Battery Management / Monitoring / Balancing

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Lazerus
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Joined: 11/10/2010

Ziel sollte es sein beides zu verhindern. Überladen und zu starkes Entladen. Sobald die erste Zelle eine Ruhespannung von ~2.9V erreicht sollte man aufhören zu fahren. Sofern alle Zellen ungefähr die gleiche Kapazität haben, hat man auch mit Top-Balancing fast die maximal mögliche Batteriepack-Kapazität.

Es gilt: Batteriepackkapazität = Kapazität der schwächsten Zelle mal Zellanzahl.

Mehr kann man nur mit einem aktiven BMS rausholen. (schwache Zellen werden geschont, Starke mehr belastet) Der andere Schwachpunkt der Shunt-Methode (mögliche Überhitzung), lässt sich meiner Meinung nach auch simpel lösen:

- Die Teile nicht überlasten, sondern die Batterien nur mit normalen Strömen laden

- (sicherer) Mit einem Kühlkörper auf den Shunts.

- (todsicher) Mit einer Temperaturüberwachung des Kühlkörpers, die den Ladevorgang abbricht, falls die Shunts zu heiß werden. (geht bei mir recht einfach, da alle Shunts an einer Stelle sind)

Leider erwähnt Jack Rickard in seinem Videos nicht, dass Zellen driften können. Also obwohl er mit viel Mühe manuell balanced (nur eben unten), können die Zellen nach einer Weile unten ähnliche Abweichungen haben, wie beim top-balancing. Dann muss er wieder ran! Also meiner Meinung nach, soll das ein Gerät für mich erledigen. Und jetzt kommt der unschlagbare Vorteil des BMS. Die Zellen werden ständig überwacht! Sollte die erste Zelle langsam aufgeben, geht bei mir z.B. ein Licht an. Bleibt das Licht auch bei geringeren Strömen an (bei konstanter Geschwindigkeit), wird es allerhöchste Eisenbahn nach Hause zu fahren. Bei einer guten Planung, und genügend „Reserve“ sollte das nie passieren. Eines meiner späteren Ziele ist die Überwachung (inkl. Aufzeichnung des Spannungsverlaufs) und Anzeige jeder Zellspannung.

Mir gefällt an seinem Beiträgen nicht, dass er behauptet ein BMS zerstöre die Batterien! Das wirkt für mich unseriös. Sicherlich kann ein defektes Gerät Zellen zerstören. Jedoch gilt das für alles was man an die Batterien anschließt! Aber die Behauptung das Top-Balancing Batterien zerstört ist für mich schlichtweg falsch. Es ist das Entladen bis zum "geht-nicht-mehr"!!! Die Gesamtspannung des Packs ist doch vollkommen egal! Sie gibt allenfalls einen Hinweis auf den Ladezustand der Batterie! Wichtig ist die schwächste Zelle im Auge zu behalten und diese zu schützen (oder falls sie vollkommen aus dem Rahmen fällt, zu ersetzen). Die Balancing Methode ist dafür egal! Nur kann man mit Balancing mehr Pack-Kapazität nutzen als ohne! Sollte die schwächste Zelle nämlich nach „oben“ driften, kann man weniger Kapazität nutzen (ohne Schaden anzurichten). Mit aktiven Balancing geht natürlich mehr!

Klar kann man ein wenig Geld sparen, indem man die Zellen manuell angleicht. Mir wäre das jedoch zu viel verlorene Zeit ;)

