Da ich gestern oben teilweise Unsinn geschrieben habe, hier eine etwas detaillierte Aufschlüsselung:
Nach dem Abschalten eines Pack-BMS in einem seriellen String solcher Packs können unterschiedliche Zustände vorliegen:
Wenn z.B. acht 50 V Packs seriell an einem 400 V Zwischenkreis ( der auch unabhängig von der Batterie bestromt und grob geregelt ist ) hängen und nun bei einem Pack das BMS getrennt hat ( das transiente Verhalten wird hier ignoriert),
liegt an diesem Schalter zunächst eine Spannung von 0 V an, die Packanschlüsse diese Packs haben eine Spannung von +50 V.
Wurde die Batterie während des Abschaltens geladen und beendet der Laderegler das Laden nicht sofort, so wird die Spannung im "400V-Zwischenkreis" z.B. auf 430 V ansteigen.
Am Schalter des BMS liegt nun eine Sapnnung von +30 V an, an den Packanschlüssen dieses Packs +80 V.
Wenn die Zwischenkreis Spannung weiter steigt, würden irgendwann die typischen 100 V Vds_max der MOSFETs in einem 48 V BMS erreicht.
-> der WR müßte also in der Lage sein, bei einem solch schnellen Ansteigen der Zwischenkreispannung das Laden schnell zu beenden.
Fällt allerdings die Zwischenkreisspannung ( z.B. weil das beteiligte Schaltnetzteil deaktiviert wird ) sieht es anders aus:
Ist die Zwischenkreisspannung z.B. bei 0 V angekommen,
liegt an den Packanschlüssen des einen Packs eine Spannung von -7 * 50 V = - 350 V an.
Der Schalter sieht dann sogar die vollen -8 * 50 V = - 400 V
Dies ist also der wirklich kritische Fall.
Da beim Abfallen der Zwischenkreisspannung die Spannung an den Packanschlüssen des einen Packs von 50 V kontinuierlich auf - 350 V ( dabei die Spannung des BMS-Schalters von 0 auf -400V ) fällt, kann man folgendes machen:
Sobald die Spannung am Pack ~ bei 0 V liegt, schließt man mit einem weiteren FET die Pack-Anschlüsse des BMS kurz. Damit wird dieser Pack dann quasi virtuell aus der Gesamtbatterie entfernt und der Trennschalter des Packs sieht nie mehr ( streng genommen weniger ) als - 50 V.
Diese spezielle Variation eines LV-BMS wollte ich damals für meine HV-Batterie nutzen ( davon gibt es sogar Prototypen )
Wenn mehrere Pack-BMS mehr oder weniger gleichzeitig trennen, kann jedes BMS dies unabhängig durchführen.
Durch die Body-Diode des Überbrückungs-FET ist das zeitliche Aktivieren des Überbrückungs-FET ziemlich unkritisch.
Hallo
Der Grund zu deinem Verständnisproblem ist, das du annimmst, das du es mit Gleichspannung zu tun hast.
Das stimmt aber nur im Regelbetrieb.
Im Abschaltmoment hast du eine Spannungsänderung im Hochstromleiter. Dadurch erzeugst du induzierte Ströme und Spannungen. Die können aber auf zusammen liegende Leiter überkoppeln, wie bei einem Trafo. Wenn du dir mal den Schwingungsverlauf so eines Schaltvorgangs ansiehst, dann erkennst du die Quelle der Überspannung.
Alle aktiven Bauelemente mit geringerer Spannungsfestigkeit, werden durch einen solchen Impuls zerstört.
mit freundlichen Grüßen
Thomas
Da möchte ich widersprechen. Es mag sein, das solche Spannungen entstehen, das ist aber nicht der Punkt. Es entsteht beim öffnen eines Stromkreises, egal an welcher Stelle und womit, eine Spannung, die genau der gesamtspannung im Kreis ist. Und wenn das ein DC Kreis ist, ist das eine DC Spannung.
Da mögen Schwingungen überlagert Verein, aber die Spannung steht.
Und das ist auch die Spannung, die die Lichtbogen zündet... Wenn du beispielsweise im String einen Stecker öffnest.
