Несколько BMS и общий контроллер

[Рустам.М]

Глупый вопрос, только начинаю разбираться. Стоит задача собрать аккумулятор из батарей 18650 (3.7 В, 3Ач)  на 72В, 48Ач. С пиковым разрядом 3С (то есть 144А).
Получается 20S16P (20 последовательных батарей, 16  параллельных).


Должна быть возможность контроля и управления зарядом/ разрядом через контроллер.

Не пойму зачем искать дорогие  громоздкие BMS?


Вопрос 1 Недостаточно собирать батарею из параллельно подключенных сборок, каждая из которых состоит из последовательно подключенных батарей в режиме разряда и управляемая BMS? В режиме заряда параллельный заряд. контроль заряда каждой отдельной батареи 18650.

Например, для аккумулятора 72V  48Аh  скомпонованных из батарей 18650 3.7В 3Аh - это сборки по 20 последовательных батарей  20S BMS. Всего 16 сборок подключенных  паралельно.  То есть 16 недорогих BMSок.  Всего 320 батарей.
Выйдет из строя одна BMS не страшно, а одна громоздкая уже печаль.

Правда, нужен ещё общий контроллер , централизованно  управляющий  отдельными BMS. Но он в любом случае будет.
То есть у BMS должен быть интерфейс подключения к простейшему  контроллеру.
С контроллером  разберемся, нужен интерфейс /протокол управления BMS.

Вопрос 2. Существуют подобные готовые решения ?

[илс]

 Рустам.М, Не надо называть элементы (ячейки)  батареей. Это крайне неграмотно. 
Что касается экономии, то ее не будет, наоборот одна общая БМСска окажется дешевле 16ти.
Насчет контроллера управления...не понял...зачем он вам нужен?

В мощных батареях нужно минимизировать число шунтов и силовых транзиков. Т.к. это нагрев, потери и просадка.
Собирайте на одной (качественной) БМС, не изобретайте велосипед.

16 отд. Бмс придется делать на высоковольтных ключах, т.е. готовые не подойдут, их пробьет обратным напряжением. 

[Рустам.М]

 Рустам.М, Не надо называть элементы (ячейки)  батареей. Это крайне неграмотно. 
Что касается экономии, то ее не будет, наоборот одна общая БМСска окажется дешевле 16ти.
Насчет контроллера управления...не понял...зачем он вам нужен?

В мощных батареях нужно минимизировать число шунтов и силовых транзиков. Т.к. это нагрев, потери и просадка.
Собирайте на одной (качественной) БМС, не изобретайте велосипед.

16 отд. Бмс придется делать на высоковольтных ключах, т.е. готовые не подойдут, их пробьет обратным напряжением. 

Спасибо за ответ.
320 ячеек. Существует одна 20S16P BMS , способная контролировать каждую отдельную ячейку (320)?  Предложите опции со ссылками, пожалуйста.
В Tesla например, у каждой отдельной ячейки свой мини-BMS.
Если BMS не успеет контролировать заряд каждой отдельной ячейки, то это профанация основной функции BMS.

Контроллер нужен ввиду задачи. Периодически нужно переключать батарею  из режима разряда в заряд, контролировать ограничивать скорость разряда (максимальную силу тока),  смотреть на дисплее сколько заряда осталось, какой ток заряда, увеличивать скорость заряда Fast charging, ограничивать входной ток.

[илс]

Спасибо за ответ.
В Tesla например, у каждой отдельной ячейки свой мини-BMS.

Ячейки или...элемента?
Напомню, ячейка может состоять из неск. элементов. Поэтому пользуйтесь точной терминологией, иначе буду непонятки. И сами запутайтесь и других запутайте.
===
Насчет Теслы. Я видел фото их батарей. МиниБМС у каждого элемента - не видел. Если не ошибаюсь, там стоит много термодатчиков, это совершенно другая тема.
Как вариант, можете сразу купить элементы с встроенной БМС в торце. Только так никто не собирает батареи. Т.к. эти мини БМС не держат большие токи, будут создавать адскую просадку и конечно быстро сгорят, при первом аварийном отключении (размыкании) цепи. 

[Рустам.М]

Ячейки или...элемента?
Напомню, ячейка может состоять из неск. элементов. Поэтому пользуйтесь точной терминологией, иначе буду непонятки. И сами запутайтесь и других запутайте.
===
Насчет Теслы. Я видел фото их батарей. МиниБМС у каждого элемента - не видел. Если не ошибаюсь, там стоит много термодатчиков, это совершенно другая тема.
Как вариант, можете сразу купить элементы с встроенной БМС в торце. Только так никто не собирает батареи. Т.к. эти мини БМС не держат большие токи, будут создавать адскую просадку и конечно быстро сгорят, при первом аварийном отключении (размыкании) цепи. 

