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Reihenschaltung von Smart BMS

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torcman

wie man gestockte Akkus fuer einen eCar baut, um 600V fuer 2*52kW Motoren zu haben, koennte ihr hier sehen. Der eSleek15




gewan mehrere internationalle Rennen, hat einer unsere Studenten gebaut :) - Akku Management mit AMS. Ausserdem war er auch einige Male der Pilot der Maschine - muss Spass machen!

Zwei der Bloecke 12s2p (44.4V 12.5Ah) wollte ich nach den Rennen uebernehmen, waren mir am Ende doch zu teuer.

Jede Zelle hatte massiven Thermokuehlung-Anschluss (Bilder vorhanden), alle BMS/Balancer-Anschluesse mit 1.5A gesichert. Alle 2 Zellen einen Termometer dazwischen. Zwei Ebennen an hierarchische Steuerung. Alle Zellen wurden selbstverstaendlich ueberwacht, eben auf der ersten Ebenne in dem 12s2p Container. Die Container waren mit CAN-Bus mit einem zentrallem Rechner verbunden um den Motor zu drosseln, sollte der Strom/Temperatur doch zu hoch ausfallen.

https://www.dhbw-engineering.de/index.php/fahrzeug/esleek15.html

Die Zellen dadrin LiPo EPS-6250HC:
3.7V
6.25Ah
1.8mOhm (unsere 2 parallelen 18650 Zellen mit aenhlicher Kapa, haben dann eben um 15mOhm, also 10x mehr)
50C discharge

in einer 144s2p Anordnung: 12 Container a 12s2p 600V - (nur) 6.6kWh.
 
E

e-doc

1. Softwaremodus programmieren, und in den beiden "oberen" Modulen die Power-FETs nicht mehr ansteuern, bzw. sicherheitshalber hardwaremäßig totlegen.
2. I²C über Optokoppler an externen uC koppeln siehe AN
3. Steuerung über externen uC die Power-FETs des "untersten" Moduls schaltet und die Module nur als analoge Frontends benutzt. (Wenn Du den externen uC als "nicht smart" bezeichnen möchtest, hast Du Recht).

Erfordert pro Modul kleine Lochrasterplatte mit Optokoppler und 3-pol. Stecker für I²C. Huckepack auf BMS gelötet ist nicht unmöglich.

BTW: klasse Auto!
 
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torcman

die Power-FETs nicht mehr ansteuern, bzw. sicherheitshalber hardwaremäßig totlegen.
ja, darueber sprach ich vorher.

3. Steuerung über externen uC die Power-FETs des "untersten" Moduls schaltet und die Module nur als analoge Frontends benutzt.
ja, darueber sprach ich vorher.

Und was bleibt dann von dem Smart-BMS? Platine, um den Chip und Balancer Stecker zu halten?

Erfordert pro Modul kleine Lochrasterplatte mit Optokoppler und 3-pol. Stecker für I²C. Huckepack auf BMS gelötet ist nicht unmöglich.
Du merkst schon dass es ein Gewurschtel ist, nicht richtig wuerdig der Leistung von 150V mal 50A.

Moeglich ist vieles.. nur ob auch sinnvoll? und sicher ist?

Stelle dir vor, einer deine Huckepack I2C Verbindugen versagt und meldet nicht, dass die Zellen in UV bei 50A Laststrom gehen. Zu Umpolen fuehren mit entspechende Hitze Entwicklung, bringt in kurzester Zeit zum Brand. Daher messen die Profis die Temperatur jeder einzelnen Zelle, vergroessern deren Waerme Abfuhr massiv, um noch Zeit zu haben, um zu reagieren.

In einem System wie da oben beschrieben, werden alle Informatonswege mehrfach staendig geprueft. Die Temperaturen zB mit dem Strom verrechnet und auf Plasibilitaets gecheckt.
 
E

e-doc

Ja, aber 25$-China-BMS mit Hochleistungs-Profi-BMS vergleichen ist halt wie Äpfel mit Birnen...
Komfortabler als die Zellenwächter des TO ist es aber sicher.

0 auf 100km/h in 2,9s
:D
 
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torcman

2. I²C über Optokoppler an externen uC koppeln
Und das denkst du, mit dem uC, wird einfache Sache sein.

Musste ich ein 36s BMS bauen, billig dazu, würde ich ganz anders vorgehen. Würde die Gate Signale: Charge Discharge getrennt multiplizieren (AND Funktion) und auf die untersten FETs mit 200V Spannungsfestigkeit (getrenter Block) leiten. Die daicy Chain würde ich, wie üblich, mit 4 Low Current Opto coupler, realisieren. Das unterste BMS braucht kein opti. Damit ist die AND Funktion gleich gegeben, getrennt für Laden Entladen. Eigentlich Aufgabe für einen langen Abend, WE. Strom Messung und OC auch unten konventional.
 
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e-doc

Ich habe ja nicht gesagt, daß das einfach wird.
Die Frage des TO war doch, ob es geht. Und gehen tut fast alles.
 
