Schaltplan active balancer?

Hi Andreas,

die eine Schaltung gibt es nicht.
Kommt ganz auf das Konzept an.
Als Überblick empfehle ich folgendes:
https://wiki.ei.htwg-konstanz.de/_media/professoren_webseiten/rebholz/masterprojekt_felix_dollhopf_aktives_balancing.pdf
Dort das Kapitel "Aktive Balancing-topologien".

Schönen Gruß
Markus

Hi,

danke für den Link - sehr informativ. Hat jemand solch eine Schaltung (z.b. die mit Kondensatoren) schonmal als DIY-Projekt nachgebaut?

... bin gerade dabei.
Einige Teile sind schon da, auf andere warte ich noch.
Gerade bei ICs ist es im Augenblick so, dass vieles, was nicht gerade absolute Standardware ist, schwierig zu beschaffen ist.
Ist allerdings ein anderes Konzept, bei dem auch bei sehr geringen Spannungsdifferenzen mit hohen Strömen zwischen beliebigen Zellen umgeladen werden kann.
Ich werde es hier wohl vorstellen, sobald es funktioniert.

Hi,

welches Prinzip verfolgst Du denn, wenn ich fragen darf? Ich beschäftige mich gedanklich auch schon damit und habe ein Arduino-Netzwerk schon aufgebaut hier stehen. Es geht in kürze also auch praktisch bei mir los

Ist noch etwas früh, da ja noch nichts wirklich funktioniert.
Nur soviel:
Messung der Zellenspannungen nicht über AD-Wandler und Funk, sondern über U/F-Wandler und Optokoppler (nur 1 Bit pro Zelle). Einfacher, genauer, sicherer.
Spannungsermittlung dann über die Frequenzmessung mittels µC. Selbst ein ATmega328p (Arduino Nano oder Micro) schafft es dabei, 16 Einzelzellen gleichzeitig zu messen.
Angenehm dabei ist, dass Fehler des Oszillators des µC zwar Auswirkung auf die Genauigkeit der Absolutwerte haben, aber aufgrund der identischen Torzeit (durch die gleichzeitige Messung) Zellspannungsdifferenzen hochgenau gemessen werden können.
Beim Umladen werden zwei Elkobänke parallel von der spendenden Zelle geladen und dann in Reihe auf die empfangende Zelle geschaltet. Große Spannungsdifferenzen -> große Ströme.
Ich beginne aber erstmal mit der Spannungsmessung. U/F-Wandler sollen diese Woche geliefert werden, Optokoppler und Kleinkram liegen schon hier.

Hey,

das klingt cool. Die Idee die Spannungsmessung über U/F-Wandler zu machen ist neu und frisch - mag ich! Welchen Chip hast Du vor zu nehmen? Auf die schnelle hab ich genug mit 0-5V Eingang gefunden, aber keinen, der eine niedrige Versorgungsspannung hat. Da werde ich definitiv weiter recherchieren - angefixt, danke dafür.

1Bit pro Zelle? 0 oder 1? Meinst Du sicherlich als Frequenz-Signal, oder?

Das Umladen der Ladung via geschalteter Kondensatoren habe ich auch im Kopf - das klingt recht charmant und lässt sich gut skalieren. Wie regelst Du das mit der Spannung bei Reihenschaltung bei "Entladen" der Elkos in die Zelle? Überschreitest Du damit nicht die Maximalspannung der ausgewählten Zelle?

Grüße

Moin,

U->F über AD654
Siehe Seite 7 Figure 9, Eingang über geschalteten Spannungsteiler.
Der AD654 wird mit 5V versorgt.
Ich schalte dazu je Einzelzelle einen Boost-Wandler über Optokoppler und MOSFET zu, der die Versorgungsspannung des AD654 aus den Einzelzellenspannungen (2.5-4V) erzeugt.
Die Wandler mache ich nicht selber, da sie als Modul (MT3608) nur 1.20€ kosten.
Diese benötigen auch keinen extra Ausgang eines übergeordneten µC, da ich den µC zur Frequenzmessung über MOSFET zuschalte (Buck-Wandler 5V Ausgang, versorgt über die Gesamtspannung des Akkus) und mit diesen 5V gleich auch die Optokoppler für 4S (4 in Reihe ohne Widerstand, 1.25V pro Stück, also 5V/4) beschicke, so dass diese auch erst anlaufen, wenn der entsprechende frequenzmessende µC versorgt wird.
Der übergeordnete µC wird ein ATmega2056 Modul werden, da das Umpumpen doch einige Ausgänge erfordert und hier auch das Display angesteuert wird.
Dieser kommt allerdings erst später - Step by Step halt.

1 Bit = Frequenz. Richtig.

Der Teil bis zum Versorgen der AD654 funktioniert bereits auf dem Breadboard.
Allein die AD654 sind noch unterwegs. Ich hoffe auf Lieferung diese Woche.
Sobald die da sind, benötige ich noch 1 Tag für Programmierung/Test des µC (Arduino Micro).
Wenn das läuft, poste ich hier im Forum die erste Version.

Wenn ich die Spannungen der Einzelzellen messen kann, folgt das Umpumpen.

