Модульная универсальная БМС

[i]

Схема красивее, но хуже.
1) Появился делитель, который увеличивает саморазряд ячейки. Мелочь конечно, но если можно этого избежать, почему бы и нет.
Идея в следующем: некоторые тиньки (например 26) могут на вход АЦП подключать внутренний источник опорного напряжения. Если в качестве опорного для АЦП взять Vcc (напряжение ячейки), и с его помощью мерить напряжение на внутреннем ИОН, то по результату преобразования, зная истинное значение ИОН, можно косвенно вычислить напряжение на ячейке. (Для себя я выбрал тини25, там принцип тот-же, только несколько сложнее, через термодатчик, причина - меньше ножек, меньше корпус.)
2) Прикиньте мощность балансировочного резистора и умножьте её на количество ячеек (у меня их 18). По моим прикидкам получается ватт 15 резистор и 260 ватт на все ячейки.
3) Мосфет включен правильно, если его использовать для отключения нагрузки при разряде одной из ячеек. Пока все ячейки в норме, они светят светодиодами и оптронами, открывают мосфет и ток может течь в нагрузку. Когда одна из ячеек сядет, она погасит оптрон, мосфет закроется, ток прервется. Правда, остальные ячейки продолжат светить своими СД, пока сами не погасят их от переразряда их ячеек. После полной зарядки СД опять включатся и откроют мосфет, даже тогда, когда нам ток не нужен.
4) Контроль за состоянием ячеек внешним зарядником по общему току или напряжению, опасен, так как чреват перезарядом одних и недозарядом других, так как измеряется "средняя температура по больнице".
5) Внешний зарядник снижает универсальность решения. У Вас 12 элементов, у меня 18, у кого-то 22, значит каждому нужен свой зарядник, со своими настройками и если приспичит добавить ещё пару ячеек - опять крути зарядник.

P.S.
Надеюсь, что скоро Вы самостоятельно придёте к выводу, что балансиры придуманные, как простой и дешёвый вариант, слежения за аккумуляторами мобильников и буков, совсем не так просты и дёшевы для транспорта.

[FAS_r7]

уточнение по п.3  - транзистор будет закрываться очень нехотя, т.к. ёмкость затвора ничем не разряжается, тем самым приводя к мегасамонагреву и выходу из строя.   как минимум нужен рязик параллельно стабу, килом так на 10.

постоянное свечение оптопары+светодиод будет приводить к усиленной саморазбалансировке ячеек, когда первая ячейка отработает, остальные будут саморазряжаться, все до одного нижнего напряжения, съедя разное кол-во Ач. потом при зарядке это всё обратно балансировать придётся.

[Overrider]

Схема красивее, но хуже.
1) Появился делитель, который увеличивает саморазряд ячейки. Мелочь конечно, но если можно этого избежать, почему бы и нет.
Идея в следующем: некоторые тиньки (например 26) могут на вход АЦП подключать внутренний источник опорного напряжения. Если в качестве опорного для АЦП взять Vcc (напряжение ячейки), и с его помощью мерить напряжение на внутреннем ИОН, то по результату преобразования, зная истинное значение ИОН, можно косвенно вычислить напряжение на ячейке. (Для себя я выбрал тини25, там принцип тот-же, только несколько сложнее, через термодатчик, причина - меньше ножек, меньше корпус.)
2) Прикиньте мощность балансировочного резистора и умножьте её на количество ячеек (у меня их 18). По моим прикидкам получается ватт 15 резистор и 260 ватт на все ячейки.
3) Мосфет включен правильно, если его использовать для отключения нагрузки при разряде одной из ячеек. Пока все ячейки в норме, они светят светодиодами и оптронами, открывают мосфет и ток может течь в нагрузку. Когда одна из ячеек сядет, она погасит оптрон, мосфет закроется, ток прервется. Правда, остальные ячейки продолжат светить своими СД, пока сами не погасят их от переразряда их ячеек. После полной зарядки СД опять включатся и откроют мосфет, даже тогда, когда нам ток не нужен.
4) Контроль за состоянием ячеек внешним зарядником по общему току или напряжению, опасен, так как чреват перезарядом одних и недозарядом других, так как измеряется "средняя температура по больнице".
5) Внешний зарядник снижает универсальность решения. У Вас 12 элементов, у меня 18, у кого-то 22, значит каждому нужен свой зарядник, со своими настройками и если приспичит добавить ещё пару ячеек - опять крути зарядник.

