BMS умощнение, увеличение тока, с заменой MOSFET

[post0951]

Далее текст об опыте умощнения BMS.

Три года назад, при сборке 12В электропитания подсобного хозяйства на LTO аккумуляторе, была удачно приобретена  вместе с литием, симметричная BMS на номинальные 80А.
Литий = безкорпусная  ячейка 30 Ач, токи 10С, одна банка = 2,23В, пределы на банку 1,5/2,8 В, ячейки отобраны с внутренним сопротивлением в 0,31-0,41 мОм, продавец http://f-o-r.ru/lto/ , общая батарея 12В, 90Ач 3p6s.



Паспортная защита платы от перегрузки по току 1000A, с задержкой 100mS. Плата с маркировкой "Starting Car Battery" (отсечка 1,8/2,8 В, версия CPR-EP030-v3.0, управление bq77910A, два встречных плеча силовых мосфет, в плече по 10шт в параллель AOD240 = 40В, 70А, 3мОм). Производитель выпускает разные варианты плат под различную химию АКБ.
Плата даже в штатном обвесе хорошо разгоняется...

Внешний вид платы подопытной BMS


Соединение платы


Силовая часть платы


Силовые проводники на плате, припаянные силовые разъемы – хиленькие, заводские клеммы сильно не затянуть.
После первых экспериментов клеммы с платы выпаял, умощнил напайкой на плату медных жил из провода 6мм.кв.(что было под рукой) с припаянными обжимными клеммами. Силовые выносы за плату получились короткими. Этого по соединениям/проводам хватило, на практике они греются при токах до 140а заряда - не более 50-60 С.

Из инета рекомендуемые сечения провода


Одновременно часть соединительных проводов вне BMS, сечением 24мм.кв. и длинной 70-80см, при токе 140а, греются до 60-70 С. Медная шина прямоугольного сечения рулит!! При идентичном сечении – у такой шины нагрев меньше.

Эксплуатация сразу предполагалась с увеличением токов, выше заявленных в паспорте.
В процессе экспериментов удавалось загонять через эту BMS зарядный ток в 170 ампер примерно на 10-15 минут (источник зарядного тока давал ограничения, для заряда использую доделанную по напряжениям отсечки - сварку/зарядку СВИЗ-200АП завод Калибр, уже снятую с производства). Долговременно ток заряда можно держать 140- 150а в течение 1-1,5 часов, при обдуве штатных радиаторов BMS простым 6см 12В вентилятором для компьютера. При этом, нагрев радиаторов на плате бмс-ки  50-60 градусов.

"Разогнанную" BMS можно использовать как с повышенными токами заряда, так и с увеличенными токами разряда. Например, для лодочного электромотора, двигателя электромобиля и т.д.

Современный вариант этой же платы


Для больших мощностей можно купить уже готовую плату под требуемые большие токи, но цены конские. Да и найти в розницу в России BMS под определенную химию АКБ с большими токами  - иногда трудно . Для покупки на Али в минусах – часто это время поставки и" кот в мешке".

Защита от короткого замыкания этой  бмс-ки осуществляется измерением падения напряжения на мосфетах (сопротивление каналов мосфетов относительно стабильно, измеряется миллиомами).

После трех лет эксплуатации, некоторое время назад, указанная плата BMS хаотично стала пахнуть паленым текстолитом, греться. Пока окончательно не сгорела. Разбор и отдирание штатных радиаторов выявило несколько сгоревших мосфетов и "непропай" одного вывода сигнального разъема контроля ячеек.
При ремонте - силовые цепи прям напрашиваются на вынос в отельную часть, которая будет соединена с основной платой только сигнальными проводами управления.

Так и поступил. Сильно не стал изменять уже сделанный ранее монтаж – перепайка силовых шин на плате "не айс" (ранее паял газовой зажигалкой для табачных трубок и паяльником 40Вт).
С платы выпаял старые силовые транзисторы.
В закромах были шесть мосфетов IRLB3813 (30В, 260А, 1,95мОм). Даже один транзистор в пределе выдерживает требуемые токи по бумаге и соблюдается примерно  трехкратный запас по рабочему напряжению для 12в АКБ.
Соединил их по 3 параллельных мосфета в каждое плечо.
Закрепил новые мосфеты под винт на старый радиатор от процессора, с его штатным куллером, без электроизолирующих прокладок (сам радиатор может рассеивать 50-60 Вт).
Провода управления мосфетами кинул на плату бмс-ки.
Нагрев нового радиатора вообще не ощущается при 140А.
Что интересно – выводы истоков так же не греются (не укорачивал, паял как есть).  А вот напаянная силовая шина 6мм.кв. – греется до 50-60 С.
 





