Проект "ГЛБ" Гибридная Литиевая Батарея

[redimer]

Основная идея -  усиление литий-ионных батарей ( например 18650 LG D1, Samsung A30 и тп. фонтаны изобилия)  литий-полимерыми ячейками (например народными катлетами), чтобы при разгонах кратковременные токи не перегревали наших маленьких розовых друзей в формфактора 18650.

вот что на эту тему написал мой друг:

Как мы дошли до такой светлой мысли -  Я на своем двухподвесе изначально собрал литий-полимерную батарею 16s3p из 12 народных катлет. Ее мощность позволяет мне прекрасно чувствовать себя в городе в пробках, ибо кратковременно я могу снимать с нее до 65А, больше уже не сожрет мой контроллер.  Этого вполне достаточно чтобы я чувствовал себя в пробках и на городских дорогах вполне комфортно.  Но аппетит приходит во время езды, и я захотел кататься на веле на более дальние расстояния, но делать это мне надо не всегда, по этому постоянно возить  с собой еще 10-12 катлет, мне не захотелось.  По этому я заказал в li-force.ru дополнительную небольшую батарейку из LG D1  15s4p, ее расчетная емкость около 660втч а вес всего около 3.3кг!!!    Батарея пришла, Валя изготовил мне БМСку под нее.    Прочитав мануал, мы выставили максимальный батарейный ток 24А, с ограничением скорости в 40км/ч  , что на практике  дает разгон до 40км/ч  на 24А, и потом уже потребление 8-12А, что соответствует рекомендациям  1С долго / 2С кратковременно.    Вот только, не стоило забывать про два момента - отвод тепла, т.к. даже на 1С батарея греется,  и ехать 1С не получалось изза пробок.  Короче, эту новую батарею  я перегрел (((  Причем жестко, более 60грд точно в  течении часа ((
В итоге от 660 втч осталось 480-500 от силы.  Из этого решили извлечь полезный урок, и придумать как не грузить такие нежные цилиндрики токами более 1С,  а в идеале 0.5С, тогда можно не думать, особо, про активное охлаждение.

Возникла у Валентина (Nrg) такая идея - подключить две батареи  параллельно друг другу.  Напряжения их почти совпадают 66в липоли и 64в ионки при полном заряде.  Расчет был на разницу внутренних сопротивлений этих батарей, которое влияет на просадку, как известно.  Соответственно, отдаваемый в контроллер ток будет какбы делиться между ними совсем не ровно, большая часть потечет из липолей, они будут быстрее разряжаться, до момента, когда просядут больше чем ионки,  тогда ионки начнут их подзаряжать и токи выравниваться.

Чтобы контролировать этот процесс Валя  выдал мне модифицированный амперметр, способный работать на более чем 60в.

Всё подключили по схеме ниже:

В начале испытательного пробега, обе батареи зарядил на 63.5в ионки и 65в полимеры. Это не совсем 100%, но для теста пойдет. Основная идея была - сделать напряжения более одинаковыми, чтобы избежать больших токов взаимозаряда, ибо ограничивать их нечем, можно только смотреть на амперметр.  Но вопреки страхам, ток разряда ионки в покое в начале пути составил 0.1А, что можно отнести к потерям на работу контроллера в режиме ожидания.  Поехал кататься! 
Вот небольшой лог токов, которые успевал замечать и запоминать в пути.  Напряжение полностью заряженной литий полимерной батареи 66в,  разряженной до отсечки 55в.  Литийионка   64в  до 53в.  Эти значения из опыта их эксплотации по отдельности.

• 65в  токLi-ion 2A при общем 20A
• 64в  токLi-ion 3A при общем 60A   решил погонять в бусте
• 63в  токLi-ion 6A при общем 60A
• 62в  токLi-ion 5A при общем 40A
• 61в  токLi-ion 6A при общем 40A
• 60в  токLi-ion 6A при общем 20A начинаю экономить, вырубил буст
• 58в  токLi-ion 6A при общем 20A
• 56в  токLi-ion 10A при общем 25A
• 55в  токLi-ion 12A при общем 12A походу бмска отрубила липоли

По итогам поездки:

Литий-ионка еще едет! Отрубаний её бмс еще не замечено. Просто уже ехать больше не куда было)))
Во время всего пути, на остановках, литий-ионка подзаряжала липоли током 1.5А-4А.  Перегрева у ней естественно не было, но в конце пути , Я конечно, ограничил батарейный ток на 16А, чтобы избежать этого.  Ватчасы почти равны сумме двух батарей.  Интересно сколько энергии потерялось при перетеканиях из одной батареи в другую.

