Hallo zusammen, ich habe ein BMS 4S14P aufgebaut, daß zugleich Lade- und Entladeüberwachung enthält. Zudem hat es einen Safety-Controller, der den Primärcontroller überwacht,Temperaturen überwacht und nötigenfalls einen zweiten Abschaltweg unterbricht... also viel Sicherheit. Jetzt habe ich den BMS-Algorithmus beobachtet, wie er über Tage einen (testweise herbeigeführten) Mismatch beseitigt hat. Verschiedene Literatur zeigt die Möglichkeiten auf, nur während des Ladens Balancereingriffe vorzunehmen oder nur oberhalb bestimmter Zellspannungen. Ich habe mich entschieden, Balancereingriffe immer zuzulassen, solange der Zellspannungswert der zu entladenden Zelle 3.1V oder mehr beträgt. Allerdings bin ich nicht ganz zufrieden. Ich habe das Gefühl, daß zu viel entladen wird. Hat einer der Anwesenden hierzu Erfahrungen oder eigene Meßwerte? Eine Bitte: Ich möchte nicht über Sinn und Unsinn des Selbstbaus Diskutieren. Lassen wir es dabei: Es ist eine Willensentscheidung, die ich mir nicht rationalisiere.
Ein Schaltplan an wäre besser (aber ist wohl Geheimsache...) Diese Zellen kann man doch wesentlich tiefer entladen. Old-Papa
Old P. schrieb: > Ein Schaltplan an wäre besser Ist unerheblich, wenngleich nicht unter NDA. Ich bekomme jeden Entladeeingriff ohnehin angezeigt zusammen mit den einzelnen Zellspannungen. > (aber ist wohl Geheimsache...) Hä? > > Diese Zellen kann man doch wesentlich tiefer entladen. Ja, das ist klar. Es gilt aber, den besten Kompromiß zu finden zwischen Zellzustand und verheizter Energie. Ich möchte es umgehen, eine aufdendige Umladung einzusetzen, zumal das ein neues PCB erfordert. Es geht also jetzt um die Software-Parameter bei bestehender Hardware. Ich frage mich primär, ob ich, solange nicht geladen wird, die Balancereingriffe sperren soll.
Na dann bastel mal Deine Software, doch ohne Kenntnis Deiner Hardware wird man kaum Tipps geben können. Old-Papa
Martin K. schrieb: > Hat einer der Anwesenden hierzu Erfahrungen oder eigene Meßwerte Kommerzielle LiFePo4 BMS (Dali, Ablic) balancen, in dem ab 3.5V Zellspannung mit 50mA (68 Ohm) entladen wird. Balancing findet also nur bei Volladung statt. Halbvolle, leere, oder auch fast volle Akkus werden nicht entladen. Wenn man das auch will, kann man mit MAX1044 umladen. Das verbraucht aber auch im Idle 40uA (besser als ICL7660A mit 80uA oder MAX660 mit 120mA), sollte also abgeschaltet werden (unter 1uA) wenn die Zellen quasi gleich geladen sind. Dazu muss man die Zellspannungen kennen (messen) und (auf dem Potential liegend) den MAX1044 disablen.
>>> Allerdings bin ich nicht ganz zufrieden. Ich habe das Gefühl, daß zu >>> viel entladen wird. >> Ein Schaltplan an wäre besser Martin K. schrieb: > Ist unerheblich Ebenso die Software und das detaillierte Konzept (Ablaufdiagramme) der Software. Brauchen wir alles nicht. Willst du über Luftschlösser diskutieren, oder über dein Gerät? Martin K. schrieb: > Ich frage mich primär, ob ich, solange nicht geladen wird, die > Balancereingriffe sperren soll. Mir leuchtet jedenfalls nicht ein, warum man Akkus entladen will, nur damit sie die gleiche Spannung haben. Was gewinnt man damit?
