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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 6s-Balancer, funktioniert das so?


Autor: Paul H. (powl)
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Hi,

ich möchte ein 6S-Lipo Akkupack an einem bereits vorhandenen 
CCCV-Netzteil laden und es währenddessen balancen.

Würde das prinzipiell so funktionieren wie hier im Schaltplan? Ich würde 
dann einen low power R2R OpAmp nehmen und entsprechend potente 
Transistoren, wobei 100mA balancing-strom schon fast ausreichen könnten 
wenn man schon während des gesamten Ladevorgangs balanced und nicht erst 
am Schluss.

lg Paul

Autor: Irgendwer (Gast)
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Paul H. schrieb:
> wobei 100mA balancing-strom schon fast ausreichen könnten

Und wo begrenzt du das ganze auf 100mA?
Ich sehe gerade nur eine Schaltung die versucht mit einem BC547 die 
Akkuzellen kurz zu schlissen:-)

Autor: Paul H. (powl)
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Uhm, der BC547 müsste dann in die Sättigung gehen und sich somit selbst 
begrenzen. Alternativ könnte man dem Transistor noch eine Widerstand 
nachschalten, damit nicht die gesamte Leistung im Transistor frei wird.

: Bearbeitet durch User
Autor: Philipp G. (geiserp01)
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Jetzt zeichne das jetzt mal so auf, dass man eine gemeinsame Masse der 
Zellen sieht.

Ich sehe hier nur einen Transistor Test Kurzschluss Aufbau.

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
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Mit dem Zusammenreissen der Akkuspannung wird auch die Versorgung des 
OpAmps zusammengerissen..

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Jetzt ist G. schrieb:
> Mit dem Zusammenreissen der Akkuspannung wird auch die Versorgung
> des OpAmps zusammengerissen..

Nein. Hast Du die Gegenkopplung übersehen? Da wird nichts 
"zusammengerissen", das sind Spannungsfolger, da wird auf gleiche 
Zellspannungen geregelt.

Autor: MaWin (Gast)
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Paul H. schrieb:
> Würde das prinzipiell so funktionieren

Was hast du dir denn beim obersten OpAmp gedacht ?

Und: Ist es wirklich so unmöglich schwer, passende Bauteiltypennummern 
im Schaltplan zu haben ?

Beitrag #5519319 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Die Eingänge der Opamps sind total falsch verschaltet und auch deren 
Spannungsversorgungen, ansonsten ist die erkennbare Idee dahinter 
ausgezeichnet und auch praktikabel.

Ich schlage vor Du erstellst erst erst mal eine Schaltung für nur zwei 
Zellen und simulierst sie bis sie funktioniert, dann überlegst Du Dir 
wie Du die auf 3 oder mehr Zellen erweiterst.

Es wird einfacher wenn Du pro OpAmp je einen PNP und einen NPN 
verwendest, also 2 Transistoren pro Opamp, dann brauchst Du einen Opamp 
weniger. Mit nur 6 Transistoren müsste es auch gehen aber dann sind noch 
ein paar Kleinigkeiten zu ändern.

Wenn Du die Fehler korrigierst so daß sie tatsächlich auch das tut was 
Du denkst was sie tut dann wird so eine Schaltung problemlos 
funktionieren (und sogar weitaus besser als so manches käufliche 
China-Gelumpe).

Mit den Basiswiderständen kannst Du auf sehr pragmatische aber 
wirkungsvolle Weise den maximal möglichen Strom begrenzen (nicht sehr 
genau, aber auf besondere Genauigkeit kommt es an dieser Stelle auch 
nicht an solange Du deutlich (Faktor 2 mindestens) unter der Leistung 
bleibst die die Transistoren in der jeweiligen Einbausituation 
(Kühlkörper) noch unter allen Umständen dauerhaft wegheizen können).

: Bearbeitet durch User
Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Bernd K. schrieb:
> Jetzt ist G. schrieb:
>> Mit dem Zusammenreissen der Akkuspannung wird auch die Versorgung
>> des OpAmps zusammengerissen..
>
> Nein. Hast Du die Gegenkopplung übersehen? Da wird nichts
> "zusammengerissen", das sind Spannungsfolger, da wird auf gleiche
> Zellspannungen geregelt.

