Kurzform: An meiner tragbaren Powerstation (300Wh LiIon mit 230V/USB/12V) ist der Ladeeingang durchgebrannt. Ist das reparabel? Wenn nicht, welches BMS könnte ich ersatzweise einbauen? Langform: Ich habe hier seit ein paar Monaten eine kleine Powerbank im Einsatz, ~300 Wh, 230V 300W, als Speicher ein 8p4s Li-Ion aus 32x 18650. 1A Sinus, wenig Eigenverbrauch. Geladen wird über Netzteil 17,5V 4,5A (Ladeleistung laut Anzeige dann etwa 80W) oder "Solarzelle Leerlauf 14-40V 120W" (Angabe im Handbuch, Anzeige bis zu 121W (mehr habe ich nie gesehen). Ich verwende dazu ein 160Wp Modul, welches dank suboptimaler Ausrichtung eigentlich nie mehr als 120W ablieferte. Die Powerstation wurde im letzten Jahr auch bei knalliger Sonne mehrmals so geladen, ohne jedes Problem. Jetzt in der ersten Vorfrühlingssonne roch es plötzlich sehr verbrannt im Zimmer... Geladen wird trotzdem noch, testweise mit 40W. Mit dem Netzteil aber geht praktisch nichts mehr (7 Watt, ohne Anzeige im Display). Schnell konnte ich eine Wärmequelle im BMS ausfindig machen. Da die Bank noch bestens funktioniert und via USB-C-PD (ist sowohl Ausgang als auch Eingang) sogar noch mit 60 Watt geladen werden kann, brachte ich es nicht übers Herz, sie zu reklamieren und verschrotten zu lassen, zudem sie ein ziemliches Schnäppchen war (0,67€/Wh). Eine Prinzipskizze habe ich angehängt. Der State-Of-Charge wird offenbar per Zählung ermittelt, die normale Ladung geht demnach wunderliche Wege (außer eben mit USB-C-PD, da geht es direkt rückwärts in den Akku). Zum BMS konnte ich nichts finden, es gibt offenbar Bestückungsvarianten für 300 und 500W. Als Powerschalter dienen 8 parallele N-Mosfet 30V 60A 2,1 mOhm (CRTM025N03L), am Charge-Eingang sind zwei davon hintereinander geschaltet (warum auch immer, vielleicht wegen der Spannungsfestigkeit?). Über allem ist ein Alu-Kühlblech mit Wärmeleitpad installiert. Dieses war offenbar im Bereich der Lade-FETs nicht richtig angezogen (sieht man an der nicht vorhandenen Eindrucktiefe im Pad). Offenbar sind dadurch beide MOSFET einmal gigantisch überhitzt worden, einer scheint noch ok, der andere hat aber dauerhaft 2,2 Ohm - das erklärt auch die noch immer enorme Wärmeentwicklung. Eine denkbare Reparaturoperation wäre, zwei identische MOSFET parallel auf den vorhandenen zusätzlichen Flächen einzusetzen. (Die Ansteuerung aller vier erfolgt parallel über eine Leitung mit vier einzelnen Widerständen.) Die kaputten würde ich direkt drin lassen oder irgendwie unschädlich machen. Ungeklärt bleibt, warum es zu dem Defekt kam. Eine besondere Überlastung hat nicht stattgefunden. Der Eingang hat keine MPPT-Funktionalität, ich denke eine Solarzelle wird schlicht in die Strombegrenzung gezogen, insofern kann ich mir eine Ladeleistung-Regelfunktion auf dem BMS schon gar nicht vorstellen. Mit den 2,2 Ohm ist am Netzteil bei vollem Pack kein Blumentopf mehr zu gewinnen, die Solarzelle ballert einfach mehr Spannung rein und so kommt es dann doch zu einer Ladung, allerdings mit gigantischer Hitzeentwicklung und daher so unbrauchbar bzw. sogar extrem gefährlich. Eine andere Option wäre, direkt ein alternatives BMS einzusetzen. Leider befindet sich noch eine Art Strommessshunt - zwei parallele R003 in Reihe zum Akku(-), über zwei dünne Drähtlein am "Mainboard" angeschlossen. In einem ersten Test funktionierte die Box auch ohne diesen Anschluss. Die Chips finde ich nicht direkt außer bei Alibaba im 100er Pack. Kennt jemand gut verfügbare Alternativen? Gibt es Empfehlung für ein Ersatz-BMS? auf A'n kann man diverse 4s-BMS 30A für unter 20 Euro finden. Stutzig macht mich dort, dass nirgends eine Kühlung erwähnt wird. Sollte doch aber Standard sein, oder?