Hallo Carolus
Diese Annahme ist falsch, weil sie die Selbstinduktion des Leiters ignoriert.
Die im Leiter gespeicherte magnetische Energie muss beim Abschalten irgendwo hin. Sie erzeugt einen Spannungsimpuls, der höher ist als die DC Spannung.
Dazu gibt es sogar einen Versuch:
mit freundlichen Grüßen
Thomas
Dann Lies nochmal , was ich geschrieben haben. Ich habe die induktiven Effekte nicht negierd. Aber sie hangen von Schaltungseigenschaften, Leiterlänge ,Magnetmaterial und Flankensteilheit ab. Können als große,oder klein, oder lang, oder kurz sein.
Der DC Anteil steht und bleibt stehen, und wenn der induktive Anteil den kostet nicht zerstört hat, wird DC es tun.
Was du mir aber beantworten solltest: warum hält der normale mostlfet in einem 16s die induktiven Spannungen, auf der Leitung entstehen, aus?
Ich würde mich nicht wundern, bei den großen Kondensatoren im Wandlereingang, wenn Wandlerlastkreise kapazitiv sind, nicht induktiv.
Du hast in einer Beziehung recht: ich gehe von Lastkreisen aus, in denen die Akkus die hauptvspaungsquelle sind. Während des ladens steht dem Akku die Spannung die Ladespannung entgegen, und damit würde ein öffnender mosfet nur die Differenz zwischen beiden sehen. Und das ggf gerade überleben.
Das willst du schnell genug für genügend Strom machen? Interessanter plan.
Aber einer der imho in keinem käuflichen BMS drin ist.
Oder irre ich da?
Durch die Body-Diode des FETs passiert das Begrenzen auf ~ -1 V sogar völlig automatisch. Der FET muss/sollte nur durchgesteuert werden, bevor es wieder einen Ladestrom in den Batteriestack gibt und damit die Diode ein Reverse-Recovery durchläuft.
Ganz davon abgesehen scheinen hier viele zu unterschätzen, wie schnell man MOSFETs schalten kann:
Die 100V Fets, die typischerweise in einem 48V BMS verbaut sind, könnte man ( wenn man das wollen würde ) in ~ 10 - 20 ns ausschalten.
650 V SiC FETs können in kleiner 10 ns ausschalten.
650 V GAN FETs in < 5 ns, 100 V GAN FETs noch schneller.
Nicht das ich wüßte.
Mir wäre aber auch nicht bekannt, dass es ein kommerzielles HV-Batteriesystem gäbe, das mit kaskadierten LV-Schaltern arbeitet.
Da das vermutlich nicht intuitiv ist:
Sobald ein solcher FET bzw eine solche Diode vorhanden ist, würden für den Fall, dass nur einer von 8 Packs trennt, die Elkos am Batterie-Port des Ladereglers auf die Spannung der verbleibenden 7 Packs begrenzt ( aber nur für die Entladerichtung der Batterie!). Die Elkos könnten sich also garnicht mehr bis auf 0 V entladen. Erst wenn weitere Packs trennen, würde das Ganze in 50 V Schritten immer weiter runter gehen.
Das / die Bodydiode/ begrenzt die Spannung in der "negativen" Strom (spannungs)srichtung des Fet.
Die reine dc Spannung in einem aufgetrennten Lastkreis ist aber nicht in negativer Richtung. Deswegen rede ich nicht von den Schwingungen die möglicherweise da sind. Der reine DC Anteil genügt, um den fet zu erledigen.
Mit Schwingungen und induktiven schaltspitzen kann man den fet auch dann erledigen, wenn man keine Reihenschaltung von BMS hat. Im einfachen 16s System. Das ist beispielsweise ein Grund, warum man das BMS nicht als Betriebsschalter ( z.b. bequeme Lade-Begrenzung) benutzt, sonder nur als Not- Abschaltung. Das Thema kommt ja regelmäßig wieder.
Hallo Carolus
Der Beweis muss erst noch geführt werden, ob die Mosfets des BMS im einzelnen Fall den Spannungsimpuls überstehen, wenn sie wegen Überstrom abschalten.
