Hallo zusammen! Folgendes Szenario: 16 Zellen LFP 90Ah in Serie, maximale Ladespannung also 57V. Das Ladegerät lädt mit CCCV, also zunächst mit konstantem Strom (50A) und wenn die Spannung bei 57V ist mit konstanter Spannung bis der Strom gegen 0 geht. Das BMS misst die Spannung jeder Zelle und kann den Ladestrom des Ladegeräts übersteuern (per CAN). Auf jeder Zelle habe ich jetzt Balancer drauf die laut Datenblatt 2,3A über Widerstände verbrennen. Alternativ gibt es auch Balancer(-Schaltpläne) die einfach einen MOSFET durchschalten (der je nach Kühlung auch ca. 2A durchlässt). Wenn ich mir jetzt eine Zelle ansehe, die gerade ihre Ladeschlussspannung von 3,6V erreicht hat und der Balancer schaltet durch (Komperator schaltet MOSFET mit/ohne Widerstände sofort voll durch). In beiden Fällen ergibt sich eine Parallelschaltung aus Innenwiderstand der Zelle und externer Beschaltung. Der Innenwiderstand der Zelle muss an sich ja recht klein sein, sonst würde die Zelle im Lastfall extrem einbrechen. a) MOSFET mit Widerstand 1 Ohm -> eigentlich müsste der Strom doch im wesentlichen durch die Zelle fließen und nur wenig durch den Balancer (?). Für das Ladegerät ändert sich der Widerstrom/Strom in diesem Fall kaum. b) MOSFET ohne Widerstand -> Widerstand ist nur R_DS(on), also ca. 40mOhm, der Strom fließt im wesentlichen durch den MOSFET. Das Ladegerät sieht einen abnehmenden Widerstand und dürfte mit Erhöhung des Stroms (konstante Spannung...) reagieren. Was ist jetzt besser bzw. wo ist mein Denkfehler? In beiden Fällen muss das Ladegerät sobald ein Balancer an ist auf 2A runtergehen, weil sonst wird der Balancer zu heiß (MOSFET schaltet ggf. ab -> Zelle wird überladen). Die Zellen sollten ja nicht so weit auseinanderdriften, dass das all zu bald im Ladevorgang passiert. Soweit richtig? Danke und sorry, in der Suchfunktion und auch sonst habe ich dazu nicht viel erhellendes gefunden! Johannes
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Ich glaube, bei den Balancer-Schaltungen, die angeblich einfach einen Mosfet DURCHschalten, ist ein Denkfehler, entweder bei Deinem/unseren Verständnis oder eher bei dem, der solche Schaltungen propagiert. Der Mosfet liegt doch parallel zu einer einzelnen Zelle??? Das heißt, wenn der durchschaltet entsteht ein lokaler Kurzschluß! Da rummst es doch ordentlich!!! Das einzige, was ich mir vorstellen kann, daß durch den Innenwiderstand der Zelle deren Spannung sofort auf "unter Balance"-Niveau sinkt, der Mosfet also sofort wieder abschaltet. Wenn das schnell genug geht, entsteht eine Art PWM, bzw. etwas vergleichbar wie ein Chopper bei Schrittmotoren. Welche Vorteile man sich davon verspricht, weiß ich nicht. Vielleicht daß die Verlustleistung im Akku entsteht und nicht extern an einem Widerstand? Ist das bei großen Akkus besser zu handhaben? Oder "pflegende" bzw. "aktivierende" Einflüsse durch die pulsartigen Ströme? Schon bei Bleiakkus ist das nah an der Esotherik, aber bei Li-Akkus habe ich dergleichen noch nie gehört bzw. halte es eher für schädlich.