Angehängte Dateien:
:
Verschoben durch Moderator
Doch, aber ... siehe zweiter Absatz der Langform. Ist sonst auch immer mein Credo mit der Garantie, aber dieser unbekannte Zukauf unter dem Namen eines Werkzeuglieferanten für Discounter (Scheppach) landet bestenfalls in der richtigen Recyclingtonne, das repariert keiner. Und ein Ersatz hätte mglw. das gleiche Problem. Da investiere ich lieber ein paar Euro damit es besser wird, ggf mit neuem BMS. Den Shunt kann man ja auch anderweitig bauen. Klar versuche ich die trotzdem mal zu kontaktieren...
:
Bearbeitet durch User
Nachtrag: Ganz zu meinem Erstaunen geriert sich Scheppach nicht als Billgheimer: Zu der Powerbank kann man prinzipiell so ziemlich alle Ersatzteile ordern, nur das BMS einzeln leider nicht. Akkupack ist angefragt (18650 kann man immer gebrauchen). Trotzdem würde ich mich über Ideen und Erfahrungen freuen, auch und gerade mit BMS gleich welcher Herkunft
FYI: Scheppach kann keine Ersatzteile und vor allem kein Akkupack liefern (Irrtum, sowohl im Preis, wird auch nicht an Endkunden verkauft). Allerdings haben sie in Aussicht gestellt, das Problem auf andere, für mich unerwartete Weise zu meiner vollsten Zufriedenheit zu lösen. Dies als Nachsatz für die Zukunft, falls sich ein anderer Betroffener irgendwann mal hierher verirrt.
Nachsatz zum Nachsatz: Platine gereinigt, den 2-Ohm-FET entfernt, auf der Platine S und D kurzgeschlossen. Der verbleibende MOSFET (es sind ja zwei in Reihe geschaltet) arbeitet einwandfrei: bis zum Ladestrom mit dem externen Lader erwärmt sich der nackte MOSFET (ohne Kühlplatte) auf knapp unter 30 Grad, und bei testweise angelegten 10 Ampere wird die Anschlussbuchse überlastet und 50 Grad warm, der nackte MOSFET aber nur 40 Grad. Bei ca 8 A erreicht die Ladeleistungsanzeige ihren Maximalwert von 120 Watt und steigt danach nicht mehr an. Fazit: Ein BSG300 ist für maximal 8A Ladestrom gebaut, 10A überlasten den Eingang aber offenbar noch nicht. Eine fehlerhafte Kühlblechmontage kann bei den Messwerten auch nicht das Problem gewesen sein, ebensowenig eine zu leistungsfähige Solarzelle. MOSFETS mit DFN5x6-Gehäuse muss man ein wenig suchen, aber die welche ich gefunden habe, reichen zu 80% an die Werte des Originals heran und sollten ausreichen. Bis dahin wird nur mit dem Netzteil geladen...
Hallo Volker, ich bastle sei Jahren mit Solarmodulen im Zusammenhang mit verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten und vermute folgendes Schadensszenario: Betrachtest Du das Ersatzschaltbild einer Solarzelle, siehst Du eine Stromquelle. Das bedeutet, die ausgegebene Spannung des Moduls hängt extrem von der Belastung ab. Aus Deiner Beschreibung vermute ich, dass Du das Modul eher als Spannungsquelle auffasst. Das Problem verschärft sich, wenn Du auf einen MPPT-Regler verzichtest. Der Regler modelliert die Stromquelle in einen Betriebszustand, die einer Spannungsquelle eher ähnelt. So wie ich die unterschiedlichen BMSe einschätze, schaltet der zerstörte Transistor den Einschaltstrom. Dein Solarmodul hat durch Sonnenbestrahlung irgendwann genug Spannung, dass der Eingangstransistor durchschaltet. In Folge bricht dann die Modulspannung zusammen und der Transistor sperrt wieder. Dadurch steigt die Spannung am Modul wieder an. Das Ganze wiederholt sich solange, bis der Transistor infolge der Eigenerwärmung durch die ganzen Schaltvorgänge zerstört ist. Solange Du das nicht löst, würde ich zusammen mit LiIon-Akkus höchste Vorsicht walten lassen, dass die Deine Einrichtung nicht abbrennt. Viele Grüße, Thomas