Надо делать какие-то выводы наверное)))

Есть много вариантов на эту тему, и мнений тоже, так давайте обсудим и придем к полезным выводам
лично мне не жалко полимеры и бы ими пожертвовал по имя благой цели...

[Frezer74]

Возникла у Валентина (Nrg) такая идея - подключить две батареи  параллельно друг другу.  Напряжения их почти совпадают 66в липоли и 64в ионки при полном заряде.

Что-то я не понял, вы просто взяли и запараллелили две батареи с разницей напряжения в 2 вольта? Но ведь должна была пойти зарядка "64в ионки" от "66в липоли" с приличным током до выравнивания их напряжений.

[Lion]

Он попутал. Скорее всего имелось ввиду 15s ion и 16s lipo

[DIVAS]

По-моему, в этой затее есть как минимум одна логическая ошибка - обе батареи должны быть 16s.

А если бы я делал подобное, то я бы наверное сделал так:
16s котлеты - к контроллеру,
а 17-20s цилиндрики со своей отдельной БМС (т.е. у них не должно быть общих промежуточных точек) через некий DC-DC преобразователь с ограничением тока и контролем напряжения - к котлетам.

Тогда котлеты будут постоянно дозаряжаться и будут всегда готовы к работе. А на 15s цилиндров и 16s котлетах вряд ли удастся уехать шибко дальше чем на одних котлетах.


А у себя я решил проблему ещё проще - 14s30p цилиндриков, и котлеты не нужны.

[acyd]

Тема интересная - как конверсия  наркотлет.
Тогда ионки со стандартными порогами параллелить поячеечно.
Из дешевых заместо LG 18650D1 придется брать менее емкие Samsung ICR18650-26FM или более дорогие Samsung INR18650-29E или панасы
А недозаряжать LG, конечно - роскошь, но по сути будут те же 2600.

[Lion]

Нет, ионок должно быть меньше, т.к. у них 4.35 против 4.2 липолей

[илс]

Гы, я на гибридной батарее ездил еще год назад.
Правда у меня проще, ... Панасы имеют стандартный (верхний) порог.
Хотя, если строго следовать даташиту, то полную емкость снять не получится (нижний порог 2,75).
Но, небольшая разница в нижнем пороге, не слишком критична для пробега от одной зарядки. Как вариант, в маломощном конфиге, этот запас на низах можно оставить для освещения/навигатора/гуделки, при активном педалинге 
В общем, для хилых конфигов, типа 4P, можно и нужно (их) усиливать низкоомным полимером.
В первом посте, было верно подмечено, ионки ( первую очередь) убиваются температурой, а не умеренными токами заряда/разряда. 
На фото, мой "свежий" темп. контроль ионок 

Спойлер

[DIVAS]

Нет, ионок должно быть меньше, т.к. у них 4.35 против 4.2 липолей

А вот на это я бы вообще не вёлся. Производитель предлагает Вам купить элементы по завышенной цене и притом сам же предлагает их убивать постоянным перезарядом. Насколько я помню даташит, производитель умалчивает об ожидаемом ресурсе этих аккумуляторов в таком режиме. К тому же, в том же даташите прописан типовой ток разряда (видимо, при таком токе и измерена ёмкость) 0.2С - это просто смешно.

Поэтому всё же предлагаю ориентироваться на 4.2В.

В любом случае, бездумное запараллеливание им не пойдёт на пользу.
Нужна разница напряжений и DC-DC преобразователь, который будет контролировать напряжение котлет и ограничивать ток.

Сейчас кто-нибудь скажет, что это потери на эффективности DC-DC преобразователя и т.п.
Но если подумать, то без него суммарные потери будут куда больше.

Для начала прикинем - какую функцию выполняют котлеты, а какую - цилиндры.
Котлеты выдерживают большие токи и способны обеспечивать большой ток разряда. Но они имеют малую ёмкость.
Цилиндры имеют чуть большую емкость, но вообще не способны на большие токи.
Что нужно, чтобы иметь возможность эффективно увеличить дальность?
Нужно до последней капли энергии в цилиндрах обеспечить работоспособность котлет, т.е. наличие заряда в них. Но заряд - процесс медленный, он ограничен максимальным разумным током разряда цилиндров. Т.е. для того чтобы максимально долго поддерживать заряженность котлет, нужно их начинать заряжать максимальным возможным током при первой возможности и заряжать до последнего тем же максимальным возможным током, при этом не допуская превышения тока, чтобы не убить цилиндры.
Подключать две батареи параллельно по принципу "одна сдохнет - на другой доеду" бесполезно, т.к. цилиндры не потянут ток двигателя, а отрубленная БМСкой котлетная батарея ничем не поможет.

