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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektroantrieb mit 2 Akkus und Rekuperation, Problem


Autor: Lukas (Gast)
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Hallo,

ich suche einen Schaltungsvorschlag für folgende Problematik :)

Ein Elektrofahrzeug soll mit 2 gekapselten LiIo Akkus versorgt werden. 
Der Antriebsstrang kann Rekuperieren.

Mit welcher Schaltung kann ich beide Akkus anschließen aber so das die 
Rekuperation noch funktioniert?

Die Anzuschießenden Akkus können einen abweichenden Ladestand haben.

Auf eine einfache Art scheint das nicht zu funktionieren da dann immer 
der vollere Akku den schwächeren laden würde.
Die Rekuperationsspannung kann einige Volt höher als die vollgeladene 
Akkuspannung eingestellt werden. Die Akkus werden durch eine eingebaute 
Elektronik vor Überladung geschützt.

Beitrag #5516398 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Lukas (Gast)
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Jens schrieb im Beitrag #5516398:
> Du kannst sie direkt anschließen.
Beim Direktanschließen wird dann wie verhindert das der vollere Akku den 
weniger Vollen Akku mit sehr großen Strömen lädt?


> Wenn die Akkus parallel geschaltet sind, werden sie auch gleichzeitig
> aufgeladen. Bei einer Reihenschaltung auch.

Selbe Problematik.

Die Akkus können einzeln entnommen werden einzeln geladen und einzeln 
betrieben, es soll aber möglich sein beide gleichzeitig anzuschließen.

Autor: Stephan (Gast)
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Lukas schrieb:
> Beim Direktanschließen wird dann wie verhindert das der vollere Akku den
> weniger Vollen Akku mit sehr großen Strömen lädt?

Wie hoch ist die Akkuspannung?
Und von welcher Größenordnung des Akku reden wir (10Wh, 100Wh, 1000Wh, 
1kWh, 100kWh, 1MWh)?

Autor: Lukas (Gast)
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Das ist dann zwar nur Auslegungssache daher eigentlich nicht wichtig.

ca. 90V, Peak 200A

Autor: Lukas (Gast)
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Akkukapazität 30Ah

Autor: htfz (Gast)
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Lukas schrieb:
> Die Anzuschießenden Akkus können einen abweichenden Ladestand haben.

Im allgemeinen ließe sich das vermeiden. Einfach immer nur 2 gemeinsam 
raus, 2 gemeinsam rein, und immer beide vollständig laden.

Obwohl man sicherlich eine Schaltung stricken kann, die (ähnlich wie 
eine Einschaltstrombegrenzung) beim Zusammenstecken erst mal einen 
passenden Leistungswiderstand reinzwickt, der dann überbrückt wird. Oder 
gar ein Wandler, falls man die hohen Strompulse und Verluste unterbinden 
will.

Autor: Lukas (Gast)
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Ich denke auch das es leider nicht wirklich funktioniert.

Die Akkus sollten auch gemeinsam entladen werden so dass bei Belastung 
die Spannung nicht so weit einbricht.

Egal wie man das versucht wenn die Abweichung der Akkuspannungen zu weit 
differiert fließt ein Ausgleichstrom.

Ich habe auch schon überlegt mit Stromsensoren die Stromflussrichtung 
auszuwerten und passend Mosfets zu schalten. Hmm

Autor: 60/40 (Gast)
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Ich würde das so lösen:

Beide Akkus Spannungsmessen und den, der höhere Spannung hat auf den 
Antrieb schalten. sobald die Akkuspannungen gleich sind den zweiten 
parallel zuschalten.

Ist mit einem Mikrocontroller ja kein grosser Aufwand.

Autor: Lukas (Gast)
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Vielleicht geht es ja doch so ähnlich ;)

Aus den Akkus kommt normalerweise keine Spannung raus, die haben 
scheinbar eine "enable" Leitung, darüber würde das einfacher gehen. 
Erstmal in so einen Akku reinschauen...

