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Forum: Fahrzeugelektronik "Xiaoxiang" BMS mit Bluetooth - oberste Zellspannung wackelt


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Autor: Tom H. (toemchen)
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Hallo zusammen,

meinem selbst zusammengestellten 13S Pedelec-Akku habe ich ein solches 
BMS spendiert:
https://www.lithiumbatterypcb.com/product/13s-48v-li-ion-battery-pcb-board-54-6v-lithium-bms-with-60a-discharge-current-for-electric-motorcycle-and-e-scooter-protection-2-2-3-2-2-2-2-2/
Das kann mich via Bluetooth und Handy-App über die einzelnen 
Zellspannungen informieren.

Nach ca. 3 Wochen einwandfreier Funktion bin ich gestern erschrocken: 
Akku nach Aufladen abgeschaltet, oberste Zelle hat unter 1V!
Ich vermutete nun zunächst, daß eine der vier parallelen Zellen 
irgendwie "harmlos" kaputtgegangen war und die anderen mit runter 
gezogen hatte. Sch..ße. Kurzes Vergnügen.

Nun sehe ich aber vor dem Demontieren heute, daß erstens sich die 
Spannung der 13. Zelle einigermaßen auf 3,930V "erholt" hatte, und das 
BMS fleißig am Balancieren war.
Nach dem Demontieren sehe ich, daß die Zellen mit Multimeter gemessen 
alle dieselbe Spannung haben.

BMS kaputt?

BMS von den Zellen getrennt, wieder angesteckt: Jetzt tanzt die vom BMS 
angezeigte Spannung der 13. Zelle munter zwischen 4,05V und unter 1V 
herum.

Argl.

Meine Vermutung: Ganz schlechter Kontakt des obersten Zellabgriffs, 
sprich des Plus-Anschlusses des Gesamtakkus. Das BMS versorgt sich 
selbst über den vielpoligen Sense-Anschluß für alle Zellen mit Strom. 
Und ich vermute, dafür wird der GND und der oberste Plus herangezogen. 
Bei schlechtem Kontakt fällt über diesen eine Spannung ab, und kann die 
Spannungsmessung für die oberste Zelle (und evtl. die unterste) 
verfälschen, während die Spannungen für alle Zellen dazwischen "sauberer 
dastehen", weil diese Kontakte nur mit den Spannungsteilern fürs Messen 
belastet sind.

Sollte ich nochmal extra Leitungen für die Versorgung ziehen?
Kennt sich jemand mit diesen BMS aus?

Vielen Dank für Hilfe
Tom.

Autor: Tom H. (toemchen)
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So, gestern wiederholt das BMS mit dem Mehrfachstecker vom Akkupack ab- 
und wieder angesteckt, und auch zusätzliche Leitungen von GND und 
obersten Ende des Akkupacks an die entsprechenden Lötstellen des 
Mehrfachsteckers dazugelötet.

Jetzt ist Ruhe im Karton.

Akku samt BMS haben sich beim gestrigen Aufladen und bei der Fahrt heute 
früh ganz normal benommen.

Bei der Gelegenheit konnte ich ein Foto von der Unterseite der Platine 
machen, normalerweise ist ja oben und unten ein Alublech drauf. Die 
Zellspannungen werden vermutlich über Spannungsteiler alle auf dieselbe 
Masse bezogen gemessen. Das BMS zeigt die Zellspannungen mit einer 
Auflösung von 1mV an - mir ein Rätsel, das wären ja 12Bit pro Zelle mal 
13 Zellen also 18Bit??

Autor: temp (Gast)
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Tom H. schrieb:
> Bei der Gelegenheit konnte ich ein Foto von der Unterseite der Platine
> machen, normalerweise ist ja oben und unten ein Alublech drauf. Die
> Zellspannungen werden vermutlich über Spannungsteiler alle auf dieselbe
> Masse bezogen gemessen. Das BMS zeigt die Zellspannungen mit einer
> Auflösung von 1mV an - mir ein Rätsel, das wären ja 12Bit pro Zelle mal
> 13 Zellen also 18Bit??

Du kannst dir mal das Datenblatt vom BQ76940 ansehen, dann wirst du 
merken dass deine Spannungsteilertheorie für die Tonne ist.