Stefan F. schrieb: > Willst du über Luftschlösser > diskutieren, oder über dein Gerät? Über Akkuzellen und deren Betrieb. Meine HW und SW tut das, was ich will. > Mir leuchtet jedenfalls nicht ein, warum man Akkus entladen will, nur > damit sie die gleiche Spannung haben. Was gewinnt man damit? Wenn ich die Akkus über Tage hinweg immer etwas mehr entlade als lade, komme ich dann nicht irgendwann an den Punkt, an dem der Ladezeitraum nicht mehr ausreicht, um die Ladezustände auszugleichen? Zum Zellschutz beende ich den Ladevorgang, wenn der Zellenblock mit der Höchsten Spg > 3,60V hat. Die Ladung setzt wieder ein (Vorbehaltlich anderer Freigabeparameter) wenn der spannungsstärkste Zellblock =< 3,50V hat. Die Genauigkeit bekomme ich über eine kalibrierte interne Ref vom MAX1168 16Bit-ADC und kalibrierte Vorteiler. Die Entladung beende ich, wenn der spannungsschwächste Zellblock <2,80V und schalte wieder ein bei => 2,90V Ich habe bedenken, daß, wenn der SOC immer weiter auseinanderläuft, ich irgendwann nur noch einen kleinen Teil der Kapazität ausnutze und daß das Balancing nur während der Ladezeit das nicht hinbekommt. Zum Balancing: Ich teile 11-Sekunden-Intervalle in 11 einzelne Zeitfenster. Die Differenz jedes Blocks zum Spannungsschwächsten wird gemessen (Gleitender Durchschnitt, Messung ohne Entladestrom). Unterhalb der Differenzgrenze von 10mV wird nichts getan. Oberhalb der Differenzgrenze wird je nach überschreitung stärker entladen: 20mV 1 Zeitscheibe, 30mV 2 Zeitscheiben... Der Entladewiderstand ist 3R3; Die Zellblöcke sind 14p á 5Ah, also 70Ah. Das bedeutet, daß ich im zeitlichen Mittel einen Zellblock um ca 0,9A schwächer laden kann, als die anderen, wenn ich nur beim Laden balanciere. Wenn ich im Sommer mit 10A, oder hoffentlich bald mit 40A lade, dann wirkt das für mich... na ja... gewagt.
Martin K. schrieb: > Wenn ich die Akkus über Tage hinweg immer etwas mehr entlade als lade, > komme ich dann nicht irgendwann an den Punkt, an dem der Ladezeitraum > nicht mehr ausreicht, um die Ladezustände auszugleichen? Das wird nicht passieren, denn der Balancer sorgt doch dafür, dass alle Zellen gleich weit geladen werden. Außerdem ist weniger als leer nicht möglich. Falls dein Ladegerät eine zeitliche Begrenzung hat, muss diese natürlich ausreichen, um leere Zellen wieder ganz aufladen zu können.
Stefan F. schrieb: > Martin K. schrieb: >> Wenn ich die Akkus über Tage hinweg immer etwas mehr entlade als lade, >> komme ich dann nicht irgendwann an den Punkt, an dem der Ladezeitraum >> nicht mehr ausreicht, um die Ladezustände auszugleichen? > > Das wird nicht passieren, denn der Balancer sorgt doch dafür, dass alle > Zellen gleich weit geladen werden. Außerdem ist weniger als leer nicht > möglich. Falls dein Ladegerät eine zeitliche Begrenzung hat, muss diese > natürlich ausreichen, um leere Zellen wieder ganz aufladen zu können. "...immer etwas mehr entlade als lade..." Das war sehr unglücklich von mir formuliert. Besser: Angenommen: Es ist ein schöner Sommertag. Dem Akku fehlt nicht viel Ladung und 40A laden ihn in einer halben Stunde bis zum Abschaltkriterium. Dann kommt die Kühltruhe mit ihren 50W Leistungsaufnahme ein paar mal pro Stunde, mein Handy-Lader suckelt etwas dran rum. Abends habe ich die Hausbeleuchtung mit ihren insgesammt 30W dran... Über Stunden hinweg kann ich schwächere Zellen in einen niedrigeren prozentualen Ladezustand bringen als den stärksten Zellenblock. Wenn ich aber nur beim Laden Balancereingriffe zulasse, dann habe ich im obigen Beispiel nur eine halbe Stunde Zeit, das Problem in den Griff zu bekommen. Und ich kann max 0,45Ah Differenz ausgleichen (1A Entladestrom * 10/11 Dutyrate * 0,5h Ladezeit.)
Martin K. schrieb: > Wenn ich aber nur beim Laden Balancereingriffe zulasse, dann habe ich im > obigen Beispiel nur eine halbe Stunde Zeit, das Problem in den Griff zu > bekommen. Und ich kann max 0,45Ah Differenz ausgleichen Dann ist dein Ladegerät halt zu schwach. Mit einem normalen Balancer wird das nicht besser, denn die verheizen Energie (nicht erzeugen).
