Akkus richtig Balancen mit dieser Schaltung

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oger

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Ich habe mehrere selbstgebaute Pedelec Akkus.
Unter anderem einen mit den vielfach kritisierten Samsung 30Q Zellen.

Da ich den allgemein erhältlichen China BMS nicht zutraue, Akkus zuverlässig zu balancen, brauchte ich eine Lösung, dies hin und wieder zu erledigen.
Meine Akkus haben alle kein BMS, sondern nur eine Sicherung und über einen D-sub Anschluss rausgeführte Zellenabgriffe.
Screenshot 2020-05-27 08.40.30.png


Ich bin im Netz auf diese Schaltung hier gestossen.
Eine Präzisionszenerdiode steuert einen Transistor.
Das ist wesentlich genauer, als andere Schaltungen, die es zum Balancen gibt:

Make BMS for Lithium Ion Batteries Charging - Electronics Projects Hub


Ich hatte dann mal einen Prototyp aufgebaut, welcher direkt funktionierte.
Das Schaltungsprizip ist einfach. Die eingestellte Spannung wird nicht überschritten. Der anfallende Strom wird bei höherer Spannung über die Dioden und den Transistor abgeleitet.
Leider war die Schaltung auf dieser Seite für kleinere Ströme und Systeme entwickelt, aber man möchte ja schnell balancieren, besonders, wenn das Pack grösser ist, dauert es sonst ziemlich lange. Und über Nacht zu laden finde ich auch nicht so gut.

Ich habe dann einfach stärkere Dioden und einen grösseren Transistor genommen, der von sich aus eine grosse Metallfläche hat und dadurch keinen Kühlkörper braucht. Das spart eine Menge Arbeit.
Zusätzlich noch eine LED, die vorhandene Spannung anzeigt.


Screenshot 2020-05-27 08.45.50.png

Dann Die Platine entworfen mit optimierter Thermischer Ableitung

Screenshot 2020-05-27 09.05.29.pngScreenshot 2020-05-27 09.05.45.png


Jetzt kann ich mit locker mit 0,5A balancen. Die Schaltung verträgt auch 1A, aber die Hitzeentwicklung bei mehreren Zellblöcken wird dann schon recht hoch.

Der Abgleich ist einfach. Am Labornetzteil ungefähr 5v einstellen und 0,5A Strombegrenzung.
Dann die Schaltung anschliessen und an den anderen beiden Pads auf der Platine die Spannung messen. Das ist sehr wichtig. Wenn direkt am Netzteil gemessen wird, wird es ungenau, da der Spannungsabfall zu deutlichen Abweichungen führt. Beim Balancen spielt dieser Spannungsabfall dann eine untergeordnete Rolle.
Screenshot 2020-05-27 08.39.20.png

Dann mit dem Präzisionstrimmer die gewünschte maximale Zellspannung einstellen. Bei mir 4,1V, da ich auch immer bis 4,1V/Block lade. Kann man natürlich auch auf 4,2V einstellen.

Die Schaltung wird so oft aufgebaut, wie man Zellblöcke hat.
Screenshot 2020-05-27 08.39.49.png

Dann wird sie in Reihe geschaltet.

Bei meinem Aufbau habe ich die Zellabgriffe auch über Buchsen abgegriffen, damit ich auch messen kann, wo sich die Zellen grade befinden. Ausserdem bin ich dann flexibler und kann auch weniger Blöcke balancen.
Screenshot 2020-05-27 08.41.09.pngScreenshot 2020-05-27 08.41.50.png

Man kann erstmal auf ungefähr 3,9V schnell laden und dann mit 0,5A balancen. Ich habe hierfür den cycle satiator programmiert.
Screenshot 2020-05-27 08.40.58.png

Geht natürlich auch mit anderen Ladern. Aber ich würde nicht über 0,5A beim Balancen gehen. Das Balancen geht dann recht schnell.

Den Spannungsabgleich der Balancer kann man auch machen, wenn man das Ladegerät ohne Akku anschliesst. Dann einfach jeden Balancer einstellen. Das geht sehr genau. +- 1mV


Beim Laden kann man dann beobachten, wie die grünen LED nacheinander anfangen zu leuchten.
Screenshot 2020-05-27 08.41.50.png

wenn alle grünen LED kräftig leuchten, ist der Vorgang abgeschlossen.


