Capacity BMS и Bleeding BMS - в чём разница?

[andreym]

У меня просто в 13-й ячейке утечка (саморазряд) около 50мА как раз к концу сезона образовалась , вот думаю заказать пару элементиков с дилэкстрима и заменить или попробовать спаять эту уравнивающую штуку. Везёт тем у кого на 36В акк, у них нет 13-й ячейки.

"ненене, Дэвид блейн" только не с дилэкстима!
ячейки у них отстой - токи совсем не держат - внутреннее сопротивление ужасное - да и стоят как чугуниевый мост для своего качества
лучше уж с ебая "якобы а123" 18650-е

[zap]

Гениальная идея!

Однако конденсаторы с малым ESR имеют мало смысла - тут ограничивающим фактором будет выступать внутреннее сопротивление ячейки (как при зарядке, так и при разрядке конденсатора). Боюсь, что этот параметр у ячейки сравним с самыми хреновыми конденсаторами

Чёрт, как бы ограничиться малыми ёмкостями, порядка 1000мкф. А то действительно получится дура огого.

[TRO]

.......Чёрт, как бы ограничиться малыми ёмкостями, порядка 1000мкф. А то действительно получится дура огого.

Чем больше частота переключения, тем меньше ёмкость.

[zap]

Не совсем так. Для заданной ёмкости существует некая минимальная частота переключения, опустившись ниже которой мы потеряем в эффективности. Выше - потеряем КПД на потерях в ключах.

Вопрос в том, как расчитать правильную ёмкость при заданной частоте переключения (или наоборот)? По идее, от ёмкости будет зависеть максимальная разбалансировка ячеек, которую эта схема сможет поддерживать в сбалансированном состоянии. Если ёмкости ячеек разъедутся больше, чем на определённую величину, схема уже просто не будет успевать перекачивать энергию от дохлых ячеек к ещё способным заряжаться.

Энергия в конденсаторе, в джоулях: E = C*U^2/2
Ватт это 1 джоуль в секунду.
Если рассчитывать на зарядку 20А*ч ячейки (3.6V) током в 5 ампер, это 3.6*5=18 джоулей в секунду.
Предположим, какая-то ячейка сдохла и её ёмкость упала вдвое до 10 а*ч. На протяжении всех четырёх часов зарядки (14400с) нашей схеме придётся сливать в среднем по 9 Дж каждую секунду в соседние ячейки.

Схема переноса энергии, при условии превышения напряжения на ячейке и над верхней, и нижней ячейкой, переносит энергию в оба такта - сначала в нижнюю, потом в верхнюю ячейку.
Тогда необходимая ёмкость конденсатора, исходя из первой формулы, будет:

C = 2*E1 / U^2, где E1 = E/F, то есть количество энергии, перенесённое за такт.

C = 2 * E / F*U^2

Возьмём, к примеру, частоту переключения в 10 килогерц. Получается, что нужна ёмкость:

C = 2 * 9 / (10000 * 3.6^2) = 139мкф

Ого, говно вопрос. Ну-ка уменьшим частоту до 2 кГц:

C = 2 * 9 / (2000 * 3.6^2) = 694мкф

2 кГц для полевиков, тем более маломощных, это ваще фигня фигня. Для верности, я бы параллельно всем ячейкам бы засадил какой-нибудь небольшой конденсатор с низкой индуктивностью - чтобы компенсировать индуктивность аккумулятора (я подозреваю, что она совсем немаленькая).

И, конечно, обязательно схема контроля напряжения каждой ячейки. Чтобы при превышении напряжения ~3.9V (для ливера) на отдельных ячейках BMS'ка отрубалась целиком по аварийной ситуации "балансировка батареи не удалась".

Кстати давно хотел сказать, что в BMS'ках 3.9V - вполне нормальное значение, до этого напряжения доходят только дохлые ячейки, и отрубание аккумулятора по превышению тока на отдельной ячейке - это аварийная ситуация, а не каждодневная нормальная.

[FAS_r7]

Идея очень интересная.  Но мои два вопроса остались без ответа.
1. Как быть со сквозными токами?  или как их предотвратить?
2. Если тактовый генератор выключить, то вероятно открывание обоих транзиков, т.е. опять сквозной ток.

и ещё чую, что нужна какая-то защита на затворы полевиков. стабилитрон наверное.  А то когда отключать/подключать БМСку к ячейкам не окажутся ли каким-либо образом на затворах >20В ?

кто что думает?

[zap]

Проблемы со сквозными токами решаются раздельным управлением затворами от микроконтроллера. AVR'ки имеют режим, при котором ШИМ сигнал на парную ногу подаётся на N тактов раньше, и снимается на N тактов позже. Этим же решается и проблема режима простоя - переводим обе ноги в Z-состояние, и затвор разрядится через резисторы.Можно даже предварительно насильно закрыть полевики, а потом уже перейти в Z-состояние, по идее при этом за конденсатором не возникнет обратного импульса.

