Hallo zusammen,
wohl habe ich mich durch diverse Threads mit dem Stichwort "BMS"
gelesen, aber meine Fragen wurden darin nicht beantwortet. Entweder es
ging um proprietäre käufliche Akkus und deren "zu knackende"
intelligente BMS, oder darum, ob überhaupt eins nötig ist...
Ich will ein Fahrrad selbst zum eBike umrüsten und auch den Akku selbst
zusammenstellen: 16S LiFePo4 mit 10Ah
Auch das Ladegerät dazu will ich selbst auf die Beine stellen.
Ich bin also noch frei in der Entscheidung, wo das BMS sitzt: Im Akku,
am Fahrrad, im Ladegerät...
Ich kann das BMS nicht selbst entwickeln, dazu fehlen mir Zeit und
Kenntnisse. Zu kaufen gibt es chinesische "BMS" zu teils aberwitzig
niedrigen Preisen, ungefähr die gleiche Machart von deutschen Händlern
zu ca. 40-70€ in der gewünschten Strombelastbarkeit und dann noch
richtige prozessorgestützte mit deutlich besserem Balancerströmen,
Diagnosemöglichkeiten und einem stolzen Preis von 300€ aufwärts.
Bei den billigen BMS in Verbindung mit einem Ladegerät, das seinen Strom
nur anhand der Akku-Gesamtspannung steuert, sehe ich folgendes Problem:
Das Ladegerät müßte sehr früh, vielleicht schon bei 3,4V pro Zelle auf
den lächerlich geringen Ladestrom zurückgehen, den so ein billiges BMS
an einer Zelle vorbeileiten kann. Die anschließende Volladung dauert
dann ewig.
Jetzt meine Idee, mit halbwegs geringem Aufwand davonzukommen.
(Natürlich liegt das im Auge des Betrachters, und hängt davon ab, was
man schon so herumliegen hat)
1. Akku "nackt" ohne BMS, aber Balanceranschluß. Der Balanceranschluß
muß auch 2A Ladestrom abkönnen. Z.B. ein 37poliger Sub-D-Stecker könnte
GND, Plus und die 15 Abgriffe mit je zwei Pins parallel anbieten.
2. Billiges BMS am Fahrrad, das nur den Lastabwurf bei Unterspannung von
einer oder mehrerer Zellen kann.
3. Ladegerät, das mit 16 billigen Schaltnetzteilen und 16 billigen
Regelmodulen in einem Gehäuse vereint, gleichzeitig jede Zelle einzeln
über den Balancer-Anschluß vollädt. Ein Netzteil und 16 potentialfreie
DC-DC-Wandler ginge auch, scheint aber nicht so billig zu beschaffen zu
sein.
Meine Fragen an Euch:
1. Gute Idee?
2. Wie ist das denn genau mit den billigen BMS? Können die wirklich von
jeder einzelnen Zelle aus das Kommando zum Lastabschalten ableiten? Auf
diesen Platinen ist so wenig Zeug drauf... nicht daß die das nur von der
Gesamtspannung ableiten, während eine einzelne Zelle längst tot sein
kann..
Ich finde die Balancerfunktion überbewertet bzw. mißverstanden.
Wenn ein neu zusammengebautes Akkupack einmal ausbalanciert ist dann
haben alle Zellen praktisch den gleichen Ladestand, vielleicht 1%
Differenz oder so. Das Ladegerät kann also in die Serienschaltung
gemeinsam mit vollem Strom auf 99% oder so aufladen.
Nur das restliche Prozent muß dann der Balancer von den zufällig etwas
volleren Zellen einschreiten, an diesen den Balancerstrom vorbeileiten
und das Ladegerät passend herunterdrosseln.
Wenn ein BMS regelmäßig längere Zeit aktiv werden müßte dann läuft was
anderes grundlegend schief.
Btw: ich fahre mit 24 LiFePO4 zu je 180Ah im Auto
wenn über viele Jahre die volle Kapazität erhalten werden soll
ist Balancing sehr sinnvoll
es reicht aber so 1-5% pro Monat an Balancing möglichkeit
Die Selbstentladung ist auch nicht größer oder die Zellen sind eh
defekt.
Der Ladestom fliesst übrigens nicht über den Balancer
Volle schrieb:> Der Ladestom fliesst übrigens nicht über den Balancer
Nach meinem Verständnis schickt ein "dummes" Ladegerät den Ladestrom
über die ganze serielle Kette der Einzelzellen.