Ich nehme meine Antwort zurück, die Schaltung ist so wie sie ist 
fehlerhaft, die Idee ist aber gut und man könnte es durchaus so 
korrigieren so daß es funktioniert.

: Bearbeitet durch User
Autor: Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite
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Bernd K. schrieb:
> Die Eingänge der Opamps sind total falsch verschaltet und auch deren
> Spannungsversorgungen,

Wenn du das Warum noch ausführen könntest und vielleicht noch die 
Lösung, oder den Lösungsansatz, wäre es fast schon eine brauchbare 
Antwort.

Ich sehe keinen Grund, die Referenz nicht an den invertierenden Eingang 
zu legen. Allerdings ist dein Prinzipschaltbild nur ein 
Prinzipschaltbild. Statt des 071 würde ich einen moderneren MAX921 o.ä. 
nehmen. Die Stromaufnahme ist um Größenordnungen geringer UND er bringt 
eine eingebaute 1%-Referenz mit. So sparst du dir handverlesene 
1%-Widerstände.

Den Transistor würde ich gegen einen MOSFET mit Ballast-Widerständen 
tauschen. Das entlastet den Transistor immens, verlängert die 
Lebenszeit, mindert das Risiko und Anpassungen sind leichter vorzunehmen 
(eine 4-er Gruppe aus 1W-Widerständen kann leicht durch 
Parallelschaltung angepasst/ austariert werden).

Wenn du das noch in Modulbauweise fertigst, d.h. eine Regelung auf eine 
Platine packst, kannst du auch 3s, 2s und 12s abfrühstücken. Eine 
erprobte und ausreichend ausgearbeitet Version gibt es bei rcgroups: 
https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?157...

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Boris O. schrieb:
>> Die Eingänge der Opamps sind total falsch verschaltet und auch deren
>> Spannungsversorgungen,
>
> Wenn du das Warum noch ausführen könntest

Du kannst nicht einen der Eingänge direkt an einen der 
Versorgungsspannungsanschlüsse legen. Versuchs mal so zu schalten daß 
jeder OpAmp von 2 genau Zellen versorgt wird so daß er von seinen 
Ein/Ausgängen aus gesehen immer mindestens noch 3V nach oben und 3V nach 
unten hat.

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Boris O. schrieb:
> Den Transistor würde ich gegen einen MOSFET mit Ballast-Widerständen
> tauschen. Das entlastet den Transistor immens

Transistoren lassen sich leichter auf Kühlkörper schrauben als 
Widerstände und es gibt auch für kleines Geld Exemplare die zig Watt 
Verlustleistung wegheizen können.

Und Bipolartransistoren haben die nette Eigenschaft über ihren 
Stromverstärkungsfaktor eine Strombegrenzung eingebaut zu haben, so kann 
man über den Basiswiderstand ganz einfach den Strom begrenzen - zwar 
nicht besonders genau und auch temperaturabhängig und Exemplarstreuungen 
unterworfen aber überall dort wo Genauigkeit überhaupt keine Rolle 
spielt (wie hier) und man auch im Worst-Case noch weit vom Limit 
entfernt bleiben kann ist das vollkommen akzteptabel und gangbar.

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Autor: Stefanus F. (stefanus)
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> Uhm, der BC547 müsste dann in die Sättigung gehen und sich
> somit selbst begrenzen.
> Und Bipolartransistoren haben die nette Eigenschaft über ihren
> Stromverstärkungsfaktor eine Strombegrenzung eingebaut zu haben,
> so kann man über den Basiswiderstand ganz einfach den Strom begrenzen.

Das ist zu einfach gedacht. BC547 ist eine unvollständige Typangabe, ich 
hänge da mal ein "B" an. Der BC547B hat beim 2mA im Datenblatt von 
Vishay einen Verstärkungsfaktor zwischen 110 und 220.