Ich sehe gerade, Du fragst auch grundsätzlich nach den Strömen. Ich denke, da liegt Dein Verständnis richtig. (Meine Meinung ist aber auch nicht das Maß aller Dinge) Mit meinen Worten nochmal erläutert: Der Balancer-Vorbeileitstrom sollte nach meinem Verständnis in etwa in der Größenordnung des Ladestromes liegen. Denn sonst kann es passieren, daß der Balancer das Überladen einer Zelle, die viel zu früh voll ist, nicht verhindern kann. Viele ganz einfache Balancer für kleinere Kapazitäten bieten da lächerlich geringe Balancer-Ströme an. Ein paar zig mA für beispielsweise einen ebike-Akku, der mit vier parallelgeschalteten 18650ern 12 Ah hat. Dennoch sagen so manche, bei guten Zellen driften die gar nicht so weit auseinander und diese geringen Ströme reichen tatsächlich. Bei meinem ebike-Akku mit so einem schwachen Balancer scheint das bis jetzt (~50 Zyklen) auch zu funktionieren. Bei Deinen Kapazitäten würde ich schon darüber nachdenken, daß BMS und Ladegerät irgendwie miteinander reden können. Welchen Strom macht es denn im CC-Modus?
TomH schrieb: > Dennoch sagen so manche, bei guten Zellen driften die gar nicht so weit > auseinander und diese geringen Ströme reichen tatsächlich. So isses. Typische Laptop-Balancer haben irgendwas zwischen 100 Ω und 1 kΩ als Ausgleichslasten, das sind also 4 … 40 mA Bypass-Strom. Der Sinn der Sache ist es doch nicht, dass du x-beliebig N Zellen aus der Kiste nehmen kannst und zu einem Akkupack verschaltest, sondern dass du im Wesentlichen gleiche Zellen hast, deren geringfügige Ungleichmäßigkeiten, die im Verlauf ihres Lebens entstehen, du ausgleichen willst. Wenn diese Ausgleichsströme nicht mehr ausreichen, ist der Akkupack dann halt hinüber. Überladen wird trotzdem noch verhindert, indem einfach die Ladung beendet werden muss, wenn eine Zelle droht, zu viel Spannung zu bekommen.
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Hi TomH! Danke, der Denkanstoß mit dem Innenwiderstand der Zelle und dem "Kurzschluss" haben mir schon mal weitergeholfen. Da die Zellen ziemlich groß sind dürfte die Erwärmung nicht so kritisch sein und tatsächlich dürfte die Spannung sofort einbrechen und den MOSFET wieder ausschalten. In dem Sinne finde ich die Lösung ohne Widerstände tatsächlich elegant, so lange das BMS rechtzeitig das Laden abbricht, wenn die Spannung zu hoch wird und damit der MOSFET nie dauerhaft leitet. > Dennoch sagen so manche, bei guten Zellen driften die gar nicht so weit > auseinander und diese geringen Ströme reichen tatsächlich. > Bei meinem ebike-Akku mit so einem schwachen Balancer scheint das bis > jetzt (~50 Zyklen) auch zu funktionieren. Ich muss die Zellen nochmal sauber durchladen, so ganz kann ich das nicht bestätigen, aber die Hoffnung und allgemeine Annahme ist, dass das Balacing erst bei ca. 95% SoC auftritt und dann der Strom im Zweifel eben reduziert wird. Wobei gerade LiFePos da nicht ganz so gut abschneiden wie NMC oder LTO. > Bei Deinen Kapazitäten würde ich schon darüber nachdenken, daß BMS und > Ladegerät irgendwie miteinander reden können. > Welchen Strom macht es denn im CC-Modus? Das BMS und das Ladegerät können (bzw. sollen) über CAN Kommunizieren und dabei kann auch der Ladestrom eingestellt werden. Gruß Johannes
Johannes S. schrieb: > Was ist jetzt besser MOSFET ohne Widerstand schliesst ab 3.6V Zelle kurz: klingt nach spektakulärer Explosion. MOSFET ohne Widerstand wird von 3.5V bis 3.6V langsam immer weiter aufgesteuert: die Zelle wird 3.6V nie überschreiten, zum Schluss fliesst der ganze Ladestrom durch ddn YMOSFET. Hâlt er das aus ? MOSFET schaltet ab 3.6V Widerstand parallel: Ladestrom ist aber höher: Zelle wird trotzdem überladen. MOSFET schaltet Widerstand parallel, so bald diese Zelle 0.1V mehr hat als die Nachbarzelle: beide Zellen erreichen fast gleichzeitig 3.6V, das ganze Akkupack 57V. MOSFET schaltet Widerstand ab 3.6V parallel zur Zelle, der mehr Strom bei 3.6V fliessen lässt als der Ladestrom beträgt: die Zelle wird sogar wieder entladen während die anderen Zellen im Akkupack weiter aufgeladen werden. Bei 57V sind alle Zellen voll.
