Зарядка "побаночно" в последовательной батарее

[Мокренькая кисонька]

Здравствуйте Коты и Кошки!

Переделываю UPS на LiFePO4 и встал вопрос о балансировке элементов, штатное ЗУ обеспечивает ток в 1А с конечным напряжением 13.75В, что как раз и нужно для буферного режима лифера.

Простой "сжигатель лишнего жира" на ячейку на основе TL431, которым забит весь Интернет я отмел сразу, потому что у меня буферный режим.
Можно конечно настроить пороги на 3.47В например, но это все не то, будет оно там постоянно дрыгать элементы, а хотелось бы простого поддержания на каждой банке 3.40-3.45В.

Вариант номер ОДИН:

Первая мысль пришла использовать ОУ как в схеме для создания виртуальной земли, естественно "умощнив" выходы этих самых ОУ.
А что если взять сразу мощный ОУ? Например TDA2030 (в идеале конечно какой-нить OPA5xx). Погуглил и действительно народ пробовал уже такое. Погонял схему в Multisim на резисторах вместо батарей - работает идеально. Но смущают меня несколько моментов.

Очень сложно отключать всю схему от батареи при переходе ИБП на батарею (в ИБП сигнал такой есть, можно к нему привязаться). Это надо отключить все три ОУ от ячеек, ну и саму схему от питания. Ключи на двух встречно-последовательно включенных полевиках (как для переменного тока) отпали, т.к. управление ими тоже приходится развязывать - этот огород меня пугает. Остаются реле, что громоздко. Вот думаю, а оно надо вообще отключать эту схему от батарей, вроде бы и не надо, но при разряде какая-то ячейка может просесть сильнее и помимо тока разряда всей батареи тут еще начнет выравнивать этот балансир, что приведет с лишнему расходу энергии, а если ток большой то и к выходу его из строя, видимо надо отключать, куда девацца?

Плюсы тут такие:
стабильное напряжение на каждой банке
именно балансир, а не сжигатель лишнего жира
нет дрыгания триггерного

Минусы очевидны:
Большая выделяемая мощность в случае сильного разбаланса элементов
Возможно TDA'шки посетит возбуд, т.к. в режиме повторителя насколько я помню они работают плохо.
Проблема с отключением схемы от батареи.


Вариант номер ДВА:
Низковольтный прямоходовый двухтактный преобразователь (мост или полумост) с двумя выходными обмотками, а вот выпрямитель сделать однополупериодный. Плюс на верхнюю банку, минус на нижнюю. Итого, для четырех банок всего две обмотки нужно. Стабилизация напряжения через ДГС и ОС с одного из каналов. Как-то так. Но встает вопрос, как реализовать групповую стабилизацию тока на первичной стороне? Не городить же после выпрямителя по отдельному заряднику на 3.4В с ограничением тока или городить?

В общем плюсы:
Холодный, мотать много не надо, все просто.

Минусы:
Не хватает знаний на эту тему.
Не понятно как организовать ограничение тока.

Вариант номер ТРИ:
Все тоже самое только обратноход. Пропадает необходимость в ДГС и вроде как с помощью мягкой характеристики можно сделать ограничение по току. Добавляются две обмотки, но это не сложно, можно намотать косой.

З.Ы.
Пожалуйста не предлагайте китайское в виде индуктивных и емкостных балансиров. Я эту тему изучаю уже больше месяца и статистика у меня через одного: кто говорит работает, кто говорит не работает, у кого-то оно вообще сразу сгорает. Они недешевы и экспериментировать с ними пока не хочу. Посоветуйте что-нить из вышеописанного или какие-либо замечания и предложения внесите. Спасибо!

[74LS00]

Спойлер

Не знаю что у вас там за лифер, но у литокалы норма 3.2в, и больше 3.4 там никак не сделать, так что такое поддержание это фактически полная зарядка. При этом конечный режим зарядки очень слабый, так что толка от такой схемы как от резистора.

Тема старая, даже есть реализации. Я даже детали накупил но есть только наброски схемы.
Для начала надо разъём чтоб каждый контакт и + и - каждого элемента выводился.
Дальше отдельные блоки зарядки, для лифера есть 2а модульки. Питать их от многообмоточного трансформатора на какой нибудь ирке.