Die bei den billigen BMS-Boards eingesetzten Balancer-Einheiten sitzen
zwar auch seriell übereinander, aber jedes sieht nur seine einzelne
Zelle. Wenn die Zellenspannung über den Höchstwert steigt, fängt sie an,
den Ladestrom seitlich an der Zelle vorbei zu leiten. Leider nur
lächerliche 40-80mA.
Wenn das Ladegerät zu diesem Zeitpunkt immer noch z.B. mit 1A lädt,
fließen gut 900mA immer noch durch die Zelle und jagen deren Spannung
weiter rauf.
Das scheint die Crux zu sein: Entweder früh den Strom drastisch
reduzieren und ewig auf die Volladung warten, oder riskieren, daß
einzelne Zellen doch überladen werden.
Die schwächste Zelle beendet das Entladen
die stärkste Zelle beendet das Laden
Die Differenz dazwischen ist die nutzbare Kapazität.
Die Abweichung der Zellen reduziert die nutzbare Kapazität
wenn du die starke Zelle weniger Lädst gleicht sich das aus.
und genau das passiert 900mA in die starke 1 A in die schwache Zelle.
Klar dauert das Laden dann länger, es wird aber auch mehr geladen.
Balancen kann man übrigens nicht nur beim laden sondern jederzeit.
deswegen auch mit geringem Strom.
Ohne Belastung lässt sich der SOC auch genauer bestimmen.
Es gibt auch Schaltungen die die Ladung zwischen den Zellen
transportieren können. Dann hat man aber neben jeder Zelle ein kleinen
DC/DC Wandler.
So schlecht können die Zellen aber gar nicht sein das es sich das lohnt.
Volle schrieb:> und genau das passiert 900mA in die starke 1 A in die schwache Zelle.> Klar dauert das Laden dann länger, es wird aber auch mehr geladen.
Und woher weiß der Balancer welcher Zelle er 900mA und welcher 1000mA
zukommen lassen soll?
Mit dieser Vorgehensweise würde die schwächste Zelle immer randvoll
geladen während die starken Zellen immer nur auf eine moderate
Endspannung kommen welche weniger schädigt. Also wäre auch das im Sinne
einer Lebensdauerverlängerung wurscht.
Mit lifepo kenn ich mich nicht aus. Für meine Akkupack hab ich 13s3p
(für die Fahrt in die Arbeit reicht es). Genommen habe ich Akkus welche
nicht balanziert werden müssen (lt Hersteller). Dazu ein einfaches
Ladegerät (2A glaub ich), eingestellt auf 4,150V pro Zelle.
Unterspannung regelt der Controller am Fahrrad.
Alle paar Monate, zur Kontrolle, die Zellenspannung nachmessen reicht.
Walta
Also um das mal abzurunden.
Einfach nicht balancieren und selbst von Zeit zu Zeit kontrollieren ist
sicher auch ok, aber: Ich kenne mich und Murphy. Irgendwann gehts nicht
mehr so richtig und ich denke mir, ups, schon wieder ein halbes Jahr
vergangen...
Was machst Du übrigens, wenn bei der Kontrolle eine schwache Zelle
auffällt? Nachbalancieren, den Wackelkandidat markieren, oder gleich
austauschen? Oder ist bis jetzt nie der Fall aufgetreten?
Nun noch zur Funktion der BMS.
Fast zeitgleich ist ein Thread zu einem BMS "CF-4S30A" aufgetaucht, in
dem dann auch Schaltplan und Datenblätter der beteiligten Bauteile
gezeigt wurden. Seitdem blicke ich etwas besser durch. Die dort gezeigte
Schaltung nehme ich exemplarisch für alle derartigen BMS, ob mehr oder
weniger Zellen, ob LiPo oder LiFePo4.
Da gibt es zwei Schaltungsteile.
Zum einen die Über- und Unterspannungserkennung. Diese kann von jeder
Einzelzelle aus auf den großen Leistungs-Mosfet-Schalter durchgreifen
und den Entlade- oder Ladestrom unterbrechen. Im Falle des
superbilligen BMS, das ich mir für meinen Akku jetzt bestellt habe, sind
das 2,1V und 3,75V.
Zum anderen Balancierung. Hier ist eine kleine Schaltung pro Zelle, die
ab 3,6V satte 42mA an der Zelle vorbeileitet. Jede der
Balancer-Schaltungen arbeitet nur für sich, sieht nur die eigene Zelle.
