiern muss.
Sind für mich gute Argumente gegen eine Regelung über den Pi ^^

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Morti schrieb:
> hier gelesen.
Das gilt nur für den alten "Classic-Akku"...

> Jemand der sich augenscheinlich
Augenschein ist ein schlechter Ratgeber. Du wirst Zahlen, Fakten und 
Daten brauchen...

> Gleichzeitig hast du doch selbst
Richtig. Und das ist der Knackpunkt: welche "Echtzeit" braucht das 
Regelungskonzept? Ist der uC evtl. letztlich nur noch zum Visualisieren 
und Überwachen da und muss gar nichts Schnelles mehr machen?

von Morti (Gast)


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Der Bosch Classic wäre auch einer der Akkus welchen wir ins Auge gefasst 
haben. Wäre ja mal ein netter Zwischenschritt wenn man den geladen 
kriegt ^^

Muss ehrlich gestehen, dass ich mich mit dem Pi nicht auseinandergesetzt 
habe. Mir wurde gesagt, dass er ein PWM Signal zusammenkriegt bei bis zu 
2MHz. Werd mich da dann mal selbst durchwuseln, stimmt schon was du 
sagst.

Meinte jedoch nicht den Pi komplett wegzulassen. Meinte damit nur ihn 
nicht mehr als Taktgeber zu verwenden sondern für andre Sachen wie 
Anzeige des Ladezustandes über einen Touchscreen oder Ein/Ausschalten 
des gesamten Reglers.

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