Danke, Thomas, für die Einschätzung. Ich bin trotzdem anderer Meinung. 1. Wenn meine Schilderung den Eindruck erweckt, ich würde hier von Spannungsquellen ausgehen, dann ist das falsch. Im Gegenteil: Das externe Ladegerät hat eine gute Konstantstromleistung von ~4,9A von ~9 bis max. 17,8 Volt (Leerlaufspannung). Der Ladevorgang sieht für mich damit klar nach Konstantstromladung aus, bis das BMS den Ladeeingang bei vollen Akkus abschaltet. Dazu besitzt der Ladeziegel auch eine LED-"Durchflusskontrolle"(wechselt mit leichter Hysteres um 250 mA (kleiner=grün, fertig, höher=rot, ladend). Möglicherweise ist die Spannung auch so begrenzt, dass abzüglich aller Durchflussverluste (Messwandler, Schutzdiode, wasweißich) in der Powerstation die Ladung zum Schluss sogar im CV-Betrieb läuft. 2. Das Selbstbau Adapterkabel von der Solarzelle zur Powerbank (MC4 auf Hohlstecker) hat zwei Messpunkte, an denen ich anfangs auch eifrig die Spannung und den Strom (mittels Stromzange in einer "Öse", also einer Auftrennung der Zwillingsleitung) gemessen habe. Die Spannung pegelt sich bereits bei geringster Lichteinstrahlung auf eine etwas über der erwarteten Akkuspannung liegenden Wert ein (gerade z.B. 15,3V, ca 4 Watt Ladeleistung). Der Eingang bleibt offenbar aktiv - bei eingeschalteter Powerbank messe ich eine Spannung am offenen Lade-Eingang (zumindest in der derzeitigen Notbeschaltung mit kurzgeschlossenem und gategetrenntem MOSFET den es erwischt hatte), die allerdings schon mit 100k Belastung auf weniger als 2 Volt zusammenbricht, Kurzschlussstrom 25 µA, ca 580 kOhm Innenwiderstand. 3. Sobald man eine Spannungsquelle mit einem Serienwiderstand anlegt, steigt die Spannung am Eingang nur um ca 0,3V, fast unabhängig vom Strom (bspw. 1-100 mA). Erst bei höheren Strömen macht sich der Einfluss der Verkabelung in der Station etwas bemerkbar. 4. Der Eingang ist und bleibt (nach meinem Verständnis) eigentlich dauerhaft aktiv und nimmt "was er kriegen kann", ohne Schaltvorgänge (außer bei vollem Akku natürlich). Das ist bei einer anderen Powerbank mit MPPT-Eingang hier übrigens definitiv anders. Irgendwelche Schaltvorgänge oder Schwingungen sind im Oszi zu keiner Zeit sichtbar. Die Solarzelle wird schlicht etwa auf die Akkuspannung "geklemmt" und der sich einstellende Strom ist das, was sie bei dem Licht liefern kann. Bei Dunkelheit zieht sie dann einen minimalen Strom aus dem Akku. Die Powerstation bleibt bis weit in die Dämmerung eingeschaltet (auch wenn längst kein überhaupt relevanter Strom mehr fließt) bzw. aktiviert sich umgehend wieder, wenn man sie ausschaltet. 5. Wie ich mit einer elektronischen Last unschwer feststellen kann, liegt der MPP der Solarzelle deutlich über der Akkuspannung selbst bei Volladung. Diese Form des Anschlusses "verschenkt" also Solarleistung, logisch. Last but not least: Der Betrieb einer Solarzelle direkt am Eingang mit einer Leerlaufspannung von 14-40V ist ausdrücklich vorgesehen, mit einer Ladeleistung von maximal 120W - wobei nach meinem Test weiter oben auch durchaus mehr "reingeht", die Messvorrichtung in der Powerstation aber nur bis 120W messen kann. Die Eingangsschaltung habe ich hier parallel und etwas losgelöster zu hinterfragen versucht... Beitrag "Zwei MOSFET in Serie - warum??"