Опять комментарий не о чем.
Если нет дельных решений, просьба не комментировать. Зачем мини-бмс большой ток? Сгорит может все, что угодно. Опять же Вы рекомендуете общую бмс , дайте ссылку на спецификацию.

[yurgen]

По поводу БМС Теслы ,

 

В Tesla например, у каждой отдельной ячейки свой мини-BMS

У Теслы  это называется "модуль", он состоит из 444 элемента 18650, в конфигурации
 6s74p.
Кроме того , эта БМС имеет только цепи баласировки , контроль Т* ,  и мозги.
Силовая часть ( мощные зарядные\разрядные ключи ,  контакторы ... ) вынесена за пределы этой платки.

дайте ссылку на спецификацию.

Одной из лучших и не дорогих  есть БСМ от Дрима ,  почитайте его ветку , много станет понятным.

[илс]

Опять комментарий не о чем.

Хех, я же (пока) не заявлял, что тема ниачем. 
Поймите, вы не первый, кто хочет защитить ячейки от потенциальной гибели за счет хитрожопых решений.
Но...нет таких. И не будет. Т.к. стоимость и сложность реализации сводит на нет экономический эффект от такого решения
=====
За последние 10 лет я собрал и эксплуатирую почти с  десяток разнообразных батарей. Все с общей БМС. Ещё ни в одной не умерли ячейки. Что делаю не так? 

[tmiaer]

Спасибо за ответ.
320 ячеек. Существует одна 20S16P BMS , способная контролировать каждую отдельную ячейку (320)?  Предложите опции со ссылками, пожалуйста.

На каждом элементе в одной параллели напряжение одинаковое. По определению. Контролировать его на всех 16-ти, 20-ти, да хоть 120-ти элементах, если они соединены параллельно, не имеет никакого физического смысла.
Поэтому BMS существует только на 20S, а не на 20S16P, так как количество параллельных элементов (банок) и их ёмкость ей безразлична.

В Tesla например, у каждой отдельной ячейки свой мини-BMS.

В тесле блоки 6S74P или чуть больше P в новых версиях. На каждом блоке стоит плата на, внимание, 6S. Подключающаяся к сборке всего 7-ю проводами. Без всяких пэ.
И два термодатчика на все 400+ банок.

[tmiaer]

Может быть смотреть в сторону элементов фирмы Кипповер, которые в большинстве моделей имеют встроенную плату защиты?
Т.е., сколько бы банок не было в каждой ячейке, а практически каждый элемент ужЕ будет иметь своеобразную внутреннюю микро-бмс-ку.

1. Сопротивление платы защиты сравнимо с сопротивлением банки (40-60мОм). Т.е. это 2х к сопротивлению и нагреву всей батареи.
2. Последовательное соединение элементов с такими платами допустимо только в батареях с напряжением ниже 20вольт. Лучше с запасом ниже. Я бы больше двух не соединял.
3. Цена элементов с этими платами раза в полтора больше.
4. Для подключения этой платы используется тонкая лента, которая тянется от плюсового вывода к нижнему торцу между двумя слоями термоусадки. А это - минус к безопасности. Лишние близкорасположенные разнопотенциальные проводники. Особенно в районе плюсового контакта.

[Рустам.М]

На каждом элементе в одной параллели напряжение одинаковое. По определению. Контролировать его на всех 16-ти, 20-ти, да хоть 120-ти элементах, если они соединены параллельно, не имеет никакого физического смысла.
Поэтому BMS существует только на 20S, а не на 20S16P, так как количество параллельных элементов (банок) и их ёмкость ей безразлична.В тесле блоки 6S74P или чуть больше P в новых версиях. На каждом блоке стоит плата на, внимание, 6S. Подключающаяся к сборке всего 7-ю проводами. Без всяких пэ.
И два термодатчика на все 400+ банок.

С терминами позже. В английском языке все проще18650 - этo battery cell (это есть ячейка).  Просьба предлагать конкретные решения со ссылками. Лучше сравнивать решения.

Откуда такие выводы, что параллельно подключенные baterry cell  не надо контролировать?!
a) Соедините 20 cells, дайте нагрузку на час и посмотрите степень разряда каждой отдельной battery cell.

b) Какую разность потенциалов вы подадите на цепочку из 20 battery cells (каждая номинальным напряжением) 3.7 V? В какую точку цепи подадите к первому ряду baterry cells или в центре  
Как Вы думаете какова будет скорость заряда 10, 20, 100 параллельно соединенных cells?

Не зря Maxwell, Tesla, Nissan используют умный заряд и заряд и для  параллельно соединенных сборок baterry cell.
Конечно, можно батареи будет работать и с самой простой bms, только
вы никогда не узнаете насколько эффективно используется ресурс каждой отдельной baterry cell, ну и самое главное о Fast charging можете забыть.