Рассмотрим Вашу схему 15s/16s (4.35V/4.2V).
В начальный момент цилиндры перезаряжены и напряжение на них достигает 4.35 В/шт. Но завышенное начальное напряжение никак особо не влияет на основную кривую разряда, поэтому в среднем заряд котлет происходит с большим запозданием - когда 16 котлет уже почти сдохли, напряжения 15 цилиндров только-только начинает хватать для более-менее активного заряда котлет. А чтобы гибридная система правильно выполняла свою функцию, котлеты нужно начинать заряжать сразу же после начала их разряда и "помогать" им тянуть нагрузку. Ключевое слово - СРАЗУ, а не тогда, когда они почти разрядились.
Пока мы ездим и активно разряжаем котлеты, цилиндры долгое первое время практически отдыхают, потому что разница напряжений батарей невелика, в отличие от значительного внутреннего сопротивления цилиндров. Цилиндры греются, т.к. ток к концу разряда котлет достигает значительных значений. Если же цилиндры к тому времени успели и сами значительно разрядиться, то они уже и не будут пытаться заряжать котлеты, т.к. их напряжение уже стало меньше напряжения котлет. Т.е. заряд котлет поздно начинается и рано заканчивается.
Доездились - котлеты в ноль, отрублены БМСкой, и пытаемся ехать на полуразряженных кипящих цилиндрах. Цилиндры не тянут такой ток, перегреваются и сдыхают. В итоге и батарея убивается, и мы не едем толком. В батарее цилиндров ещё куча энергии, но мы не можем её использовать, потому что по току они не тянут. Всю неиспользованную энергию можно списывать на потери, т.к. мы её всю дорогу возим, а использовать не можем.

Теперь рассмотрим схему 16s/16s (4.2V/4.2V)
Если бы батарея цилиндров была тоже 16s и заряжалась бы до 4.2В/элемент, то процесс помощи котлетам и их подзарядки начинался бы гораздо раньше и происходил эффективнее, а главное, до полного разряда цилиндров. Но это тоже не самый эффективный вариант, т.к. в первое время разряда котлет они подзаряжаются относительно небольшим током, а в конце разряда котлет ток их заряда от цилиндров превысит возможности цилиндров и они закипят.

В этом и предыдущем вариантах основная проблема - слишком медленное и неравномерное перетекание энергии из цилиндров в котлеты, т.е. медленный заряд котлет, а также неконтролируемое увеличение тока разряда цилиндров, приводящее к их закипанию.

Теперь рассмотрим работу варианта с DC-DC преобразователем, настроенным на максимальный ток разряда цилиндров и максимальное напряжение заряда котлет.
Начинаем ехать - разряжаем котлеты, их напряжение падает и посредством DC-DC преобразователя они СРАЗУ начинают дозаряжаться фиксированным заданным максимальным током. DC-DC преобразователь обеспечивает равномерный и максимально быстрый подзаряд котлет вне зависимости от степени разряда котлет и цилиндров.
В результате мы получаем возможность выжать до последней капли обе батареи. Да, мы потеряем 3-5% на преобразователе, но зато мы сможем эффективно использовать всю энергию обеих батарей, а не мучаться последний десяток километров на кипящих цилиндрах.
Если первое время жарить на все 60А, то конечно скорости "переливания" энергии будет недостаточно и котлетная батарея разрядится - можно остановиться попить чаю, а DC-DC преобразователь за это время сделает своё дело и "перельёт" энергию цилиндров туда, где она нужна и может быть эффективно использована, т.е. в котлеты. После переливания можно снова ехать, используя максимальные возможности ЭТС. И цилиндры при этом не закипят.

Вообще, вариант с DC-DC преобразователем - это даже не гибридная батарея, а что-то вроде PowerBank'а для ЭТС, т.к. эту батарею можно возить совершенно отдельно и подключать в зарядный порт на время езды или просто для заряда основной батареи.

[Lion]

А под DC понимается цельный модуль 35...75 -> 80v или все же типичная  изолированная понижайка (35...75 -> 12\24v), подключанная последовательно к подкарливающему блоку в виде повышайки? Во втором случае куйня получится, ибо верхняя граница будет уплывать вниз. Еще я думаю, что даже если тупо параллелить ячейки, за счет высокоомности ионок они в принципе не смогут дать большой ток - просадка ведь сразу сравняет потенциалы. А нет разницы потенциалов - нет тока из одной сборки в другую.