Autor: htfz (Gast)
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@60/40: Ja, Deine Lösung mit µC geht auch in Ordnung, solange die Akkus 
nicht sowohl knapp bemessen, als auch wirklich stark im Ladestand 
unterschiedlich sind. Wenn das Gerät den Strom aus beiden Akkus braucht, 
kann man ja schlecht einen benutzen.

@Lukas: Ich hatte zwei stark differierende Tipps gegeben, um weitere 
Gegebenheiten zu entlocken. So ganz funktioniert das noch nicht... :)

Du hast praktisch nur damit rausgerückt, daß "es wünschenswert wäre, 
wenn man beide gleichzeitig..." Damit habe ich aber gerechnet - nur wäre 
es klüger, Dein Vorhaben genauer zu beschreiben. Denn man könnte z.B. 
beide Akkus an einen synchronen Abwärtswandler setzen, und deren 
Ausgänge zur Last hin verbinden. (So ist zwischen beiden Akkus auch je 
ein Ab- / Aufwärtswandler, nur zum Verständnis.) Wenn Du dann noch den 
Strom überall regelst, bist Du zu allem bereit damit.

Solch ein Aufwand ist aber nur nötig, falls das System mit einem Akku 
wirklich nicht läuft, aber z.B. zum Weitermachen / Fertigwerden 
(Arbeitspensum...) meist nur einer geladen nachgeliefert werden kann - 
oder in ähnlichen Situationen.

Im Normalfall wird man, wenn, dann beide Akkus auf gleicher Ladung 
halten wollen, bei einer Zusammenschaltung.

Autor: Stephan (Gast)
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Lukas schrieb:
> Das ist dann zwar nur Auslegungssache daher eigentlich nicht wichtig.

Das ist nur dann nicht wichtig, wenn es eine akademische Frage ist.
90V/200A ist aber zumindest mal ne Klasse wo Flussspannungen von Dioden 
nicht mehr so arg ins Gewicht fallen.

Die eigentlich Frage scheint mir aber zu sein: Wie schalte ich Akkus mit 
unterschiedlichem Ladezustand parallel.

Rekuperation bringt ja jetzt nicht sooo viel.
Ich vermute 2 sauber parallel betriebene Akkus (gleicher Ladezustand, 
gleiches Alter, etc.) ohne Rekuperation erreichen mehr Reichweite als 2 
alternierend geladene Akkus mit Rekuperation.

Wie ist denn bislang die Anschaltung der Akkus geplant? Dein Thema 
scheint mir ja die Rekuperation zu sein.

Autor: Lukas (Gast)
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Ja es geht um die Rekuperation und auch die somit einhergehende Bremse 
welche dann die Mechanische Bremse schont.

Ausgestattet ist das Gefährt mit 2 Akkus über eine Dioden-Box zum 
Kontroller. Es sind diese Doppeldioden mit gemeinsamer Katode verbaut 
davon für jeden Akku 6stk. Parallel. Die Dioden sind in der Negativen 
Leitung.

Das gleiche Fahrzeug gibt es mit nur einer Anschlussmöglichkeit mit 
einem Akku da funktioniert die Rekuperation.

Bei der Doppelakkukonfiguration ist der Abzug und die Leistung den Berg 
rauf besser, daher wünschenswert parallele Entladung.

Es gibt leider auch so etwas wie das Henne - Ei Problem, erst wenn der 
Schlüssel gedreht wird kommt Spannung aus dem Akku.


Es würde auch reichen wenn die Rekuperationsleistung nur in einen Akku 
gehen würde.

Regulär werden die Akkus über einen 3. Pin in Stecker geladen. Das 
eingebaute BMS im Akku verträgt 15A über diesen Lade Pin, das ist 
Zuwenig für die Rekuperationsleistung.


Das BMS im Akku schaltet den Negativen Pol über die BMS-Elektronik 
"scharf" zum Stecker durch.

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Lukas schrieb:
> Das gleiche Fahrzeug gibt es mit nur einer Anschlussmöglichkeit mit
> einem Akku da funktioniert die Rekuperation.

Um welches Fahrzeug handelt es sich? Ich besitze zufällig auch ein 
Fahrzeug in das man bis zu 2 Akkus einsetzen kann, Rekuperation 
funktioniert grundsätzlich nicht (obwohl im Controller konfiguriert).

