Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bypass Balancer Schaltung so OK?


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von MQ (Gast)


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Hallo Leute,

ich habe die zigste Variante einer Balancer Schaltung "simuliert" und 
wollte Fragen, ob die es so auch in der Realität täte, oder ob es ein 
paar Verbesserungen dafür gäbe?

Vorab:
Das ganze soll an einer exponierten Lage aufgebaut werden 
(Gartenhäuschen/Pumphäuschen) da keinen Anschluss an das Stromnetz hat. 
Auf dem Pumpenhäuschen sind zwei betagte, ursprünglich 260W 60 Zellen 
Solarpanels (ich hab bisher aber unter idealen Bedingungen nicht mehr 
als 210W gemessen (ist mir aber egal - die waren umsonst!) parallel per 
Dioden verodert und ein 24V 600W Shuntregler. Dieser Shuntregler kann 
man per Poti die Ausgangsspannung bis 30V einstellen. Ist diese Spannung 
erreicht Schaltet er ab (mit einer Einschalthysterese von ~2V). Ich lade 
damit 8S 40Ah LiFePo4 Akkupack und hierbei je Zelle nur auf gut 3,45V.

Bislang Balanciere ich die Zellen mit so einer TL431 
"Verheitz-Widerstand" Schaltung.

Ich wollte aber mal was neues ausprobieren und habe im Zusammenhang mit 
Superkondensatoren bei Appnotes (von ich glaube Murata) gesehen, da da 
per OPs die Ausgleichsströme wirklich um die Zellen verteilt werden und 
nicht verheizt.

Diese Schaltung "tut" es bereits in der Simulation! Sie balanciert, 
anders als meine "Old Faitful" TL431, zu jeder Zeit und nicht erst bei 
der Ladeschlussspannung. Aber hat sie noch Optimierungsbedarf?

Und das sie immer etwas Strom aus den Akkus braucht ist mir klar!
Vielleicht könnt Ihr mir aber noch ein paar Fragen beantworten, die mir 
noch nicht ganz klar sind.

1. Die Darlingtons (BDXxxx) haben ja eine relativ hohe 
Sättigungsspannung. Macht das ggf. Probleme? Sollte ich ggf. besser ein 
Sziklai-Paare vorsehen? Bei denen ist die Sättigung ja nur gut halb so 
hoch.

2. Ist R1 eine gute Wahl - also nicht sein Wert, sondern generell? Ich 
versuche mit ihm etwas den Strom zu begrenzen. Das es ein Leistungstyp 
ist und dieser je nach Strom auch ordentlich warm werden wird ist mir 
jedoch klar!

3. Muss ich den OP noch irgendwie kompensieren?

4. Die Wahl des OPs ist noch nicht endgültig! Ich würde der 
einfachheitshalber einen einfachen CMOS OP nehmen (mit mehr als 8V 
Versorgung! - Hab nur noch keinen richtigen in der Auswahl) der LM358 
(LM321 / TS321) braucht ja doch etwas Strom und ein LMV321 hat zu 
geringe Versorgungsspannungen für 2 Zellen ;)  - Zur Not würde es aber 
zum "spielen" auch der LM358 machen um das Prinzip zu testen. R8/9 wird 
dann natürlich auch Hochohmiger

von Falk B. (falk)


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MQ schrieb:

> ich habe die zigste Variante einer Balancer Schaltung "simuliert"


Warum die Anführungszeichen?  Was ist der Unterschied einer Simulation 
zu deiner "Simulation"?

> und
> wollte Fragen, ob die es so auch in der Realität täte, oder ob es ein
> paar Verbesserungen dafür gäbe?

Naja, ich würde auf einfache, bewährte Schalttungen zurückgreifen.

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

> Bislang Balanciere ich die Zellen mit so einer TL431
> "Verheitz-Widerstand" Schaltung.

Welche genau? Der TL431 ist eigentlich OK.

> Ich wollte aber mal was neues ausprobieren und habe im Zusammenhang mit
> Superkondensatoren bei Appnotes (von ich glaube Murata) gesehen, da da
> per OPs die Ausgleichsströme wirklich um die Zellen verteilt werden und
> nicht verheizt.

Irrtum. Auch das ist ein linearer Shuntregler, welcher bei voller Zelle 
den vollen Ladestrom schluckt und verheizt.

> Diese Schaltung "tut" es bereits in der Simulation! Sie balanciert,
> anders als meine "Old Faitful" TL431, zu jeder Zeit und nicht erst bei
> der Ladeschlussspannung.

