Batterie Management System für Lifepo4 Motorsport Starterbatterie

[Matze M. (motormanufacture)]

Hallo alle zusammen,

Seit längerer Zeit bin ich auf der Suche nach einem Batterie Management 
System für einen Lifepo4 12.5AH Batteriepack, 4S 5P Konfiguration.
Leider ist alles am Markt erhältliche nicht tauglich bzw. genügt meinen 
Ansprüchen an ein modernes BMS nicht.
Leider ist mein Wissen Mikrocontroller betreffend auch nur begrenzt 
darum hier die Frage wie man so ein Projekt am einfachsten und 
kosteneffizientesten realisieren könnte.
Das ganze soll auf eine Platine, den Hauptstrom sollen Mosfets schalten, 
welche vermutlich aus Gründen der Einfachheit an 15mmx1mm cnc gefräste 
Kupferschienen gelötet werden.
Die Kupferschinen werden dann auf die Platine geklebt.

Nun zum Funktionsumfang des BMS, es kursieren diverse Schaltungen im 
Netz, keine entspricht aber genau dem geforderten.

Habe mir mal die Mühe gemacht und alles zusammen geschrieben:

-Laderegler mit Balancer
-Ladeschlussspannung 14.6V / 3.65V Zellspannung
-Überspannungsschutz 15.0V / 3.75V Zellspannung (Ausgangsspannung wird 
nach 10s abgeschalten, RGB LED leuchtet blau)
-Unterspannungsschutz 9.6V / 2.4V Zellspannung (Ausgangsspannung wird 
nach 10s abgeschalten, RGB LED leuchtet grün)
-Kurzschlussschutz (über Spannung?) (Ausgangsspannung wird nach 0.8-1.5s 
abgeschalten, RGB LED leuchtet abwechselnd rot/grün/blau)
-Temperaturüberwachung von Batteriepack und BMS (Ausgangsspannung wird 
abgeschalten, RGB LED leuchtet rot)
-250A „dauerhaft“ / 750A „puls“ Entladestrom

Kommt es zu einer Situation bei der die Ausgangsspannung abgeschaltet 
wird kann diese nur über einen Taster oder das Anlegen einer Spannung 
(Ladegerät) am Ausgang des BMS rückgesetzt werden.
Mit dem selben Taster sollte sich die Ausgangsspannung durch einmaliges 
Drücken - trennen, sowie durch erneutes Drücken wieder zuschalten 
lassen.

Hoffe hier jemanden zu finden der Erfahrung auf dem Gebiet hat und 
helfen kann.

Wünsche einen schönen Abend,

Mit freundlichen Grüßen

[Kilo S. (kilo_s)]

Es gibt doch LiFePo4 als Starterbatterie Ersatz, absichtlich ohne 
BMS/Balancer.

Wieso nimmst du nicht so eine?

https://shop.lipopower.de/LiNANOZ-8-Ah-12V-HP25C-LiFePO-Starterbatterie-BAUSATZ

[Matze M. (motormanufacture)]

Hallo und danke für die Antwort.
Ohne BMS bzw Balancer/Schutzschaltung ist für mich keine Option da die 
ganze Sache möglichst sicher werden soll.
Die Batteriepacks stelle ich selbst her.
Natürlich könnte ich auch einfach ein passendes China BMS bestellen, das 
genügt aber einfach nicht meinen Ansprüchen an Qualität und 
Funktionalität.
Wo bleibt da die Herausforderung 😉

Mit freundlichen Grüßen

[Paul (Gast)]

Sportliche Leistung die du da vor hast.

Fangen wir mal an:

Zuerst suchst du dir einen BMS Chip aus, der für deine Zellchemie passt. 
Für LiIon gibts da ne ganze Menge, die gehen auch für LiFePo.
Deine Wahl hängt natürlich maßgeblich von deinen genauen Anforderungen 
ab (Wie schnell, wie genau, wie viele Kanäle, wie robust...)
BSP für den Einstieg:  bq76920. Der ist noch nicht im Automotive 
Bereich, dafür gut zu bekommen und es gibt viele Beispiele im Netz. Wenn 
es gleich richtig krachen muss, dann LTC6804 oder ähnliches.


Der BQ spricht via I2C mit deinem uC und wenn dir die Variante ohne 
Checksumme genügt, dann sogar recht einfach. (I2C Beispiele für Read und 
Write gibts viele im Netz). Mit Checksumme wäre natürlich besser für 
deine Applikation..
Dann hast du schon mal die Zellspannungen und die Temperaturen.

Mit einem INA226 kannst du die Batteriespannung und den Strom messen. 
Der Shunt dafür müsste bei 750A 75mV Spannungsabfall haben --> 100uOhm 
Shunt. Auch der spricht I2C. Du kannst auch den Shunt-Monitor vom BQ 
nehmen, aber ich wei nicht ob du damit glücklich wirst.

uC: Jeder der I2C kann, da es aber um den Betrieb im Fahrzeug geht, 
sollte er neben I2C auch noch CAN für die Kommunikation an Board haben 
und ein - zwei UARTs schaden auch nicht.
BSP: STM32F303

Mosfets: Schwierige Geschichte, da treiben andere ganz schön Aufwand um 
das zu realisieren. In der Regel werden dafür Mosfets antiseriell 
geschaltet und genau da beginnt in der Regel auch das Problem.
Der BQ76920 hat da aber schon was an Board, da wirst aber um einen 
starken Treiber nicht umhin kommen bei den Strömen die schalten willst.
Das ganze ist nicht trivial, auf Arbeit habe ich 400V/800A Batterien. Da 
nehmen wir kräftige DC Schütze und zu dem kann ich dir auch nur raten. 
Auf das Trennvermögen achten! Und beim Preis nicht weinen ;). Für Privat 
so um die 300€/Stück.

Layout:
Das ganze packst du dann noch auf eine Platine, die du sorgfältig 
designen musst. Wenn das alles steht, die Hardware in Betrieb ist und du 
dir sicher bist das es auch im KFZ Umfeld stabil läuft und der Contoller 
nicht bei Störung in der Rest springt: Jetzt kommt die Software. Und ich 
rede jetzt nicht von: "Ich habe einen Arduino drangeklemmt und freue 
mich das es läuft". Ich rede von den Grenzfällen: Wie löst du 
Kommuikationsprobleme zwischen BQ und uC? Wie sieht dein Error Handling 
aus? Was für Konsequneznen zieht das Ganze nach sich? Diagnosemeldungen?

Alles in Allem nicht gerade ein Einsteiger Projekt aber ich würde mich 
freuen wenn du mit Fragen umd Fortschritt hier aktiv bleibst :).

VG Paul