P.S.
Надеюсь, что скоро Вы самостоятельно придёте к выводу, что балансиры придуманные, как простой и дешёвый вариант, слежения за аккумуляторами мобильников и буков, совсем не так просты и дёшевы для транспорта.

1) Ну во первых, 100 килоом ячейку будт разряжать года три-четыре, а во вторых предложенная схема предполагает отключение БМС от батареи на длительные перерывы в эксплуатации. Как плата за простой и дешёвый способ почему бы и нет?
2) Мощность балансировочных резисторов (особенно в сумме) имеет значение только при первоначальной балансировке батареи. По словам LICCa в его теме про балансиры, на отбалансированной батарее они греют воздух всего несколько минут.
3) Ну примерно такой алгоритм и задумывался. Не нравится, конечно что в нормальном режиме всё светится, но такой режим подстраховывает от неисправности контроля разаряда.
4) Достаточно мощный шунт не даст ячейке перезарядиться. Но впрочем можно слегка усложнить схему и вкорячить ещё один оптрон параллельно шунту. Цепочка оптронов будет отключать зарядку по сигналу всех (или одной) ячеек "мы наелись" . Буду разводить плату, учту и такой вариант как опцию.
5) Извините, в качестве аргумента не принимается. Зарядник в любом случае нужен и в любом случае на своё индивидуальное напряжение в зависимости от количества ячеек в батарее. Отключение по порогу можно

Я прекрасно понимаю что идеальная и со всех сторон прекрасная БМС существенно сложнее нарисованного. Но разрабатывать такую нет ни знаний, ни времени, ни денег.
То что нарисовано:
а) гарантированно не даст убить элементы пр заряде (в разумных пределах)
б) гарантированно не позволит разрядить ячейки ниже порога восстановления (при разумном времени простоя)
в) с помощью нехитрых приспособлений позволит снимать графики заряда-разряда с любой выбранной ячейки (а если заморочиться с супервизором то и со всех сразу)

Лично меня баланс цена(сложность)/качество этого решения полностью устраивает, как устроит наверняка и большинство присутствующих.

[b-b]FAS_r7[/b-b] замечание учёл, в следующей версии внесу исправления.

[i]

... Но разрабатывать такую нет ни знаний, ни времени, ни денег...

Уверен, что всё это у Вас появится, причём раньше, чем Вы ожидаете. Главной, не бросайте начатое, если что-то пойдёт не так.  Когда и у Вас и у меня появятся практические результаты, мы сможем их сравнить и по цене и по удобству, а пока не буду Вас отвлекать.
Желаю удачи.

[xaoyag]

А если светодиоды к примеру на разьем вынести по краиней мере те что показывают нам состояние батареи и тогда вопрос решен, надо подключил и смотри

[Overrider]

... Но разрабатывать такую нет ни знаний, ни времени, ни денег...

Уверен, что всё это у Вас появится, причём раньше, чем Вы ожидаете. Главной, не бросайте начатое, если что-то пойдёт не так.  Когда и у Вас и у меня появятся практические результаты, мы сможем их сравнить и по цене и по удобству, а пока не буду Вас отвлекать.
Желаю удачи.

Будем надеяться
Спасибо за пожелания и, пожалуйста критикуйте. Конструктивная критика это очень ценный ресурс (и его всегда очень мало).

А если светодиоды к примеру на разьем вынести по краиней мере те что показывают нам состояние батареи и тогда вопрос решен, надо подключил и смотри

Оптроны всё равно будут светить своими светодиодами и их не отключишь.