T

torcman

Gehen...., wenn man 6 Monate braucht bis der uC zuverlässig tut, was man will. Kann man machen, mir wäre es zu lang. Hatte seit 1984 einige uP Systeme aufgebaut. Sogar Autopiloten in den 90gern. Es ist ein langer Weg.

Bei dem eCar haben die Leute ein sehr fast fertiges BMS Programmierung System benutzt. So ähnlich wie Simulink. Sonst wären sie nie fertig. Kostet halt viel Geld, aber geht schnell. Und tut gleich was man will.
 
Q

quattro

Puhhh,

damit ist für mich die Frage aus praktischer Sicht beantwortet: Ein richtiges BMS für 36 Zellen lässt sich mit einem für ein Fahrrad angemessenen Aufwand nicht in Eigenregie anfertigen. Zumindest nicht dann, wenn man nicht sehr versiert in der Elektrotechnik ist. Unabhängig davon vielen Dank für Diskussion zu dem Thema. Es ist auch sehr hilfreich herauszufinden, dass ein Weg eine Sackgasse ist, um dann nach anderen Lösungen zu suchen.

Ich werde jetzt probieren, eine möglichst raumsparende Unterspannungsabschaltung für alle Zellen mit Standardkomponenten umzusetzen.

@ e-doc: Der Motor wird (im Gegensatz zu den Motorphasen und dem Controller) auch bei engagierter Fahrweise nicht mal handwarm. Die Höchstgeschwindigkeit lag bei einem ersten Versuch bei gut 100 km/h. Mal sehen, ob da noch etwas mehr geht. Hängt schon stark von der Position auf dem Rad (Luftwiederstand) und der Länge der für solche Experimente nutzbaren Strecke ab. Ist auf jeden Fall nix für den Alltag bzw. ohne entsprechende Schutzkleidung doch recht risikoreich.

Nach Umsetzung der Unterspannungsabschaltung kommuniziere ich hier gerne das Ergebnis.

Viele Grüße

Jens
 
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e-doc

Schau doch mal, was die Chinesen bei Alibaba und Co. so anbieten (nur BMS, kein Smart). Könnte mit vorstellen, daß da etwas passendes dabei sein könnte.

Oder 2x 18s BMS koppeln (Daisychain dürfte bei den non-Smart-BMS relativ leicht zu erweitern sein, aber nicht ohne grundlegende Elektronikkenntnisse).

So etwas in der Art:

Ist in dem Fall 18s + 50A aber für LiFePO4, gibt es aber sicher auch für LiMn, Preis 30$, Mindest-Abnahme 2 St.

(PS: Dein vmax ist schon ziemlich kriminell... :whistle:)
 
E

e-doc

Oder Selbstbau z.B. mit dem ICL7665, ähnlich dem hier:


Quelle: http://www.aero-hg.de/lipobal.html

Die Schaltung würde ich noch etwas anpassen, da sie so nur als Balancer gedacht ist.
- da Du nur einen Spannungswächter (UV+OV) brauchst (ggf. mit automatischer Abschaltung des Last/Ladestroms), fliegt der BUZ11 und Gatewiderstand erstmal raus
- den Meßspannungsteiler hochohmiger ausführen, dazu noch einen 3. Widerstand, um 2 Schwellen (UV+OV) festzulegen
- den 2. Komparator als UV-Erkennung nutzen
- eventuell positive Rückkopplung einbauen (Widerstand) um aus den Komparatoren Schmitt-Trigger zu machen und Schwingneigung zu vermeiden
- Überlegen, wie die beiden Daisychains umgesetzt werden können (weiterreichen des Status an die nächste Stufe "unterhalb" bis ganz nach unten, dort Power-MOSFET zur Abschaltung, jeweils für UV und OV)

Mir wäre das zuviel Aufwand, da die China-BMS bereits für ca. 2€/Ebene zu haben sind.
 
T

torcman

Sorry aber das ist einee Schaltung von Mittelalter. Die taucht hier in Forum komischerweise immer wieder auf.

Super aufwendig, super ungenau, nehme an das deine Widerstände 1% variieren. Und Zelle entladen. Stelle dir vor es gibt kleine Kriechströme. Die gibt es immer. Was macht dan der Wiederstandsteiler?

Sorry aber R-Teiler gab im vorherigen Jahrhundert. Heute wird entweder C gesampelt (smart bms, Maxim Chips, linear Tech chips) oder direkt im Chip verglichen.
 
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e-doc

Sorry, Peter, meinst Du wirklich, ich wüßte das nicht?
Und selbstverständlich sind die Widerstände nicht mit 1% Toleranz zu wählen...
Wobei 1% als UV-Schutz noch akzeptabel wären.

Bis der TO sich noch mal meldet, ist von meiner Seite hier erst mal Sendeschluß...
 
T

torcman

Wieso post du die Schaltung hier und willst du die noch "etwas anpassen".:whistle:
Das ist doch Murks hoch drei.
 
Q

quattro

Guten Abend.