Autor: Tom H. (toemchen)
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Das habe ich jetzt ein bißchen quergelesen, aber klein Tömchen kapiert 
trotzdem noch nicht, wie die Spannung der obersten Zelle, deren "Masse" 
nominell bei 44,4V liegt und deren "Plus" bei 48,1V liegt, dem 
14Bit-Wandler quasi potentialfrei zugeführt wird.

Muß ich aber auch nicht.

Man kann sich auch über die kleinen Dinge freuen: Zum Beispiel, daß 
meine Vermutung, die ich ja schon mit zwei Fragezeichen versehen habe, 
tatsächlich für die Tonne ist. Mehr brauche ich ja gar nicht.

Autor: Old P. (old-papa)
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Bei vielen BMS mit mehr Kanälen als angeschlossene Zellen, muss man die 
unbenutzten Anschlüsse (bei Dir also 14 und 15) an den letzten brücken. 
Also unten am Balancerstecker eine Brücke von 13,14 bis 15 löten.
Und warum ist bei Dir eine Brücke von 8 auf 9?
Der Controller vom BMS misst immer die Differenz zwischen den 
Anschlüssen, also die Zellen, einen Spannungsteiler gibt es nicht. Darum 
wundert mich 8/9...

Old-Papa

: Bearbeitet durch User
Autor: temp (Gast)
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Das genannte BMS verwendet den oben zitierten bq Chip. Der ist aber 
etwas besonders. Die verwendete Variante bis 15 Zellen ist eigentlich 
eine Reihenschaltung von 3 Chips für je 5 Zellen in einem Chip. Werden 
da weniger als 15 Zellen verwendet, muss man nicht die obersten 
insgesamt Brücken sondern jeweils den oder die obersten pro Block. Ist 
alles im Datenblatt beschrieben.

Autor: Dr. Sommer (Gast)
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Eigentlich sollten BMS eine Kabel-Ab-Erkennung haben. Stell dir vor, die 
Leitung zu einer "mittleren" Zelle ist ab, aber über Kriechstrecken und 
die Messelektronik bildet sich eine Art hochohmiger Spannungsteiler, 
welcher eine Zellspannung simuliert. Geht die tatsächliche Spannung der 
Zelle in einen gefährlichen Bereich, bekommt man nichts mit!

Beim LTC6804 wird das z.B. so gemacht dass man Pull-Ups und -Downs an 
die ADC-Eingänge schalten kann. Indem man pro Zelle eine Messung mit 
Pull-Up und eine mit Pull-Down macht, und diese Messungen vergleicht, 
kann man feststellen, ob das Signal von der Zelle hochohmig ist (oder 
kapazitiv gekoppelt - die Messungen gehen auseinander) oder eben nicht 
(die Messungen sind fast gleich).

Wenn dein BMS so etwas nicht kann wäre mir dessen Einsatz zu 
gefährlich...

Autor: temp (Gast)
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Dr. Sommer schrieb:
> Wenn dein BMS so etwas nicht kann wäre mir dessen Einsatz zu
> gefährlich...

Genau so wie in gefühlten 99.9%. Jedenfalls bei relativ preiswerten 
Endprodukten bis hin zum Pedelec. Entweder man findet ganz einfache BMS 
mit Einzelchips pro Zelle wie bei den China-Massen-BMS oder 
selbstgestrickte Schaltungen wie bei BionX die selbst die Akkus kaputt 
machen. Der von dir genannte LTC6804 ist einer der besseren, das steht 
außer Frage. Allerdings wird ein 14s BMS mit diesem Chip ca. 4mal teurer 
weil man da mindestens 2 benötigt. Das leistet sich kein Hersteller. 
Beim Auto u.ä. sieht die Sache schon wieder anders aus. Die BQ769xx 
Chips können die von dir erwarteten Test ohne externen Hardwareaufwand 
nicht.

Autor: Dr. Sommer (Gast)
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temp schrieb:
> Allerdings wird ein 14s BMS mit diesem Chip ca. 4mal teurer
> weil man da mindestens 2 benötigt.

