Создание комплекта BMS + векторный контроллер

Electrovoicer · 15 Сен. 2014 в 10:59

Здравствуйте. Буду тут писать о процессе создания комплекта электроники.

Решил, в качестве развлечения, создать свой вариант BMS, зарядника и векторного контроллера. BMS и зарядник будут совмещены.
BMS будет с активным балансингом, сильно повышающим КПД и срок службы батареи. Зарядник будет позволять заряжаться от источников от 12 до (пока) 60В. Одной из функций BMS будет являться подсчет реального заряда, принятого и отданного батареей (а значит, появляется возможность следить за действительным состоянием уровня заряда) и соответствующая статистика. Векторный контроллер позволит задавать характеристики момента, например, ограничивать его в зависимости от скорости. Также никто не помешает в будущем добавить функционал, который не позволит велосипеду перевернуться

при резком наборе скорости. Реализовать это можно разными способами, в т.ч. и на базе MEMS-гироскопа/акселерометра.
Все блоки будут объединены цифровой шиной, возможно, CAN, для простого и удобного расширения функционала при минимуме проводов.
Проект рассчитан по меньшей мере, на год, так как есть и другие дела

Начинаю с BMS, за основу беру чипсет LTC3300 + LTC6803, зарядник на LTC4020. Ограничение в системе - 55-60В, то есть до 12 li-ion банок. Разумеется, программно будет настраиваться и на LiFePO4.
Скоро выложу проект печатной платки.

i · 15 Сен. 2014 в 11:41

Цитата: Electrovoicer от 15 Сен. 2014 в 10:59
...
Проект рассчитан по меньшей мере, на год, так как есть и другие дела
...

Оптимист, однако.

Я уже 3-й год парюсь (или 4-й

)

Electrovoicer · 17 Сен. 2014 в 20:33

Продолжаю продумывать.
Стало очевидным, что зарядник надо делать на микроконтроллере, отказавшись от замечательного, но ограниченного чипа LTC4020. Большая гибкость, можно масштабировать. Топологию сохраню buck-boost, чтоб можно было заряжать как от бортовой сети авто, так и от мощного источника 50-100 вольт. К тому же, тип ключей и драйверов будет унифицирован с трехфазным инвертором.

По поводу инвертора - есть несинусные инверторы, есть синусные (простой синусный можно собрать на FCM8201), а есть векторные синусные, с управлением моментом и прочими плюшками. Интересно, Adaptto делает векторные контроллеры?

Что-то подсказывает, что просто синусные не-векторные, раз тройные слоники irfp4468 периодически выгорают, особенно, если с нейтрали газу вжарить...

Yurij122 · 17 Сен. 2014 в 22:00

Самое главное чтоб качество не хуже Адапто, а цена ниже в половину

Electrovoicer · 17 Сен. 2014 в 22:53

Цена будет явно выше адапто, гарантирую

spb-e · 17 Сен. 2014 в 23:36

гы-гы ну если чё мы б потестили че получилось бы

Electrovoicer · 18 Сен. 2014 в 11:54

Цитата: dl от 17 Сен. 2014 в 23:36
гы-гы ну если чё мы б потестили че получилось бы

не вопрос. тем более, живем рядом совсем

zap · 21 Сен. 2014 в 01:31

А можете описать для лапотных как работает векторное управление?
Много читал по теме, но пока что ещё не щёлкнуло...
В тех уравнениях, что я видел, фигурирует много лишнего - L и R обмотки, всякая хрень...

P.S. Мотивация у Вас хромает. "В качестве развлечения" нифига не выйдет, увы.

VVK · 21 Сен. 2014 в 16:30

Цитата: zap от 21 Сен. 2014 в 01:31
А можете описать для лапотных как работает векторное управление?
Много читал по теме, но пока что ещё не щёлкнуло...
В тех уравнениях, что я видел, фигурирует много лишнего - L и R обмотки, всякая хрень...

P.S. Мотивация у Вас хромает. "В качестве развлечения" нифига не выйдет, увы.

ZAP, вот статья про скалярное и векторное управление. Из нее следует, что в электротранспорте мы используем только вектроное управление, вне зависимости от наличия холлов в двигателе. Т.е., как я понимаю, это управление с обратной связью для переключения фаз.

SolarRay · 21 Сен. 2014 в 16:58

[user]VVK[/user], а разве у нас асинхронные моторы? (всё время думал, что bldc синхронный)

VVK · 21 Сен. 2014 в 17:46

Цитата: SolarRay от 21 Сен. 2014 в 16:58
[user]VVK[/user], а разве у нас асинхронные моторы? (всё время думал, что bldc синхронный)

Ну да, наверное в статье немного про другое. Это только схемы управления похожи.

