Vorstellung Eigenentwicklung BMS für große 16s LFP Packs - Diskussion

Bei JK noch nicht, aber bei Pylontech bin ich insgesamt über Spannungs/Strommessung auf 800uOhm zwischen Batteriepol und Steckverbinder aussen gekommen. Über 30x10 Sammelschiene bis Multiplus innen 1200 uOhm. Kann das aber noch mal systematisch bei allen 3 im Vergleich nachmessen wenn sie nebeneinander laufen.

Wenn im fernen Deutschland oder gar in Australien etwas abbrennt, scheint es den Chinesen nur insofern zu interessieren, daß sich das in der Szene rumspricht (Basen) weil das sein Geschäft schädigen könnte.

DIN Kabelschuhe für 35mmq gibts bis M10. Sie haben 19mm Breite womit dein Abstand mit 20 gerade so ausreicht.

Hier mal eine kleines Beispiel dafür, warum es notwendig ist hartes Abschalten empirisch zu untersuchen und sich nicht einfach auf die Datenblattangaben zu verlassen:

2020 hat Vishay ( eine Firma mit > 2 Mrd. USD Umsatz, die seit Jahrzehnten MOSFETs herstellt ) neue MOSFETs mit verdächtig gutem Safe-Operating-Area (SOA)-rating auf den Markt gebracht.
Fast 4 Jahre später ist ihnen wohl aufgefallen, dass die MOSFETs die spezifizierten Eigenschaften nicht mal annährend einhalten können.
Die erlaubte Stromstärke für 100 us wurde mal ebenso um mehr als den Faktor 10 reduziert:

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Vishay kenne ich noch von Siliconix. Da gab es früher einige nützliche Exoten. Extra kleine Leckströme oder selbstleitene FETS hatte ich von denen schon. Sie hätten ja gerne ganz IRF für das gekauft was sie selbst nicht hinkriegen. Aber die besseren Teile sind zu Infineon gegangen so daß sie bis heute zwar noch immer gut seriös sind aber weiter nicht die erste Geige spielen.

Die DC Automaten sind zwischenzeitlich unterwegs. Bin gespannt ob sie für das teure Geld was seriöses leisten. Vielleicht haben deine Super Caps genügend Joule um sie auszulösen.

Der ETI Vertreter war gestern da. ETI gibt sich gerade große Mühe im deutschen Elektrogroßhandel unterzukommen. Das Sortiment ist erstaunlich groß. Super Preise auch direkt ab Werk bestellbar. Tausende Artikel ähnlich Siemens, ABB, Legrand usw. Einiges kaufen sie zu, aber vor allem Keramikteile sind ihr Spezialgebiet zur eigenen Fertigung.

Der einpolige NH0 AC Lasttrenngriff für Montageplatte (nicht nur Sicherungshalter) mit 2xM8 kostet ab Werk weniger als 10 Euro! Die DC Ausführung etwa das Doppelte. Die Verluste AC: DC sind 11:9 Watt bei 160A Nennstrom. Bei einem typischen Laststrom dürfte der Unterschied zu einer Spezialsicherung nur irgendwo im Milliwatt Bereich liegen. Man kann zu dem Preis also gut handelsübliche gG/gL AC NH00 Schmelzeinsätze nehmen. Die DC Parameter sind da halt im Datenblatt nicht spezifiziert. Ansonsten sind die aber ähnlich wie bei der DC Ausführung. Die gG/gL Einsätze gibts ab etwa 3 Euro ab Werk. Wenn man davon ausgeht, daß die nie ansprechen sollten, lohnen die Mehrkosten für einen DC Automaten wohl nie. Preislich dürften unter diesen Voraussetzungen auch die Mega-ANL Teile mit viel kleinerem Abschaltvermögen nicht mehr mithalten können. Die von einigen Shops verschiedentlich propagierte EF3 DC Spezial Serie von Adler Electric erkauft sich die kleine Baugröße übrigens mit gut doppelten Verlusten von deutlich über 20 Watt.