Стабилизация вообще не нужна, модульки от 6в работают. В плане однополупериодного диода спорно и не решено и не будет решено, проще сразу сделать.
Бери бублик побольше и делай на ирке. Так и не увидел какой ток хотите. Я думал под 6а делать поэтому диоды на 5 или 10а смотрел вроде кд213 по 6-10ршт если кучкой. Или импортные аналоги но дороже. В плане диодов как раз это самая крупная деталь в схеме, сам контролер зарядки меньше.
Хотя если схема от 5в идёт, то можно синхронны диоды поставить, компактно, но дорого.

У меня 4а зарядник, так что пока не собирал, и не ездил год наверно, надо проверить что там вообще в банках осталось.

Балансиры это всё фигня, дли них надо хорошие батареи, китайская литокала не лучший вариант.
Элементы надо замерить по ёмкости и калькулятором подобрать так чтоб в банках было поровну, в таком виде на балансир сойдёт.
Если элементы хорошие, то они и без балансира за год далеко не уйдут.

[Мокренькая кисонька]

[uquote="74LS00",url="/forum/viewtopic.php?p=4620898#p4620898"]Так и не увидел какой ток хотите.[/uquote]
Да такой же как и был, в районе 1А, иначе придется городить отдельный БП для ЗУ.

[Fuser]

ICL7660 (LTC7660)
https://forum.velomania.ru/showthread.php?t=165776
можно замуровать вместе с аккумом и забыть. потребление ничтожное, работает круглосуточно. больших токов уравнивания для нормальных банок не нужно.

[AlexS4]

у лифера слишком пологая вольтзарядная характеристика чтоб баллансироать его по аналогии с nmc, поэтапно разряжая перезаряженные банки при подходе OV лимита параллели.
все подобные схемы у лифер будут только создавать доп циклы заряд-разряд на гистерезисе, просто изнашивая ячейки, это профанация. просто раз в 1-2 года подзаряжайте вручную недозаряженные параллели после отрубания bms на зарядке.

насчет балланса большими токами - с лифером будет еще хуже из-за внутренних сопротивлений.
а nmc - да, есть конструкции баллансировки большими токами с перекачкой заряда в соседние ячейки (примерно как в методе сортировки с парными перестановками) но тоже по соотношению пользы/цены это скорее баловство, прощще периодически баллансировать вручную любыми токами (скажем раз в год, если требуется чаще - значит батарею пора ремонтировать) или обходиться классическим малотоковым баллансиром который требует несколько +часов в конце зарядки, на CV режиме источника.

если действительно хотите разобраться - почитайте electrotransport.ru в батареях
https://electrotransport.ru/index.php?board=48.0
там много грамотных+опытных людей на форуме.

[jonpim]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4621439#p4621439"]или обходиться классическим малотоковым баллансиром который требует несколько +часов в конце зарядки, на CV режиме источника.[/uquote]
Если лифер китайский недорогой , что обычно так и есть то встречаются ячейки с большим током саморазряда .
Тут надо сначала выявить этих плохишей .
Я беру просто бмс с балансировкой небольшими токами . На плате смд резисторы 1 -2 вт 33- 68 ом и шестилапые sot-23 балансировочные IC которые включают мосфеты с резисторами .
В принципе балансировочный ток можно увеличить до 200-300 мА ( 5 вт резисторы ) в зависимости от числа параллельных ячеек .

[uquote="Мокренькая кисонька",url="/forum/viewtopic.php?p=4620879#p4620879"]что как раз и нужно для буферного режима лифера.[/uquote]
буферный лучше переделать в циклический .

[74LS00]

Нашёл в китае модульки как звать TP5000
https://aliexpress.ru/item/32716899385.html

BMS нормально заряжать не будет.
Как только на 1 элементе появится максимальное напряжение, зарядка отключит всё.
Потом вся батарея будет стоять отключенная и разряжатся саморазряжом, и когда самая хорошая заряженая банка просядет, опять включится зарядка всего.
И такой цикл занимает ещё несколько часов, половину времени зарядки всей батареи, причём в этот момент только половину времени зарядка работает.
С BMS время зарядки увеличится на треть.

Так что в любом случае надо приделывать разъём к каждому элементу.
Потому и проще сделать побаночную и запихнуть в батарею.

[AlexS4]

Как только на 1 элементе появится максимальное напряжение, зарядка отключит всё.

плохо заряженными останутся только параллели с саморазрядом и/или с емкостью выше средней.