VG, Bernd

Gast
Jack Rickard

Jack Rickard und kein Ende......
Man muss ihm dankbar sein für all seine Versuche, aber man braucht nicht alles
kommentarlos zu übernehmen, was er sagt, und er redet gern und viel........ (meine Zeit reicht nicht, alles anzuhören)
Wenn er sagt, man muss "unten" balanzieren, um an der Spannung zu sehen wann Schluss ist, dann hat er recht, aber deshalb alle BMS-Systeme zu verteufeln, weil aus irgend welchen Gründen schon ein paar Autos während des Ladens abgefackelt sind...... Das geht zu weit!
Wenn man so schaut, was da so an "Balancern" auf dem Mart ist, dann kann einem aber auch Teilweise "Angst und Bang" werden und man braucht sich nicht wundern wenn da mal was raucht! Da hat er wieder mal Recht!
Fakt ist:
Die schwächste Zelle zählt! Man soll nicht überladen, und man soll die Zellen nicht leerfahren bis sie zusammenklappen. Wenn die schwächste Zelle zuerst voll
und dann auch zuerst leer ist, dann reichts mit Balanzieren. Aktiv Balanzieren ist meiner Meinung bei den Strömen wie sie im Auto auftreten nicht sinnvoll, weil so viel Energie gar nicht so schnell "umgeschaufelt" werden kann. Ein gutes BMS lädt also ordentlich auf, bis die erste Zelle voll ist,schaltet dann zurück auf ein paar Ampere und lädt dann ganz gemütlich alle Zellen voll bis da hin, wo
der Knick in der Kennlinie anfängt. (nicht weiter, das bringt nichts mehr)
Der Schaltpunkt muss auch über die Spannung vom Ladegerät aus überwacht sein, falls mal eine Messung versagt. So wird auch kein Shunt heiss, und
es wird nichts sinnlos verbraten. Technisch ist alles schon auf verschiedenste Arten gelöst worden. Da muss man das Rad nicht neu erfinden!

Also bleibt locker und gelassen und misshandelt euere Akkus nicht, sondern geht sorgsam und gewissenhaft damit um und überlasst das Balanzieren ruhig einem ordentlich konzipierten BMS.
Das passt dann schon!

mfG
Franz

Lazerus
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Joined: 11/10/2010
Top Balancing

Hi,

vielleicht kam mein Beitrag zu drastisch rüber :) Ich wollte die Aussagen von Jack nur kritisch hinterfragen... Ich finds gut was er macht und bin dankbar für viele Anregungen. Ich glaube jedoch, dass noch mehr Wege nach Rom führen. Hab jetzt extra nochmal nachgelesen wieviel Überladung so eine LiFePo4 Zelle aushält. Leider habe ich keine genaue Antwort gefunden. Sie können definitiv mehr ab als Lipos, aber wieviel Schaden sie beim Überladen nehmen konnte ich nicht finden.

Stimmt, wenn man den Ladezustand von der Gesamtspannung ableiten möchte, muss man unten balancieren. Nur stimmt die Anzeige auch nur dann. Wer sagt wie die Zellen sich nach 20 oder 50 Zyklen verhalten haben? Die Drift soll wohl gering sein, aber wie lange bleiben die Zellen akzeptabel balanciert?

Warum nicht einfach eine Franzbox nehmen ;), die entnommene Energie aufaddieren und rechtzeitig aufhören zu fahren? Das ist sicher genauer als die Gesamtspannung zu benutzen.

Bleibt die Gefahr, dass die Kapazität der Zellen irgendwann abnimmt. Dann wird der Sicherheitsbereich kleiner. Noch sicherer ist nur noch eine Einzelüberwachung der Zellen.

Deine Methode des Ladens (zum Schluss kleiner Strom), nutze ich so ähnlich zur Formierung meiner NiCd Zellen. Die Zellen in Reihe werden mit kleinen Strömen geladen(0,1C). Dabei werden die Zellen, die zuerst die Ladeschlussspannung erreichen mit Absicht überladen, um den anderen Zellen das Aufholen zu ermöglichen. Im Prinzip ist dann die Batterie der Shunt, da die Zelle nicht mehr Energie aufnehmen kann.

Ist das dann nicht auch eine Top-Balancing Methode? Ich meine, wenn man sich das bottom-balancing erhalten möchte, sollte man dann nicht aufhören zu laden sobald die erste Zelle die Ladeschlussspanung erreicht? (Oder deutlich früher?)

Mit oder ohne BMS ist glaube ich nicht so wichtig. Auch wo man balanciert ist glaube ich egal (sagt mir wenn ich etwas übersehe). Ein genaues Beobachten der Zellen, ist jedoch bestimmt sehr zu empfehlen.

VG,

Bernd

Gast
Top Balancing

@ Bernd:
Das absichtliche Überladen, wie Du da gegen Ende schreibst geht halt leider
nur bei Blei und NiCd -Zellen(Blei gast dann, NiCd wird warm)und Was Jack damals als Beispiel anführte, das waren Shunt-Regler OHNE!!!! Überwachung der Zellenspannung beim Entladen.

Auch die Franz-Box braucht eine Einzelspannungsüberwachung um nachlassende Zellen zu erkennen! Das ist halt so......