Jetzt ein Ladevorgang:
Das externe Ladegerät sieht nur die Gesamtspannung des Akkus und hat von
den Einzelzellen keine Ahnung. Es lädt mit - sagen wir mal - 1000mA bis
zu einer Spannung von typischerweise 16 x 3,65V = 58,4V.
Der Ladevorgang startet bei leerem Akku mit - sagen wir mal - 3V pro
Zelle. In jeder Zelle steigt die Spannung langsam an. Wenn eine Zelle
3,6V erreicht, werden durch den Balancer 42mA vorbeigeleitet, der
Spannungsanstieg in dieser Zelle verlangsamt sich und andere Zellen,
welche die 3,6V noch nicht erreicht hatten, können aufholen.
Aber wie MINIMAL müssen die Zellenunterscheide sein, damit sie durch
diesen winzigen Strom-Unterschied ausgeglichen werden können? Vielleicht
sind sie so minimal. Vielleicht müssen sie so minimal sein, sonst ist
der Akku ohnehin Murks. Aber ich glaube nicht so recht daran, ich denke,
man muß schon stärker/effektiver balancieren.
Immerhin ist mir die Angst genommen, daß beim Entladen eine Zelle bis
zur Zerstörung ausgelutscht wird. Das kann wohl auch so ein Billig-BMS
abwenden.
Und der zunächst befürchtete Extremfall, daß im oben beschriebenen
Ladevorgang eine Zelle sehr früh 3,6V erreicht und dann mit 958mA zu
Tode gebrutzelt wird, bis das Ladegerät endlich bei 58,4V Gesamtspannung
abschaltet - der tritt auch nicht auf. Über 3,75V einer Einzelzelle wird
die gesamte Ladung unterbrochen. Daß man dabei nicht mitbekommt, wie
wenig Ladung die gesunden Zellen abbekommen haben, ist etwas anderes.
Ein halbes Jahr sind doch ein paar Monate.
Wie gesagt - meine Zellen muss ich gar nicht balanzieren - die Kontrolle
ist nur eine Vorsichtsmassnahme. Bis jetzt hatte ich noch keine
einzelnen Akkus der schwächer war.
Du kannst aber auch einen einfachen Balancer auf den Akku auflöten. Der
sorgt dann für gleichmäßiges laden. Vor Unterspannung schützt dann der
Controller.
Das Pedelec Forum hat übrigens ein sehr gutes Wiki zum Thema.
Walta
A-Freak schrieb:> Ich finde die Balancerfunktion überbewertet...
Kommt darauf an: Bei guten LiPo bzw. LiIon (z.B. Konion) staunt man in
der Tat nicht schlecht, wie exakt parallel die Zellenspannungen bei
jedem Ladezustand (also auch bei voll) sind. Ein angeschlossener
Balancer kommt im ersten Jahr und den ersten 100 Ladezyklen praktisch
nicht zum Einsatz. NICHT SO BEI LIFEPO !
TomH schrieb:> Ich kann das BMS nicht selbst entwickeln, dazu fehlen mir Zeit
Dann hol dir die Zeit oder beerdige das ganze Projekt, denn mit dem
Balancer steht oder fällt dein Projekt. Was es aus Chinaland für paar
Euro zu kaufen gibt, kannst du komplett im Lokus runter spülen. Üblich
sind bei den Platinchen Ausgleichsströme um 50mA, das ist für LiFePo
nicht zu gebrauchen.
Meine Lösung für 12s LiFePo war: 12 externe Balancer mit je 3A
Ausgleichsstrom auf ausreichend großer Kühlschiene. Wichtig sind
hochwertigste (vergoldet) Steckverbinder mit ausreichender
Strombelastbarkeit und Kabel mit min. 0,75qmm, je nach Länge auch mehr.
Da ich nur mit 3A lade, kann auch nichts anbrennen. Bei jeder Ladung
werden übrigens einige Balancer aktiv, die Wärmeentwicklung der
Kühlschiene ist beachtlich. Dass bei noch knapp 2A die ersten Zellen die
Ladeschlussspannung erreichen, ist hier die Regel. Bei 0,3A Ladestrom
(alle Zellen auf 3,6V) ist die Ladung dann beendet.
Für die Bestimmung des Entladeendes ist am Akku eine
Einzelzellenüberwachung installiert. Selbige pfeift, wenn die schwächste
Zelle unter Last 3V unterschreitet. Dann kann man entscheiden, ob man
weiter entläd oder den Antrieb abschaltet.