Martin K. schrieb: > > Wenn ich aber nur beim Laden Balancereingriffe zulasse, dann habe ich im > obigen Beispiel nur eine halbe Stunde Zeit, das Problem in den Griff zu > bekommen. Und ich kann max 0,45Ah Differenz ausgleichen (1A Entladestrom > * 10/11 Dutyrate * 0,5h Ladezeit.) Im Allgemeinen werden Balancer immer nur beim Laden benutzt. Wenn Du auch beim Nutzen (also entladen) balancieren möchtest, brauchst Du einen aktiven Balancer, der zudem noch den vollen Arbeitsstrom leisten können muss. Nicht unmöglich, doch schon heftige Leistungselektronik. Ein "normaler" Balancer beim Laden muss auch nicht den vollen Ladestrom können, üblicherweise wird der Ladestrom zum Ladeende hin stark reduziert. Balancieren muss man zumindest bei halbwegs gleichen Zellen, also immer erst zum Ladeende. Old-Papa
Stefan F. schrieb: > Martin K. schrieb: >> Wenn ich aber nur beim Laden Balancereingriffe zulasse, dann habe ich im >> obigen Beispiel nur eine halbe Stunde Zeit, das Problem in den Griff zu >> bekommen. Und ich kann max 0,45Ah Differenz ausgleichen > > Dann ist dein Ladegerät halt zu schwach. Mit einem normalen Balancer > wird das nicht besser, denn die verheizen Energie (nicht erzeugen). Mit einem stärkeren Ladegerät wird es ja noch schlimer für den Fall, daß ich nur während des Ladens Balancereingriffe vornehme: Die Zeit zum Balancereingriff verkürzt sich immer mehr, wenn ich mehr Ladestrom habe. edit: Wo das Mssverständnis liegen kann: Balancereingriff bedeutet, daß ich 3R3 zum Zellenblock parallel schalte, ihn also um ca 1A entlade oder weniger stark lade.
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Martin K. schrieb: > > edit: Wo das Mssverständnis liegen kann: Balancereingriff bedeutet, daß > ich 3R3 zum Zellenblock parallel schalte, ihn also um ca 1A entlade oder > weniger stark lade. Befass Dich mal mit den Ladestrategien von Li-Zellen. Balanciert wird nur zum Ladeende (schrieb ich schon), zu diesem Zeitpunkt ist der Ladestrom schon gering. Mehr als 1A fließen selbst bei Deinem 14p-Monster dann nicht mehr. 1A zu verheizen ist nicht ohne, geht aber mit Halbleitern noch (oder Dale-Widerständen). Wenn Deine Zellpakete zu weit auseinander liegen, dann hast du Müll verbaut. Üblicherweise schaltet man nur Zellen aus einer Charge zusammen, sonst holt man sich Ärger ins Haus. Old-Papa
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Martin K. schrieb: > Ich möchte nicht über Sinn und Unsinn des Selbstbaus > Diskutieren. Lassen wir es dabei: Es ist eine Willensentscheidung, die > ich mir nicht rationalisiere. Warum machst du das selbst, gibts fertig und funktionierend zu kaufen. Leute gibts...
Ido schrieb: > Martin K. schrieb: > Warum machst du das selbst, gibts fertig und funktionierend zu kaufen. > Leute gibts... Hosen, Kuchen, Modellautos und und und, alles kann man kaufen und doch basteln sich Menschen sowas auch gerne selber. (ich auch) Der Weg ist das Ziel. Old-Papa
Old P. schrieb: > 1A zu verheizen ist nicht ohne, geht aber > mit Halbleitern noch (oder Dale-Widerständen). 3,3W (I²R) sind bei meinem dienstlichen Projekt (Sicherheitskritische Automobilelektronik) gerade mal die Abwärme in einem Schalttransistor... das ist eine Bagatelle, wenn Du den Rth case-ambient niedrig hälst und das geeignete Bauteil auswählst. Zudem Schrieb ich ja: Es wird 3R3, in diesem Fall als kühlkörpermontierter Hochlastwiderstand, parallel geschaltet. Und die Ptot in dem genutzten Schalttransistor wird homöopathisch. Das ist in der SOA selbst dann noch, wenn ich Tamb=85°C habe, und die herrschen selten in dieser Umgebung, zumal da längst die Übertemperaturabschaltung ihr Veto eingelegt hat. DPLS350Y Document number: DS31149 Rev. 9 - 2 1 of 8 www.diodes.com DPLS350Y 50V PNP LOW SATURATION POWER TRANSISTOR IN SOT89 Features BVCEO > -50V IC = -3A High Continuous Collector Current ICM up to -5A Peak Pulse Current 2W Power Dissipation Low Saturation Voltage VCE(sat) < -180mV @ 1A RCE(sat) = 67mΩ @ 2A for a Low Equivalent On-Resistance Jetzt nehmen wir noch den worst case mit Toleranzen: I = U/R = 3,60V / (3,3*0,95) = 1,15A Ptot = Vce_sat * I_max = 0,18V*1,15A=0,207W Rthja = 125°C/W singlesided PCB (Ich arbeite mit 4-lagig und Kühlfläche, aber Du willst ja worst case...) delta T = Ptot * Rthja = 0,207 * 125 = 25,9°C Tj_max = 150°C; Tamb_max = Tj_max - delta T(Ptot) = 150°C - 25,9°C = 124,1°C Auslegungstemperatur ist aber Tamb=40°C... Bench level Tests haben Vcesat bestätigt. Wie gesagt: Ich möchte hier einfach die Balancerstrategie diskutieren und die Erfahrungen und Messungen anderer Kollegen erbitten.
