Translate

12 August 2011

Unterspannungsüberwachung mal ganz primitiv

Da die "Franz-Box" gerade von Michael ausgiebig in derPraxis getestet wird
(und bisher noch keine allzu ernsten Klagen gekommen sind ;-) das folgt wohl noch....  )
und ganz nebenbei auch noch so manches Andere zu basteln war,
zun Beispiel ein Schmier-Timer für die Turbine des Wasserkraftwerks
eines meiner Brüder ....und sonstige Sachen... gabs jetzt hier längere Zeit nichts Neues.

Ich habe mir dieser Tage mal Gedanken gemacht, wie man denn eine sehr
einfache Unterspannungsüberwachung realisieren könnte so als letzten Not-Alarm
für ein LIPO-Akkupaket das nach Jack Rickards Lehre ganz ohne BMS betrieben
wird. (Die meisten, die hier her geraten werden ihn kennen...............)

 Mir gehen Jacks Ansichten etwas zu weit ins Extreme, deshalb würde ich niemals
zumindest auf eine Unterspannungsüberwachung verzichten.
oder noch lieber natürlich ein ordentliches Monitoring-System haben wollen.
Hierbei geht es mir gar nicht um zehntel Volt, darauf kommt es schliesslich gar nicht an!
Das haben so viele Leute offenbar noch gar nicht verstanden........
Die Spannungsangaben bei den Akkus beziehen sich auf zulässige Spannungen
der unbelasteten Zellen bzw auf die Ladeschlussspannung.
Wenn man seine Zellen erst mal einigermaßen ausbalanziert hat,dann genügt
durchaus ein ordentlich abregelndes Ladegerät um alle zu laden.
Hierbei kann man noch halbwegs problemlos beobachten und eingreifen,
das Auto steht ja..........

Problematischer ist schon das Entladen im Grenzbereich.
Hierfür habe ich meinen Energiezähler entwickelt, und wenn man die Akkus
nie ganz leer fährt, dann sollte das schon mal eine gute Basis sein.
Aber meine Einzelspannungsüberwachung ist noch nicht praxistauglich.
Das wird schon noch, aber da muss ich erst noch die Ansteuerung des
LTC6802 per SPI ordentlich auf die Reihe bekommen, und das ist noch
Neuland für mich. Die Variante mit Atmegas oder ATtinys als Messwandler
funktioniert zwar schon, ich kann damit messen und auch Balanzieren
aber ich bin mit dem nötigen Aufwand unzufrieden.
Da brauche ich Optokoppler, einen Quarz wegen der seriellen Schnittstelle,
die Eingangsspannungsteiler belasten die Zellen unterschiedlich und
sind auch nicht abschaltbar und so weiter......einfach nicht perfekt.....
mal sehen........

Die eigentliche Gefahr für die Zellen lauert aber nicht bei 2,5Voder so,
(je nach Akkutyp unterschiedlich...deshalb hier einfach mal 2,5V.....)
sondern dann, wenn die Zellen unter Last den Strom nicht mehr schaffen,
und dann plötzlich ganz zusammenbrechen bzw sogar umgepolt werden!

Wenn man nun ein BMS anschliesst und sich bei der Untergrenze von
2,5V warnen lässt, dann geht diese Warnung z.B. beim Beschleunigen
 ständig an, obwohl die Akkus noch gar nicht leer sind.
Wirklich leer sind sie, wenn sie ohne Last nur noch 2,5V haben,
das ist ganz was Anderes, als wenn sie bei hoher Last mal
kurz etwas weniger haben, aber dann sofort wieder deutlich drüber liegen.
Ein Warnausgang muss also anders konfiguriert sein, und darf erst etwas später
auslösen. Ich rede hier ganz bewusst von der letzten Warnung bzw
dem Alarm für Notabschaltung und nicht von einer Vorwarnung,
die natürlich bei ca 2,5V liegen sollte und ein ordentliches Monitoring System
darf da durchaus schon mal was anzeigen, damit man aufpasst,
aber hier gehts um die Anzeige für akute Gefahr,
und da ist ein Pegel so bei 2V oder 2,1V angesagt, und wenn diese Meldung kommt
sollte man sie auch wirklich ernst nehmen.
Wer seine LIPOs schon mal kontrolliert und vorsichtig ganz leer gefahren hat,
der weiss, wie kurz die Spanne zwischen fast leer und ganz leer ist.
Das entspricht in etwa einer Fahrstrecke von ca 1Km !!
Da macht dann auch ein "Hump-Mode" nicht mehr viel Sinn.
In so einem Fall hat man sich einfach verkalkuliert und aus!