Die Maximalspannung der empfangenden Zellen ist übrigens kein Problem.
Sind zwar dann knapp 7V auf Seiten der Elkos, aber das schlucken die Akkus aufgrund des niedrigen Innenwiderstandes und der Kapazität einfach weg, ohne nur zu zucken.

Schönen Gruß
Markus

Moin,

musste heute erst eine neue Lötstation kaufen. Wie immer, geht alles zur Unzeit kaputt.
Die erste Schaltung funzt erstmal soweit.

Ich musste allerdings die Spannung mit dem Boost-Wandler auf 8V anheben um dann mit einem 7805 wieder runterzukommen, um den AD654 zu versorgen.
Liegt am fiesen Rauschen das Boost-Wandlers.
Ist aber nicht schlimm, da ich die 8V gut nutzen kann, um auch im positiven Pfad (Umladen) n-Kanal-MOSFETs einzusetzen.
Damit vermeide ich höhere Verluste der p-Kanal aufgrund des höheren RDSon und kann beide Gates mit derselben Spannung ansteuern. Spart einen Optokoppler.

Zum Auswerten habe ich jetzt einen ATMega 2560 genommen, da meine Nanos alle nur einen Resonator verbaut hatten, was unschöne Messwertschwankungen ergeben hat.
2560 mit Quarz geht. Dabei wird es auch bleiben, da ja im Endausbau auch noch ein Touch-TFT-Panel und eine zweite Anzeige (e-Ink) im Cockpit versorgt werden müssen.

Ich habe die Versorgung des AD654 nicht mal großartig nachbehandelt (geglättet). Da geht noch etwas.
Der Akku hat gemessene 3.279V.

Das Ergebnis im µC über ein paar Minuten sieht jetzt schon recht vielversprechend aus:

Ich mache jetzt die Versorgung des AD654 noch glatter, bringe die Lade/Entlade-MOSFETs fürs Umpumpen dazu und kann dann die Platine designen und in Auftrag geben.
Bis die Platinen und die Bauelemente da sind, teste ich noch mit dem µC ein wenig rum, so dass ich dann sicher max. 16 Einzelfrequenzen in einem Interrupt messen kann, und auch noch etwas Rechenzeit übrig bleibt.

Schönen Gruß
Markus

Der übergeordnete µC wird ein ATmega2056 Modul werden, da das Umpumpen doch einige Ausgänge erfordert und hier auch das Display angesteuert wird.

Hast Du Dir schon einen ESP32 angeschaut?
- 16-Kanal-ADC Multiplexer (z.B. für 16sNp Reihenschaltung)
- 48 GPIOs (UART, I²C, I²S, Ethernet, CAN, SPI, PWM, PDM, ...)
- Bluetooth, WiFI
- Genug Rechenleistung für integrierten Webserver
- ca. 8,- €

Bei China-Balancern geht der Trend zu einem Ringkern, an den jede Zelle mit einem bidirektionalen DC/DC-Wandler und einer Wicklung angebunden ist.
Dadurch können alle Zellen gleichzeitig Strom liefern bzw. aufnehmen.

Die MosFETs der DC/DC-Wandler können direkt über die GPIOs des ESP32 getaktet werden.

Den integrierten AD-Wandlern gleich welches µC traue ich nicht weiter, als ich sie werfen kann.
Warum sind wohl einzelne (genaue) Wandler deutlich preisintensiver, als ein ganzer µC?
Die 16 Wandler eines µC kann man nicht so ohne weiteres für einen 16s nutzen, da hier Spannungen in einem Bereich von gut 50V abgedeckt werden müssen.
Wenn man jetzt anfängt, das mit Spannungsteilern hinzubasteln, kann man es auch gleich lassen - zu ungenau.
Ich möchte eine genaue und reproduzierbare Spannungsmessung besser 1mV. Das geht gut und preiswert mittels U/F Wandler.

BT, WIFI und Webserver brauche ich nicht, da ich wenig davon halte, zu viel Funk an Bord zu installieren und kein Freund von Smartphone-Bedienung bin.

Der einzige Vorteil bei ESP32 wäre die einfachere Umsetzung auf ein NMEA2000-System (nur für Boote relevant). Das geht aber mit ATMega und wenig Zusatz-HW auch.

Mit den Ringkern-Balancern habe ich mich noch nicht auseinandergesetzt.

Hast du hier schon weitere Ergebnisse?

Was ist denn aus dem Balancer vom Chef geworden. Seit Mo Feb 21, 2022 8:20 pm ist hier tote Hose.

Wo ist der Unterschied zwischen Euren hier und dem vom Chef?

Interessantes Thema.

Was ich dabei spannend finde, wozu der Aufwand, eigene Balancer zu bauen, auch noch aktive, wenn der tatsächliche Bedarf unbekannt, aber erwartungsgemäß ziemlich klein ist?
Um es vorweg zu nehmen, der Grund technisches Interesse ist akzeptabel.

Ich habe selber zu dem Thema einige Ideen, die aber mehr auf die Betriebsweise der Balancer zielen als auf die tatsächliche Hardware.

Ein Neey ist interessant, aber 100€ für schlechte Anschlüsse ist schon happig. Das würde ich gerne verbessern, ordentliche schraubterminals oder SnapIn Buchsen (bis 1.5qmm) dann wäre der interessant.

Ganz ohne Balancer wäre mir nix...