Wie willst den Basis-Vorwiderstand auslegen, etwa als Poti um ihn an 
"110 bis 220" anzupassen?

Wenn du so viel Toleranz ernsthaft zulassen willst, kannst du gleich ein 
1€ Modul aus China verwenden.

Schau Dir mal den TL-431 an. Damit kannst du das viel einfacher 
realisieren. Du brauchst nur 3 Bauteile pro Zelle und genauer ist es 
dann auch noch.

: Bearbeitet durch User
Autor: Iglu199 (Gast)
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gibt sogar ein Patent auf so was
https://patents.google.com/patent/US20050077875A1/en

Autor: Falk B. (falk)
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@Paul H. (powl)

>ich möchte ein 6S-Lipo Akkupack an einem bereits vorhandenen
>CCCV-Netzteil laden und es währenddessen balancen.

Jaja, möchte . . .

>Würde das prinzipiell so funktionieren wie hier im Schaltplan?

Nö.

>Ich würde
>dann einen low power R2R OpAmp nehmen und entsprechend potente
>Transistoren, wobei 100mA balancing-strom schon fast ausreichen könnten
>wenn man schon während des gesamten Ladevorgangs balanced und nicht erst
>am Schluss.

Warum nimmst du nicht einen bewährten, GETESTETEN Schaltplan? Warum 
versuchst du das Rad als Fünfeck neu zu erfinden?

Beitrag "Re: TL431-LiPo-Balancer "reloaded""

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Falk B. schrieb:
> Warum nimmst du nicht einen bewährten, GETESTETEN Schaltplan? Warum
> versuchst du das Rad als Fünfeck neu zu erfinden?
>
> Beitrag "Re: TL431-LiPo-Balancer "reloaded""

Wahrscheinlich weil dieser Notbehelf nicht die geforderten Anforderungen 
erfüllt die er in Post 1 genannt hat und vor allem wahrscheinlich weil 
er was besseres, universelleres und weitaus präziseres braucht als diese 
nachteilige Notbehelfslösung.

Die Schaltung aus der oben verlinkten Patentschrift ist gut, die kann 
man auch schön modular aufbauen für zwei bis beliebig viele in Serie, 
zusammengesetzt aus identischen Modulen.

Autor: Frickel (Gast)
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Bernd K. schrieb:
> Die Schaltung aus der oben verlinkten Patentschrift ist gut, die kann
> man auch schön modular aufbauen für zwei bis beliebig viele in Serie,
> zusammengesetzt aus identischen Modulen.

Das trift aber auf Falk seine Schaltung auch zu!

Autor: HildeK (Gast)
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Bernd K. schrieb:
> Wahrscheinlich weil dieser Notbehelf nicht die geforderten Anforderungen
> erfüllt die er in Post 1 genannt hat und vor allem wahrscheinlich weil
> er was besseres, universelleres und weitaus präziseres braucht als diese
> nachteilige Notbehelfslösung.

Welche Anforderung sind denn damit nicht erfüllbar?
IMHO ist die Schaltung aus Falks Link sehr wohl geeignet.

Und die wurde auch schon hier angedeutet - naja, 3 Bauteile reichen 
nicht ganz:

Stefanus F. schrieb:
> Schau Dir mal den TL-431 an. Damit kannst du das viel einfacher
> realisieren. Du brauchst nur 3 Bauteile pro Zelle und genauer ist es
> dann auch noch.

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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HildeK schrieb:
> Welche Anforderung sind denn damit nicht erfüllbar?

Er hat ein separates CCCV Ladegerät und will allein damit den 
Ladeschluß festlegen. Für sowas kann man es nicht gebrauchen wenn der 
Balancer selbst auch noch irgendwelche hartkodierten Spannungen 
verwendet die man separat justieren muß. Sind sie in Summe auch nur 
einen Hauch zu niedrig schaltet das Ladegerät niemals ab und prügelt 
unendlich lange den vollen Ladestrom rein den dann die Shuntregler 
verheizen müssen, sind sie auch nur einen Hauch zu hoch erreicht man nie 
die perfekte Balance.

