Поочередная зарядка ячеек батареи

[Яков93]

Пролог 
Имеется достаточно старый велосипед с батареей собранной из бэушных элементов Li-Ion 18650. 13s6p емкость около 12 А*ч. Нагрузка до 30А при разгоне. Батарею собирал прошлой осенью, элементы подбирал более-менее похожие.
На этой батарее стоит smart BMS, с регулировкой напряжений заряда, разряда, управляемым пассивным балансиром.
Плюс несколько месяцев назад на эту же батарею повесил маленький активный балансир на дросселях.
Каждый день батарея разряжается в среднем процентов на 30, каждый день заряжается обычной китайской зарядкой для эл. велосипедов током всего 1,5 ампера. Ток небольшой, но за ночь все заряжается под завязку.
Кажется жить бы батарее, да радоваться... Но ячейки разбегаются достаточно сильно, не помню точно, каждый день  не отслеживаю, но разница в конце заряда была что-то около 0,2 В на самой заряженной и самой разряженной ячейке.
upd.
22.05. посмотрел разницу после разряда на 30% - 0,167 В
23.05. разница после полного заряда 0,147 В

Завязка 
Раздражение на батарею заставило искать какие-то еще способы максимально дешево и сердито дозаряжать отстающие ячейки.
Из способов альтернативных балансирам типа таких
Активный балансир для аккумуляторов (кстати любопытная тема, непонятно довел автор устройство до конца или нет),
народ как видно придумал только многоканальные зарядки.

Я прочитал темы существующие на форуме по этому вопросу:
Самодельное 16-ти канальное зарядное устройство
Многоканальная зарядка хендмэйд, бывают такие?
Параллельная зарядка из дешовых блоков питания
Энергоблок
похожая тема Переключаемое соединение ячеек в аккумуляторе

У таких решений куча недостатков. Они громоздкие, относительно сложные, требуют хорошего охлаждения, в большинстве случаев нужен какой-то эпичный разъем для 30+ проводов. Наверное поэтому только у уважаемого i с его Энергоблоком что-то вменяемое и получилось. Но там специфическая конструкция батареи, да и 16 (если не путаю) микроконтроллеров соединенных в связку это для меня перебор.

Как я сейчас выкручиваюсь из ситуации. Когда есть время и батарея полностью заряжена тупо нахожу недозаряженные мультиметром и просто подключаю к конкретной отстающей цепочке лабораторник или какой другой источник выдающий 4,2 В пока ячейка не зарядится полностью. После этого перехожу к другой... На какое-то время хватает и ячейка ведет себя получше. Но времени это мероприятие требует много, да и замкнуть что-нть ненароком можно. Хочется автоматизации и основательности.

Давно меня терзает мысль использовать вместо себя любимого простейшую Ардуину. В конце концов, задача для нее вполне решаемая.
Алгоритм тот же самый, что и использую я сейчас вручную. Поочередно подключаясь к каждой ячейке измерить напряжение на них, после чего найти отстающую и подключить к ней маленький DC-DC выдающий 4,2 В. После того как ячейка зарядится переходить к следующей.
Не нужно 13 штук DC-DC, не нужен трансформатор с 13-ю обмотками, разъем на бешенное количество выводов, какой-то специальный зарядник. Нужна только ардуина Нано, коммутирующие мосфеты, ОУ как дифференциальный усилитель для измерения напряжения ячейки, один блочок DC-DC. Все это хозяйство обещает быть компактным и может умещаться прямо на самой батарее.
У ардуины не хватит штатных цифровых выводов для всех коммутаций (только на переключение мосфетов нужно будет 14 ножек), но есть 8 "аналоговых", из которых нужны только 2, остальные также использовать как цифровые. Пока все потребности посчитал, вроде должно хватить. DC-DC взять любой на нужный ток. Мне например выше 1,5 А и не нужно.
В итоге в самом простом варианте можно будет сделать дополнительный двухпиновый разъем, на который подавать отдельно допустим 12 вольт, которые пойдут уже на "силовую" DC-DC 4,2 В, которая и будет поочередно переключаясь от ячейки к ячейке их заряжать.

Ожидаемые сложности 
Пока серьезных технических проблем, которые не позволили бы такую схему сделать я не вижу. Возможно что-то упускаю.
Основная проблема это лень, с которой постараюсь побороться.
Конкретные схемы уже начал рисовать, буду по мере появления вдохновения здесь выкладывать. 

Если кого заинтересовала такая конструкция с удовольствием послушаю конструктивные замечания и предложения.

***********
- Версия готового устройства 12.07.2024
Podzaryad_velo.rarСкетч к этой версии на 16.08.2024 г.

[popov2]

Если лень,мож вот такую штуковину воткнуть.хорошо работает.
Или JK активный балансир.
https://aliexpress.ru/item/1005001971361691.html?spm=a2g2x.favourites.mywishlist.71.51354aa6t6Op2w&sku_id=12000026288397171

[sdenis2023]

в большинстве случаев нужен какой-то эпичный разъем для 30+ проводов.