Ich habe meinen Sony VTC7 12s2p Akku mal gebalanct, dann leergefahren und ohne balancing wieder geladen und über Nacht liegengelassen. Die gemessenen Zellspannungen waren bei einer maximalen Abweichung von 10mV. Ich denke, das ist ganz gut.
Werde meine Akkus so alle 10 Ladungen balancen.





Die Bauteile bei Reichelt:

1
RND 135-00117

1
EVL 204-10SYGD

4
1N 5408

1
TIP 145

1
TL 431 ACLP

1
64Y-20K

2
METALL 20,0K

1
K-O SFCN1001T52


2
METALL 220



Diese Bauteile kosten weniger als 2€ pro Platine.
Beim Bestücken die Dioden am besten mit etwas Luft zur Platine einbauen. Das ist besser für die Wärmeableitung.


Ich habe noch mehrere Platinen übrig.
Wer sich auch so einen Balancen bauen will, kann sich bei mir melden ;-)





Gruß,
oger
 
R

rd1956

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Genau das hatte ich mir auch schon überlegt. Ich bin dann aber davon abgekommen, weil ich dachte die Genauigkeit der Zenerdioden in diesem Bereich ist zu gering.
Meine Idee war etwas anders: Ich wollte mit wenig Strom auf z.B. 40,2V balancieren lassen. D.h. man kann problemlos z.B. auf 42V laden und direkt mit ganz vollem Akku losfahren. Aber bei allen Spannnungen, die über 40.2V liegen, wird im Ruhezustand ganz langsam über ein paar Tage balanciert, so dass das Rad dann schließlich mit 40,2V auf allen Bänken ist, was ja auch günstiger für die Akku Lebensdauer ist. Da mit sehr wenig Strom balanciert wird, könnte die Schaltung sehr kompakt ausfallen.
 
onemintyulep

onemintyulep

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maximalen Abweichung von 10mV. Ich denke, das ist ganz gut.
Eigentlich nicht, aber sonst bräuchtest du ja auch nicht deinen Mega-Balancer... Wie misst du dass? Mit dem Multimeter?

Meine Idee war etwas anders
Das Problem dabei ist, wenn man durch Begrenzung beim Laden balanced wird die Differenz prinzipbedingt immer nur geringer, egal wie falsch man das macht. Deswegen geht das auch diskret (dh. der eine "Balancer" weiss nichts vom anderen "Balancer"). Wenn man dagegen durch Entladen "balanced", kann die Differenz auch grösser werden. Das geht eigentlich nicht sinnvoll diskret, man müsste das über alle Zellen machen. Es gibt Lösungen wo die Ladung umverteilt wird, das ist aber ziemlich komplex/teuer und dabei unnötig wenn man eh an einem Ladestrom hängt.

Bei normalen Zellen muss man aber nicht balancen, stattdessen muss man den Fehler suchen wenn es Abweichungen gibt.
 
oger

oger

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Ja, hab einfach mit Multimeter gemessen.
Aber ich hatte noch keinen Akku in den Fingern, der weniger als 10mV Differenz hatte.
Einen offensichtlichen Fehler hatte ich bei meinen Packs nicht gefunden, ausser dass ich vielleicht nicht optimale Zellen
verwendet hab.
Aber ich hab keine Lust die Akkus wegzuwerfen, und bei den neuen weiss ich auch wieder nicht, ob die ohne Balancing auskommen.
 
R

rd1956

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Das geht eigentlich nicht sinnvoll diskret,...
Schon, wenn jede Bank eine diskrete Elektronik hat (genauso wie die oben), die mit SEHR WENIG Strom (z.B.10mA) die Bank immer auf z.B. 4.02V entlädt. Beim Laden ist der Strom über 40.2V praktisch bedeutungslos. Wenn aber z.B. auf 41V geladen wurde und das Rad nicht benutzt wird, haben nach einigen Tagen alle Zellbänke EXAKT 4.02V und sind somit balanciert auf diesen Spannungswert.
 
oger

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Schon, wenn jede Bank eine diskrete Elektronik hat (genauso wie die oben), die mit SEHR WENIG Strom (z.B.10mA) die Bank immer auf z.B. 4.02V entlädt. Beim Laden ist der Strom über 40.2V praktisch bedeutungslos. Wenn aber z.B. auf 41V geladen wurde und das Rad nicht benutzt wird, haben nach einigen Tagen alle Zellbänke EXAKT 4.02V und sind somit balanciert auf diesen Spannungswert.
Finde ich auch einen interessanten Ansatz.
Hast du denn eine Schaltung, die so genau und zuverlässig funktioniert? Sollte auch noch klein sein.
 
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