ich schrieb: > Es gibt keine dummen Fragen. Doch, natürlich. Mit einer dummen Frage kommst du hier nicht weiter: http://www.caesborn.de/denksport/raetsel/waechter.html Schade, daß du dem Irrglauben verfallen bist, es gäbe keine dummen Fragen.
Jörg W. schrieb: > Der Sinn der Sache ist es doch nicht, dass du x-beliebig N Zellen aus > der Kiste nehmen kannst und zu einem Akkupack verschaltest, sondern dass > du im Wesentlichen gleiche Zellen hast... Wenn du die Zellen direkt vom Hersteller beziehen kannst und dir die Lieferung aus einer Charge zugesichert wird, gebe ich dir recht. Ansonsten braucht es leistungsfähige Balancer. Ganz speziell für LiFePo. Alles will billige Zellen und die Händler sind gezwungen, billig irgendwo einzukaufen. Das sind nicht selten überlagerte Reste oder B-Ware. Das dann bunt zusammengemischt.
Bei der Konfiguration wuerde ich einen Aktiven Balancer ins Auge fassen. Das Forumsmitglied oldeurope hatte sich so ein Teil beschafft, ausprobiert und in einem Thread einiges interessantes gepostet.
"wuerde ich einen Aktiven Balancer ins Auge fassen. " weil?! Es gibt hier keinen Vorteil außer in beengten Platzvehältnissen wegen entstehender Wärme..eigentlich hat ein aktiver Balancer dann sogar NUR NAchteile, weil aufwändiger, anfälliger etc pp Wenn du einen Balancer mit LAstwiderständen und µc meinst, der das managed..dann hast du recht, das ist die sinnvollste Lösung
Johannes S. schrieb: -gekürzt- 16 Zellen LFP 90Ah in Serie, 16x3.6=57,6V (51,2). CCCV Ladung. BMS je Zellenstufe: CAN-BUS-Steuerung des Ladegerätes CC:50A, CV:57V Passiver Balancer 2...2,3A > Balancer ...(Komperator schaltet MOSFET mit/ohne Widerstände sofort voll > durch). Leider sind hier die Hersteller oft schlampig im Wissen über die Funktion ihres Balancers. Sowas habe ich auf einer Messe getestet. Deshalb gibt es da auch nicht viel "erhellendes" im Netz zu finden. 1) Es gibt Balancer, die reagieren Fuzzy-mäßig, dh schön weich. Hier wird der Mosfet kontinurlich zunehmend aufgesteuert zwischen 4.15-4.20 oder 4.25-4,25 bei LiPo-Zellen. Bei LiFe-Zellen ist es das gleich nur halt bei Spannungen um 3,6V. Bitte das immer dazudenken bei unteren Antworten. a) Ohne Widerstand handelt es sich um einen MOSFET mit relativ hohem Drain-Source-On-Widerstand im Bereich von 1 bis 2 Ohm bei einem U_gate von eben besagter Spannung. b) Andere verwenden einen Widerstand um die Verlustleistung aufzuteilen. Das ist meist günstiger als einen MOSFET zu nehmen, der mehr Verlustleistung aushält. Zusätzlich ist deren R_DS_on meistens deutlich unter einem Ohm. 2) Es gibt aber auch Balancer, die schalten hart über einen Schmitttrigger. Dh, bei 4.20 ein und bei 4.15 wieder aus. Hier gibt es wieder die Varianten a) und b). Um ein Schwingen vor allem bei 2) zu vermeiden, wird daher das BMS, dessen Prozessor so reagieren, dass wenn eine Zelle vorzeitig 4.1V erreicht, dass bereits der Strom gedrosselt wird auf hier 2A, dh auf einen Strom, den der Balancer noch sicher verträgt. > Was ist jetzt besser bzw. wo ist mein Denkfehler? ob a) oder b) ist eigentlich egal. Ersatztypen für MOSFET nach b) sind leichter zu bekommen. Aber 1) ist besser als 2). Du siehst dass Balancer und BMS+Ladeschaltung aufeinander abgestimmt sein müssen. Wenn der CAN-Bus versagt, verweigert in der Regel ein solches Ladegerät komplett seinen Dienst, da das Zusammenspiel mit dem Balancer fehlt und es sonst Zellen knallen könnten. Sehe für den Fall eine Notladefunktion von 0,5A...1A vor, die immer manuell gestartet werden muss. > Soweit richtig? Weitestgehend. Siehe obige Antworten.