Danke für Deine Anregung mit der Selbstbaulösung, e-doc. Doch auch wenn Deine Schaltung wohl von einigen Teilnehmern als veraltet angesehen wird, so könnte ich diese nicht ohne Erweiterung meiner Kenntnisse umsetzten. Dies dürfte wohl für 99,9% der Bevölkerung gelten. Wie so oft hängt die qualitative Bewertung der Dinge sehr stark an den Kenntnissen und Fertigkeiten des jeweiligen Betrachters.

Glücklicherweise habe ich bei der Firma SuPower im Land der aufgehenden Sonne auf Anfrage eine positive Rückmeldung für ein 36s BMS erhalten. Dieses ist mit 80 EUR incl. Versand sogar noch recht günstig. Es handelt sich allerdings um ein eher einfaches BMS, welches nicht selbst programmierbar ist. Ich bin gespannt, ob dieses BMS meine Anforderungen erfüllt und werde hier nach der Lieferung (3-4 Wochen) erneut berichten.

Jetzt geht es noch darum, das Ansprechverhalten des Motors besser dosierbar zu machen (Cycle Analyst ist gerade in der Erprobung) und natürlich das System aus elektrischer Sicht sicherer und komfortabeler zu machen (BMS).

Viele Grüße

Jens Bultmann
 
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e-doc

... auf Anfrage eine positive Rückmeldung für ein 36s BMS erhalten. Dieses ist mit 80 EUR incl. Versand sogar noch recht günstig. Es handelt sich allerdings um ein eher einfaches BMS, welches nicht selbst programmierbar ist.
Hast Du eine Spezifikation von dem BMS?
 
Q

quattro

Hallo,

das BMS hat folgende Daten:

Unterspannungsabschaltung: 2,9V
Überspannungsabschaltung: 4,2V
Beginn des Zellausgleichs: 4,0V
Leistung Zellausgleich: 50mA
Dauerhafte Entladeleistung: 60A

Mal sehen was da kommt und wie gut es funktioniert.

Viele Grüße

Jens
 
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e-doc

"Beginn des Zellausgleichs: 4,0V"
Heißt das:
Zwischen 4,0V und 4,2V fließen die 50mA Entladestrom (Bleeding) unabhängig von den Zellspannungen der restlichen Zellen -> kein Smart-BMS?
Oder:
Zwischen 4,0V und 4,2V fließen die 50mA bei den Zellen mit der höchsten Spannung, bis alle Zellen gleiche Spannung haben -> Smart-BMS?
 
Q

quattro

Hallo e-doc,

vielleicht habe ich da etwas zu schnell bestellt.

Ein dauerhaftes Entladen aller Zellen ab 4,0 Volt wäre nicht wünschenswert, da ich die Zellen ja bis 4,1 Volt aufladen möchte. Selbst wenn der Entladevorgang nur bei aktiver Aufladung der Zellen läuft, würden ja alle Zellen und das Ladegerät gegeneinander arbeiten. Vielleicht hätte ich lieber 4,1 Volt angeben sollen... Das Studium von Wikipedia (Begriff "Balancer", Absatz "Arbeitweisen") brachte heute eine kleine Erleuchtung. Die Methode mit der Entladung ab 4,1 Volt mache ich ja jetzt schon, nur muss ich dafür jedesmal 6 entsprechende Geräte anschließen.

Wenn ich den Preis betrachte und einbeziehe, welche "Beratungskompetenz" ich erfahren habe, wird es mit Sicherheit kein Smart-BMS sein. Ich ging irgendwie davon aus, dass bei einer Ladeschlussspannung von 4,1 Volt ab 4,0 Volt nicht alle Zellen, sondern lediglich die Zellen mit der höchsten Spannung entladen werden. Dafür wären natürlich noch viele weitere Parameter zu bestimmen gewesen, wie z. B. die Spannungsdifferenz je Zelle, ab der entladen werden soll oder dass über4,1 Volt jede Zelle wieder auf 4,1 Volt entladen weden soll.

Na ja, mal sehen wie es in der Praxis dann funktioniert (wird überhaupt bis 4,1 Volt geladen? - was passiert nach Ende des Ladevorgangs? - haben alle Zellen wirklich 4,1 Volt oder zumindest eine Spannungsdifferenz <=0,02 - 0,03 Volt?). Als Test könnte man ja auch mal das Ladegerät auf 144 Volt (36 Zellen x 4 Volt) einstellen und gucken, ob der Ladevorgang damit gut funktioniert. Entweder man kann den Wert dann auf 4,1 Volt ändern oder ich bestelle das gleiche Teil nochmal mit einer angepassten Spannung für den Zellausgleich.

Viele Grüße

Jens
 
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DarkVater

Nur so als Hinweis, auf der Suche nach Alternativen zum Smart-BMS bzw. Quellen für den Oz890 bin ich auf einige andere Anbieter gestossen, die den Oz890 verwenden, auch kaskadiert. Ist leider schon eine Weile her und ich habe den Namen nicht mehr. Google kann da vielleicht helfen. Fertig gibt es jedenfalls was.
 
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