Dem Hersteller ist keine Information aus der Nase zu ziehen, der 
Techniker der die letzte Inspektion durchgeführt hat hat irgendwas 
erzählt von wegen "bei diesem Fahrzeug Baujahr 2017 nicht, bei den 
neueren schon, sorry." - "warum, der Controller ist doch der selbe?" - 
"blabla, keine Ahnung, ist halt so. Sorry.".

Die neuere Variante gibt es mit nur einem, dafür aber größeren Akku.

Ich habe es noch nicht selbst zerlegt, ich habe noch keinen Schaltplan, 
Herstellersupport ist unterirdisch, DIY ist angesagt.

Dieser Thread hat mich hellhörig gemacht.

Werde bei Gelegenheit mal die Verkleidung entfernen und nach 
verdächtigen Dioden suchen.

Autor: Lukas (Gast)
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@Bernd
Ich möchte in erster Linie das zum laufen bekommen, wenn auch DIY.
Zum Hersteller bitte Mailisch an lu-kas81 bei web in de ;)

Autor: Stephan (Gast)
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Lukas schrieb:
> Die Rekuperationsspannung kann einige Volt höher als die vollgeladene
> Akkuspannung eingestellt werden.

Lukas schrieb:
> Das
> eingebaute BMS im Akku verträgt 15A über diesen Lade Pin, das ist
> Zuwenig für die Rekuperationsleistung.

Liegt die Rekuperationsleistung an einem separaten Ausgang des 
Controllers an? Ansonsten könntest du die ja nie an den Ladepin bringen.

Zeichne doch mal ein Schaltbild.

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Ich würde eventuell ins Auge fassen von der Forderung "unterschiedlicher 
Ladestand" abzusehen.

Lädtst Du die Akkus im Fahrzeug oder nimmst Du sie raus und lädst sie 
einzeln in der Wohnung?

Auch in letzterem Fall müsste es sich machen lassen die Akkus einmal auf 
gleichen Stand zu bringen und von dann an nur noch im 
parallelgeschalteten Zustand zu verwenden und auch immer parallel zu 
laden.

Autor: Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite
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Mehrphasen-Wechselrichter – eine gemeinsame Induktivität wird 
phasenverschoben aus den verschiedenen Quellen gespeist. Die 
Rekuperation kannst du auf dieselbe Art und Weise erledigen, d.h. 
theoretisch ohne Antrieb sogar von einem Akku in den anderen übertragen. 
Aber die Ansteuerschaltung ist schon eine Master-Arbeit wert. 
(»Schaltnetzteile in der Praxis« oder »Schaltnetzteile und ihre 
Peripherie« – wahrscheinlich letzteres – enthält eine 
Mehrphasen-Ansteuerschaltung ohne Rekuperation, allerdings nur, weil die 
H-Brücke nur in eine Richtung angesteuert wird. Stell dir einfach zwei 
variable Wechselrichter vor, die über eine Induktivität gekoppelt sind. 
Du musst dann nur in der Ansteuerschaltung auswürfeln, in welche 
Richtung der Strom fließt, d.h. welche Pfade geöffnet werden. Es spricht 
theoretisch nichts dagegen, den Wechselrichter des Akkus mit niedrigerer 
Spannung als Boost-Regler in die Induktivität zu betreiben und ohne 
Aufschaltung der Last aus der Induktivität in den volleren Akku zu 
speisen. In dem Fall ist Timing alles und es ist wahrscheinlicher am 
Anfang eine Menge Kurzschlüsse aneinanderzureihen, als ordentlich 
umzuschaufeln.)

Autor: Lukas (Gast)
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@Boris, ich glaube zu verstehen was du meinst, aber das ist schon 
"etwas" zu aufwändig wenn auch ein guter Ansatz.


Ich werde einen Testaufbau machen.
Dazu werde ich pro Akku 2 Antiparallele Diodenstrecken aufbauen welche 
ich mit Mosfets aktivieren kann. So das ich die erlaubte Stromrichtung 
umschalten kann.

Mit einem µC Messe ich die Spannung an drei Punkten 2x Akku 1x 
Controller.