Разводку и конструктив  сделал так себе (токовые шины 6мм.кв. слабоваты, припаяны к плате BMS, токи транзисторов не одинаковы, т.к. идут не по диагонали, вся конструкция висит на силовых проводах).

Про неравномерные токи транзисторов понял по разному нагреву платы/силовых шин. Ближе ко входу – нагрев больше. Раньше вентилятор обдувал и радиатор транзисторов, и саму плату, разница в нагреве была не заметна.

Токи на смонтированной плате


Изначальное расположение силовых клемм на плате – оптимально для протекания токов параллельных мосфетов (ток идет наискосок, по диагонали,  будет выравнивание токов).


Учту в будущем...

Падение напряжения на BMS (два плеча по три в параллель IRLB3813 = 30В, 260А, 1,95мОм), при напряжении на затворах 12,7в:
100А = 135мВ (общее 1,35мОм), рассеивает 13,5 Вт,
120А = 165мВ (общее 1,37мОм), рассеивает 19,8 Вт,
140А = 190мВ (общее 1,35мОм). рассеивает 26,6 Вт.
Путем расчетов видно, что канал одного транзистора примерно равен заявленным 2мОм.
Для радиатора на 50 Вт от процессора – можно уменьшить количество транзисторов с трех до двух в одном плече (общее рассеяние будет 45 Вт).

Какое падение напряжения было на исходной BMS – записи не сохранились.
Теоретически 2 плеча по 10 мосфет AOD240 (40В, 70А, 3мОм) должны дать итоговые 0,6 мОм. С падением на них 84мВ, при токе 140а. Т.е. по защите от короткого замыкания порог в 1000а упадет примерно до 500а.


Вообще напрашивается интересный вывод по "универсальному" умощнению BMS ...
Если есть понимание в электронике, то можно взять "низкотоковую" BMS, выпаять из неё силовые транзисторы. Новые MOSFETы поместить на дополнительном радиаторе.
Т.е. берем бмс-ку под нужную химию, нужные отсечки, требуемое количество банок, на ток в 10-20а и дорабатываем до 100-200-300а... При этом конечно, чем больше токи – тем цена ошибок круче...


Как можно увеличить пропускаемые токи BMS:
1.Заменой штатных MOSFET, с установкой новых на дополнительный  радиатор. При подключении дополнительных мосфетов без выпаивания старых, при покупке подделок MOSFET, ошибках - скорее всего старые транзисторы просто выгорят.

[post0951]

2.Выпаиванием штатных транзисторов, заменой их на твердотельные реле DC-DC (потребуется два включенных встречно).
Интересный ролик "SSR-80 DD твердотельное реле, ремонт и схема. Почему они часто ломаются"
https://www.youtube.com/watch?v=rbpVqLUWb10
Принципиальная схема твердотельного реле  SSR-100 DD (постоянный коммутируемый силовой ток) - из ролика


Никаких защит по току в реле нет (можно ожидать, что бмс-ка возьмет на себя эту часть). Транзистор - с небольшим запасом по току от максимально указанного на реле. Тепловые сопротивления могут быть высокими (мосфет крепится к своему мелкому радиатору, только он потом может крепиться к дополнительному).
В ролике обращается внимание на время отпускания реле (в этот момент  нагрев самого мосфета может быть сильным)...

3.Установка вместо мосфетов – электромеханического реле на большие токи. Возможно так себе вариант. Время срабатывания может быть большим 0,02-0,05 сек, потребление обмотки 2-25 вт. Но простота решения – уникальна. В широкой продаже есть не очень дорогие автомобильные реле (проигрывают мосфетам по цене) для стартера на 100-200-500а. Для больших токов – требуется установка в BMS реле для размыкания только постоянного тока. Если реле рассчитано на коммутацию переменного тока, то может образовываться не гаснущая дуга при разрыве силовой цепи постоянного тока, там дугогасящие камеры разные.


В инете широко встречаются два типа плат, отслеживающих токи короткого замыкания:
1.Измерением падения напряжения на мосфетах (как на плате BMS выше).
2.Измерением падения напряжения на токовом шунте.
Последние для разгона менее удобны.