А можно тупо и цинично в затвор одного из транзисторов поставить RC линию задержки. Это будет аппаратная реализация вышеописанного софтверного режима

Между затвором и стоком достаточно диода, чтобы срезать всё что выше напряжения ячейки (а для P-канального - всё что ниже земли ячейки) на 0.6V. Хотя, возможно, он и не нужен.

[i]

..
2. Если тактовый генератор выключить, то вероятно открывание обоих транзиков, т.е. опять сквозной ток.
..

В схеме вроде стоят N и P-канальный транзисторы соединённые затворами. В такой схеме сквозной ток невозможен, так как одно и тоже напряжение на затворах, для одного будет закрывающим, а для другого открывающим.
Для защиты затворов от превышения напряжения, достаточно два диода включить, один на +, другой на -, середину к затворам. При превышении напруги, один из них откроется и спустит наводку в ячейку.

[Павел]

...
Тогда необходимая ёмкость конденсатора, исходя из первой формулы, будет:

C = 2*E1 / U^2, где E1 = E/F, то есть количество энергии, перенесённое за такт.

C = 2 * E / F*U^2

Возьмём, к примеру, частоту переключения в 10 килогерц. Получается, что нужна ёмкость:

C = 2 * 9 / (10000 * 3.6^2) = 139мкф

Ого, говно вопрос. Ну-ка уменьшим частоту до 2 кГц:

C = 2 * 9 / (2000 * 3.6^2) = 694мкф
....

Нет, так нельзя считать, ведь кондёр не разряжается полностью, он чуть заряжается от большего , например 3.2В и разряжается на меньшее, например, 3.1В , т.о. вместо 3.6  в формулу ставим 0.1 и получаем 0.18Ф
Вообще девайс нужен не для компенсации 10Ач разбаланса, а поменьше и не мгновенно, а также для компенсации саморазряда.
Если интересно, могу вечером выложить файл со схемой и даже сам Микрокап 9, там можно увидеть и графики и с параметрами поиграться.

[FAS_r7]

В схеме вроде стоят N и P-канальный транзисторы соединённые затворами. В такой схеме сквозной ток невозможен, так как одно и тоже напряжение на затворах, для одного будет закрывающим, а для другого открывающим.

Да, я понял, что транизки и P и N канальные.
Но если нет импульсов через кондёр, то напряжение на затворах встанет в значение заданное резистивным делителем, например Ucell/2.  Что при напряжении ячейки в 4В будет равно 2В открывающего напряжения для обоих транзиков. Если транзики низковольтные, то как правило, от 2В они уже ощутимо приоткрываются (у меня фейковые 4110 при 3В уже полностью открыты).

2 zap   с раздельным управлением понятно. тем более на микроконтроллере.  В этом случае проще тогда уже мутить "умную БМС".

[i]

Тогда сместить точку покоя вверх или вниз. Хотя по прежнему считаю балансиры дорогой бякой, есть и другой путь, правда он ещё дороже. 

[sykt]

Тогда сместить точку покоя вверх или вниз. Хотя по прежнему считаю балансиры дорогой бякой, есть и другой путь, правда он ещё дороже. 

Отдельная заряжалка на каждую батарею?
Наверное и не дороже будет, если количество батареек разумное.
Если речь идет об уникальных аккумуляторах, деньги считать нет необходимости.

[zap]

Нет, так нельзя считать, ведь кондёр не разряжается полностью, он чуть заряжается от большего , например 3.2В и разряжается на меньшее, например, 3.1В , т.о. вместо 3.6  в формулу ставим 0.1 и получаем 0.18Ф

Нет, тут не всё так просто.

Разница между энергией накопленной в конденсаторе при напряжении U и напряжении U+dU равна:

Код Выделить Развернуть

       (dU^2)
dE = C*(------ + (dU*U))
         2

(извиняюсь, что привожу сразу выводы без промежуточных выкладок, мне программа автоматически всё делает, самому некогда заморачиваться )

Тогда необходимая ёмкость для переноса нужного нам количества энергии будет равна:

Код Выделить Развернуть

             2*E
C = -----------------------
   (F*((dU^2) + (2*dU*U)))


При E=9Дж, F=2кГц, U=3.6V, dU=0.1V получаем C=12329 мкФ. Очень много.

Поднимем частоту до 10кГц. Получаем ёмкость 2466 мкФ. Уже можно жить.