Глупый вопрос: получается типичная  BMS , скажем 20S доя мотобайка, в режиме   заряда   контролирует каждую  отдельную S, и ей все равно сколько параллельных baterry cells в цепочке, верно?


=====
Не по теме: если зреть выше бывают smart bms  способные менять последовательные связи в параллельные и наоборот, в зависимости от команды контроллера на необходимую нагрузку. Отключать включать отдельные модули, т.е. отдельные модули могут разряжаться и заряжаться одновременно и т. п.
======
"Если бы я спросил людей, чего они хотят, они бы попросили более быструю лошадь.“ - Генри Форд.
все еще надеюсь, что есть новаторы, которые ищут оптимальные и эффективные решения.  Я к тому, что сейчас все еще можно купить большой PC блок с 8гб оперативы и шустрым процессором или же форм фактор мобильного телефона не уступающего по производительности и выигрывающего по энергоэффективности.
Будет работать и то, и другое.

[илс]

 Рустам.М, в английском не проще. термины  - это оч. важно, если вы хотите, чтобы корректно понимали вас, а вы - других.
Ячейка  - неудачный термин.
Т.к. может состоять из одного элемента, а может из группы элементов. Для темы обсуждения - это принципиальный момент.
===
Насчет емкости и потенциала ячейки - все просто. Потенциал  - одинаковый. а емкость (отдельных элементов) может быть разной...это так.
Индивидуальные Бмс никак не решат проблемы разной емкости. Это скорее сборщик должен  побеспокоиться о подборе емкости/импеданса.
===
Вы хотите ...что? Конкретно?
Выжимать из батареи максимум? Или защитить ее максимально?
Определитесь в хотелках...по каждой из них можно поговорить...развернуто. 

[tmiaer]

Откуда такие выводы, что параллельно подключенные baterry cell  не надо контролировать?!
a) Соедините 20 cells, дайте нагрузку на час и посмотрите степень разряда каждой отдельной battery cell.

На них будет одинаковое напряжение. При прочих равных - это одинаковый уровень заряда.

b) Какую разность потенциалов вы подадите на цепочку из 20 battery cells (каждая номинальным напряжением) 3.7 V? В какую точку цепи подадите к первому ряду baterry cells или в центре  

Цепочка - это последовательное соединение или параллельное?

Как Вы думаете какова будет скорость заряда 10, 20, 100 параллельно соединенных cells?

Пропорционально ёмкости.

Не зря Maxwell, Tesla, Nissan используют умный заряд и заряд и для  параллельно соединенных сборок baterry cell.

Нет там ничего "умного". Никакого контроля индивидуальных ячеек. Только контроль единой параллели.
Медленный заряд (<0.5C) - стандартный CC/CV у всех.
Быстрый - в случае теслы там уже не CC, а плавно снижающийся ток по мере роста уровня заряда, но это никакого отношения к параллельным элементам не имеет. Ровно такой же алгоритм будет для быстрого заряда одной единственной банки.
Плюс контроль температуры и корректировка тока в зависимости от неё. Это, пожалуй, самое умное, что там есть.

Загадка

Вот модуль, устанавливающийся на блок 6S74P. Найди на плате куда к нему подключаются все 444 ячейки в индивидуальном порядке.

вы никогда не узнаете насколько эффективно используется ресурс каждой отдельной baterry cell, ну и самое главное о Fast charging можете забыть.

Для быстрой зарядки ключевой момент - температура.

Глупый вопрос: получается типичная  BMS , скажем 20S доя мотобайка, в режиме   заряда   контролирует каждую  отдельную S, и ей все равно сколько параллельных baterry cells в цепочке, верно?

Да. Для любой батареи. Абсолютно всё-равно.

Не по теме: если зреть выше бывают smart bms  способные менять последовательные связи в параллельные и наоборот, в зависимости от команды контроллера на необходимую нагрузку. Отключать включать отдельные модули, т.е. отдельные модули могут разряжаться и заряжаться одновременно и т. п.

Не бывает. Это нецелесообразно ни по каким параметрам. Экспериментальный колхоз не в счёт.

[илс]

Нет там ничего "умного". Никакого контроля индивидуальных ячеек. Только контроль единой параллели.
Медленный заряд (<0.5C) - стандартный CC/CV у всех.
Быстрый - в случае теслы там уже не CC, а плавно снижающийся ток по мере роста уровня заряда, но это никакого отношения к параллельным элементам не имеет. Ровно такой же алгоритм будет для быстрого заряда одной единственной банки.
Плюс контроль температуры и корректировка тока в зависимости от неё. Это, пожалуй, самое умное, что там есть.

Уточню этот момент. Из того, что читал и слышал.