Vielleicht kannst du noch ein paar Erläuterungen bezüglich deiner Methode mit dem Spannungsripple 1 Amp 100khz machen? ich nehme an, daß der Strom auf dem Ripple verspätet eingesetzt hat. Damit nicht der Frequenzgang der Stromzange gemessen wird, sollte diese eine ausreichende Bandbreite haben welche vermutlich deutlich 4-stellig kostet.

Auf der vorderen Flanke hätte ich eventuell auch einen verzögerten Strom mit exponentiellem Anstieg erwartet. Allerdings könnte der auch von chemischen Vorgängen in der Batterie verzögert werden. Ein Hinweis auf eine Induktivität wäre dann aber, wenn die hintere Flanke etwa umgekehrt aussieht. Eine Gegen EMK sollte es von einem chemischen Vorgang ja nicht geben. Ist ein solche Vorgehen mit einer derart emulierten Batterie üblich oder hast du dir das selbst ausgedacht?

Nachdem du jetzt offensichtlich zur Ansicht gelangt bist, irgendwie in einem sicheren Bereich des SOA zu sein, könnte man doch auch mal einen Test an einer realen Batterie riskieren? Um gefahrlos einen Kurzschluss zu machen, würde ich an einen fetten Thyristor (Ixys o.ä.) denken. Die sind für spezifizierte Surge Ströme im zweistellen kA Bereich verfügbar und man kriegt auch schon deutlich kleinere TO247 mit Einzelimpulse ausserhalb ihrer Specs praktisch nicht kaputt. Eine 63A Sicherung vom Hausanschluss kriegt man jedenfall ohne irgendwelche Schäden völlig geräuschlos und unspektakulär einfach abgeschmolzen. Eine zusätzliche NH Sicherung oder auch DC Automat sollte bei einem solchen Test dann nicht auslösen, weil der Mosfet lange vor dem Schmelzintegral abschaltet.

Danke dafür.
Das Problem dürfte im Moment eher die Eload sein. Die besteht ja auch aus FETs mit SOA. Die 300A schaffe ich im Moment nur für maximal 1 ms.

NH-Sicherungen von ETI habe ich sogar hier. Der Halter mit Lasttrenngriff zu einem solch attraktiven Kurs ist aber ein guter Tipp.
Für mich ist im DIY ESS Bereich NH bei großen 48 V Batterien, als "last line of defense" eigentlich gesetzt. Ich kenne nichts, was ein besseres Preis-Leistungsverhältnis bieten würde.

Da ich normalerweise eher Leistungselektronik mit Flanken im 10 ns Bereich entwickle, habe ich in der Tat Zugriff auf Stromzangen mit BW bis > 100 MHz.
Das der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung nicht ideal 90° sein würde, ist natürlich klar. Ich habe aber im Vorfeld abgeschätzt, dass das keine relevante Auswirkung auf die Validierung meiner Abschätzung zu der Batterieinduktivität haben würde.
Im Zeitbereich sieht man auch auf den ersten Blick, dass das grob hinkommt:
( blau ist der Strom in 100 mV/A, rot die Spannung )

Die Spannung ist kein sauberer Sinus, weil der Verstärker deutliche harmonische und auch nicht-harmonische Störer produziert. In der Stromkurve sind die schon teilweise rausgefiltert.

Die eigentliche Auswertung erfolgt dann aber im Frequenzbereich.

Du denkst hier "zu sehr" im Zeitbereich.
Unter der Annahme, dass sich das System weitestgehend linear verhält, ist es aber in der Regel effizienter die Auswertung rein im Frequenzbereich zu machen. Dann hat man bei der Grundfrequenz nur noch zwei Amplituden( und eine Phasenverschiebung) und gut. Jedes anständige LCR-Meter dürfte auch so arbeiten.

Es ist in jedem Fall bequemer/effizienter. Ich kann so Parameter wie ESR, ESL der Batterie mit kleinem Aufwand praktisch nach Belieben anpassen. Außerdem ist die zur Verfügung stehende Energie, wenn etwas schief läuft deutlich geringer und alle Umbauten erfolgen komplett spannungslos.

