Ladeausgleich von Batteriezellen in LT-Spice

[A. K. (annie)]

Hallo,
ich benötige dringend eure Hilfe für folgendes Problem:

Einen Ladeausgleich zwischen zwei Batteriezellen (C1,C3) kann man 
mithilfe der Induktivität umsetzen: S1 schließen --> L1 wird geladen; S1 
öffnen und S2 schließen --> L1 lädt C3. Soweit die Theorie.

Ich wollte das gern in LTSpice abbilden, um in einem nächsten Schritt 
reale MOSFETs einzubauen und etwaige Halbleitereinflüsse zu prüfen.

Leider scheitere ich schon an der vereinfachten Version mit idealen 
Schaltern, da die Kondensatoren mit keiner definierten Arbeitsspannung 
laden/entladen, sondern mit einigen kV.

Daher meine Frage(n): Ist der Aufbau mit den Kondensatoren sinnvoll? Und 
wie kann man evtl den Caps eine Arbeitsspannung aufzwingen?

Vielen Dank schonmal und liebe Grüße:)
Annie

[Alex (Gast)]

verwende statt der Kondensatoren "Voltage"s!
Simulation: Lass' dir die Ströme durch die Voltages anzeigen. Das sind 
deine Lade- / Entladeströme!
Einen Ladevorgang simulierst du statisch, d.h. mit mehreren 
Simulationsläufen mit verschiedenen Spannungen. Oder du definierst eine 
Voltage als Sägezahn...

Prinzipiell zweifle ich aber, dass deine Schaltung in der Praxis 
funktionieren kann, da du immer Ein- und Ausschaltverzögerungen hast, 
die auch noch abhängig von Temperatur- und Strom sind.
Wenn beide Schalter leiten, knallts (Strom); wenn du eine Lücke beim 
Umschalten hast, knallts wegen Induktionsspannung...

[A. K. (annie)]

Danke Alex für deine Antwort.
Mit der Verwendung von Leistungsmosfets (S1-->P, mit Source oben; 
S2-->n-Kanal, mit Source auf Ground) bekomme ich ja zwangläufig Dioden 
zwischen D und G (im Bild wären beide nach oben leitend).
Dann genügt es, jeweils den FET einer Zelle anzusteuern (die, die man 
entladen möchte)
Das von dir genannte Problem dürfte dann hoffentlich nicht auftreten, 
richtig?

Deinen Vorschlag mit den Voltages werden ich gleich testen!

[Sascha W. (arno_nyhm)]

Mit den Initial Conditions gibst Du den Kondensatoren ja auch eine 
Spannung von 35kV/50kV.

C1 IC=50000
C3 IC=35000
...setzen wie gesagt eine Spannung von 50kV/35kV über den entsprechenden 
Kondensatoren als Ausgangswert.

Die Kapazitätsangaben von 67.5kF sind auch etwas extren... Da kannst 
Du, wie schon erwähnt, doch gleich eine statische Spannungsquelle 
nehmen, die Spannung am Akku wird ja nicht relevant durch Entladung im 
Zeitrahmen der Simulation sinken.
Die rarasitären Elemente der Akkus wären hinsichtlich Deiner Simulation 
interessanter.

Die Modelldefinition der Schalter ist auch nicht zu lesen - Hast Du 
diese sinnvoll parametriert?!
Extreme Werte können an jeder Stelle Probleme bereiten. So sind die 1ns 
Anstiegs-/Abfallzeiten deiner Steuerspannungsquellen für die Schalter 
auch nicht unbedingt sinnvoll.

[A. K. (annie)]

Aaah Danke. Durch die ICs kommt die abartig hohe Spannung.
Tatsächlich kommen die 67500 F aus der Nennkapazität (-ladung) von 60 
Wh.
Spielt aber für die Schaltung auch nicht die große Rolle, kann man wohl 
durch die Spannungsquellen machen.
Und damit funktioniert es. Die Ströme verhalten sich, wie erhofft. Jetzt 
kann ich mit dem eigentlich interessanten Punkt, den MOSFETs kommen.

Sascha W. schrieb:
> Die Modelldefinition der Schalter ist auch nicht zu lesen - Hast Du
> diese sinnvoll parametriert?!

Die Schalterdefinition habe ich hier aus dem Forum:
[code] .model SW SW(Ron=0.1 Roff=1G Vt=0.5 Vh=0.5) [\code]
Habe mir aber über die einzelnen Teile davon keine Gedanken gemacht, da 
es ja so funktioniert... :)

Sascha W. schrieb:
> Extreme Werte können an jeder Stelle Probleme bereiten. So sind die 1ns
> Anstiegs-/Abfallzeiten deiner Steuerspannungsquellen für die Schalter
> auch nicht unbedingt sinnvoll.

Da hast du sicher recht. Ich wollte vorerst ideal betrachten.

Sascha W. schrieb:
> Die rarasitären Elemente der Akkus wären hinsichtlich Deiner Simulation
> interessanter.

Den Innenwiderstand [2 mOhm] habe ich bereits berücksichtigt. Für die 
Ersatzserieninduktivität konnte ich leider keine Werte finden.
Gibt es da eventuell Richtwerte?

Ansonsten schon einmal vielen Dank an alle, die sich die Zeit nehmen und 
sich Gedanken machen!

[Sascha W. (arno_nyhm)]

Schön, dass es Dir geholfen hat.

Daten für ein Ersatzschaltbild (inklusive aller relevanter parasitärer 
Komponenten) finden sich am ehesten direkt beim Hersteller der 
jeweiligen Akkumulatoren - gerade für Typen die eine hohe Stromentnahme 
gestatten, ist es eigentlich immer vorhanden.

Ansonsten könnte sich hier etwas finden:
http://batteryuniversity.com/
...ist eine sehr gute Seite für allerlei Wissen rund um Batterien/Akkus.