Ja, der war nur ein Beispiel. Es gibt ja noch andere. Mir ist allerdings 
nicht klar, wie ein BMS ohne "Open Wire" Erkennung in einem in der EU 
zulässigen Produkt überhaupt benutzt werden darf - es ist ja ziemlich 
witzlos, die Zellspannung zu überwachen, wenn ich überhaupt nicht weiß, 
ob ich gerade überhaupt die Zellspannung oder nicht doch irgendwelche 
Einkopplungen messe!

Bei einem Eigenbau-Teil würde ich jedenfalls aufgrund zu erwartender 
allgemeiner "Wackligkeit" da lieber sicher gehen...

Autor: temp (Gast)
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Dr. Sommer schrieb:
> Ja, der war nur ein Beispiel. Es gibt ja noch andere. Mir ist allerdings
> nicht klar, wie ein BMS ohne "Open Wire" Erkennung in einem in der EU
> zulässigen Produkt überhaupt benutzt werden darf - es ist ja ziemlich
> witzlos, die Zellspannung zu überwachen, wenn ich überhaupt nicht weiß,
> ob ich gerade überhaupt die Zellspannung oder nicht doch irgendwelche
> Einkopplungen messe!

Das ist an den Haaren herbeigezogener Unsinn. Dass die Leitungen 
vernünftig zum Akku kontaktiert sind ist genau so eine Voraussetzung wie 
der vernünftige Gate-Anschluss des Mosfets der das Laden abschalten 
soll. Wir können die Reihe der möglichen Fehlerquellen im BMS beliebig 
weiterführen, ich kenne keins dass sich komplett selbst überwachen kann.
Maximal lasse ich deinen Einwand gelten wenn ein Akkupack und BMS keine 
Einheit sind und das Stecken der BMS-Anschlüsse eine Anwenderaktion ist. 
Bei einem Pedelec ist ein Akku aber eine komplette Einheit und nichts 
darin ist gegen doppelte Fehler immun.

Autor: Dr. Sommer (Gast)
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temp schrieb:
> Dass die Leitungen
> vernünftig zum Akku kontaktiert sind ist genau so eine Voraussetzung

D.h. ein schnöder Wackelkontakt darf schon gefährlich werden? In einem 
Fahrzeug, wo alles auf Gewicht ausgelegt ist, die (ggf. vielen) 
Zellverbinder-Kabel und -Stecker entsprechend filigran sein können, und 
es auch noch ständige Vibration gibt?

temp schrieb:
> wie
> der vernünftige Gate-Anschluss des Mosfets der das Laden abschalten
> soll.

Die gehören natürlich redundant ausgelegt mit Selbst-Überprüfung. Ggf. 
noch zusätzlich mit Relais.

temp schrieb:
> Wir können die Reihe der möglichen Fehlerquellen im BMS beliebig
> weiterführen

Also eine FMEA machen. Was Pflicht bei sicherheitsrelevanten Dingen ist 
(Fahrzeug).

temp schrieb:
> ich kenne keins dass sich komplett selbst überwachen kann.

LTC6804-basierte können das. Das Teil ist ISO26262-geeignet.

Mit der Logik braucht man auch keinen FI: "Korrekte Isolation aller 
Geräte und Verkabelungen ist genau so eine Voraussetzung wie die 
Funktionsfähigkeit des Abschaltmechanismus im FI."

Autor: temp (Gast)
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Dr. Sommer schrieb:
> Mit der Logik braucht man auch keinen FI: "Korrekte Isolation aller
> Geräte und Verkabelungen ist genau so eine Voraussetzung wie die
> Funktionsfähigkeit des Abschaltmechanismus im FI."

Kannst du überhaupt lesen? Es geht hier um einen Pedelec-Akku und weder 
um ein Auto noch um ein Haus. Der FI schützt vorrangig gegen Fehler in 
Geräten die nicht zur Installation gehören und von beliebigen Leuten in 
die Steckdose gesteckt werden. Wer denken kann erkennt den Unterschied.

Dr. Sommer schrieb:
> Die gehören natürlich redundant ausgelegt mit Selbst-Überprüfung. Ggf.
> noch zusätzlich mit Relais.

Du hast doch einen an der Waffel. Im Pedelec? Nenn mir ein Beispiel und 
ich bin sofort ruhig.