Hallo zusammen! Erstmal danke für all die Antworten. Aktueller Stand: * Zellen: https://www.ev-power.eu/Winston-40Ah-200Ah/WB-LYP90AHA-LiFeYPO4-3-2V-90Ah.html * Balancer: http://www.litrade.de/shop/BMS-Balancer/Balancer-Lastwiderstaende/Balancer-2-3A-mit-LED.html * BMS: Eigenentwicklung, kennt alle 16 Zellspannungen (und die ungefähre Temperatur), steuert Ladegerät und Umrichter über CAN und zusätzlich jeweils nochmal über Ruhestromkontakt (just-in-case). * Ladegerät: CCCV U_max = 57V, I_max = 50A (wobei eventuell hier auch eine größere Variante denkbar ist, das lädt jetzt mit ca. 0,25C und es geht noch an der 16A-Steckdose, aber Laden mit 0,5C sollte auch kein Thema sein, dann halt als 3x400V-Variante). Das funktioniert soweit schon, aber die 2,3A die der Balancer liefert scheint mir grundsätzlich ziemlich knapp dimensioniert, wenn ich den Ladestrom sehe. Außerdem verdeckt der Balancer die Überdruckkappe der Zellen, was nicht im Sinne des Erfinders scheint und mechanisch lässt sich das Ganze nicht wirklich spannungsfrei auf den Zellen montieren. Zentrales Balancen will ich aufgrund der Ströme/Leitungsquerschnitte auch nicht machen. Deshalb hatte ich mir Balancer-Schaltungen angesehen und zwar im wesentlichen folgende: * http://www.kc-world.de/LiPo-Balancer.htm Die verbraucht etwas viel Strom, aber der verwendete sich selbst schützende MOSFET gefällt mir. Die Schaltung geht aber rein über den Komperator und MOSFET (R_DS(on) = 28mOhm), wobei aufgrund der geringen Gate-Spannung eventuell im Linear-Betrieb gefahren wird. * Ich hatte noch ein Design mit MAX921 oder MAX931 was auf jeden Fall eleganter war (weniger Stromverbrauch, weniger Bauteile), finde den Link jetzt aber nicht, hier waren Leistungswiderstände am MOSFET. * Einige Attiny-Varianten, scheint mir aber overkill außer mal will kommunizieren und egal wie man die galvanische Trennung macht scheint mir das doch teuer zu werden, alleine für die 2 AkkuPacks des Prototypen brauche ich ja 32 Balancer. Außerdem will ich nicht auf jedes der Module Software laden müssen. Wo will ich hin: Ideal scheint mir aktuell die Kombination aus MOSFET im linearem Bereich, der idealerweise 5A schafft und zu schmelzen und MAX931 für die Schwelle. Hat jemand Vorschläge für den MOSFET? Dieter schrieb: > Du siehst dass Balancer und BMS+Ladeschaltung aufeinander abgestimmt > sein müssen. > > Wenn der CAN-Bus versagt, verweigert in der Regel ein solches Ladegerät > komplett seinen Dienst, da das Zusammenspiel mit dem Balancer fehlt und > es sonst Zellen knallen könnten. Sehe für den Fall eine Notladefunktion > von 0,5A...1A vor, die immer manuell gestartet werden muss. Ne, in dem Fall leuchtet die Service-Lampe :) Das Zielsystem ist nicht hoch-verfügbar, auch wenn Zuverlässigkeit angestrebt wird. Danke, Johannes
Dieter schrieb:
Den Post muß ich noch um den Typ c) ergänzen:
c) Eine annähernde lineare Zunahme Balancerstromes mit der Spannung in
einem engen Toleranzfeld wird über ein veränderliches Taktverhältnis der
PWM erreicht.