Любые дополнительные покупные шунты обычно относительно дороги.
Самый простой выход для разгона – делать шунты из медного провода. Точность и стабильность ниже, стоимость рулит.
Примерный расчет "Калькулятор сопротивлений проводов" https://www.chipdip.ru/calc/wire-resistance
При этом слишком тонкие провода брать не стоит.
Таблица диаметров проводов для плавких предохранителей http://www.elektrikii.ru/publ/6-1-0-35 
Т.е. для шунта лучше брать диаметр провода как для плавкого предохранителя на нужный ток с 2-3 кратным запасом.
Еще можно брать нихром (на крайняк - в паяльнике намотан тонкий нихром, в хозмагах продают спирали для плиток), у нихрома тоже есть предельные токи https://forum220.ru/calc-nichrome-wire.php
Так же делают шунты из обычных болтов – настройка путем скручивания гаек, но много минусов при использовании.
Медь, алюминий, железо, нихром  и др.– относительно сильно меняют свое сопротивление при нагреве / увеличении тока. Конечно, можно разориться и заказать Константан...
Сопротивление собранного шунта оптимально измерять падением напряжения на нем, при номинальном токе.

Скорее всего, лучше выстраивать многоуровневую защиту по токам.
Сначала защита в потребителе (например, контроллере электромотора), лишь потом защита в BMS, как последний рубеж (уронил ключ на 10 на шины питания – ключ оплавился, но АКБ жива).


Как то так...
Было занятно...
Всем спасибо!!

[koolon]

Лень было читать все, какой смысл в этом всем? экономический?

[post0951]

Смысл действий и описания:

1.Экономический.
Экономия может быть в 2-4 раза.
При цене BMS на большие токи в треть от системы АКБ (частный случай), экономия начинает играть...

2.Сроках замены сгоревшей BMS. Реально сейчас  замена – только через Али, со сроками до 3 месяцев поставки... Дорожки на плате под транзюки выгорели основательно, напрашивается полная замена платы.

Ранее куплена не симметричная плата BMS на 50а. На 6 транзисторах в плече IRF3205 (110а, 8мОм). Та вообще не разгоняется, при обдуве едва выжал 60а - греется. Получаются "тонкости"  в сопротивлении  каналов мосфетов.
Поставил её  взамен сгоревшей при ремонте основной. С ней не комфортно в эксплуатации.
Дале буду умощнять её уже с учетом полученного опыта.

Как витиевато получается.
6 штатных транзюков в плече на 110а и 8мОм тянут только номинал тока БМС в 50а.
А 10 штатных транзюков на 70а и 3мОм тянут двойной номинальный ток БМС в 170а. Когда разобрался с сопротивлениями каналов - все стало понятно...

3.Оказалось, что вообще нет (не нашел) публикаций по умощнению BMS. Поднять / уменьшить токи реагирования – есть. Умощнить физически – нет. А тут куча интересных нюансов...

[koolon]

сомнительная экономия, 100А бмс 1000р, мосфетов для нее купить дороже 

[post0951]

Уважаемый, koolon!
Спасибо за сообщение!!

Без указания характеристик приведенной вами условных платы и мосфетов – сообщение ни о чем...
Как контраргумент приведу цену в 10рублей на мосфеты в 100а...
И там и там будут китайские токи. Рубли российские, токи китайские.
В Китае физические законы другие - с высокими квантовыми неопределенностями и запутанностями...

Уважаемый, koolon, чувствуя вашу обоснованную уверенность, и пользуясь случаем, прошу вашей помощи в поиске российского продавца BMS для LTO с отсечками 1,5/2,8 в, на ток 200а., и это реальный запрос.
Конечно хотелось бы не конские цены в районе 20 тыс.рублей, а как вы указали в районе 1000 рублей.
Буду вам очень благодарен и признателен за подсказку.
Если есть возможность, прошу не предлагать не проверенные ссылки на Али... Будет не очень смешно по ряду причин...

Применяемая химия новых разработок АКБ  - стремительно развивается.
Характеристики иногда очень лакомые.
Все здорово, можно купить банки с новой литиевой химией, но сопутствующая обвеска – увы, часто или не существует, или по заоблачным ценам. С чем и столкнулся еще при покупке LTO. И сейчас при ремонте.

Изначально нет призыва - больше не покупаем вот это китайское г..., покупаем другое г.... и доделываем, вот - озолотимся, делаем только так...
Это один из вариантов, причем требующих навыков... Т.е. не универсальный и часто стремный...

Уважаемый, koolon, благодарю вас за проявленное внимание к теме!!