Denn je höher der abzuschaltende Strom ist, desto stärker ist das kollabierende Magnetfeld auf den Kabeln und um so höher die induzierte Spannung.
Andy Klein hat das mal mit einem JK BMS demonstriert:
mit freundlichen Grüßen
Thomas
Ich sagte jetzt schon mehrmals, das dieser Effekt möglich ist. Aber je Nach beteiligter Induktivität nicht zwingend.Und bekannt ist mir sowas seit geschätzten 60 Jahren. Das Andy sowas "bewiesen" hat ist ja total nett, aber unnötig. Weil er regelmäßig in merkwürdigen Versuchen Dinge beweist, die garkeinen Beweis benötigen.
Und ich sagte, dass die in diesem Falle 400 V die mosfets mit kleinerer Maximalspannung zwingend erledigen.
Ich möchte mein Konzept hier mal an einer konkreten Schaltung verdeutlichen:
(Untersucht wird hier nur der Fall "Stromfluss aus der Batterie heraus!)
Um es nicht unötig unübersichtlich zu machen nur mit 4 seriellen Packs, und nur 2 davon mit Schalter.
S1 mit C5 ( und R5 ) stellen den MOSFET Schalter von Pack4 dar.
S2 mit C7 ( und R6 ) stellen den MOSFET Schalter von Pack3 dar.
U1, U2 sind TVS Dioden um Spannungs-Spikes an S1 zu begrenzen.
U3, U4 sind TVS Dioden um Spannungs-Spikes an S2 zu begrenzen.
D1, D2, D4, D5 sind die Body-Dioden der Kurzschluss-FETs. Die eigentlichen FETs habe ich weggelassen, da sie hier garnicht relevant sind.
Die Kondensatoren C1, C2, C3, C4 stellen die Batteriezellen der 4 Packs dar.
C6 ist der Eingangskondensator am Batterieport des WR oder MPPT.
L2 repräsentiert die Induktivität von ~ 1m Verkabelung zwischen WR und Batterie
Ab 1 ms nach Simulationstart wird 10 A aus den Batterien entnommen.
Bei 2 ms trennt der Schalter von Pack 4
Bei 10 ms trennt der Schalter von Pack 3
Man sieht wie die Packspannung "V(Vstack2)" [grau] in zwei Rampen jeweils um 50 V fällt.
Die Spannung über dem Schalter von Pack4 ist "V(stack, B4sw)", das Steuersignal zu dem Schalter "V(N001,N002)"
Die Spannung über dem Schalter von Pack3 ist "V(B3p, B3sw)", das Steuersignal zu dem Schalter "V(N004,N005)"
Man erkennt, dass die Spannungen über den Schaltern nie unter -50 V und nie über ~30 V liegen.
Also völlig unkritisch.
Dass es um die Abschaltzeitpunkte kurze Spikes gibt is völlig klar, aber nicht kritisch.
Solche Spikes auf der Zeitskala von us könnte man selbst bei Pulsleistungen von einigen 10 kW mit kleinen SMD TVS Dioden unschädlich machen.
Kritisch wäre nur, wenn man statisch die maximale Spannung der Schalter überschreiten würde. Dabei würden die TVS Dioden dann binnen kürzester Zeit thermisch zerstört und kurz danach dann die MOSFETs.
HV_BMS_v241024d.asc (6.96 KB)
Hier geht viel zu viel durcheinander. Natürlich kommen Impulse, bedingt durch induktivitäten und schnellen Stromänderungen vor. Aber betrachtet das Ganze doch einfach mal mit Gleichstrom: Vier 48V Batterien in Reihe geschaltet, an jedem Minuspol ein Schalter, dem eine 48V/3W Glühlampe parallel geschaltet ist und ein Lastwiderstand von 10 Ohm, der von der Reihenschaltung gespeist wird. Kein Laderegler aktiv, ein Schalter wird wegen Unterspannung einer Zelle abgeschaltet. Was passiert?? Es ist sinnvoll, einen Schaltplan anzufertigen. Die Glühlampe stellt die Spannungsempfindlichkeit eines MosFets dar.
Leider.