Разбаланс после отключения нагрузки это интересная проблема. Допустим, что ток через светодиод оптрона 5мА, а ток через шунт в режиме балансировки 500мА (в принципе можно и 2А пропустить при желании), очевидно, что то, что съедят светодиоды придётся скормить шунтам на зарядке. Отсюда соотношение времени разряда на светодиоды после отключения батареи к времени балансировки  500:5 или 100:1. Переложив это на более понятные единицы времени получаем, что батарея полежавшая после отключения по разряду четыре часа будет обратно балансироваться две минуты, двадцать четыре секунды. Мне кажется вполне приемлемо.
Ещё забавнее выглядят вычисления для сравнения с рабочим током мотора. Если принять его в среднем за 10А то БМСка простоявшая рабочий день (10ч) подключённой к батарее съест аж 18 секунд работы мотора 

Тем не менее, разъём для отключения БМС надо продумывать в легкодоступном месте.
В принципе, таковой разъём позволит применить и индивидуальную зарядку каждой ячейки, буде кто когда таковую построит.

[xaoyag]

Значит надо строить схемку такого плана чтобы при падении напряжения один мигающий сигнал отключал нагрузку, но тогда время ожидания в работе схемки потянет на себя ток все равно. в идеале система контроля должна подключаться за 30 секунд перед началом работы батареи и отключаться по окончании работы через 30 секунд или по команде датчика разряда батареи и не включаться пока не подключат зарядное.
или говоря по простому на бмс должен присутствовать только датчик разряда чтобы отключать батарею, остальное в зарядном. И отключать так чтобы вообще не потреблять ток.
По моему сложное тех задание.

[Overrider]

Значит надо строить схемку такого плана чтобы при падении напряжения один мигающий сигнал отключал нагрузку, но тогда время ожидания в работе схемки потянет на себя ток все равно. в идеале система контроля должна подключаться за 30 секунд перед началом работы батареи и отключаться по окончании работы через 30 секунд или по команде датчика разряда батареи и не включаться пока не подключат зарядное.
или говоря по простому на бмс должен присутствовать только датчик разряда чтобы отключать батарею, остальное в зарядном. И отключать так чтобы вообще не потреблять ток.
По моему сложное тех задание.

Если добавлять фичи на ходу, проект никогда не будет завершён. Надеюсь, все согласны, что предложенная схема работоспособна (естественно не без своих минусов)?
Тогда фиксируем версию 1.0 на том варианте, в котором она сейчас. Остальное, за исключением очевидных багов, складываем в "хорошо бы добавить в будущем". Я приступаю к закупке комплектухи, макетированию и разводке. После того как опытный образец будет отлажен и протестирован можно заняться улучшениями. Благо штука модульная и все улучшения можно протестировать на одном, максимум двух модулях.

[i]

Схема работоспособна. Добавьте резистор в несколько кОм между Vcc и Reset, это снизит вероятность самопроизвольного сброса тиньки от импульсной помехи, вход ADC зашунтируйте конденсатором 0.1u, это снизит шумы. Входы у АВРов очень высокоомные и очень чувствительные.

[Павел]

Т.к. отключать нагрузку желательно быстро, чтобы полевик не перегрелся при переходном процессе, предлагаю сделать нехитрый "драйвер".
Если вместо диода поставить транзистор, то и включение будет быстрым, но тогда надо ещё и кондёр С1 и стаб D4.

[zap]

вход ADC зашунтируйте конденсатором 0.1u, это снизит шумы.

Не просто шумы, этот RC фильтр должен давить ШИМ от мотора, а это 16 килогерц - при переменной нагрузке напряжение на ячейке будет прыгать вверх-вниз аж на несколько десятых вольта.
Частоту среза фильтра надо посчитать на уровне где-то хотя бы 1 килогерц.

[xaoyag]

вход ADC зашунтируйте конденсатором 0.1u, это снизит шумы.

Не просто шумы, этот RC фильтр должен давить ШИМ от мотора, а это 16 килогерц - при переменной нагрузке напряжение на ячейке будет прыгать вверх-вниз аж на несколько десятых вольта.
Частоту среза фильтра надо посчитать на уровне где-то хотя бы 1 килогерц.

прыжки напряжения можно не всчитывать если пороги напряжения отключения при разряде и отклчения при полной зарядке чуть подкоректировать

[Overrider]

Схема работоспособна. Добавьте резистор в несколько кОм между Vcc и Reset, это снизит вероятность самопроизвольного сброса тиньки от импульсной помехи, вход ADC зашунтируйте конденсатором 0.1u, это снизит шумы. Входы у АВРов очень высокоомные и очень чувствительные.

