Donnerstag, 14. April 2011

aktives BMS

Heute habe ich eine komplette Platine bestückt und gelötet, die nun auf Herz und Nieren getestet werden kann. Im großen und ganzen wird das endgültige Design bis auf kleine Abänderungen so werden:


Unter dem großen Kühlkörper befindet sich der Mikrocontroller, der das Management übernimmt. Ein zusätzliches Mastergerät sammelt dann alle Zelldaten und macht Berechnungen zu Energieinhalt, restliche Reichweite bei momentaner Fahrweise, Batteriezustände etc. und gibt gegebenfalls Fehlermeldungen aus.
Auf einem Display (14,5cm Diagonale) mit Touchscreen in der Mittelkonsole ist dann alles abrufbar.

Kommentare:

  1. Hallo Daniel,

    ist das aktive BMS eine Eigenentwicklung von dir? Wenn ja Hut ab :) Dann dient dein Z3 ja mehr als Forschungs und Entwicklungsplattform!

    Kannst du schon ein paar Details zum System veröffentlichen? Z.B. Skalierbarkeit/Aufbau(wird das BMS aus einer Masterplatine und vielen "Zellplatinen" bestehen?)/Programmierbarkeit usw...

    VG,

    Bernd

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  2. Hallo Daniel,
    Da bin ich jetzt sehr gespannt, wie es Dir
    beim aktiv Balanzieren geht......
    Meine Versuche in dieser Richtung sind
    derzeit etwas weiter hinten angestellt....
    Der Energiezähler ist momentan wichtiger.
    Wenn Du z.B. eine 130Ah mit einer
    180Ah-Zelle stützen willst, dann müssten
    da ca 25A zusätzlich zum Fahrstrom
    von der 180er in die 130er fliessen
    (mal angenommen Du hast ca eine Stunde
    Zeit, z.B100km mit 90Kmh was schon gut wäre)
    ......und das alles geregelt und für mehrere
    Zellen unabhängig voneinander.........
    Da hast Du Dir was großes vorgenommen!
    Darüber hinaus müsstest Du schon vorher
    wissen wie groß die einzelnen Kapazitäten der
    Zellen sind. Mit simpler Spannungsmessung
    wirst Du nicht weit kommen wegen der flachen
    Kennlinie im Mittleren Bereich.Du wirst also
    irgendwo in der Elektronik sehr genau
    über jede Zelle "Buch führen" müssen.
    Dann kann das durchaus klappen.Da bräuchte dann
    jede Zelle ein Strom und Spannungsgeregeltes Ladegerät, das aus dem Gesamtpaket versorgt
    wird. (oder was ganz anderes ????)
    Ich hatte da so eine Idee mit einer zusätzichen
    Zelle für den Energietransport, aber das
    reicht nicht für derartige Energiemengen,
    wie Du sie verschieben möchtest.
    Ob sich der Aufwand lohnt? Ich lass mich
    überraschen! Die Welt braucht was besseres
    als diese "Shunts" zum Energieverheizen.
    Oben oder unten (oder gar nicht) balanzieren hat sich mittlerweile zur "Glaubensfrage" entwickelt....... machbar ist alles!
    ohne Management unten zu balanzieren wie
    Jack Rickard es als "einzig wahre Lösung" propagiert ist was für Leute, die sehr genau wissen, was sie da tun,
    aber nicht für Laien. Knallhart oben zu
    balanzieren ist die "klassische" Methode
    die ich persönlich für übertrieben erachte.
    Da bei beiden Methoden die schwächste Zelle
    den vollen Spannungshub macht und alle anderen
    irgendwo dazwischen liegen, reicht es meiner
    Meinung nach, alle Zellen gut zu beobachten
    und nur ganz sanft regulierend einzugreifen.
    schon ein paar hundert Milliampere
    Unterschied bringen ein ausbalanziertes
    Akkupaket längerfristig durcheinander
    bzw eins das nicht passt wieder in
    Ordnung.
    Ich sage in diesem Zusammenhang immer:
    Wenn es immer dieselbe Zelle ist, die zuerst
    leer und auch wieder voll ist, dann passt die
    Balanzierung und jeder Mehraufwand bringt
    nicht wirklich was.
    Falls mal eine schwächelnde Zelle
    ersetzt werden muss ist es letztendlich kein
    Problem, wenn die neue etwas mehr Kapazität hat.

    mfG
    Franz

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  3. @Bernd
    Ja, es ist eine Eigenentwicklung von uns. Ich selbst war an der eigentlichen Entwicklungsarbeit nicht beteiligt. Der Entwickler hat auf dem Gebiet Batterielader- und Management (in Verbindung mit Photovoltaik) mehr als 15 Jahre Designerfahrung.

    Die maximale Batteriegesamtspannung kann bis zu 350V betragen. Es sind etliche Schutzregelungen (analoge und digitale) verbaut.
    Der Aufbau besteht aus einer Platine pro Zelle, die untereinander mit serieller Datenübertragung verbunden sind. Sollte eine weitere Batterie hinzukommen, wird die zusätzliche "Zellplatine" einfach an den Bus angeschlossen. Eine "Masterplatine" sammelt alle Daten ein und verarbeitet sie. Ein integriertes einfaches LCD-Display zeigt die wichtigsten Daten an (Energieinhalt, Strom, Spannung, Fehler etc.).
    Wer nun weitere Applikationen möchte (z.B. großes Display, Reaktion auf ein bestimmtes Ereignis usw.) kann sich einfach an den Bus hängen und auf die Daten zugreifen.
    Die "Zellplatinen" werden mit DIP-Switches auf jedem Gerät konfiguriert.