Martin K. schrieb: > > Wie gesagt: Ich möchte hier einfach die Balancerstrategie diskutieren > und die Erfahrungen und Messungen anderer Kollegen erbitten. Nö, möchtest Du nicht. Meine Strategie (die ist allgemein bekannt) hatte ich genannt. Old-Papa
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Also aus eigener Erfahrung (~30kWh LiFePo4 im Keller): Balancen erst ab 3,45 oder besser 3,5 V. Alles andere versaut dir dein Balancing. Bei intakten Zellen reichen da ein paar mA Balancerstrom, mein BMS kann 200 mA und hängt an 280 Ah Zellen, zum Ladeende (ich schalte bei 56V Gesamtspannung ab (16S, Einzelzelle=3,5V)) habe ich nicht mehr wie 20 mV Abweichung innerhalb eines Packs. Versuchsweise habe ich einen aktiven Balancer verwendet der mit 4 A über den gesamten Bereich gebalanced hat, das war ein großer Fehler denn da habe ich dann am Ladeschluss 250 mV Abweichung gehabt und das BMS ging in die Notabschaltung weil einzelne Zellen über 3,65 V waren. Seit dem ich den aktiven Balancer nicht mehr aktiv habe ist alles wieder gut. Gruß Matthias
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Matthias H. schrieb: > Also aus eigener Erfahrung (~30kWh LiFePo4 im Keller): > > Balancen erst ab 3,45 oder besser 3,5 V. > Alles andere versaut dir dein Balancing. > Bei intakten Zellen reichen da ein paar mA Balancerstrom, > mein BMS kann 200 mA und hängt an 280 Ah Zellen, zum Ladeende (ich > schalte bei 56V Gesamtspannung ab (16S, Einzelzelle=3,5V)) habe ich > nicht mehr wie 20 mV Abweichung innerhalb eines Packs. :-) Ich danke Dir. Schaltest Du die Balancereingriffe ab, wenn nicht mehr geladen wird, oder nur basierend auf der Zellspannung?
Mein Balancer wird nur über die Spannung gesteuert: Aktiv oberhalb 3,45 V sowie über Zell-Delta 10mV Guck dir mal eine Ladekurve von LiFePo4 Zellen an, unterhalb von 3,45V kann man keinen Ladestand anhand der Spannung abschätzen.
Martin K. schrieb: > Schaltest Du die Balancereingriffe ab, wenn nicht mehr geladen wird, > oder nur basierend auf der Zellspannung? Ein Balancer wird überhaupt nicht abgeschaltet. Am Ladeende fließt maximal der Balancerstrom weiter, die Zellen bekommen nichts mehr ab. Sinkt die Zellenspannung irgendwann wieder ab, wird wieder etwas geladen. Das solange, wie der Akku am Lader hängt. Old-Papa
Old P. schrieb: > Ein Balancer wird überhaupt nicht abgeschaltet. Am Ladeende fließt > maximal der Balancerstrom weiter, die Zellen bekommen nichts mehr ab. > Sinkt die Zellenspannung irgendwann wieder ab, wird wieder etwas > geladen. Das solange, wie der Akku am Lader hängt. Jaaa, okaaayyyy... war nicht 100% präzise formuliert. Der Adressat wusste, aber was gemeint ist: Das Setzen eines Inhibit-Attributes auf die Zelle innerhalb der Balancerroutine zur Sperrung des Balancereingriffs. Wie auch immer jeder dieses Attribut instanziiert. Matthias H. schrieb: > Mein Balancer wird nur über die Spannung gesteuert: > Aktiv oberhalb 3,45 V sowie über Zell-Delta 10mV > > Guck dir mal eine Ladekurve von LiFePo4 Zellen an, unterhalb von 3,45V > kann man keinen Ladestand anhand der Spannung abschätzen. Das ist ja das Problem: Dieser bereich, in dem man eigentlich nichts über die Zelle weiß. Yevgen Barsukov erteilt dem Balancing über die Spannung in seinem Aufsatz bei TI deswegen einen Komplettverriss. Der würde am Liebsten nur über SOC gehen, wie auch immer man SOC ermitteln will. Letzten Endes müsste man dazu die Zellen einmal vom Balancer komplett durchmessen lassen: Also die Entladegrenze anfahren, aufladen in einem Rutsch und die Zeit bis zum Erreichen der Ladeschlussspannung für jeden Block aufnehmen und daraus die Kapazitäten relativ zueinander ermitteln und präemptiv beim Laden balancen. Wow! Ist sicher nicht schwer zu programmieren. Aber die Tests sind die Hölle, wenn ich für jeden Test einen kompletten Zyklus fahren soll. Deswegen kam mir der Ansatz etwas... na ja... semipraktikabel vor.
