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
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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.
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