Активный балансир для аккумуляторов

[Рыбак58]

Уважаемые форумчане!
Перечитал много материала на данную тему и здесь на форуме и на других форумах и сайтах.
Пришел к выводу,что ничего хорошего из дешевого нет.Да и дорогое не всегда устраивает. Или малый ток балансировки,или балансировка происходит только в конечной фазе зарядки.Вот решил создать свой активный балансир.
Большинство балансиров работают в конце зарядки аккумулятора и не успевают до конца сбалансировать банки.В большинстве случаев (классика) балансировка происходит по принципу шунтирования заряженной банки сопротивлением,что в конечном итоге не дает гарантии ее перезаряда.При этом выделяется значительное количество тепла.Вот и подумалось,а что если вместо шунтирующего резистора поставить повышающий преобразователь.
Как только напряжение на банке становится выше верхнего порога 4,1 - 4,2 вольта включается не шунтирующий резистор,а DC-DC повышающий преобразователь запитанный от данной банки. Своим током потребления он будет разряжать данную банку,не давая ей перезарядиться.В качестве повышающего преобразователя был выбран МТ3608 в свяэи с его простотой,доступностью малыми габаритами и невысокой ценой.
Управление балансировкой осуществляется без всяких микроконтроллеров в автоматическом режиме в течении всего периода зарядки.Таким образом процесс балансировки растянут во времени и не требуются большие токи.В реальности за каждый час зарядки можно перекачать до 1А*часа.
Ну а теперь посмотрим на схему.Она состоит из двух частей.Первая часть это блок управления, вторая - блок преобразователей.
В блоке управления формируются два источника образцового напряжения.Один на 4,1 - 4,2 вольта,второй ,выполненный на делителе,вырабатывает среднее напряжение на банке аккумулятора.U среднее.
Напряжение каждой банки получаем на выходе дифференциальных усилит.елей LM324.А дальше стоит два компаратора которые сравнивают напряжение каждой банки со средним напряжением и с максимальным напряжением заряда.Как только напряжение на банке становится больше U среднее или U максимальное,срабатывает соответствующий компаратор и включает соответствующий DC-DC преобразователь,тем самым разряжая убегающую вперед банку до уровня  U среднее или U максимальное.
Вот и вся электроника с автоматикой.
А вот с DC-DC преобразователем придется повозиться.
Во первых он должен быть гальванически развязанным.
Вторая проблема возникла в том,как осуществить регулировку выходного напряжения от 18 вольт до 30 вольт и не превысить выходной ток микросхемы при входном напряжении от 2,5 вольт до 4,2 вольта. Для увеличения КПД выходное напряжение было выбрано 5 вольт. При этом КПД составляет от 85 до 90 %. И соответственно микросхема мало греется.Напряжение всей батареи получается увеличением витков во вторичной обмотке.При этом выходной ток мы не контролируем,но он нам и не нужен.Контроль по току осуществляется по входному току микросхемы.Сигнал с шунта 0,06 ом снимается микросхемой MCP6001, заодно и усиливается в 10раз.и подается на вход FB преобразователя.Как только ток потребления превысит 1А происходит отключение генерации и тем самым ограничивается ток потребления.Выбрав другой шунт можно в широких пределах ограничить максимально допустимый ток.Максимально по даташиту микросхема выдерживает до 4 ампер,но сильно греется.Поэтому более 1А не рекомендую.
Таким образом происходит полная балансировка батареи на протяжении всей зарядки.

[tmiaer]

 Рыбак58, гладко было на бумаге.
Какой ток потребления схемы в выключенном состоянии? Какая ёмкость батареи?
При включении амперного потребителя на банку на ней просядет напряжение, что изменит картину распределения напряжений. Какой гистерезис у компараторов?
Если есть необходимость в подобных мощных балансирах, значит качество элементов батареи оставляет желать лучшего. А следовательно и сопротивление у них вряд ли одинаковое. Это вызовет перекос напряжений на больших зарядных или разрядных токах, визуально выглядящий как дисбаланс, но им не являющийся. В итоге балансир будет не балансировать, а разбалансировать батарею.

[Рыбак58]

Входы диф. усилителей на ЛМ324 будут подключены к банкам всегда, или?

Всегда.

Какова должна быть точность номиналов резисторов 27к в этих усилителях?

Выходное напряжение = R2/R1*(U2-U1). Точность выходного напряжения составит двойную точность резисторов.Однако подумайте сами, если  чувствительность компаратора составляет 1 - 7 mV ,то никакая точность здесь не выручит.Какая разница?Сработает балансировка при  5 mV разницы потенциалов или при 35 mV ?
Т.е. другими словами - сработает  при 4,105 V или при 4,135 V.

[kor]

    Входы диф. усилителей на ЛМ324 будут подключены к банкам всегда, или?

Всегда.

Тогда банки при простое, хранении, будут постоянно разряжаться довольно большими токами, 1..2..3 миллиампер на вскидку, причем неравномерно, больше всего ток утечки будет у нижней банки.  Обычно у БМС-ок ток потребления от батареи стараются сделать малым, 10-100мка примерно.

[Рыбак58]

При включении амперного потребителя на банку на ней просядет напряжение, что изменит картину распределения напряжений.

Сомневаюсь я однако,что это сильно исказит картину распределения токов.При помощи изменения величины шунта можно всегда задать нужный ток балансира.Схему можно подогнать под любые токи заряда.Если ток заряда составляет 1-2 ампера,то да.А если ток заряда 10 - 20 ампер?
Тут все гибко и относительно.