Не, можно конечно собрать сразу 220в постоянки, положить туда чероку, и будет полтора киловата в липоли железно =)

[DIVAS]

А под DC понимается цельный модуль 35...75 -> 80v или все же типичная  изолированная понижайка (35...75 -> 12\24v), подключанная последовательно к подкарливающему блоку в виде повышайки? Во втором случае куйня получится, ибо верхняя граница будет уплывать вниз.

А это уж кто как реализует.
Смысл в том, чтобы обеспечить стабилизацию тока заряда и ограничение по напряжению на заданных значениях. Думаю, изолированный модуль добавки будет несколько сложнее адаптировать под стабилизацию общего напряжения заряда, чем обычную повышайку/понижайку. Хотя, можно и просто отключать его по достижении порога.  И я не знаю, как изолированные модули умеют стабилизировать ток - это может стать проблемой.
Кстати, батарея цилиндров не обязательно должна быть меньше по напряжению, чем котлетная - она может быть и больше. В этом случае нужен будет понижающий преобразователь.

Я бы для начала попробовал такой вариант CC-CV повышайки (у меня их уже куплено несколько штук для опытов):
http://detail.tmall.com/item.htm?id=18614762537&spm=a1z09.2.9.11.x4evrh&_u=k1j7tl7i9c6c

Еще я думаю, что даже если тупо параллелить ячейки, за счет высокоомности ионок они в принципе не смогут дать большой ток - просадка ведь сразу сравняет потенциалы. А нет разницы потенциалов - нет тока из одной сборки в другую.

Ну, такой вариант как раз и получится в конце разряда. При токе 60А котлеты точно разрядятся гораздо раньше чем цилиндры, а когда цилиндры разрядятся до 3.4...3.6В, они станут почти бесполезны для заряда котлет.

В общем, без стабилизатора зарядного тока эта затея не взлетит.

[илс]

Идея с powerbank на элементах 18650 весьма интересна, и конечно, достойна реализации.
Но, давайте вспомним, а за что мы любим эти элементы?
Правильно, за охренительную удельную емкость. 
Т.е. если их использовать, как добавку к низкомному полимеру, то выигрыш в общем весе энергоблока, становится совсем  неинтересным.
Вес - это главное, что нужно обсуждать в этой теме.
ТС описал конфиг 4Р. Я тоже езжу на 4Р.  Потому что этот конфиг дает достаточную емкость для городских покатушек  (20-40км, со скоростью до 45км/ч), что оптимально для экономичных и сравнительно безопасных, перемещений. И да, велик с такой батареей, удовлетворяет правилу "одной руки".

Спойлер

т.е. можно приподнять, одной левой 

Поэтому, исходный тезис сформулирован корректно. Ионки - основная батарея. Полимерные призматики (меньшей в 2-3 раза емкости) - для снижения просадки  (при токах до 30А). Если кому-то нужны токи 60А, то концепция меняется.
Для токов 60А, никак не сделать легкую и компактную батарею. 
Да она и не нужна, принимая в расчет "хотелки" владельцев электромото по скорости и пробегу.
Т.о., если правильно подойти к выбору пропорции высоко и низкоомных элементов, то никакого закипания в конце цикла - не будет.
Т.к. грамотно выбранные разрядные токи, не позволят разрядить батарею, напр 600-900Втч менее, чем за 45-60мин.

[Lion]

При токе 60А котлеты точно разрядятся гораздо раньше чем цилиндры, а когда цилиндры разрядятся до 3.4...3.6В, они станут почти бесполезны для заряда котлет.

Вообще и котлеты и цилиндры нет смысла разряжать меньше 3.5в, там емкости уже считай нет, а разбег уже начинается. Так что когда общее напряжение грохается до 3.6в - время думать о розетке

[DIVAS]

Да, я что-то не заметил что у ТС котлет 16s3p, я почему-то думал что котлет всего 16s1p.
В принципе, при таком соотношении ёмкостей и если ездить в среднем на 10-15А, то батареи можно и параллельно попробовать соединить.
Только всё равно есть нюансы:
1. батарея цилиндров тоже должна быть 16s и заряжать её нужно до 4.2В/эл-т.
2. в конце всё равно котлетная батарея разрядится раньше, а в цилиндрах ещё останется 20-30% энергии, которую оттуда придётся выжимать очень мееееедленнноо.

