Smart BMS из конденсаторного балансира

[nerung]

ilyawg

Вопрос по схеме. Это вообще будет так работать, как я предполагаю? Какие тут могут быть скрытые грабли?

Честно говоря, в этом густом переплетении трудно разобраться, ваша схема плохо читается. Вот если бы вы предоставили не принципиальную, а блок-схему, на которой были бы только конденсаторы, ключи (не в виде полевиков, а как переключательные контакты) и ячейки аккумулятора, вот тут всё было бы вытащено на свет божий.
А пока при беглом взгляде у меня возникли следующие сомнения:
1. Масштабирование. На 4S это, возможно, и годится, а на 13S? При 4S напряжение не выше 16 вольт, т.е. можно питать схемы, управляющие полевиками, от самого аккума. А при 13 S, т.е. от 54 вольт, так просто не запитать, затворы пробьёт.
2. Конденсаторов многовато. Насколько я помню теорию, для такого BMS достаточно конденсаторов на один меньше, чем ячеек аккумулятора. Т.е. в вашем случае три. А у вас сильно больше. Почему?
3. Разряжать конденсатор с низким ESR на литиевую ячейку с низким Rвнутр - это значит получить в импульсе (хотя и коротком) ток очень сильно больше, чем допускается для полевика. Не сгорит? По-моему, нужны токоограничивающие резисторы, а они значительно снизят КПД и затянут процесс балансировки. Можно, конечно, понадеяться на то, что эти самые ESR и Rвнутр сработают в качестве токоограничителей, но это лишь надежда, не подкреплённая расчётами.

[ilyawg]

Схема силовой части взята из статьи. Это схема реально существующего в продаже и работоспособного устройства. Я просто добавил туда ESP8266.

Вот если бы вы предоставили не принципиальную, а блок-схему, на которой были бы только конденсаторы, ключи

Смотрите здесь:
4S конденсаторный балансир и немного о его устройстве

Масштабирование. На 4S это, возможно, и годится, а на 13S? При 4S напряжение не выше 16 вольт, т.е. можно питать схемы, управляющие полевиками, от самого аккума. А при 13 S, т.е. от 54 вольт, так просто не запитать, затворы пробьёт.

Да, DC-DC нужен. Такие серийные изделия тоже существуют. Фотография была выше.
Ну или как вариант, запитать от первых трех ячеек.

Конденсаторов многовато

Думаю, если бы на этом можно было сэкономить, их бы не поставили. Здесь конденсаторы параллельно ячейкам, которые не выглядят необходимыми, и C22, C23, которые я бы уменьшил до нескольких микрофарад. Надо все это проверять на реальном железе.

По-моему, нужны токоограничивающие резисторы, а они значительно снизят КПД и затянут процесс балансировки

Да, я тоже думал про резисторы или дроссели. А  usavich выше предлагал обратное - мосфеты с низким сопротивлением канала.
Все это нужно проверить на практике.
Впрочем, поскольку предполагается использовать готовую силовую часть, не думаю, что она настолько сырая, что потребует таких доработок.

[usavich]

Это называется простота? Ок. Пет-проект или желание осчастливить человечество/клиентов - это хорошо.
То что озвучили другие участники это даже не критика, а shared experience.
1. Хорошая батарея не нуждается в постоянной балансировке.
2. Никакой балансир не сделает из плохой батареи хорошую.
3. Любое усложнение схемы снижает ее надежность. А еще увеличивает энергопотребление.
4. Электронные компонеты для транспорта и электротранспорта должны быть работоспособны в расширенном диапазоне температур.
Продолжать?
Поясню мою позицию. Я использую пассивные балансиры на TL431 и p-MOSFET. Ток балансировки 800мА. Есть выход для управления ЗУ, но пока нужды в его использовании не возникало. Мониторить напряжение поячеечно, если батарея нагружена в разумных пределах, не имеет смысла. Батарея 14p.

[ilyawg]

Это называется простота

Ну да, я считаю это простым. Слишком простым. Возможно, профдеформация. Не оставляет ощущение, что я упускаю что-то важное, что делает всю затею неработоспособной.
1. согласен
2. согласен
3. согласен. Как упростить?
4. Смотря что за транспорт, и как он используется. Обычно такие претензии возникают в первую очередь к ячейкам.

Мониторить напряжение поячеечно, если батарея нагружена в разумных пределах, не имеет смысла

Согласен. Но я сделаю, потому что захотелось, и потому что могу. А если не получится, то и обойдусь, как раз потому, что не имеет особого смысла.
Кроме того, любая хорошая батарея рано или поздно становится не очень хорошей. И было бы неплохо узнать об этом раньше, чем это приведет к неприятностям.

[usavich]

Как упростить? Да очень просто - перестать пихать цветные тач панели, вайфай и арм везде.
Транспорт - это расширенный диапазон температур и, совсем забыл, вибрации(automotive applications). Приходи, когда осозаешь это в полной мере, продолжим дискуссию.

[ilyawg]

Да понял я уже. Понял.

бредовая тема...
...для упоротых энтузиастов, но они обычно не советуются ни с кем, и не создают тем на форумах

OK. Уговорили.
Я вынес свою идею на обсуждение, чтобы ее одобрили или освистали. И по итогам принять решение о перспективах проекта.
И я получил что хотел.
Предлагаю считать вопрос исчерпанным. Всем спасибо, все свободны.

[nerung]

Батарея 14p.

Батарея 14p в балансировке не нуждается. 14 параллельно соединённых банок - это всё равно что одна банка с ёмкостью, в 14 раз большей. В дальнейшем набирайте свои тексты внимательнее.