Abschließend werde ich aber definitv auch noch an einem echten Pack testen.
Das wird aber erst mit der neuen HW-Revision des MOSFET-Schalters erfolgen.
Da geht es dann letzlich vorwiegend darum zu verifizieren, wie nah die Realität an dem ist, was ich in der Schaltungssimulation dazu heute bereits sehe.

Außerdem werde ich versuchen den Strombereich, den ich wohldefiniert mit der Eload testen kann, in den Bereich > 1000A hochzusetzen, da es meines Erachtens zur Qualitätskontrolle unerlässlich ist, dass ich eine große Anzahl von Abschaltevents mit kleinem Aufwand in kurzer Zeit durchführen kann.

Der Punkt ist, dass ich den SOA-Angaben in Datenblättern eigentlich grundsätzlich nicht traue. Eine experimentelle Überprüfung mit statistischer Relevanz ( also nicht nur 10 Tests an einer HW ) ist in meinen Augen essentiell.
Da die "thermal instability", die zu den überproportional abnehmenden erlaubten Stromstärken bei zunehmender Pulsdauer führt, im Umkehrschluss aber bedeutet, dass bei kürzeren Pulsen die FETs "robuster" werden, ist glücklicherweise klar, dass man im worst-case schlicht schneller schalten muss. Dadurch dann aber mehr Aufwand mit dem kontrollierten Abbau der induktiven Energie hat.

Das Hässliche ist auch, dass sich jeder FET Type von jedem Hersteller deutlich unterschiedlich verhalten kann, man eine solche Validierung also für jeden Ersatztyp neu durchführen muss.
Das ist bei einem BMS also definitiv ein Dauerthema.

Hier 3 Stück 500um FR4 Prepreg, mittlere Lage mit Sägeblatt 1mm breit bis zur Hälfte einsägen. NTC 402 mit Wrap Drähten direkt anlöten (ich weis, man soll das ja nicht machen und in einer Serienfertigung möchte ich mich damit auch nicht blicken lassen) und dann einlegen - verpressen - fertig.

Gesamtstärke des Sensor-Trenners im üblichen Maß von 1,55mm.
Ich hoffe, daß der NTC beim Anziehen des Batteriepakets dann nicht bricht.
Im Foto gegen das Licht kann man das Innenleben aber nur erahnen.

Was spricht dagegen, einen trenner dicker zu machen?

kosten

Im Prinzip hatte ich mir das genauso vorgestellt.

Nur 0.5 mm für die Innenlage könnte aber Probleme geben:

32 Beiträge wurden in ein existierendes Thema verschoben: Diskussion zum kombinierten 200A MOSFET-Schalter und Shunt

In der Serie müssten man den NTC auf einer 0,5mm starken einseitigen Platine verlöten. Diese darf oben auch mit einer Stiftleiste überstehen, welche dann Board2Board direkt auf einer horizontalen Sammelplatine kontaktiert. Diese geht wiederum über Flachbandkabel zur BMS Platine womit der manuelle Verdrahtungsaufwand für Sensoren und Balancerabgriffe weitgehend wegfallen müsste.
Um den NTC zu isolieren und zu schützen, dann ein 0,8mm FR4 Material mit passender Tasche ausfräsen und aufkleben. Das hat dann auch 300um Luft womit die Bruchgefahr des NTC gebannt wäre. Gesamtstärke dann sogar nur 1,3mm. über einen Eingangsmultiplexer auf der Sammelplatine wäre dann sogar eine Einzelzellenüberwachung möglich ohne daß sich das Haupt BMS hierdurch verteuert. Die Platinen auf dem Pack werden sowieso teuer, ersetzen aber manuelle Handarbeit welche in Stückzahlen lästig und zumindest im Land des Bürgergelds und Mindestlohns noch teurer wird.