Принято. Тоже посещала мысль относительно конденсатора. Имеет ли смысл дополнительно зашунтировать питание керамикой?

Т.к. отключать нагрузку желательно быстро, чтобы полевик не перегрелся при переходном процессе, предлагаю сделать нехитрый "драйвер".
Если вместо диода поставить транзистор, то и включение будет быстрым, но тогда надо ещё и кондёр С1 и стаб D4.

Протестирую на опытном образце. Если действительно будет медленно закрываться, сооружу драйвер

прыжки напряжения можно не всчитывать если пороги напряжения отключения при разряде и отклчения при полной зарядке чуть подкоректировать

Пороги совершенно точно придётся корректировать после обкатки на живом образце. Поэтому первая версия будет либо с кроватками для микрух, либо с выводами для внутрисхемного программирования.
Уважаемые гуру микроконтроллеров, посмотрите, пожалуйста, в этой схеме SPI ничего не будет мешать?

[Павел]

Т.к. отключать нагрузку желательно быстро, чтобы полевик не перегрелся при переходном процессе, предлагаю сделать нехитрый "драйвер".
Если вместо диода поставить транзистор, то и включение будет быстрым, но тогда надо ещё и кондёр С1 и стаб D4.

Протестирую на опытном образце. Если действительно будет медленно закрываться, сооружу драйвер

Тестировать закрывание желательно хотя бы при 50В и 20А, иначе в реальности транзик может испустить тот волшебный дымок, без которого он не работает

[Overrider]

Тестировать закрывание желательно хотя бы при 50В и 20А, иначе в реальности транзик может испустить тот волшебный дымок, без которого он не работает

Ну, нихромки в доме много....

Вот обновлённая версия с учётом замечаний, с перемычкой для выбора типа химии батареи и пинами для внутрисхемного програмирования.

[i]

SPI должен работать, хотя это зависит от программатора, сумеет-ли он держать единицу на СД.
R11 можно убрать и коротить вход перемычкой на землю, а вход подтянуть к питанию внутренним резистором.

[Павел]

1) Чтоб не грузить SPI, можно OC1 посадить на 6-ю ногу, а на 5-й будет только светодиод, его резюк можно увеличить хоть до 5кОм.
2) Чтобы Т1 не открывался при программировании можно его на 2-ю ногу, а перемычку - на 7-ю.
Да и перемычку вроде неправильно так включать: надо резюк от ноги контроллера к (+), а перемычку от ноги к (-). Впрочем вместо резюка можно использовать внутреннюю подтяжку (если есть).
3) Если подключится шунт 0.5 Ом и провода к бмске не сильно толстые, напруга может просесть и измерение напруги на них будет неправильным.
4) Если шунт будет действительно 0.5 Ом, то транзик лучше поставить полевой, иначе вся напруга на К-Э переходе будет.

[Overrider]

1) Чтоб не грузить SPI, можно OC1 посадить на 6-ю ногу, а на 5-й будет только светодиод, его резюк можно увеличить хоть до 5кОм.
2) Чтобы Т1 не открывался при программировании можно его на 2-ю ногу, а перемычку - на 7-ю.
Да и перемычку вроде неправильно так включать: надо резюк от ноги контроллера к (+), а перемычку от ноги к (-). Впрочем вместо резюка можно использовать внутреннюю подтяжку (если есть).
3) Если подключится шунт 0.5 Ом и провода к бмске не сильно толстые, напруга может просесть и измерение напруги на них будет неправильным.
4) Если шунт будет действительно 0.5 Ом, то транзик лучше поставить полевой, иначе вся напруга на К-Э переходе будет.

1,2 Такое распределение ног для удобства разводки платы. Надо посмотреть, может быть удастся поменять безболезненно. Попробую.
3 спасибо за замечание, надо учесть (программно, я думаю).
4 так и задумано, чтобы моща рассеивалась на транзюке в корпусе ТО220 и теплоотводе из алюминиевого уголка (который будет частью корпуса). Ведь ТО220 к теплоотводу прикрутить проще чем большинство резисторов.