Wie kann man so ein System möglichst preiswert realisieren und
vielleicht sogar als redundantes System zusätzlich einsetzen?
Was soll es können?
1.eine allgemeine Warnung genügt.
2. das System sollte im Ruhezustand bzw bei stehendem Fahrzeug
möglichst wenig Strom ziehen und nicht mit seiner Meldung
die Akkus zusätzlich aussaugen
3. Leitungsbruch sollte zu Alarm führen
4.es sollte sehr preiswert sein.

So könnte es gehen:
(noch nicht getestet, aber die Richtung sollte passen)
Als Sensor habe ich den TC54VC2102EZB ins Auge gefasst,
den gibts für ca 60 Cent, (z.B. bei Farnell) und der schaltet bei 2,1V.
(über 2,1V high, darunter low )
damit kann man dann eine "Daisychain" aus je einem Transistor je Zelle
geschlossen halten, und wenn eine Zelle absackt wird der kreis unterbrochen.
Die geringe Spannung von 2 - 4Vim Betrieb verlangt wohl normale
(bipolare) Transistoren für die Kette. In Etwa so:
























Wie funktioniert das?

Wenn der unterste Transistor mit seinem Emitter nach GND
gezogen wird,( z.B. per Relais, wg galv.Trennung)
und die Basis angesteuert ist,(da muss ev. noch eine
Schottky-Diode rein, um die 0,7 V der Diode am Emitter
auszugleichen, damit der Transistor wirklich sperrt)
dann schalteter durch und zieht den Emitter des nächsten Transistors
nach unten und so weiter........bis schliesslich der oberste
Transistor auch durchschaltet und dann einen Optokoppler
oder auch ein kleines Relais schaltet.
Hier braucht man nochmals eine galv.getrennte Stromversorgung
von ein paar Volt, aber das ist ja nicht das Problem.
Hier reicht ein kleiner DC-DC-Wandler
Wenn einer der Transistoren sperrt, weil der TC54 ihn nicht mehr
ansteuert, dann bricht die Kette zusammen und es gibt Alarm

Der TC54 selber braucht nur ca 1µA also "nix"
siehe:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21434h.pdf

und im Ausgeschalteten Zustand sollte weiter kein Strom fliessen!
Wie schon gesagt, ich hab das noch nicht gebaut, vielleicht hat
ja jemand Lust, das mal zu testen.
Ich hab grad keine Zeit dazu...............

 ..........und wenn man diese Schaltung noch mit einem zweiten
TC54XXXXXXXXX für 3,nochwas Volt und noch einem Mosfet +Shunt
ergänzen würde, dann hätte man auch gleich funktionierende
Shunt-Balacer, (so wie Jack R. sie überhaupt nicht mag)
die meines Erachtens durchaus Sinn machen, wenn man denn schon
oben balanziert, man sollte halt das Ganze sicher genug auslegen,
damit die Dinger nicht nachher das ganze Auto abfackeln!   ;-)
leider sind die benötigten Spannungen aus irgendwelchen Gründen nicht
als "Lagerware" verfügbar- schade!!!

.....den da gibt es auch noch,  aber schon etwas teurer, dafür aber
gleich mit zwei "Kanälen" ....... den ICL7665S
http://www.farnell.com/datasheets/76708.pdf
Da braucht man dann schon etwas mehr an äusserer Beschaltung,
und dann kann man gleich einen ATtiny13  bzw 25 nehmen
und mit seiner inneren 1,1V Referenz betreiben

.......aber wie schon gesagt, ich werde mich in nächster Zeit lieber
um den LTC6802 bzw seinen Nachfolger LTC6803(-1 ; -2 ; -3; -4 )kümmern
und mal versuchen ,den korrekt anzusprechen und auszulesen.
Da sind alle Funktionen drin,  die man sich so wünscht, und besser
kriege ich das ganz sicher nicht hin.

Ach ja, von Linear Technology gibt es auch noch den LTC6801 ,
den habe ich bisher gar nicht beachtet, weil der ein reiner Monitor ist,
und weil der auch keine gezielte Einzelzellenmessung ermöglicht,
sonder nur per Takt ein allgemeines OK oder nicht OK ausgibt,
aber dieser Baustein ist per Jumper oder Pinbelegung für verschiedene
Schaltschwellen für Ober- und Untergrenze parametrierbar,
man braucht kaum externe Bauteile und das Ganze ist anreihbar
und läuft ohne externen Rechner.
Also ideal für ein reines Not-System zur zusätzlichen Sicherung
bzw für Low Cost - Lösungen.