[sdenis2023]

почему eg2131?

заказал себе десяток таких для обкатки https://prom.ua/p1923297898-tlp590b-dip5-optron.html

или вам нужно быстродействие?

[usavich]

Батарея 14p в балансировке не нуждается. 14 параллельно соединённых банок - это всё равно что одна банка с ёмкостью, в 14 раз большей. В дальнейшем набирайте свои тексты внимательнее.

Батарея была собрана из б/у ячеек. Таки да, при зарядке малым током(аналог добивки у свиноводов) балансировка не нужна, но балансир то уже есть.

ilyawg, если очень хочется активный конденсаторный балансир, попробуй с одним конденсатором.

[nerung]

Батарея была собрана из б/у ячеек. Таки да, при зарядке малым током(аналог добивки у свиноводов) балансировка не нужна, но балансир то уже есть.

Ну хорошо, попробую объяснить эту элементарщину по-другому. Обычно балансир нужен, чтобы сделать одинаковыми напряжения в последовательных (serial - S) ячейках батареи. У параллельной (P) батареи напряжения на всех её элементах и так одинаковые. Всегда одинаковые в любой момент её жизни, малый ток или большой, все бэушные элементы, или все новые, или вперемешку. Поэтому балансир в параллельную батарею просто не ставят. Если он там уже есть, то мне совершенно непонятно, как он к ней подключён, куда воткнуты "лишние" хвосты, и какой от него толк. Мне по-прежнему кажется, что 14Р - это просто опечатка.

[usavich]

7s14p так понятнее, зачем нужен балансир?

[yurgen]

7s14p так понятнее,

надо было сразу так и писать.
или вы буквы экономите ?

[nerung]

7s14p так понятнее, зачем нужен балансир?

Да, так стало понятнее. Т.е. это не просто опечатка (как я вначале предполагал), а целенаправленная опечатка. Непонятным осталось другое - какой мощности телепатия должна быть у читателей, чтобы они сами догадались: перед 14P должно быть не 4S, не 6S, не 8S, не 16S, а именно 7S.
Но вернёмся к теме обсуждения. Прочитал я статью по вышеприведённой ссылке из mysku.club - очень внятный текст, всё разжёвано до предела, всё стало понятно. Там как раз и приведена запрошенная мною блок-схема:

Так вот, она тоже излишне сложная, на мой взгляд. Вступая в эту полемику, я имел ввиду куда более простую схему, в которой меньше и ключей, и конденсаторов (извините, рисовал от руки, для скорости):

Мне кажется, так будет экономнее. Критикуйте.

[sdenis2023]

Мне кажется, так будет экономнее.

не будет

хотя с какой стороны посмотреть

деталей меньше - но и балансировка в "пол цикла" получается

[nerung]

sdenis2023, что значит "полцикла"? Если вам непонятно, как должна работать моя рисованная от руки схема, поясняю. (Вообще-то я полагал, что там всё ясно без пояснений.) Конденсаторов на один меньше, чем ячеек батареи. Каждый конденсатор подключается попеременно к соседним ячейкам. Если напряжения на них разные, то конденсатор, перенося заряд из более заряженной в менее заряженную, выравнивает напряжение. Это выравнивание распространяется по всей цепочке элементов, хотя и не моментально.

Выше я писал, что опасаюсь больших импульсных токов через ключи, из-за того, что у конденсаторов и  ключей очень малое внутреннее сопротивление. Теперь же я полагаю, что ввиду очень малой разницы напряжений между ячейками, этого можно не опасаться. Хотя, конечно, в самом начале, когда балансировка только началась и разница ещё не скомпенсировалась, импульсные токи могут быть повышенными. Ну, тут можно понадеяться, что внутренние сопротивления ключей и конденсаторов эти токи несколько ограничат. Также полезно перед первым включением подготовить ячейки, доведя их напряжение до как можно более близкой величины.
Как мне кажется, собственное потребление такой схемы можно свести до незначительной величины, получив КПД достаточно близкий к 100% - ведь здесь ток балансировки не переводится в тепло, в отличие от пассивных резистивных балансиров, а управляющая схема на КМОП-логике вообще почти ничего не потребляет. Рассчитать ток балансировки и её темп затруднительно, поскольку он по идее должен зависеть от вышеупомянутых внутренних сопротивлений, а они в даташитах нормируются весьма нестрого и сильно зависят и от напряжений управления (для ключей), и от температуры (для конденсаторов). Так что придётся это узнавать опытным путём.

[usavich]

надо было сразу так и писать.
или вы буквы экономите ?

Очевидно же, что одну параллель не балансируют, а для балансира на TL431 количество последовательно соединенных ячеек не имеет значения и ограничено только изолирующими характеристиками оптопары(если нужно управлять ЗУ). Точнее это не совсем балансир, это куча слаботочных разрядников никак не связанных между собой.

nerung, при таком количестве ключей можно обойтись одним конденсатором, хотя нет, ключей понадобится больше.

[koolon]

я подозреваю эффективнее заряд самой разряженной передавать, а не по упрощенной схеме гонять через соседние.

также помню на заре появления активных балансиров (конденсаторных, индуктивных) плохие отзывы были о неэффективности, и что первая ячейка не балансируется, что-то в этом духе. возможно из-за упрощенности.

[yurgen]

получив КПД достаточно близкий к 100% - ведь здесь ток балансировки не переводится в тепло, в отличи

вы заблуждаетесь.
Почитайте теорию заряда ( переноса) энергии конденсатором, удивитесь но в процессе теряется половина энергии.