:
Bearbeitet durch User
Angehängte Dateien:
So, die Ersatz-MOSFETs sind da, mühsam eingelötet (war meine Erstarbeit, fragt nicht nach Fotos, es ist drin). Nun konnte ich auch mal den Chip des BMS bestimmen: PT6004N. Anbei die Applikationsschaltung mit ein paar Ergänzungen. Im Laufe der finalen Experimente habe ich beobachtet, dass das BMS, nachdem es den Ladevorgang eigentlich beendet hat und das Akkupack damit als voll gilt (ziemlich genau bei 16,9V), ihn bei Last (hier 230V-Inverter der Powerbank mit 60W) wieder aktiviert, solange die Last anliegt, und sofort wieder abschaltet, wenn die Last weg ist. Bei einer geringen Last schaltet der Ladeeingang erst wesentlich später ein, unter 16,5V etwa. a) Das Ansteuersignal für die Mosfets (in der Prinzipskizze nur einer, real sind es 2 in Serie und das ganze 2x parallel (alle Gates am gleichen Pin mit je 100 Ohm und einem gemeinsem 510k angeschlossen), hat eine mir nicht erklärbare Überlagerung von mehreren Volt (!) mit 100 Hz. Es scheint, als ob der Inverter mit seinem stark schwankenden Strom das Laden ständig ein- und aus-triggert, nur mühsam gepuffert von irgendeinem Glättungskondensator. b) Trennt man die Last am Inverterausgang, passiert der Übergang zum Nichtladen mit einer mehr oder weniger langen Phase (im Bild 500ms, habe aber auch 2 Sekunden gesehen), in der die Gatespannung mit 100 Hz zwischen 1 und 2 Volt schwankt. Habe ich ein Labornetzteil mit 19V max 5A am Eingang, schießt die Temperatur von je einem Chip der beiden Reihenschaltung in der Wärmebildkamera kurz hoch. Der gleiche Effekt passiert beim Einschalten, hier nur wesentlich kürzer. c) richtig übel wird es, wenn der Ladestrom über 8A liegt und die Ladespannung bei 20V (das kommt eher in die Region einer satt liefernden Solarzelle hier). Die Höhe der Ansteuerung vom BMS sinkt quasi dauerhaft in den kritischen Bereich und der eine verbliebene Originalmosfet schießt in 2 Sekunden auf über 150 Grad. Ein kritischer Betriebszustand mit Überhitzung und wahrscheinlicher Zerstörung der MOSFETs ist demnach, wenn diese drei Faktoren zusammentreffen: 1. Es ist eine stark pulsierende Last aktiv 2. das BMS hält den Akku praktisch für voll 3. die verfügbare Ladeleistung am Eingang ist besonders hoch. 1.+3. bei Akku <90% sind kein Problem - der Ladeeingang bleibt sauber angesteuert (mindestens wie links im zweiten Oszibild) 2.+3. Der Übergang von 10A Laden ohne Last zum Ladeende passierte sehr zügig und ohne kritisches Fenster 1.+2. Wird zeitgleich mit geringerer Stromstärke geladen, ist der Übergang kürzer und die kurze Erwärmung bleibt unkritisch. Das Verhalten ist hinsichtlich höherer Ströme auch bei doppelter Bestückung wie aktuell nicht besser - anscheinend reagiert der Originalmosfet besonders kritisch auf die zu geringe Gatespannung. Die Ersatztypen (AON6502) scheinen etwas gutmütiger. Deaktiviere ich die Gateansteuerung des einen Zweigs, gibt es aber auch im zweiten Zweig in einem Chip eine kurze kritische Phase. Das ist doch wohl alles eine Fehlkonstruktion, oder?
:
Bearbeitet durch User
Volker A. schrieb: > c) richtig übel wird es, wenn der Ladestrom über 8A liegt und die > Ladespannung bei 20V In der Regel sind solche Chips und Schaltungen für Ladegeräte, die nahe der Ladeendspannung nicht mehr den maximalen Strom abgeben. Näher ansehen würde ich noch den 4,7µF Elko am VCC-Pin des Chips.
Dieter D. schrieb: > In der Regel sind solche Chips und Schaltungen für Ladegeräte, die nahe > der Ladeendspannung nicht mehr den maximalen Strom abgeben. Tja ... selbst der originale Ladeziegel ballert bis kurz vor Toresschluss mit ziemlich viel Dampf da rein. Und wie oben schon gesagt: Die Solarzelle mit 120W ist explizit erlaubt. Die im Set erhältliche hat allerdings eine höhere Leerlaufspannung, ich bin daher nicht sicher, ob sie die versprochenen 120W an der Bank überhaupt erreicht (ist ja kein MPPT drin). > Näher ansehen würde ich noch den 4,7µF Elko am VCC-Pin des Chips. Leider im Moment alles wieder zusammengebaut im Test. Aber oszillografisch war es dort in allen Betriebszuständen unauffällig. Einen Elko gibt es dort nicht, dafür zwei Kerkos. Die Gatespannung habe ich mir herausgeführt zum Messen, 8,65V beim Laden. Wie es der Fluch so will, hatte ich inzwischen auch einen Zustand, in dem die Powerbank nicht nachlud trotz Last. Allerdings hatte ich da das BMS kurz stromlos (abgesteckte Zellenanschlüsse). Anscheinend macht es das Zappeln wirklich nur, wenn ese selbst den Charge-Eingang zuvor abgeschaltet hat.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.