Hallo allerseits,
ich befinde mich in den ersten Wochen meiner Masterarbeit und habe die
Aufgabe, ein BMS zu entwickeln für 12s3p Zellen vom Typ NCR18650B.
Ein paar Randinformationen: Zwar habe ich Mechatronik studiert, jedoch
nie gelernt eine Schaltung auszulegen (das war auch bei unseren
E-Technikern nicht im Lehrplan), dementsprechend sitze ich nun da wie
der Ochs vorm Berg. Dennoch habe ich diese Stelle angenommen, eben
gerade weil ich mich in dem Bereich noch nicht auskenne und eine
Herausforderung will.
Mittlerweile bin ich so weit, dass ich ein ungefähres Verständnis habe
und so langsam an die Teilebestellung gehen kann. Für das BMS habe ich
den BQ76940 ausgesucht. Dazu wurde mir noch der Fuel Gauge BQ78350-R1
empfohlen. Es soll weiterhin ein ESP32 Mikrocontroller verwendet werden.
Da die Batterien ein Fluggerät versorgen, muss das ganze auch
entsprechend gesichert sein. Später soll es auch mit Solarzellen
ausgestattet werden, d.h. eine Integration des dazu nötigen Systems
(MPPT) soll möglich sein. Der Strom, der von den Solarzellen kommt und
den Batterien zugeführt wird, soll dazu noch dosierbar sein. Ich glaube
worauf mein Betreuer hinaus will ist, dass bei genügend erzeugter
Energie von den Panels ein Teil abgeknapst werden kann, um die Batterien
zu laden.
Meinem Betreuer sind SoC und SoH relativ egal, ihm geht es prinzipiell
ums Messen von Batteriespannung und Strom. Die SoC Berechnung könne
softwareseitig erfolgen, falls sie im Nachhinein benötigt wird.
Nun zu meinen Fragen:
Mit dem BQ76940 messe ich ja die Zellen und implementiere ein paar
Sicherheitsfunktionen. Die Batteriedaten kann ich ja über meinen uC
auslesen, wenn ich den anhänge. Mit dem kann ich dann auch Algorithmen
zu SoC und SoH implementieren. Eine Ladesteuerung kann ich dann ja
diskret dazu aufbauen. Ein Kollege hatte mir dazu schon mal eine
Schaltung in die Hand gedrückt, aber dort ist auch ein Fuel Gauge drin.
Denke ich hier zu einfach bzw. ist es schon genug Arbeit, die
Kombination aus AFE+Gauge zu bauen?
Brauche ich dann den BQ78350-R1 überhaupt? Soweit ich das verstanden
habe, liest der die Daten aus der AFE, berechnet den SoC über einen
speziellen Algorithmus und steuert das Ladeverfahren. Kann ich selbst
überhaupt eine so genaue Berechnung implementieren, wie das Teil das
macht?
Zum Einsatz soll passives Balancing kommen, da die Balancing-Widerstände
auch gleichzeitig zum Heizen verwendet werden sollen. Kann ich die mit
dem geplanten Setup ansteuern oder macht mir da eine Komponente
Probleme?
Ich hoffe das war nicht allzu wirr geschrieben; dass ich noch nicht
allzu viel Ahnung von dem Thema sieht man wohl.
Viele Grüße
12S mit MPPT ist schon ein ordentlicher Eigenbau. Dafür solltest du dir
einen passenden MPPT-Algorithmus aussuchen. Da die Zellen fest verbaut
sind und es ein Einzelstück ist, kannst du Open-Circuit-Voltage/ fixed
voltage machen. Die ganzen statistischen Verfahren halte ich für
übertrieben.
Da dein System nicht flexibel oder für Serienfertigung gedacht ist,
würde ich eher zum analog front end und Rest in Software tendieren. Du
kennst deine Akku-Zellen, deine Solarzellen, deinen Energiebedarf und
kannst alles über einfache Regelung abwickeln. Geschickte Schätzmodelle
sparen dir Shunts und Rechenleistung.
Im Wesentlichen nimmt dir die fuel gauge nur die Multiplikationen ab. Da
du aber bspw. Betriebsdauer und Leistung eingeschalteter Verbraucher
kennst, kannst du das extrapolieren. (Statt den genauen Strom je Zeit zu
messen genügt dir die Zeit, da du den Strom aufgrund Verbraucherleistung
kennst – falls es keine großen Schwankungen gibt.)
Die Kapazität der Zellen schwankt stark mit der Temperatur, wie auch ihr
Innenwiderstand. Laden und Entladen werden davon direkt beeinflusst. Ist
das Fluggerät bei -50°C im Einsatz, wird es knackig, Li-Ion zu laden
bzw. Leistung herauszubekommen. Wenn du nur im Wohnzimmer bei 22°C
fliegst, ist es deutlich einfacher.