Действительно, получается - чем точнее мы хотим сбалансировать аккумулятор, тем бОльшая ёмкость нам понадобится. Если хотим бОльшую точность - надо ставить бОльшие конденсаторы. Эх, нет в жизни щасття

С другой стороны, если будем исходить из параметров современных leaking BMS (ток выравнивания, предположим, 100мА, то есть энергия выравнивания 3*0.1 = 0.3Вт или 0.3 Дж/с), при таких требованиях необходимая ёмкость для выравнивания с точностью 0.05V будет:

E=0.3Дж, F=10кГц, U=3.6, dU=0.05V => C=1655мкФ

В общем, выходит что надо 2700мкФ и частоту 10кГц по любому.

Вообще девайс нужен не для компенсации 10Ач разбаланса, а поменьше и не мгновенно, а также для компенсации саморазряда.

Ну, я брал экстремальные параметры чтобы оценить максимально необходимую ёмкость. И считал не мгновенное выравнивание, а всего лишь сколько необходимо для "увода" всей лишней энергии из сдувшейся ячейки в здоровые. Если уводить недостаточно энергии, напряжение на просевшей ячейке будет расти, пока не достигнет 3.9V и BMS придётся вырубить аккумулятор во избежание окончательной поломки этой ячейки.

К тому же, коллега на работе высказал интересную мысль: балансир можно включать не только при заряде, но и при разряде в случае, если разница напряжений между ячеек достигнет некоторого порога (например, 0.1В). Это позволит высосать больше энергии из разбалансированной батареи что, по-моему, просто чудесно!

Если интересно, могу вечером выложить файл со схемой и даже сам Микрокап 9, там можно увидеть и графики и с параметрами поиграться.

Да я в ltspice нарисую, микрокап ещё изучать...

[Павел]

К тому же, коллега на работе высказал интересную мысль: балансир можно включать не только при заряде, но и при разряде в случае, если разница напряжений между ячеек достигнет некоторого порога (например, 0.1В). Это позволит высосать больше энергии из разбалансированной батареи что, по-моему, просто чудесно!

Предполагается что она будет включена постоянно. При отбалансированных ячейках потери на её работу ничтожны.

Да я в ltspice нарисую, микрокап ещё изучать...

Микрокап  не сложнее чем Paint

Но если нет импульсов через кондёр, то напряжение на затворах встанет в значение заданное резистивным делителем, например Ucell/2.

Но только не в схеме в ответе #17 на предыдущей странице  

[zap]

Предполагается что она будет включена постоянно. При отбалансированных ячейках потери на её работу ничтожны.

Ну, при сбалансированной батарее и нулевом токе заряда/разряда держать её включённой нет смысла. В идеале, хотелось бы иметь микроконтроллер, который бы знал напряжения на всех ячейках, он мог бы считать и ёмкость каждой ячейки отдельно, и суммарную ёмкость аккумулятора, и включать/выключать схему балансировки при необходимости. Осталось придумать, каким образом можно узнать напряжение на каждой ячейке с точностью хотя бы 0.01В без того, чтобы в каждую ячейку втыкать отдельный микроконтроллер. На крайняк можно и с ним, но хотелось бы избежать.

[Павел]

Ну, при сбалансированной батарее и нулевом токе заряда/разряда держать её включённой нет смысла.

Да, толку от этого мало, но при этом во-первых схема очень проста, а во вторых полные потери в схеме из 4-х ячек всего-то 3.7мВт, из них генератор тратит 2.2мВт. Думаю это объясняется и тем что часть энергии генератора возвращается через ёмкость затворов обратно по ячейкам. А что такое 3.7мВт? Пусть даже 50мВт батарею 500Втч съедят за 10 000 часов, т.е. больше года...
Примерная мощность балансировки ячейки при разнице в 0.1В около 500мВт, КПД 95%.
Емкость кондёра 1000мкФ, сопротвление проводов от ячеек 0.1Ом.
Все данные только из моделирования, причём сопротивление кондёра не учитывал ещё.

ред.
Включил в схему ESR 20мОм, изменений не заметил.

[TRO]

Схемотехника понятна. Как практика меня сейчас интересует какие выбрать полевики для данной схемы. Так чтобы напряжения открывания затворов подходили, токи держали, и доставабельными были. Если кто нибудь знает на примете подходящие, то просьба озвучить, или хотябы по каким критериям надо подбирать.

[FAS_r7]

IRF7307,   IRF7350, например.
в одном кузове оба типа транзика.  есть в наличии в терре. 
в корпусе so8  вообще красота.


ред.   7350 не канает, т.к. только открываться начинает от 2....4В
7307 годится.  сток-исток у него всего 20В, но нам это по барабану, вроде.

[Павел]

Я выбрал IRF7319, у него сопротивление меньше чем IRF7307, а вообще чем меньше сопротивление тем лучше, от него в том числе зависит макс. мощность балансировки, напруга открывания роли не играет, генератор на любую напругу можно сделать, причем не критично что он будет запитан не от всех ячеек, система сама это компенсирует.