Old P. schrieb: > Martin K. schrieb: >> Schaltest Du die Balancereingriffe ab, wenn nicht mehr geladen wird, >> oder nur basierend auf der Zellspannung? > > Ein Balancer wird überhaupt nicht abgeschaltet. Am Ladeende fließt > maximal der Balancerstrom weiter, die Zellen bekommen nichts mehr ab. > Sinkt die Zellenspannung irgendwann wieder ab, wird wieder etwas > geladen. Das solange, wie der Akku am Lader hängt. > > Old-Papa Falsch und richtig! > Ein Balancer wird überhaupt nicht abgeschaltet. FALSCH ! Lies dir bitte meinen letzten Post zu den Spannungen ab denen gebalanced wird mal durch. > Am Ladeende fließt > maximal der Balancerstrom weiter, die Zellen bekommen nichts mehr ab. > Sinkt die Zellenspannung irgendwann wieder ab, wird wieder etwas > geladen. Das solange, wie der Akku am Lader hängt. RICHTIG ! Dazu muss aber der Ladestrom abgesenkt werden.
Zudem scheint mir die Abschaltung der Ladung nach Gesamtspannung problematisch zu sein: Ich zitiere aus genanntem Aufsatz: "For example, what happens if one cell has less capacity than the other three serially connected in the pack, if they all start in the same state of charge? CC/CV (constant current/constant voltage) charging will bring the pack to 4.2 x 4 = 16.8 V (typical). However, individual cell voltages will not be equal. As you can see in Fig. 5 below, the “low capacity” cell will have a much higher voltage than the remaining cells, while the normal capacity cells will have a lower voltage than achieved in normal charging." und weiter: "To make the matters worse, the affects of cell degradation caused by imbalance is autoaccelerating, once a cell has a lower capacity, it is exposed to increasingly higher voltage during charge which makes it degrade faster so its capacity becomes even less, which closes the runaway circle." Quelle: Battery Cell Balancing: What to Balance and How Yevgen Barsukov, Texas Instruments Deswegen habe ich die Ladeabschaltung in den Balancer / BMS verlagert und schalte nach der Zelle mit der größten Spannung ab, was mir aber die Aufholproblematik ins Haus holt. Dein Ansatz, im Bereich der Ladeschlußspannung zu balancen führt da heraus: Es wird zu einem ständigen ein-aus des Laders führen, bis auch die Nachzügler soweit sind. Mein Ansatz tut das auch. Aber ich entlade ja noch bis 3,1V und da... scheint die Krux zu liegen. Die Notabschaltung würde ich aber dennoch beibehalten, um den von Barsukov beschriebenen Effekt zu unterbinden.
Matthias H. schrieb: > > Falsch und richtig! > >> Ein Balancer wird überhaupt nicht abgeschaltet. > FALSCH ! Ich meinte ja, dass am Ledeende der Balancer nicht abgeschaltet wird. Das er das Balancing ab einer bestimmten Spannung überhaupt erst beginnt ist wohl klar und das wird heutzutage alles von fertige Balancer-ICs gesteuert. Einfache Balancer gibt es auch noch diskret aufgebaut, doch sowas verwendet man doch für Neubauten nicht mehr. Old-Papa
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ChargeParams.png
69 KB
Wenn man bei Ladeschluss die einzelnen Zellspannungen erfasst, kann man anschließend nach Ladeschluss die Balancer der (je nach serieller Zellanzahl) ein bis x höchststehenden Zellen einfach noch ein Weilchen "nachbrennen" (tschuldigung für den Begriff) lassen. Brauchen tut man das allerdings nur, wenn etwas grundsätzlich schief geht (man hat selber irgendwo eine Unsymmetrie im Strang eingebaut), bei Tests (man lässt die ganze Sache mehrere Ladezyklen ohne Last laufen) oder beim Einsatz von Zellen mit unterschiedlichem Alter/Verschleiß im Strang (so große Balancer möchte man nicht bauen).
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