- Beim Einschalten wird gemessen ob 1 oder 2 Akkus angeschlossen sind.

- Wird nun die Spannung am Controller höher als an den Akkus schalte ich 
die Stromrichtung auf entweder den einen angeschlossenen Akku oder wenn 
beide angeschossen sind auf den mit der niedrigeren Spannung, oder evtl. 
einfach abwechselnd auf die Akkus pro Rekuperationsvorgang.
- Wird die Spannung am Controller niedriger als an den Akkus schalte ich 
wieder zurück.

Die Spannung am Controller wird natürlich einbrechen wenn sie belastet 
wird. Aber sie wird dann trotzdem Akkuspannung + Flussspannung der 
Dioden größer sein als die Akkuspannung.

Verusch macht kluch ;)

Autor: Stephan (Gast)
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evtl. so in der Art wie angehängt.
Achtung: nicht als Bauteil-/Dimensionierungsvorschläge verstehen

Prinzip: Akkus mit Spannung größer als der mittleren Akkuspannung (- 
kleine Hysterese) wird per Mosfet aufgeschaltet.

Die Hysterese + 2 x Offset der OPV + Toleranzen der Spannungsteiler muss 
kleiner sein als der Spannungsabfall an 2 eingeschalteten Mosfets + 
Leitungs-/Akkuwiderstände beim maximalen Ladestrom.

Die Rekuperationsleistung fließt im Wesentlichen immer nur in einen der 
Akkus.

Die Hysterese sollte so groß wie möglich gewählt werden, so dass bei 
ähnlichem Ladezustand der Akkus auch beide Akkus genutzt werden.

Autor: Treiber (Gast)
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Lukas schrieb:
> Die Spannung am Controller wird natürlich einbrechen wenn sie belastet
> wird.
Die Akkuspannung wird doch auch einbrechen bei hoher Belastung.
Eine Idee waere also die Leistung aus nur einem Akku, dem mit hoeherer 
Spannung, zu entnehmen. Faellt die Spannung bis auf den Wert des zweiten 
Akkus, dann kann man diesen zuschalten. Dabei muss man auch die Stroeme 
beobachten, sobald der Strom eines Akkus negativ wird, muss man diesen 
Akku wieder trennen. Das ganze ist sehr dynamisch und daher sicher nicht 
ganz einfach. Induktivitaeten in den Akkuzuleitungen sind vermutlich 
notwendig um Stromspruenge abzufangen.

Wie gesagt, nur mal als Idee.

Autor: Lukas (Gast)
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Stephan schrieb:
> Die Rekuperationsleistung fließt im Wesentlichen immer nur in einen der
> Akkus.

Wie wird verhindert das die Akkus durch Rekuperation über die Body Diode 
Geladen werden?

Autor: Stephan (Gast)
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Lukas schrieb:
> Wie wird verhindert das die Akkus durch Rekuperation über die Body Diode
> Geladen werden?

Die liegt bei Rekuperation in Sperrichtung.
Nur der Akku mit der höheren Spannung (bzw. bei fast gleicher Spannung 
beide Akkus) sind über den aufgesteuerten Mosfet durchgeschaltet und 
nehmen Rekuperationsenergie auf.

Und: ich hab oben Hysterese geschrieben. Ist natürlich Quatsch.
Die mittlere Spannung der beiden Akkus wird einfach durch den 
Spannungsteiler etwas reduziert.
Akkus deren Spannung über diesem Referenzwert liegt werden über den 
Mosfet zugeschaltet.

Die 10Meg in meiner Schaltung sind auch etwas hoch. Reduziert die 
Spannung ja nur um ca.  4.5mV.
Bei 10A verträglichem Ladestrom und 10mOhm Widerstand durch die 2 Akkus, 
2 Mosfets und die Verkabelung dürfen bei einer Differenz von 100mV beide 
Mosfets an sein.
Das wäre dann ca. 1Meg statt der 10Meg.
Der Strom von 10A fließt auch nur kurz in den schwächeren Akku bis der 
Ladezustand ausgeglichen ist (bei Belastung fließt eher gar kein Strom 
in den schwächeren Akuu).

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