Electrovoicer · 22 Сен. 2014 в 10:07

VVK привел ссылку на вполне годную статью, не думаю, что объясню лучше.
Еще раз про преимущества векторного управления:
- высокая точность регулирования скорости
- плавный старт и плавное вращение двигателя, т.е почти нет пульсаций крутящего момента
- быстрая реакция на изменение нагрузки: при изменении нагрузки практически не происходит изменения скорости;
- снижаются потери на нагрев и намагничивание, повышается КПД электродвигателя.
Как бонус, драйвер двигателя будет работать в более щадящих режимах, особенно в переходных режимах, что позволяет применить меньшее количество ключей... При не-векторном управлении, если не повезет, особенно в переходных режимах, можно сжечь практически любое количество "слоников".
В подавляющем большинстве доступных на рынке контроллеров для легкого электротранспорта векторное управление не используется, используется, в лучшем случае, прием, когда мотор кормят синусоидальным напряжением, но это еще не есть векторное управление. Мотор управляется все-таки током, а не напряжением, а для управления мотора током как раз и придуманы векторные алгоритмы.

По поводу "в качестве развлечения ничего не выйдет"

кое-что выходит периодически

например http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=66284

_claw · 22 Сен. 2014 в 10:34

Цитата: Electrovoicer от 15 Сен. 2014 в 10:59
BMS будет с активным балансингом, сильно повышающим КПД ... батареи.

а это как? просветите чайника. (я про кпд)

Electrovoicer · 22 Сен. 2014 в 11:10

а это как? просветите чайника. (я про кпд)[/quote]
В 99.9% BMS доступных на рынке балансировка осуществляется пассивным образом, т.е. присоединением и отсоединением резисторов, включенных параллельно элементам батареи. Очевидно, что резисторы эти - небольшой мощности (типа 0.25-2 Ватта, потому как, по практическим и конструктивным соображениям, никто не рассеивает в BMS сильно большую мощность, в расчете на одну ячейку), соответственно, балансировочный ток может быть максимум до сотен миллиампер. В случае заряда это еще может прокатывать, если заряжать не спеша и не вжаривать 20-40 А. Но сотен миллиампер маловато при типичных тока заряда, и, особенно, разряда! В итоге, от пассивных BMS большого реального толка нет

Выход - ставить активный BMS, представляющий собой, по сути, зарядовый насос, перекачивающий избыточный/недостающий заряд между элементами батареи. Ток балансинга, при весьма скромных размерах активного BMS, может составлять уже 10 ампер, и при этом, энергия не переводится в тепло, а эффективно расходуется. Конструктивно такой балансер - несколько (по числу последовательных элементов батареи) импульсных flyback-преобразователей... Некоторые исследования (в серьезных профильных организациях, можно погуглить) показывают, что ресурс аккумулятора по циклам заряда-разряда может вырасти в 2-3 раза, если балансер обеспечивает необходимый ток! Активный BMS значительно дороже пассивного, но на фоне увеличивающегося в два раза ресурса аккумулятора, стоимость которого всем известна, выглядит весьма предпочтительным.

_claw · 22 Сен. 2014 в 11:22

ЦитироватьКоэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. Определение КПД может быть записано в виде:

где А — полезная работа, а Q — затраченная энергия.

те кпд батареи напрямую зависит только от саморазряда и потерь на тепле от внутреннего сопротивления.
а то, про что вы объясняете, это лайфтайм, или по русски срок жизни (количество циклов) и к определению кпд не прямого имеет отношения. ну если только в гаражно/колхозно/барыжной классификации.

VasiliSk · 22 Сен. 2014 в 11:27

это каким образом активная бмс увеличит срок службы АКБ в 2 раза? выдавит из себя лишние Вт*Ч (соизмеримые с емкостсю самого АКБ)? Да и про надежность активной БМС можно будет мечтать. Срок службы одного преобразователя / на количество ячеек. Даже если предположить чтобы MTBF был 5 лет для одного преобразователя, то при 16 ячейках через 4 месяца уже один из каналов может накрыться.

VVK · 22 Сен. 2014 в 14:07

Цитата: Electrovoicer от 22 Сен. 2014 в 11:10
В итоге, от пассивных BMS большого реального толка нет Выход - ставить активный BMS, представляющий собой, по сути, зарядовый насос, перекачивающий избыточный/недостающий заряд между элементами батареи.

[user]Electrovoicer[/user] , позвольте с вами не согласиться $:-\$
От грамотно спроектированной БМС толк очень даже неплохой. И в абсолютном большинстве случаев тока балансировки в 100мА вполне достаточно, чтобы сбалансировать практически любую батарею. А то, что греется при этом, так это не проблема, пусть греется. Энергии тратится при этом на копейки.
Сужу по своей БМС

Electrovoicer · 22 Сен. 2014 в 14:43

Цитата: VVK от 22 Сен. 2014 в 14:07
[user]Electrovoicer[/user] , позвольте с вами не согласиться $:-\$
От грамотно спроектированной БМС толк очень даже неплохой. И в абсолютном большинстве случаев тока балансировки в 100мА вполне достаточно, чтобы сбалансировать практически любую батарею. А то, что греется при этом, так это не проблема, пусть греется. Энергии тратится при этом на копейки.
Сужу по своей БМС

Я пока не готов предметно дискутировать по этому вопросу. Надеюсь, вернусь к дискуссии, когда допилю прототип. Но, по моим представлениям, 100мА явно мало. Именно невозможность достаточной балансировки на больших токах разряда снижает лайфтайм батарей. Будет прототип, будет и статистика по средним/предельным балансировочным токам при эксплуатации.