Solche simple shunt-Regler haben ihre Berechtigung wenn man an einer 
reinen CC-Quelle ohne eigene Abschaltung lädt wie zum Beispiel einem 
Solarpanel, die Shuntregler müssen dann aber auch den maximalen 
Ladestrom wegstecken können, dann wäre das die beste Lösung. In allen 
anderen Fällen ist es Murks.

Die Schaltung aus der Patentschrift stellt so ziemlich das Optimum dar 
dessen was man bauen kann, sowohl im Hinblick auf Einfachheit als auch 
höchste Präzision ganz ohne Kalibrierung und vollkommener Unabhängigkeit 
von der gewünschten Ladeschlußspannung. Das wird nur noch übertroffen 
von aktiven Balancern die nicht entladen sondern umladen.

Der Threaderöffner will so wie ich die Sache sehe ein zugleich einfaches 
aber auch extrem präzises und dennoch unkompliziert zu kalibrierendes 
Ladegerät bauen für eine einfach zu konfigurierende Zellenzahl das sich 
auch für Zellen mit anderer Chemie als Li-Ion eignet mit vollkommen 
anderen Ladeschlußspannungen. Dafür ist eine Schaltung so wie sie ihm 
vorschwebt (abzüglich der Fehler, bzw. alternativ so wie in dem Patent) 
ideal. Es wird 99% der erhältlichen China-Lader in jeglicher Hinsicht 
übertreffen. Eine elegantere Lösung die auch noch so gut skaliert und 
auch nicht kalibriert werden muß wirst Du nicht finden.

: Bearbeitet durch User
Autor: HildeK (Gast)
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Danke für die Erläuterung - das CCCV-Ladegerät hatte ich nicht in 
Betracht gezogen.

Autor: Paul H. (powl)
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So, danke für alle Vorschläge! Die Schaltung aus dem Patent sieht 
ziemlich brauchbar aus aber ich habe mich mittlerweile dafür 
entschieden, mir mal einen fertigen BMS-chip anzuschauen. Darin 
integriert sind dann schon differentielle ADCs für jede Zelle und 
Schalttransistoren für's balancing. Den Balancing-Algorithmus kann ich 
mir dann völlig nach eigenem Ermessen aussuchen.

Autor: Stephan (Gast)
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Paul H. schrieb:
> So, danke für alle Vorschläge! Die Schaltung aus dem Patent sieht
> ziemlich brauchbar aus aber ich habe mich mittlerweile dafür
> entschieden, mir mal einen fertigen BMS-chip anzuschauen. Darin
> integriert sind dann schon differentielle ADCs für jede Zelle und
> Schalttransistoren für's balancing. Den Balancing-Algorithmus kann ich
> mir dann völlig nach eigenem Ermessen aussuchen.

Bei welchem Chip bist du dann gelandet?

Autor: Paul H. (powl)
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z.B. die da:

www.ti.com/product/BQ76930

oder

https://www.renesas.com/us/en/products/power-manag...

gibt sicher noch vergleichbares von anderen Herstellern

Autor: Erich (Gast)
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Folgenden Link auf eine offenbar gut funktionierende Balancer-Schaltung 
möchte ich hier ergänzen:

http://ka7oei.blogspot.com/2013/05/lithium-iron-ph...
http://2.bp.blogspot.com/-biY23NRX6Dw/UZfz82tX7XI/...

Diese basiert auf der Grundidee wie im bereits genannten Patent 
US20050077875A1 gezeigt.
Die Schaltung kann auf beliebige Zellenzahl erweitert werden.

Gruss

Autor: Bernd K. (prof7bit)
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Erich schrieb:
> http://ka7oei.blogspot.com/2013/05/lithium-iron-ph...
> 
http://2.bp.blogspot.com/-biY23NRX6Dw/UZfz82tX7XI/...
>
> Diese basiert auf der Grundidee wie im bereits genannten Patent
> US20050077875A1 gezeigt.

Nö, was Du verlinkt hast ist der normale Shunt-Regler der oben schon 
mehrfach genannt wurde mit all seinen Nachteilen. Das Patent 
funktioniert anders.

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