Die Balancer mit den dicken Widerständen arbeiten nach dem Prinzip b)
oder c).
Bei vielen kleinen Balancern (meist die mit 0,5A) lässt sich die
Spannung am Widerstand gut abgreifen. Da schaltet man einfach einen
anderen Mosfet oder Darlington-Schaltung parallel mit oder ohne einem
größeren Leistungswiderstand und kann so viel größere Balancerströme ab.
Die bessere (aktive) Variante steuert statt dessen einen Aufwärtswandler
an, der auf das Gesammtsystem zurücklädt. Bei Dir wäre das ein Kern mit
17 Einzelwicklungen. Dafür gibt es einen kaskadierbaren Chip. Das stand
mal in einer Fachzeitschrift (Elektronik&Praxis).
Bei Balancern auf der Akkuzelle hat du das Problem das die Wärme irgendwo hin muss...der Reale Strom ist auch etwa 1,5A begrenzt, alles darüber hinaus funktioniert nur kurzzeitig, dann gehen die Ströme runter. Bei externen Systemen kannst Du die Balancerströme frei bestimmen. Bei der Lösung ohne Widerstände hast du das Risiko eines Kurzschlusses wenn der Transistor im Laude der Jahre verreckt..mit Lastwiderstand kann nichts passieren außer das er dauerhaft angesteuert wird. Viele Platinen auf vieln Akkus bedeuten auch viele Probleme, Schmutz, Wackelkontakte, Feuchtigkeit etc.
kein gast schrieb: > Risiko eines Kurzschlusses > ... im Laude der Jahre verreckt ... Darum gibt es auch High-Security-Varianten mit jeweils zwei Halbleitern in Serie.
kein gast schrieb: > Bei der Lösung ohne Widerstände hast du das Risiko eines Kurzschlusses > wenn der Transistor im Laude der Jahre verreckt..mit Lastwiderstand kann > nichts passieren außer das er dauerhaft angesteuert wird. Welchen Unterschied soll das machen? In beiden Fällen hast Du dann einen Totalschaden der einen Zelle, somit meist der ganzen Batterie falls verschweißt und verklebt.
es macht den Unterschied, das es in einem Fall einen Alarm, eine Rückmeldung etc gibt und eine defekte Zelle wenn all das nicht gesehen wird. Oder ein abgebranntes Akkupack wenn keine Sicherung gesetzt wurde z.B. (Sicherungen werden üblicherweise ja erst ab 10cm Kabellänge gesetzt). Bzw du musst auf jeden Fall eine Art Sicherung vorsehen was bei dem anderen System nicht zwingend erforderlich ist. Das ist weniger dramatisch bei auf Zellen Balancer aber schon blöd bei zentralen Systemen. Auf Zellen Balancer erwärmen zudem die Zelle unnötig, was man ja eigentlich vermeiden will
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