Какой ток потребления схемы в выключенном состоянии?

0 ампер,т.к. схема включается только во время зарядки.(Реле чуть не правильно нарисовал.)

[Рыбак58]

Тогда банки при простое, хранении, будут постоянно разряжаться довольно большими токами,

Откуда вы это взяли?
Ток потребления микросхемы составляет 700 mkA,а входной делитель на землю дает утечку - 30 вольт/54000 ом = 560 mkA, итого 1,3 mA.
Даже если 1,5 mA, 1,5*24*365=13 А*часов на микросхему в год..Их у меня две..
Если год не заряжать мобилку,то я думаю вы много не поговорите.
Эа любой батареей нужен уход.

[Рыбак58]

Там всего две микросхемы на все 7 банок(можно

[Рыбак58]

Входной ток микросхеиы LM324 составляет  100 nA. В тексте описан принцип работы.

[kor]

Там всего две микросхемы на все 7 банок(можно

Вот эти резисторы по 27к получаются подключены всегда к банкам, это резисторы делителей к ОУ ОР1, ОР2.

[crond]

Очевидно, что земли надо поразводить. И резистор к комплиментарной паре не помешает.
Резистор для ИОН можно и не на 15мА и не на 10 как в даташите, а на 1мА.
 kor,  двадцати семи килоомники ещё добавились, что-то типа "R2"

[Рыбак58]

Вот эти резисторы по 27к

Теперь дошло.Схема пока еще только принципиальная,в железе не делалась.В принципе эти сопротивления можно увеличить вплоть до 1 Мом.

земли надо поразводить. И резистор к комплиментарной паре не помешает

На счет земли и так понятно,что каждая от своей банки,А вот резистор к комплиментарной паре действительно пропустил.Спасибо.

[tmiaer]

На счет земли и так понятно

По схеме непонятно.

[Рыбак58]

Вот исправленная схема

[yurgen]

 Рыбак58, мне интересен момент возникновения вашей идеи , он вызван на основе практических наблюдений над вашей батареей ?
У нее сильный неустранимый обычными ( 100мА балансирами ) расбалланс ?
Или что конкретно вас так беспокоит что результатом стала мысль о активном балансире ?

( Лично моя первая батарея из теслабанок 2014 года , нуждалась в балансировке 1 раз в месяц.
Сейчас у меня новая батарея , пакетики 48АЧ , балансировал их перед сборкой батареи , (соединив все пакетики параллельно , на 3 суток.)
Дык вот , за весь сезон она так не потребовала балансировки , (разброс +\-2мВ.)
Диапазон пользования 3.3 -4.15В на ячейку.

Потребность в активном балансире может оправданно возникнуть , когда ячейки имеют разною емкость.
Но такой балансир должен работать в процессе не только зарядки , но и обязательно в процессе разрядки, что бы поддерживать заряд на самой слабой ячейке в процессе разряда.
Ток при этом должен быть равен ( или почти равен)  току разряда самой батареи.
Что является не такой уж и простой задачей.
ИМХО , дешевле будет заменить уставшую ячейку , чем городить такой балансир.

[crond]

Потребность в активном балансире может оправданно возникнуть , когда ячейки имеют разною емкость.

А так же к этому могут добавиться ячейки с саморазрядом, именно он ещё большее зло чем ячейки с разнящейся ёмкостью.

[yurgen]

саморазрядом

Я бы такие сразу выбрасывал.
Неизвестно что ждать от них , вплоть до разогрева и цепной реакции с пожаром .
Была у меня одна такая , 18650 , от БУ от ноутбучного аккума.
До 4 В ведет себя нормально , а при попытке зарядить ее больше чем 4 В начинается сильный разогрев.
При отсоеденении от зарядки напруга быстро снижается до тех же 4 В .

[Рыбак58]

мне интересен момент возникновения вашей идеи

Идея пришла в голову когда начал изучать отзывы о новых литий полимерных аккумуляторах.У них разброс емкости может составлять до 1 А*часа(при собственной емкости в 15 - 20 А*часов)..Возможности проверить и подобрать по емкости и внутреннему сопротивлению при покупке у меня нет.
Да вы правы,пока все новое,все работает и так.Но если разброс емкости в банках до 1 А*часа,то это потеря емкости всей батареи.А если одна из банок потеряет в емкости 2 - 3 А*часа? Это всего 10% от всей емкости и 90% ведь рабочие. И выкинуть жалко и 10% общего пробега терять не охота.

такой балансир должен работать в процессе не только зарядки , но и обязательно в
процессе разрядки, что бы поддерживать заряд на самой слабой ячейке в процессе разряда

Этот момент тоже разработал просто не стал сразу все выкладывать.Пока захотелось услышать мнения и критику по данной части схемы.

Ток при этом должен быть равен ( или почти равен)  току разряда самой батареи.
Что является не такой уж и простой задачей.

А вот здесь я не согласен.Балансир будет работать постоянно и нам необходимо будет перекачать не всю емкость банки,а только разницу между емкостями.То есть всего 2 - 3 А за весь цикл разрядки.Величина тока балансировки абсолютно не зависит от обшей емкости батареи.

[crond]

 Рыбак58, я этого не писал! Цитируйте пожалуйста точнее!