Der erste JST Stecker für den Balancer ist erfolgreich angecrimpt. Ohne jetzt mal schon im Vorraus meckern zu wollen: Es ist mit billigen China Zangen machbar aber nicht wirklich der Wunsch. Habe erst mal zwei Kontakte vertrödelt bis es geklappt hat. Probiert mit 0,14mmq Teflon Litze mit da=0,8mm rumliegen. Leitungen mit 0,24mmq PVC Isolierung haben da=1,3mm und funktionieren mit meiner Zange an hinteren und vorderen Ohren auf einen Crimp. 0,14mmq PVC Isolierung hat da=1mm und ist dazwischen. Von der Teflon Litze habe ich 6 Farben weshalb ich diese genommen habe:

  1. Kontakt mit Pinzette in die Zange an Öffnung AWG20 einlegen.
    Immer darauf achten, daß der vordere Kontaktbereich nicht beschädigt wird. Das ist mir gleich am Anfang passiert weshalb der Kontakt futsch war.

  2. Hintere Ohren des Kontakts bei 0,8mm Teflon Isolierung etwa auf die Hälfte kürzen. Sie überlappen sonst doppelt und weichen rechtwinklig nach hinten in Richtung Kabel aus. Möglicherweise ist der Kontakt aber auch für 0,24mmq spezifiziert

  3. Einmal in der AWG 20 Öffnung crimpen. Die Zugentlastung an der Isolierung ist jetzt geschlossen und das Kabel hängt am Kontakt. Die Ohren an der abisolierten Strecke sind aber nur angelegt.

  4. Ein zweites Mal in die AWG28 Öffnung einlegen. Das geht jetzt schon ohne Pinzette weil die Leitung ja schon dranhängt. Dann nochmal crimpen.

  5. Ein Zugtest sollte jetzt ok sein. Man kriegt mit der Zeit etwas Übung so daß es weniger fummelig wird.

Die Aufteilung in 2-3 Platinen hat ja durchaus seine Berechtigung hat. Dafür wird eine Verbindung zwischen den Platinen benötigt, für welche es vermutlich immer ein Vorteil bleiben wird wenn die Kabel in der benötigten Längen individuell an die Montagesituationen angepasst werden können.

Momentan sehe ich als "billige" Alternative nur Flachbandkabel im 50mil Raster für eine Stecker-Stecker Verbindung zwischen zwei Platinen. Die Stiftleisten gibts ja zwischenzeitlich als SMD, aber sie werden 2-reihig aufgrund seitlicher Auswerfhebel kaum auf das vorhandene Layout in den Abmessungen drauf passen. Mindestens die Balancer und Temperatursensoren könnten dabei auf einen einzigen hochpoligen Stecker gelegt werden. Das Flachbandkabel könnte man dann je nach individueller Gruppenanordnung der Zellen in 2x8 oder 4x4 in einen Kabelbaum auftrennen. Momentan gibt es stattdessen zwei gleiche Polzahlen mit Verwechslungsgefahr.

Kleinere Kühlkörper habe ich übrigens immer mit Sekundenkleber aufgeklebt. Maximal bis vielleicht 5 Watt auf einem DIL Gehäuse. Das hat erstaunlich gut und auch langfristig funktioniert. Bei einer Vielzahl Mosfets die beim Löten vielleicht nicht alle ganz genau fluchtend aufschwimmen ist das aber wahrscheinlich schwieriger.

@nimbus4 Zur Sicherheit daß ich beim Anschliessen nichts kaputt mache: Das fette Massekabel zwischen Shunt und Mosfet Platine ist zum Ableiten der Joules aus den Schutzdioden. Es verbindet die beiden V2A Imbusschrauben die auf den Platinen sind. Das wird natürllch nie über den JST oder auch Flachband funktionieren.

Aus Interesse: Welchen Schaltregler hast du da der die über 48V direkt abkann?

Beim Anlegen von Ubat leuchtet die grüne LED für wenige Sekunden und geht dann aus. Das ist richtig, weil die Balancer Anschlüsse noch nicht dran sind?

Genau, über das Massekabel fließen im worst-case kurzzeitig mehrere 100 A. Deswegen darf die Länge der Kabel zwischen dem Shunt und dem MOSFET-Schalter auch nicht deutlich länger als die 35 cm werden.
Bitte darauf achten, dass die Kabelschuhe auf der Platine ( nicht dem aufgelöteten Gewindebolzen aufliegen ). Der Gewindebolzen muss durch die Verschraubung auf die Leiterkarte gezogen werden. Andernfalls könnten Scherkräfte auf die Verlötung wirken. Damit der Kontakt des Kabelschuhs nicht durch die Höhe des Lötstopplacks beeinträchtigt wird, liegen die kleinen Messing Unterlagscheiben zum Unterlegen bei.