В целом - верно, температура - это главный критерий. Инженеры Теслы обнаружили, что кривая роста температуры зависит от заряда элемента. А может просто речь идет о теплоемкости. 
Факт тот, что на низком заряде можно вкачивать раза в два больше стандартного. А после 50-60% ток снижают до стандартного, а вот фазу CV сократить проблематично, ее имеет смысл пропускать и ехать ...дальше. 

[tmiaer]

Уточню этот момент. Из того, что читал и слышал.

В целом - верно, температура - это главный критерий. Инженеры Теслы обнаружили, что кривая роста температуры зависит от заряда элемента. А может просто речь идет о теплоемкости. 
Факт тот, что на низком заряде можно вкачивать раза в два больше стандартного. А после 50-60% ток снижают до стандартного, а вот фазу CV сократить проблематично, ее имеет смысл пропускать и ехать ...дальше. 

Там речь не о теплоёмкости и температуре как таковой, а о способности самой химии переваривать большой ток, пока она голодная. Много места для ионов в кристаллической решётке, грубо говоря, и нет проблем с их корректным встраиванием.

Причём от температуры зависимость даже обратная. Т.е. горячую батарейку (скажем, 40-45 градусов) можно заряжать бОльшим током, чем холодную (даже комнатные 25). Ионы быстрее бегают и легче занимают свои места, не толпясь на проходе в виде дендритов, я так подозреваю)
В общем-то этот факт - прямой родственник того, что батарейки нельзя заряжать при отрицательной температуре. На самом деле можно, но очень малым током. Мне где-то попадался график зависимости предельного тока заряда от температуры элемента. И там нет как таковой ступеньки, что до нуля заряжать нельзя, после нуля можно. Там есть плавно растущая кривая, которая начинается в районе отрицательных температур с токами чуть ли не ниже 0.01С, и продолжающая расти вплоть до предельной температуры.

[Рустам.М]

Не убедили, что нет значения сколько battery cell  в параллели.
Математика простая. Допустим имеем 100 штук в параллельном соединении 3,7 В 3Ач. Какую силу тока (заряда в секунду) необходимо обеспечить, чтобы зарядить все battery cell за 3ч? Ответ:  3Ач*100шт/3ч=100A!!!
Каким образом общий проводник способен обеспечить такой ток при напряжении 5В (заряд) ??? Вывод: Чем больше battery cell в параллели, тем медленнее и неравномернее будет заряд (аналогично разряд).

А теперь посудите, что будет происходить при большой нагрузке на параллельную цепочку.  Часть battery cell, расположенных ближе к контактам BMS будут разряжаться быстрее, напряжение у них будет падать, у battery cell подальше от нагрузки будет напряжение выше, а соответственно, часть заряда будет перемещаться в любом случае в батареи с меньшим напряжением, при этом будут протекать ненужные электрохимические реакции с выделением тепла и потерей энергии.

[tmiaer]

Каким образом общий проводник способен обеспечить такой ток при напряжении 5В (заряд) ???

Образом правильного подбора его сопротивления (сечения и материала).

А теперь посудите, что будет происходить при большой нагрузке на параллельную цепочку.  Часть battery cell, расположенных ближе к контактам BMS будут разряжаться быстрее, напряжение у них будет падать, у battery cell подальше от нагрузки будет напряжение выше, а соответственно, часть заряда будет перемещаться в любом случае в батареи с меньшим напряжением, при этом будут протекать ненужные электрохимические реакции с выделением тепла и потерей энергии.

Задам встречный вопрос - каким образом некая мифическая бмс, подключающаяся к каждой из ста этих банок, сможет выровнять эти токи или каким-то иным образом исправить ситуацию, если криворукий разработчик батареи пожалел меди на добротные шины?

[yurgen]

Ни сяовей ли это развлекаетцо
 

[Рустам.М]

Образом правильного подбора его сопротивления (сечения и материала).
Задам встречный вопрос - каким образом некая мифическая бмс, подключающаяся к каждой из ста этих банок, сможет выровнять эти токи или каким-то иным образом исправить ситуацию, если криворукий разработчик батареи пожалел меди на добротные шины?

Вы представляете какой диаметр провода должен быть для каждой параллельной шины из 50-100 Battery cell. для заряда на токах 50-100А? И самое главное - как обеспечить такой ток при DC напряжении  4+В ? Это невозможно, пока Вы приведете пример реализации. Да и при таком токе заряда - для литиевых батарей это пороховая бочка.
Видимо, поэтому и горят часто bms, что потребители ведутся на маркетинговую инфу китайскую.
Если посмотреть на провода bms (каждого s) , то номинальная  нагруза не более 10А. Поэтому и стоит вопрос об использовании нескольких Bms, скажем , не более 5 Battery cell в параллели.

Т.е. Для 20s это 10А  на каждую S итого 200А номинал bms (20S5P). Подумайте какой общий номинал должен быть для 50-100 батарей и какая какая опция выйдет дороже  и менее эффективной.