...und wenn man ein Ladegerät nimmt, das nicht mitbekommt was in den Zellen passiert, dann liegt halt am Ende der volle Strom an den Shunts und heizt sinnlos alles auf.

Das können wir ja mal auf meinem Blog weiter diskutieren, wenn Du willst.

Wichtig ist meiner Meinung, dass das Akku-Management ein Gesamt-Paket ist, das ZUVERLÄSSIG alle gefährlichen Zustände verhindert.

Oben zu Balanzieren ist technisch viel einfacher zu lösen, und wenn man Laden und Balanzieren ein bisschen voneinander trennt dann geht das durchaus auch ohne
heisse shunts. Und was aktive Systeme anbelangt, so machen die in anderen Anwendungen durchaus Sinn, nur wenn man sich mal vor Augen hält, welche Energiemengen in welcher Zeit verschoben werden müssen wenn der Entladevorgang in ca einer Stunde abläuft, dann sehe ich hier einfach Probleme.Man müsste ja schon vorher wissen, welche Zellen man wie stark unterstützen muss!Ich habe meine Versuche in diese Richtung erst mal hinten angestellt.

Lazerus
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Joined: 11/10/2010
Shunts

Hi Franz,

also wenn das BMS ein zwei mal gearbeitet hat und alle Zellen grob auf einem Niveau bleiben, sollte es kaum noch nötig sein Energie zu "verbraten" (das die Shunts ansprechen). Auch wenn man manuell balanced (z.B. mit Glühbirnen) wird Energie verbraten. Solange meine Zellen, durch ein bisschen shunting immer im optimalen Bereich bleiben, bin ich sehr zufrieden.

Das Bms das ich verwende (http://www.cleanpowerauto.com/MiniBMS.html) ist übrigens auch gegen Überhitzung abgesichert. Das habe ich in der Anleitung gefunden:

PTC resettable fuse protects from overheating during shunting as well as short circuit
conditions. Fuse opens if temp reaches 80C or if shunting current reaches 1 Amp. Open fuse
results in same alert as full charge, shutting down the charger. Fuse returns to normal conditions
automatically.

Dieses BMS wird also bestimmt kein Auto abfackeln!

Für den Preis finde ich das Konzept des MiniBMS insgesamt sehr gelungen. Im Prinzip haben sie deine Idee zur einfachen Einzelüberwachung der Zellen schon eingebaut (klar deine Schaltung wäre noch günstiger). Alle Boards sind durch eine Signalleitung verbunden (Single wire Normally Closed (NC) analog communication loop -> hört sich wichtig an, ist aber einfach ein DRAHT :-) ). Kommt es zu Problemen (beim Laden Entladen usw.) öffnet diese.

 

VG

Gast
Mini-BMS

Ich glaube, Du hast Dir da ein recht vernünftiges System ausgesucht,
ein schlankes System mit allen wichtigen Funktionen,
und ich bin mir sehr sicher, dass das tut was es tun soll!
insbesondere das Balanzieren mit unter 1A und die Temperaturüberwachung
der Shunts machen es höchst sympathisch!
So soll das sein, und nicht anders......
ebenso die zusätzliche Signalschleife, das ist nichts Anderes
als mein Vorschlag mit "Daisychain"

Wenn das Akkupaket erst mal ausbalanziert ist,und
das geht auch mit 1A in der ersten Nacht, dann braucht
es nur noch kleine Korrekturen, das ist so minimal, dass es auch
längere Zeit ganz ohne Nachbalanzieren funktioniert.

Ich muss mich erst noch geauer informieren bevor
ich mehr zu Deinem System sage,aber das sieht doch gut aus!

Alle wichtigen Dinge sind berücksichtigt, es wird geladen,
bis die erste Zelle voll ist, dann wird auf 1A max. umgeschaltet
und fertig geladen bis alle Zellen ihre Endspannung erreicht haben.
So geht das klassische "Top-Balancing"
Eine Unterspannungsüberwachung, die in diesem Fall unumgänglich
ist hast Du auch, was willst Du mehr?
eine Franz-Box vielleicht noch ??? ;-)
Da würde sogar der aktuelle Stand ohne Spannungsmessung reichen.
aber ich bin noch nicht so weit, dass ich da schon eine hergebe.
Erst mal die Testphase abwarten.........
Die kann man später immer noch reinbauen.