в 20-м закупился совковыми разьёмами РС-50 то же хотел делать многоканалку - купил АНТ, а затею отложил в дальний ящик

разьёмы поставил на Келли 7230 на каждую фазу было по 4 пина при фазном 60 Ампер

каких либо "поломок" с разьёмами не заметил

как на меня очень удобные разьёмы

сейчас после замены мотора допаиваю до 10-ти пин на фазу

[sdenis2023]

с удовольствием послушаю конструктивные замечания и предложения.

чем планируете открывать ключи?

[Яков93]

чем планируете открывать ключи?

Открывать планирую оптронами. Вот первые наброски схемы. Все номиналы деталей приблизительные.

[sdenis2023]

удобней фотовольтаиками - но дороже


вот ещё тема где я активно учавствовал https://electrotransport.ru/index.php?topic=16967.0 - возможно будет интересно вам 

[sdenis2023]

12 Вольт для ключей где планируете брать?

[sdenis2023]

есть ещё гальванически развязанные модули дс-дс типа BS0505

[Яков93]

12 Вольт для ключей где планируете брать?

Со входа DC-DC.

[sdenis2023]

Со входа DC-DC.

пардон - схему просмотрел внимательней - всё понял)

[sdenis2023]

ещё добавить пару ключей по 4.2 Вольтой цепи и тогда можно во втором цикле замерять напряжение на параллелях

[yurgen]

проект конечно впечатляющий,
но имхо дело не в нем .
Дело в ячейках, с ними что то не в порядке.
Если ячейке постоянно  требуется подзарядка то она явно бракована.
Вы ее ( их)  тестировали на емкость,саморазряд, способность удерживать 4,2 В продолжительное время ?

[usavich]

Бааа... какие люди yurgen прав - что-то не так с батареей. Для начала лучше всего проверить емкость каждой параллели и ток утечки бмс. Если после этого желание поприседать не пропало, обозначу первый подводный камень - 13s. Выбор/цена полупроводников с рабочим напряжением >40В могут похоронить эту затею на стадии прототипа.

[Яков93]

ещё добавить пару ключей по 4.2 Вольтой цепи и тогда можно во втором цикле замерять напряжение на параллелях

Мне нужны будут еще ключи чтобы менять полярность подключения DC-DC. Т.к. если нужно подключить например Bat2 то на стоках мосфетов Q3-Q4 будет плюс, а если подключить Bat1 то на тех же мосфетах будет минус. Пока есть мысль переключать DC-DC по мостовой схеме, как делают например для изменения полярности электромоторов.

Если на выводе D2 низкий уровень открыты Q11 и Q10, на ключи Q3-Q4 приходит минус, на Q1-Q2 плюс 4,2В. Можно зарядить Bat1 (открываем ключи Q1-Q2, Q3-Q4) или Bat3 (открываем ключи Q5-Q6, Q7-Q8).
Если на выводе D2 высокий уровень, открыты ключи Q9 и Q12, на ключи Q3-Q4 приходит плюс 4,2В, на Q1-Q2 минус. Можно зарядить Bat2 (открываем ключи Q5-Q6, Q3-Q4).

В итоге на пути тока от DC-DC к ячейке будет уже 3 последовательно включенных мосфета, что не очень хорошо в плане нагрева. Если поставить в эту цепочку еще ключ просто полностью отрубающий DC будет уже 4 последовательно включенных мосфета, что мне представляется каким-то печальным.
Но отрубать DC-DC для измерения напряжения нужно, это факт. Пока планирую просто отключать генерацию DC-DC через штатный вывод FB дисишки.

[Яков93]

обозначу первый подводный камень - 13s. Выбор/цена полупроводников с рабочим напряжением >40В могут похоронить эту затею на стадии прототипа.

Не вижу в каком месте здесь могут понадобиться полупроводники >40В. Всё должно работать на напряжениях 4,2-12 В. Таких полупроводников у меня полно.

[usavich]

Попробуй нарисовать все 13 параллелей и проверить, какое напряжение будет на крайних(1 и 13) комплектах при всех возможных состояниях. И мост тоже.

[Яков93]

Попробуй нарисовать все 13 параллелей и проверить, какое напряжение будет на крайних(1 и 13) комплектах при всех возможных состояниях. И мост тоже.

Да, вопрос интересный, надо будет значит обратить внимание на VDS мосфетов коммутирующих ячейки. Но мосфеты на мосту ни в каком случае не могут получить напряжение исток-сток больше 4,2В. Ну мне так пока кажется.
Интересно, а то что мосфеты стоят парами последовательно не делит между ними напряжение?

[usavich]

Чтобы напряжение делилось, надо добавить делитель со всеми вытекающими. В самом плохом случае на мост попадет полное напряжение батареи.