Dienstag, 22. Januar 2013

Entwicklung des BMS

Heute soll eine Beschreibung des BMS erfolgen, dass ich entwickelt habe. Warum selbst entwickelt? Ich wollte gerne 100% Kontrolle über das System haben und es flexibel anpassen können. Was macht es? Auf jedem Akku ist ein Zellmodul installiert, das ständig die Spannung des Akku misst und einen Blinkcode mittels einer roten LED ausgibt. Alle Schwellen lassen sich individuell programmieren.


Die Blinkcodes:

alle 3 sec blitzen für 50ms: alles OK, Vbat zwischen 2,5 und 3,6V, Schleife geschlossen

alle 1 sec blitzen: Vbat größer 3,6V, Schleife geschlossen, Bypass öffnen

alle 100ms blitzen: Vbat größer 4V, Schleife unterbrochen

alle 500ms blitzen: vbat kleiner 2,5v, Schleife unterbrochen

Wenn während des Ladevorgangs eine Zelle eine Spannung größer 3,6V erreicht wird ein Bypass aktiviert und es fließt ein Balancierstrom von 1,5A. Damit lassen sich alle Zellen in der Ladeschlussphase angleichen. Alle BMS-Module sind über eine Sicherheitsschleife miteinander verbunden und melden eine Fehlfunktion an das EVµC-Modul, das eine Alarmmeldung auf dem Display ausgibt. Das EVµC-Modul ist wiederum mit dem Ladegerät verbunden und kann den Ladestrom in Abhängigkeit des BMS-Status einstellen. Die Sicherheitsschleife ist 'normally closed', d.h. eine Unterbrechung der Verkabelung wird detektiert. Insgesamt stand das Motto: "so einfach wie möglich, so aufwändig wie nötig" im Vordergrund.

BMS-Modul auf einer 100Ah-Zelle



Hier folgt noch eine Foto der eingebauten Akkus in die Ente:

Das System hat schon einen Sommer testweise in einem Schrottauto gezeigt, dass es hohe Temperaturen verträgt. Derzeit muss es gerade seinen Dienst bei Eis und Schnee in der Ente absolvieren. Bisher gab es noch keine Ausfälle, abgesehen von einem Wasserschaden durch einen undichten Kofferraumdeckel und nicht vorhandenem, geschlossenen Batteriekasten. Etwas Ethanol und eine Zahnbürste konnten das Modul jedoch wieder zum Leben erwecken.
Ich werde demnächst noch eine neue Version der Platinen auflegen mit einigen Verbesserungen. So soll z.B. eine grüne LED den OK-Zustand signalisieren und einige Leiterbahnen stärker ausgeführt werden. Auch ist denkbar, mittels einer Referenzspannungsquelle die Messgenauigkeit weiter zu erhöhen.

Kommentare:

  1. Entweder fehlt es nur in der Beschreibung,
    oder Du hast tatsächlich das Wichtigste vergessen!
    Was passiert bei Unterspannung? Da müsste unbedingt auch die Schleife öffnen, damit Du das
    mitbekommst. Der Vorgang "Akku lässt spürbar nach"
    bis "Akku bricht so richtig ein" spielt sich
    unter Last innerhalb von ca 1Km ab, und dann sinds nochmal 500m bis "Zelle beschädigt"
    Ob Du "oben" oder "unten" balanzierst ist
    letzten Endes egal, aber Du must SOFORT
    mitbekommen, wenns bei irgend einer Zelle
    eng wird!
    Diese Meldung nervt zwar ein bisschen,weil
    die 2,5V durchaus mal beim Beschleunigen
    unterschritten werden. Wenn der Akku sich
    ohne Last sofort wieder erholt ist alles
    noch im grünen Bereich. Die "sofort warnen"
    -Grenze kannst Du also durchaus etwas tiefer
    ansetzen, da reichen auch 2,2V oder so und dann kannst Du der 2,5V (oder was dein Akku kann)
    -Grenze noch ein paar Sekunden Verzögerung
    verpassen damit nich jedesmal beim Beschleunigen der Alarm kommt.
    Diese Meldung ist aber unverzichtbar!
    Noch eine Abschätzung meinerseits:
    Du wirst nur noch wenige 100mA Balancerstrom
    brauchen, wenn erst mal alle Zellen
    auf einem Niveau sind. Sieh zu, dass der Ladestrom reduziert wird, sobald der erste Balancer anfängt zu begrenzen.Das Akkupack
    balanziert sich letztendlich selber, so lange alle Zellen gesund sind. Frei nach dem Motto
    "wer bei gleichem Strom die meiste Spannung
    liefert gibt auch die meiste Energie ab"
    und noch ein Spruch von mir der langsam
    abgedroschen ist: Wenn es erst mal immer die gleiche Zelle ist, die zuerst voll und zuerst
    leer ist, dann sind die anderen ausreichend
    balanziert. Keine Angst, ich fange keine
    "oben oder unten balanzieren-Diskussion" an,
    weil ganz einfach beide Verfahren ihre
    Berechtigung haben und alles darauf hinausläuft,
    nicht zu übersehen, wenn eine Zelle wirklich
    leer ist. Es ist nicht die Spannung von kurz mal
    2,3V die eine Zelle umbringt, sondern das sind
    die chemischen Vorgänge, die dann ablaufen
    wenn die Spannung der nahezu leeren Zelle
    noch viel weiter in die Knie geht und dann womöglich sogar umpolt.

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  2. Du hast natürlich vollkommen recht und habe mich wohl aufgrund des langen Tages nur vertippt. Natürlich öffnet die Sicherheitsschleife auch unterhalb 2,5V! Sonst wär das System irgendwie sinnlos.
    Die Alarmmeldung wird derzeit mit 3sec. Verzögerung ausgegeben, da ich die gleichen Effekte beim Beschleunigen beobachte, die Du auch schilderst. Die Meldung muss dann auch durch den Fahrer zuückgesetzt werden. Später muss dann sogar das Hauptschütz abgeschalet werden, damit jeder mit dem Autofahren kann ohne die Akkus in Gefahr zu bringen.
    Ich Balanciere derzeit oben und der Ladestrom wird dann auch reduziert.
    Beste Grüße aus dem verschneiten Mainz!

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  3. Ich hatte dieser Tage mit einer Störschleife zu tun, da
    waren Widerstände über den öffnern um rauszufinden, welcher
    ausgelöst hat. das wäre eine Möglichkeit, über die eine Schleife
    zu melden, wenn der erste bzw die ersten Balancer anfangen
    zu arbeiten.
    Schleife wird hochohmiger = Warnung bzw Meldung
    Schleife offen = Alarm

    Bei meiner eigenen BMS-Idee hängen die Module auch in einer
    Eindraht-Schleife, aber als serielle "Daisychain"

    Ein Befehl löst eine Messung aus und wird sofort weitergereicht
    Zeitgleiche Messung ist wichtig! Aber nur messen oder schreiben
    bei Software-Schnittstelle, deshalb das Zwischenspeichern der
    Messwerte

    Ein anderer Befehl löst das Auslesen aus
    Am Ende kommt eine Zeichenkette raus, je ein Zeichen pro Zelle
    plus ein Ende-Zeichen (das auch das Schreiben auslöst)
    Mit Software-Schnittstelle, (wegen Invertierung)
    einem open Collector-Transistor als Treiber
    und einem Widerstand beim Empfänger zur Spannungsbegrenzung
    geht das auch als Eindrahtlösung und ohne Optokoppler zwischen
    den Zellen (nur Am Anfang und am Ende)
    Da sind die ADUM5241 oder ähnliche perfekt geeignet,
    weil da der DC-DC-Wandler gleich mit drin ist.

    Unter Laborbedingungen funktioniert das prima,
    aber ich hab schon lange nichts mehr daran gemacht und
    ab auch gerade keine Zeit dafür

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