Так что если взвесить эти 20-30% веса батареи цилиндров, то может оказаться что DC-DC преобразователь легче. Зато он сможет обеспечить полное использование энергии в нормальном рабочем режиме.
Добавлено 24 Июль 2014 в 11:50

Вообще и котлеты и цилиндры нет смысла разряжать меньше 3.5в, там емкости уже считай нет, а разбег уже начинается. Так что когда общее напряжение грохается до 3.6в - время думать о розетке

Я имел в виду напряжение под нагрузкой. Под нагрузкой 1С при 3.5В в цилиндрах, в отличие от котлет, ещё довольно много энергии.

[Slider]

Вообще и котлеты и цилиндры нет смысла разряжать меньше 3.5в, там емкости уже считай нет, а разбег уже начинается. Так что когда общее напряжение грохается до 3.6в - время думать о розетке

Я посмотрел даташит на свои самсунги (29E), там ток отсечки по минимальному разряду указан 2,5 в. Интересно насколько реально их реально разряжать до этого напряжения без значительной потери ёмкости. Сейчас ток отсечки на БМС стоит 3,2 если я правильно посчитал...

[devman]

на грани здравого смысла .
Пример "гибридная схема" : 12 нарктотлет и 288банки
наркота 16s3p - 6кг 888втч
банки    16s18p - 14кг 3168втч
итого 4000втч и 20 кг

Пример "наркота наше всё" : 40 наркотлет
16s10p 2960втч и 20кг .

выйгрыш 25% , при том что чем проще конфиг - тем меньше выйгрыш (т.к. опускатся ниже 3p по наркоте уже опасно для наркоты)

[илс]

Я бы для начала попробовал такой вариант CC-CV повышайки (у меня их уже куплено несколько штук для опытов):
http://detail.tmall.com/item.htm?id=18614762537&spm=a1z09.2.9.11.x4evrh&_u=k1j7tl7i9c6c

Я тоже купил подобные повышайки. Правда, гораздо меньшей мощности (10Вт).
Чтобы от одного пальчика, запитывать сигнализацию.
Потом посмотрел на ток ХХ (15мА) и сильно огорчился. Т.е. в отличии от БМС, ваша 600Вт дисишка сама по себе,  может посадить батарейку, нафиг.
Это я к тому, что придется все время следить за вкл/выкл доп. батареи.
А то заболтаешься с друзьями,...глядь, а дисишка уже скушала 5-10% энергозапаса, просто в режиме ожидания. 

[K_MIHAIL_L]

Добрый день.
Я тут тоже на днях думал очём-то похожем, но в гораздо более простой реализации: берём лионки 2-х типов
1. относительновысокоёмкие но заряжаемые по стандарту 4.2 В
2. относительно высокотоковые (как для шуруповертов - ну у Жеканаза можно глянуть в подробности не вдаюсь)
Собираем всё в один пак и не имее дополнительных проблем с дисишками и т.д.
Опровергните/разубедите в правильности хода моих мыслей или подтвердите гипотезу. Не могу точно сказать скажется это негативно каким-либо образом на срок службы/жизни сборки.

[DIVAS]

А то заболтаешься с друзьями,...глядь, а дисишка уже скушала 5-10% энергозапаса, просто в режиме ожидания. 

Пока что речь идёт о самом концепте, а не о реализации... =)
При реализации любого концепта базовая идея обрастает многими доработками. Можно сбацать простенькую схемку контроля тока, чтобы при снижении зарядного тока котлет ниже некоторого значения отключать преобразователь. А снова включать его по сигналу ручки газа, чтобы он снова был готов заряжать батарею.

А у меня эти повышайки планируются либо для заряда 18s li-ion батареи от 48В питальника, и повышения эффективности рекуперации, либо для повышения с 14s батареи до 72В на контроллер (куплено 6 штук, поставлю параллельно). Пока не решил, как именно буду их использовать. Может вообще перемотаю свои 60В МК на 48В, тогда и не нужны будут для этого проекта.
Добавлено 24 Июл 2014 в 12:18:17

Добрый день.
Я тут тоже на днях думал очём-то похожем, но в гораздо более простой реализации: берём лионки 2-х типов
1. относительновысокоёмкие но заряжаемые по стандарту 4.2 В
2. относительно высокотоковые (как для шуруповертов - ну у Жеканаза можно глянуть в подробности не вдаюсь)
Собираем всё в один пак и не имее дополнительных проблем с дисишками и т.д.
Опровергните/разубедите в правильности хода моих мыслей или подтвердите гипотезу. Не могу точно сказать скажется это негативно каким-либо образом на срок службы/жизни сборки.

см. выше - такая идея (только вместо шуруповертных банок - котлеты) уже рассмотрена, вариант 16s/16s.