    @ Franz
    Genau, das BMS wird aus dem Gesamtpaket versorgt. Im Großen und Ganzen hast du den Kern gut getroffen. In wie weit sich die Kapazitäten voneinander unterscheiden dürfen, muss noch rausgefunden werden. Aber dadurch erhalten wir hoffentlich viele neue Möglichkeiten in der Batterieplanung, angepasst an den verfügbaren Raum.

    VG
    Daniel

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  4. nochmal @ Franz

    Die 130Ah zu 180Ah sind ein Extrembeispiel. In 1 bis 2 Stunden Fahrzeit aber im Rahmen des Möglichen. Ich habe sie gewählt weil das die Typen von CALB sind. Möglich ist aber auch die Verbauung von unterschiedlichen Marken (TS 160Ah und CALB 180Ah).

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  5. Hört sich sehr vielversprechend an! Dann ärgere ich mich ja schon fast, dass ich mir ein einfaches BMS geholt habe...

    Jedoch sind diese meiner Meinung nach auch nicht zu unterschätzen. Schon allein zur Zellüberwachung sind sie IMO sehr wichtig. Bei meiner Probefahrt in einem Selbstbau-EV, haben wir auch mit fast halbvollen Akkupack die Entladeschlussspannung schwacher Zellen beim ordentlich "drauf treten" unterschritten...

    Natürlich wird beim Laden Energie verbraten, jedoch ist das bei geringer Drift der Zellen kaum der Fall (bei 0 Drift wird nix verbraten)...

    Der Anwendungsfall von Zellen unterschiedlicher Kapazität ist jedoch hoch interessant! Könnte ich in meinem Auto (geringe Zuladung/Schwerpunkt verlagern) gut gebrauchen...

    Weiterhin viel Erfolg!!!

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  6. Danke!

    Die kurzzeitige Unterspannung während der Fahrt ist kein Problem.

    Ja, beim passiven System wird nur kurzzeitig Energie verbraten. Aber die Shunts werden für die Zeit doch ziemlich heiß. Das funktioniert solange gut, bis Zellen sich stärker von einander abheben.
    Eine gute Lösung für ein solches System wäre meiner Meinung nach z.B. wenn sich das BMS im Shuntbetrieb befindet das Ladegerät den Ladestrom zurückregelt. Für die letzen Prozente wird dann ohne Gefahr der Überhitzung (->Lebensdauer) sicher geladen.

    Der Hauptanwendungsfall beim aktiven BMS ist sicher die Verwendung unterschiedlicher Batterietypen. Da spielt der Platz und natürlich Geld eine wichtige Rolle.
    Wir wollten ursprünglich Batterien von Kokam ("Coffee Bags") verwenden. Hohe Energiedichte, schön kompakt und gut zu kühlen, aber 3-fach so teuer....Für manche Stellen im Auto aber eine super Sache um den wenigen Platz gut nutzen zu können, oder wie Du schon sagtest den Schwerpunkt verlagern zu können. Das Auto komplett mit Kokams zu betreiben ist aber sicherlich zu kostspielig.

    Aber auch so ist das aktive BMS sicher interessant. Mit dem System hat man halt eine einzige Komponente (anstatt mehrerer Kombinationen) für die Batterien und Anzeige. Damit reduzieren sich der Aufwand und die daraus resultierenden Fehlerquellen.
    Über jede Zelle ist genauestens Buch geführt mit Spannung, Ladeinhalt, Temperatur, Ladestrom etc...

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  7. Das Wichtigste am ganzen System ist
    die ständige Übersicht uber sämtliche Zellen.
    Wenn da irgendeine aus der Reihe tanzt, dann muss das unbedingt auffallen bevor es Ärger gibt!!!!! Ob Ihr den Ausgleich tatsächlich so
    gut hinbekommt, dass sogar unterschiedliche
    Zellen verbaut werden können.....Da lasse ich
    mich überraschen! Ein Ausgleich der Streuung
    leicht alternder Zellen wäre auch schon ein
    großer und wichtiger Meilenstein!
    Für ein alltagstaugliches System käme auch
    eine Kombination verschiedener Verfahren
    in Betracht.Ein kräftiges Netzteil könnte
    ordentlich Energie ins System pumpen
    bis die erste Zelle voll ist.(idealerweise
    die schwächste ;-) ) Dann kann ein kleines
    System ganz gemütlich weiter Balanzieren
    ohne dass da viel verheizt wird.
    Solange die Zellen halbwegs gleich sind
    eilt da nichts.
    Mit Shunts oder aktiv.... aus dem Netz oder
    aus dem Akkupack versorgt.......
    da gibt es sehr viele Möglichkeiten
    Als Vergleichsgröße sollte auch immer
    die Gesamtspannung mit herangezogen werden.
    Insbesondere wegen des Problems mit
    Unterspannung voller Zellen bei kurzen
    Spitzenströmen.Das BMS meldet sich bei fester
    Schwelle viel zu oft!
    Viel Erfolg!
    Franz

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  8. Moin Moin Daniel,
    habe am Wochenende mal wieder etwas mit meinem Lösungsansatz des BMS (Siemens/VIPA S7-Steuerung - SPS) herumexperimentiert. Leider gefallen mir ein paar Sachen nicht so (u.a. die Baugröße, Potenzialtrennung). Wie weit bist Du mit Deinem BMS? Mail mich doch mal an: brodersen@ibbm.de

    Viele Grüße,
    Brody

    PS. Das mit der Zeit, die einem immer wegläuft, kenne ich ;-)

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