Was nun jeder für sich an Infos wünscht, das bleibt jedem selbst
überlassen, aber ich persönlich wünsche mir halt ein kleines Display,
auf dem ich die höchste, die niedrigste, die Gesamtspannug
und vielleicht auch noch die durchschnittliche Spannung ablesen
und bei Bedarf auch jeden einzelnen Zellenwert abfragen kann.
Das Ganze noch mit frei programmierbaren Grenzwerten für
Warnmeldungen, eventuell noch getrennt für Meldung/Vorwarnung
und "echten" Alarm. (das bau ich noch in die Franz-Box ein)
Ich meine, ein BMS sollte auf Wunsch auch Balanzieren können,
und es muss, wenn es erst mal konfiguriert ist völlig ohne
Benutzereingriff arbeiten. auch der Reset des Energiezählers
nach dem Laden muss automatisch erfolgen!
Das Ganze muss so narrensicher sein, dass auch völlig
unbedarfte Laien damit zurecht kommen.
Was nützt der schönste Touchscreen, wenn man nach dem
Start erst mal durch drei Menues klicken muss...........??????

mfG
Franz

p.s.: Oma Duck fährt nun schon seit über sechs Jahrzehnten elektrisch,
und ich glaube nicht, dass sich das in absehbarer Zeit ändern wird



Kommentare:

  1. Hallo Franz,

    erstes Problem ist aufgetaucht bei "Unterversorgung" der Franz-Box (schreibe es ausführlich in meinem Blog).

    Hast Du denn schon einen LTC6802 bei Dir rumliegen? Auch wenn ich nur die Hälfte des Datenblatts verstanden habe, klingt der wirklich spannend.

    Ich stufe das Monitoring auch als wichtig ein.
    Mir ist eine Warnung lieber, als eine Zelle zu zerstören ;)

    Viel Erfolg weiterhin! :)

    AntwortenLöschen
  2. Ich denke, dass dein System sehr interessant ist. Das ist meiner Meinung nach das Mindeste was man tun sollte. Ich bin nicht übervorsichtig aber ich finde es einfach bisschen naiv zu denken, dass die Thundersky und Skyenergy immer tadellos laufen werden.
    Spätestens nach einigen 100 Zyklen fangen die Probleme dann an. Die Zyklenzahlen der einzelnen Zellen variieren sehr voneinander. Es sind bei den ausgelieferten Zellen sehr gute aber auch sehr schlechte dabei. Bemerkt wird das aber erst nach einer Weile im Dauereinsatz.

    Hoffentlich hast Du Zeit die Idee weiter zu verfolgen.

    AntwortenLöschen
  3. Hallo Daniel,
    Das mit der Überwachung liegt mir sehr am Herzen,
    die Transistorkette ist nur mal so eine
    Überlegung,aber so was ist meiner Meinung
    einfach unverzichtbar.
    Wenns so einfach geht, dann wäre das auch
    als redundantes separates System geeignet.
    Beim BMS will ichs mit dem LTC6802 versuchen.
    Mir wurde schon mal vom LTC6802 abgeraten,
    da dieser angeblich dazu neigen soll,
    bei gewissen Defekten auf irgend einem
    Wert "einzufrieren" Ich kann das aber
    bislang nicht bestätigen! Prinzipiell
    ist der Baustein ganz einfach ideal.
    Beim BMS will ich erst mal versuchen, die
    Anbindung per SPI auf die Reihe zu bekommen.
    Ich hab das noch nie gemacht, aber sooo
    schwer kann das auch nicht sein.
    Die Architektur des LTC6802 gefällt mir grundsätzlich sehr gut, insbesondere auch,
    dass der Anschluss externer Transistoren
    (Mosfet) für die Balancer vorgesehen ist,
    und die Balancer-Funktion von der Zentrale
    aus gesteuert wird.

    @ Michael:
    Ich bin schon sehr gespannt auf Deine
    gesammelten Erfahrungen mit der "Franz-Box"!
    Teste (und misshandle)das Ding, bis es
    ausfällt, nur so finden wir auch die
    verborgenen Problemchen.
    Sollte es zu unerwarteten Reset kommen,
    dann müssen wir halt die 5V besser puffern
    und Low-Drop Spannungsregler einsetzen.
    Der Atmega sollte bis runter auf 2,8V laufen
    ohne zu Mucken......das sollte nicht
    wirklich problematisch sein.

    mfG
    Franz

    AntwortenLöschen