Wie soll sie das tun? Und vor allem, warum? Solange eine Zelle nicht 
voll ist, kann und sollte sie den vollen Ladestrom bekommen.

> Aber hat sie noch Optimierungsbedarf?

Das ist nichts weiter als eine Halbierung der Ladespannung mit OPV und 
nachgeschalteter Leistungsstufe.

R2, R3, R5 und R6 sind eher überflüssig.

> Und das sie immer etwas Strom aus den Akkus braucht ist mir klar!

Nur der OPV, der zieht um die 2mA. Ist bei DER Akkugröße kleiner als die 
Selbstentladung.


> 1. Die Darlingtons (BDXxxx) haben ja eine relativ hohe
> Sättigungsspannung. Macht das ggf. Probleme?

Nö, denn die gehen NIE in die Sättigung, denn dann wäre deine Zelle 
kurzgeschlossen.

> Sollte ich ggf. besser ein
> Sziklai-Paare vorsehen? Bei denen ist die Sättigung ja nur gut halb so
> hoch.

Nö.

> 2. Ist R1 eine gute Wahl - also nicht sein Wert, sondern generell?

Den braucht man eigentlich nicht. Kann man aber machen. Dann verheizt 
der halt die Leistung und nicht nur die Ausgangstransistoren.

> Das es ein Leistungstyp
> ist und dieser je nach Strom auch ordentlich warm werden wird ist mir
> jedoch klar!

Aha. Und wo ist dann dein vielgerühmter Vorteil?

> 3. Muss ich den OP noch irgendwie kompensieren?

Nein. Der LM358 ist als Spannungsfolger gutmütig.

> 4. Die Wahl des OPs ist noch nicht endgültig! Ich würde der
> einfachheitshalber einen einfachen CMOS OP nehmen (mit mehr als 8V
> Versorgung! - Hab nur noch keinen richtigen in der Auswahl) der LM358
> (LM321 / TS321) braucht ja doch etwas Strom und ein LMV321 hat zu
> geringe Versorgungsspannungen für 2 Zellen ;)  - Zur Not würde es aber
> zum "spielen" auch der LM358 machen um das Prinzip zu testen. R8/9 wird
> dann natürlich auch Hochohmiger

Kann man machen, ist aber unkritisch. Die Selbstentladung ist deutlich 
höher.

von Tilo R. (joey5337) Benutzerseite


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Ich habe keine (weiteren) Antworten auf deine Fragen, nur 2 Ideen.
a) um einen OP mit kleinerer Versorgungsspannung nehmen zu können könnte 
man oben und unten mit einer Z-Diode ein paar Volt von der 
Batteriespannunge abziehen
b) Asymetrie C1/R9, aber kein C bei R8. Auch wenn die Cs klein sind und 
damit höchstens auf die Stabilität Auswirkungen haben, ich würde einen 
entsprechenden C bei R8 spendieren. C4 dagegen eher weglassen.

von Michael B. (laberkopp)


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MQ schrieb:
> Bislang Balanciere ich die Zellen mit so einer TL431
> "Verheitz-Widerstand" Schaltung.

Die kostet erst Energie, wenn eine Zelle voll ist.

MQ schrieb:
> Sie balanciert,
> anders als meine "Old Faitful" TL431, zu jeder Zeit

Man verliert also dauernd Energie, denn so völlig identisch wird die 
Spannung an den einzelnen Zellen nicht steigen während durch beide 
derselbe Strom fliesst.

Warum ?

Man verliert sogar beim Entladen Energie, wenn sie nicht abgetrennt 
wird.

von Michael B. (laberkopp)


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Tilo R. schrieb:
> a) um einen OP mit kleinerer Versorgungsspannung nehmen zu können könnte
> man oben und unten mit einer Z-Diode ein paar Volt von der
> Batteriespannunge abziehen

Erw ürde wohl OpAmps vorziehen, die fast keinen Strom benötigen, dann 
fällt allerdings an der Z-Diode auch nicht die vorgesehene Spannung ab. 
Will man wirklich OpAmps die 5mA ziehen nur damit die Z-Didoe zufrieden 
ist ?

> b) Asymetrie C1/R9, aber kein C bei R8. Auch wenn die Cs klein sind und
> damit höchstens auf die Stabilität Auswirkungen haben, ich würde einen
> entsprechenden C bei R8 spendieren. C4 dagegen eher weglassen.

Man brauchst diese ganzen Kondensatoren überhaupt nicht, sie bremsen den 
Messvorgang des OpAmps und führen eher zum Schwingen der Schaltung als 
zu irgendwas Gutem.

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