Das Balancing würde ich nicht machen, in Abhängigkeit von der
Betriebsdauer. Zellen aus einer Charge mit einigermaßen 90%-Selektion
bzgl. Innenwiderstand und 80%-Betrieb (nicht voll entladen, nicht voll
laden) halten den Akku 1-2 Jahre stabil. Wenn es zwischendurch
Möglichkeiten des Balancierens von außen gibt, reicht das vollauf. Als
autarkes System würde ich dagegen aktiv balancieren, d.h. überschüssige
Leistung aus Zellen in solche mit Mangel überführen (über
Speicherdrosseln/ DC-DC-Wandler).
Wenn du noch etwas Projekttext rundum machst, ließe es sich genauer
durchgehen. So bleibt es schwammig.
Boris O. schrieb:> Im Wesentlichen nimmt dir die fuel gauge nur die Multiplikationen ab. Da> du aber bspw. Betriebsdauer und Leistung eingeschalteter Verbraucher> kennst, kannst du das extrapolieren.
Das heißt die AFE reicht, Fuel Gauge brauche ich nicht, sondern mache
das per Software anhand der AFE-Daten.
> Die Kapazität der Zellen schwankt stark mit der Temperatur, wie auch ihr> Innenwiderstand. Laden und Entladen werden davon direkt beeinflusst. Ist> das Fluggerät bei -50°C im Einsatz, wird es knackig, Li-Ion zu laden> bzw. Leistung herauszubekommen.
Jupp, Außentemperatur wird so -60°C sein. Daher sollen die
Balancing-Widerstände nicht nur balancen, sondern auch zum Heizen
angesteuert werden können.
> Wenn du noch etwas Projekttext rundum machst, ließe es sich genauer> durchgehen. So bleibt es schwammig.
Welche Infos wären denn noch hilfreich? Denn arg viel mehr weiß ich auch
nicht.
> Jupp, Außentemperatur wird so -60°C sein. Daher sollen die> Balancing-Widerstände nicht nur balancen, sondern auch zum Heizen> angesteuert werden können.>
Dann schau Dir nochmal das Datenblatt der NCR18650B an.
Du musst also immer so heizen, dass Du ueber -20 Grad Celsius bleibst.
Beim Laden sogar ueber 0 Grad. Unter 10 Grad kannst Du dann nur noch mit
025C laden...usw...
Oder sehr gut isolieren.
Ich wuerde auch mal nach anderen Batterietypen Ausschau halten. Sehe Dir
mal an, was die Leute immer in den Wetterballons verbauen.
Mark W. schrieb:> Du musst also immer so heizen, dass Du ueber -20 Grad Celsius bleibst.> Beim Laden sogar ueber 0 Grad. Unter 10 Grad kannst Du dann nur noch mit> 025C laden...usw...> Oder sehr gut isolieren.> Ich wuerde auch mal nach anderen Batterietypen Ausschau halten. Sehe Dir> mal an, was die Leute immer in den Wetterballons verbauen.
Der Batterietyp ist vorgegeben. Isolation und Temperaturmanagement ist
ein separates Thema, das mich nur indirekt betrifft. Das ist
wahrscheinlich nochmal eine eigene Thesis. Bei mir geht es nur darum,
dass ich durch die Widerstände bei Bedarf (zumindest ein wenig) Wärme
erzeugen kann.
Daniel H. schrieb:> Mark W. schrieb:>> Du musst also immer so heizen, dass Du ueber -20 Grad Celsius bleibst.>> Beim Laden sogar ueber 0 Grad. Unter 10 Grad kannst Du dann nur noch mit>> 025C laden...usw...>> Oder sehr gut isolieren.>> Ich wuerde auch mal nach anderen Batterietypen Ausschau halten. Sehe Dir>> mal an, was die Leute immer in den Wetterballons verbauen.>> Der Batterietyp ist vorgegeben. Isolation und Temperaturmanagement ist> ein separates Thema, das mich nur indirekt betrifft. Das ist> wahrscheinlich nochmal eine eigene Thesis. Bei mir geht es nur darum,> dass ich durch die Widerstände bei Bedarf (zumindest ein wenig) Wärme> erzeugen kann.
Ist auch kein Problem, man sollte nur dran gedacht haben.
Mal noch eine allgemeine Frage:
Haltet ihr es für realistisch, in 6 Monaten ein BMS zu entwickeln?
Ich habe wie gesagt keine Vorkenntnisse in Schaltungsauslegung und mein
Betreuer weiß etwa so viel wie ich, heißt ich muss alles selbst
erarbeiten. Mir kommen da nämlich gerade Zweifel...
Zwei Kommilitonen haben über ein Semester bereits versucht, an der
Hochschule ein BMS zu basteln und wurden nicht fertig. Sie meinten, die
Profs wollen nicht einsehen, dass so etwas mehr Zeit benötigt und nicht
grad mal so gemacht ist. Wie seht ihr das? Zu komplex für ein halbes
Jahr? Es soll am Ende auch etwas Abgeschlossenes bei rauskommen.