[koolon]

ну не знаю, мне мосфеты по 200-250р попадались, причем лет 5-6 назад. (точно не помню какие, но из обычных, которые логикой открываются, ардуиной)
бмс на авито ищите, если на али не подходит, то +500р будут у продавцов.
если чутка добавить, то за 3500 будет уже смартбмс с блютуз

[yurgen]

Уважаемый, koolon, благодарю вас за проявленное внимание к теме!!

толерантный посыл на 3 буквы ?      

[koolon]

тут, я понял, проблема в химии, на LTO бмс особо не ставят, спроса нет, вот и предложений мало.

[post0951]

Спасибо всем за сообщения, дополнительную информацию!!

Уже сейчас у российских продавцов есть мосфеты на 195а и 1,7мОм по цене в розницу 45руб. Планирую закупить, посмотреть, интересно...

LTO - из доступных пока уникален по количеству циклов заряда/разряда (заявляют 10-50 тыс.циклов для новых). Уже в российской рознице есть формфактор 18650. При этом с обвязкой - труднее чем с другой химией (ионные, ферум-фосфат и др.)...

В гору резко попер литий-ферум-фосфат.
Вот где раздолье предложений. Но количество циклов маловато (на вкус и цвет все АКБ разные...).

Еще раз благодарю за информацию!!

[sdenis2023]

токи транзисторов не одинаковы, т.к. идут не по диагонали

боюсь что в диагонали то же не всё так гладко

тестил контактную сварку - из-за кривости китайской инженерии сразу же вылетел один ФЕТ

[post0951]

Спасибо за сообщение!!

Тоже думал об этом, о выравнивании токов.
Но сгорели на плате именно три транзюка  в одном плече, ближайших к силовому входу платы (хотя и возможно так жребий пал, скорее всего не пропай разъема по управлению болтал силовую часть). После переделки, без обдува платы  – рукой ощущается разница в нагреве силовой части платы градусов на 20. Чем дальше от входа – тем холоднее. Хреновая доделка получилась.
До переделки – получается разводка по диагонали была более грамотней (по китайски).

Тут даже пришла мысль ставить в цепь истоков короткие выравнивающие шунты из провода, как в параллельном соединении pnp/npn транзисторов.
Стал искать информацию по расчету.

https://studfile.net/preview/16712872/page:3/
https://dzen.ru/a/YxB6B1iuJAfdieIF
Выравнивающие сопротивления в цепи параллельных истоков мосфетов не нужны.
При увеличении тока - увеличивается нагрев мосфета и ток падает.

Т.е. если не сильный разброс по параметрам мосфет (одна партия) и близким цепям движения токов, да на одном радиаторе все рядом – то они саморегулируются по токам.

Диагональное соединение кажется все же лучше.
Как вариант – толстый подводящий провод, от которого с торца метелкой отходят одинаковые проводники к мосфет (провода будут по разному изогнутые). 
Еще вариант – толстая шина (цена) и к ней паяются подводящие одинаковые провода к мосфет.

Ширпотребовские китайцы иногда не сами разрабатывают схемотехнику, а "пиратят" с нормальных разработок... Тогда там все красиво...

[post0951]

... какие решения встречается в инете по силовой подводке ...

[sdenis2023]

идеальный вариант это на каждый ФЕТ свой провод к истоку и стоку(типа как на вашем 3-м фото)
да и при соединении ячеек на плюсе и минусе батарее то же самое

диагональ - это самый простой вариант выровнять проходящие токи     

[post0951]

Благодарю за сообщение!!
"Большие" токи – очень даже интересная тема.
Года четыре назад испытывал измерительный шунт на сопротивлении плавкого предохранителя (для ограничения тока заряда).
Работает.
Для части предохранителей, включая для авто, производитель указывает сопротивление плавкой вставки. Но при увеличении задаваемого тока, сопротивление вставки вырастает (греется), стабилизируемый ток падает... Не сильно... Из плюсов – предохранители часто обязательно включают в цепи схемы, они есть по умолчанию...
"Автоматы"(как в щитках квартир) – так же можно использовать. На них падает до 200 мВ.

В продаже сейчас есть очень даже интересные smartBMS. Под LTO на 150-200 ампер – в районе 7-9 тыс.рублей на 6 ячеек.
При этом плата BMS на LTO, как указанная выше (80а номинал и 1000а импульсно, при обдуве разгоняется по току), стоит у российских продавцов примерно 5 тыс.рублей, на али 4 тыс.рублей... Купил – поставил и всё...
Если с покупкой готового не очень – тогда бюджетные доделки интересней...