Das Aufleuchten der LED beim Starten ist nur ein kurzes "Lebenszeichen".
Mit den Balanceranschlüssen hat das nichts zu tun.
Im Betrieb blinkt die LED nur dann, wenn der CAN PHY aktiv ist. CAN ist aber bei deiner HW zur Zeit noch deaktiviert. Wenn Du CAN zu Victron testen möchtest, bekommst Du von mir einen Befehl zum Aktivieren.

Sobald Bat- und Bat+ angeschlossen sind, müßtest Du Dich auch schon per BT drauf verbinden können.
Ohne die Balanceranschlüsse ist natürlich dann Cell-UV aktiv und der Ausgang bleibt in jedem Fall gesperrt.

PS: Auf den Rest von heute antworte ich später.

versteh ich nicht ganz, ein kurzschluss zwischen plus und minus?

Abstrakt ist das die Verbindung R6, L6:

Praktisch das dicke schwarze Kabel zwischen Shunt und MOSFET-Schalter:

Für Dich ( mit kombiniertem Shunt /MOSFET-Schalter ) hat das aber keine wirkliche Relevanz, da die Verbindung direkt auf der Leiterkarte ist.

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Ein Beitrag wurde in ein existierendes Thema verschoben: Diskussion zum kombinierten 200A MOSFET-Schalter und Shunt

Aufbau zur Kontrolle. Farben sollten Schaltbild entsprechen.
Momentan scheint das Forum keine Fotos mehr zu laden.
"Upload wird verarbeitet" dauert unendlich lange

Wird verarbeitet: DSCF7709.JPG …

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Du meinst R6 und L6? Einen solchen Fortschritt zu sehen ist aber trotzdem beruhigend. Der hohe Abschaltstrom heisst aber nicht, daß die Platine auch mit einem solchen betrieben werden kann. D.h. die "große" Version der Mosfet Platine welche nicht direkt auf dem Pol befestigt ist, wird für größere Entladeströme trotzdem erforderlich sein.

Ja, danke, habe ich korrigiert.

Auf den Zellen montiert würde ich auch bei 18p dauerhaft ungekühlt nicht deutlich über 100 A gehen ( schon garnicht, wenn da noch nenneswert 100 Hz Ripple drauf ist), weil man dann Zelle 16 erwärmt und die dadurch stärker altern wird.
Wenn man die Leiterkarte abgesetzt montiert und/oder kühlt wären mit 18p aber bei entsprechendem Kühlaufwand sehr wahrscheinlich sogar > 200 A dauerhaft möglich.
Entscheidend ist im wesentlichen, dass die Dies der FETs bei < 120 degC bleiben, damit für den Abschaltvorgang noch genug Reserve gegen Tj_max = 175 degC bleibt.

Da der BQ mit ~ 20 us delay relativ langsam reagiert, liegt auch bei einer KS-Schwelle von 155 A der Abschaltstrom beim selben Aufbau noch bei ~ 600 A.
Bei einem Aufbau mit weniger Induktivität kommt man nochmal einiges höher.
Deswegen habe ich auch von 14p auf 18p erweitert, um bei den FETs mehr Reserve zu haben.

Weniger FETs sind meines Erachtens nur dann vertretbar, wenn man kleinere Zellen mit deutlich mehr ESR verwendet, so dass der maximale KS-Strom deutlich kleiner wird.

Das hatte ich ja bereits hier abgeleitet:

Mein JK BMS ist defekt.Selbstbau Speicher LFP 15x280Ah ist parallel zu 4x 5kWh UPower Speicher.Kann ich dazu dein BMS einsetzen?

Grundsätzlich könntest Du von mir in ~ 2-3 Wochen ein Muster bekommen.
Du würdest vermutlich nicht auf den Zellen montieren wollen, sondern abgesetzt!?
Welchen maximalen Dauerstrom benötigst Du?
Kommunikation zum WR via CAN wäre für Dich vermutlich zunächst kein Thema !?