Dr. Sommer schrieb:
> LTC6804-basierte können das. Das Teil ist ISO26262-geeignet.

Der LTC6804 ist ein schöner IC, keine Frage. Aber in Pedelecs wird der 
trotzdem nicht verbaut weil zu teuer. Und ob das Ding irgendeiner 
ISO-Norm für Fahrzeuge genügt interessiert die Fahrradhersteller nicht. 
Die bauen halt Fahrräder und keine Autos.


Ich denke du machst dir am besten einen eigenen Thread auf wo du über 
BMS-Entwicklung für Fahrzeuge mit mehreren 10kWh Akkus und mehreren 100V 
Spannung debattieren kannst. Oder geh in einen Chor wenn du dich gern 
singen hörst.

Autor: Udo.K (Gast)
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Dr. Sommer schrieb:
> Mir ist allerdings
> nicht klar, wie ein BMS ohne "Open Wire" Erkennung in einem in der EU
> zulässigen Produkt überhaupt benutzt werden darf ...

Ganz einfach: Wo kein Kläger, da kein Richter.

Falls doch mal was auffliegt, wird umgelabelt und es heißt:
Neues Spiel - Neuer Einsatz.

Autor: TomH (Gast)
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Ihr könnt euch ruhig über Sicherheitsfragen weiter unterhalten, aber 
vielleicht findet jemand zwischendurch Zeit, mir zu erklären, WIE das 
mit der potentialbereinigten Messung der Zellspannung funktioniert...
Ich kenne Differenzverstärker mit OpAmps, aber ich kann mir keinen OpAmp 
mit Eingangsspannungen von 50V vorstellen, oder doch?

Autor: Old P. (old-papa)
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TomH schrieb:
> Ihr könnt euch ruhig über Sicherheitsfragen weiter unterhalten, aber
> vielleicht findet jemand zwischendurch Zeit, mir zu erklären, WIE das
> mit der potentialbereinigten Messung der Zellspannung funktioniert...
> Ich kenne Differenzverstärker mit OpAmps, aber ich kann mir keinen OpAmp
> mit Eingangsspannungen von 50V vorstellen, oder doch?

Wenn er nur die Differenz misst, dann sind das maximal 4,5V der zu 
überwachenden Zelle. So machen das fast alle BMS Chips.

Old-Papa

Autor: Tom H. (toemchen)
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Nochmal zur Abrundung im eigentlichen Thema:
Akku funktioniert jetzt seit vielen Zyklen normal. Es waren schon die 
Kontakte. Die oberste Zelle liegt in der Spannung nach wie vor einen 
Hauch unter den anderen, das könnte daran liegen, daß trotz zusätzlicher 
fester Verbindung mit 0,14mm2 Schaltlitze an dieser Stelle noch ein 
Spannungsabfall ist, während die Masseverbindung ja von vornherein 
zusätzlich die den Hauptstrom tragende Verbindung von 2 x 2,5mm2 hatte. 
Kann aber auch sein, daß ich das Gras wachsen höre oder Unsinn verzapfe. 
Wie dem auch sein, es funktioniert jetzt.

Jetzt aber nochmal zur Frage:
Wie wird die Differenzspannung potentialbereinigt gemessen?
Klar kenne ich den Differenzverstärker oder den Instrumentenverstärker 
bei OPs.
Aber da haben wir handelsübliche OPs, mit +-15V betrieben, und die 
Eingangsspannungen, deren Differenz gemessen werden soll, haben sich 
sauber innerhalb des Fensters der Gleichtaktunterdrückung zu bewegen, 
sagen wir mal +-10V.
Wie aber bei Spannungen bis 55V? Die gleichzeitig die 
Versorgungsspannung des einzigen ICs ist?
Macht der sich selbst nochmal eine drüberliegende Versorgungsspannung?
Oder habe ich einen Denkfehler, und die Einzelspannungen können sich 
durchaus außerhalb der Versorgungsspannung des OPs bewegen?
Dieses Prinzip hätte ich gerne mit ein paar Worten erklärt, zum 
Dazulernen.

Viele Grüße
Tom.

: Bearbeitet durch User

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