mfG
Franz

Gast
nochmal Mini-BMS

Ich habe jetzt mal alles durchgelesen,
und manches ist nun noch klarer.
Grundsätzlich gefällt mir alles recht gut.
nicht ganz so toll ist, dass nicht die Ladeleistung
reduziert wird, sondern bei Erreichen von 0,75A
Shunt-Strom das Ladegerät ganz abgeschaltet wird.
Aber das ist durchaus so in Ordnung!
Endlich mal jemand, der erkannt hat, dass es nicht
nötig ist, alle Zellen sofort und unerbittlich
auf die maximale Endspannung hinzuprügeln!!!
Auch so wird die Balanzierung von Mal zu Mal besser.
Es dauert halt ein paar Ladevorgänge länger,
dafür wird nichts sinnlos verheizt.
In Verbindung mit einem gut konfigurierbaren Ladegerät
sollte so nach einiger Zeit gar nichts mehr durch
die Shunts fliessen.
Die Abschaltspannung "unten" finde ich etwas hoch angesetzt,
aber dank Zeitverzögerung beim Alarm sollte das auch
so passen (und die Akkus schonen, weil schon früh
eine Warnung kommt) sogar Temperaturkompensiert!
Dass nur eine einzige Schleife OK und nicht OK meldet
und somit bei Über- und Unterspannung die selbe
Meldung kommt erfordert natürlich eine zusätzliche
Auswertung, was hier sehr schlau über die "Zündung"
erfolgt.(Zündung aus = Ladevorgang = Überspannung
Zündung ein = Entladen = Unterspannung)

Dass eine Spannungsanzeige einzelner Zellen mit so einem
System nicht möglich ist versteht sich eigentlich von selbst,
aber immerhin gibt es noch LEDs auf der Platine,
die im Störungsfall eine schnelle Diagnose ermöglichen.

Fazit(mein ganz persönliches, ohne diese Anlage
aus eigener Erfahrung zu kennen):
Da hat sich jemand viele vernünftige Gedanken gemacht,
um ein praxisgerechtes Einfachst-BMS zu entwickeln.
An alles Wichtige ist gedacht, und was ich als Freund
pragmatischer Lösungen schön finde:
Es geht auch ohne Microcontroller und ohne Touchscreen.
Den Preis finde ich eher hoch, für das was geboten ist,
(noch nicht mal ein Gehäuse.............)
aber andere Systeme kosten noch mehr........
Hier ist keinerlei Luxus vorhanden, aber die Grundfunktionen
sind alle drin.
Schade, dass alle Schaltgrenzen festgelegt sind,
und man da nichts selber konfigurieren kann,aber die Werte
passen durchaus.Mir gefällt die zentrale Lösung
viel besser als die Einzelmodule.Das ist eher was für
kleinere Anlagen, aber nicht für Autos.
Wenn da 500 und mehr Ampere fliessen,
dann sollte da nicht noch eine Platine mit an den Anschlüssen
festgeschraubt sein, mitsamt Drähten und Steckern etc.
Eine Messleitung je Zelle ist da viel sauberer vom Aufbau her.

Das EV-Display von denen ist auch interessant gelöst!
(das meiste, und ein paar andere Dinge mehr kann die
"Franz-Box" aber auch...) es wäre interessant, zu wissen,
mit welchen ICs all diese Schaltungen gebaut wurden
schliesslich führen "viele Wege nach Rom" , aber manche sind
besser als die anderen ;-)

mfG
Franz

Lazerus
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Joined: 11/10/2010
Franz-Box

Eine Franz-Box würde ich sehr gern haben :) Besonders die Ansteuerung der Tankuhr und des Drehzahlmessers finde ich total klasse. Das geht halt nicht von der Stange. Jedoch würde ich sie auch ohne diese Funktionen benutzen. Wir müssen unbedingt mal die Adressen und Telefonnummern austauschen und einen Preis verhandeln. Ich finde deine ganze Arbeit muß belohnt werden.

VG

Lazerus
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Joined: 11/10/2010
Einzelspannungsanzeige

Ja eine Einzelspannungsanzeige geht über dieses System nicht. Aber das brauche ich bis zur Zulassung auch nicht. Sobald ich das "Tüv-OK" habe, wird natürlich alles verfeinert. Vorher möchte ich nicht zu viel investieren. Zur technischen Umsetzung der Überwachung hab ich mir auch schon was ausgedacht... :)

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