малотоковый балансир какраз и работает на циклическом выключении bms по overvoltage какихто из параллелей, затем залитые подзавязку параллели чуть разряжаются баллансировщиком и bms обратно включает заряд. это же просто!
(последний часок, когда уже совсем подзавязу, дело не доходит до отключения bms и баллансиры работают вместе с зарядкой, ток которой в этом режиме уже сравним с баллансирным, это собственно признак что пора снимать с зарядки)

но еще раз, на лифере c любыми баллансирами при низких порогах будет ненужная дрочня, полезнее для них будет баллансироваться периодически вручную, и пересобрать батарею если она сильно кривая. если запасных банок мало то можно саморазряжающиеся ячейки согнать в 1 нижнюю параллель и добавить отдельную компенсирующую зарядную цепочку, на степдауне, если линейник слишком много рассеивает.

[Мокренькая кисонька]

Народ, спасибо за мнения!

БМС'а не будет. Рассматривал я вариант на известной белой плате на базе BM3451BHDC-T28A. Толку от нее мало, т.к. все пороги у нее рассчитаны на циклический режим эксплуатации. К тому же, с моим разрядным током в 30А фуражные полевики нужно будет поменять на настоящие, а это сейчас трудно сделать. И самый главный недостаток, если ей что-то покажется не так - она тут же вырубает нагрузку, для чего тогда УПСа?

УПСец и сам вполне справляется с задачей БМС, нижний порог есть, верхнее напряжение заряда фиксировано, ток заряда ограничен, от КЗ есть предохранитель - этого вполне достаточно, если будет побаночный контроль напряжения. Причем напряжение я понижу до 3.40В на ячейку, видел промышленные УПСы на лифере, там ячейки как раз телепаются в районе 3.35-3.38В. Да и по конструкции самой УПСы переделать на циклический режим не получится, т.к. основное питание идет от аккумулятора и все остальное завязано на него.

Батарея у меня более-менее норм, разбросы небольшие, пока экспериментирую так сказать "на газетке" под контролем и без балансира.
Предварительно хочу сказать, что результатом очень доволен. Свинец был на 12Аh, а лифер влез на 20Аh. Нагрузку держит стабильно и вырубает правильно около 10.7В (можно подстроить, если надо). Врезал вентилятор, переделал интерфейс на USB и проверил в двух ОС Linux и Win10.

По теме:
Склоняюсь к варианту на ОУ, на TDA2050 (их есть у меня много нефуражных), ток сделаю в районе 350мА на канал, т.е. 10 Ом на выходе ОУ.
Контроль напряжения и температуры будет на абдурине (вернее только ее плата), только пока еще не решил вычитать программно или сделать "вычитатель" аппаратный на дифф. ОУ, а ресурсы освободить под DS18B20 и еще какие-нить навороты. Кодю я плохо, поэтому такие трудности.

AlexS4, спасибо за ссылку! Я там нашел нужную мне тему.

Добавлено after 9 minutes 47 seconds:
[uquote="74LS00",url="/forum/viewtopic.php?p=4621623#p4621623"]Нашёл в китае модульки как звать TP5000
https://aliexpress.ru/item/32716899385.html[/uquote]
Да, я рассматривал этот вариант, опыт работы с ее сестрой (TP5100) имеется. Мне понравилось, достаточно небольшого радиатора через терможвачку к плате. Делал ЗУ для 2S3P. Но для моих целей не прокатит, т.к. верхний порог там задан жестко 3.65В...

[AlexS4]

Мокренькая кисонька, bms на зарядку - ооочень рекомендую оставить, это пожаробезопасность! что бы там не говорили про негорючесть лиферов.

а на разряд - да, вполне безопасно напрямую в обход bms fet, так промышленно делают везде где важна надежность питания, в моноколесах например. (в худшем случае убьются банки если безприсмотра переразряженными оставить надолго)

[Мокренькая кисонька]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4621698#p4621698"]Мокренькая кисонька, bms на зарядку - ооочень рекомендую оставить, это пожаробезопасность! что бы там не говорили про негорючесть лиферов.[/uquote]
Полыхают лиферы и еще как! Именно свежезаряженные до упора (3.65В), при повреждении ячейки, КЗ и воздействии открытого огня, на ютубах видел! Не полыхают и не взрываются только подсевшие в т.ч. при воздействии открытого огня.
Поставить БМС на только на зарядку это хорошая идея, мешать он не должен, а все-таки дополнительный пограничный контроль!

[Ivanoff-iv]

Мыслил как-то в сторону активного балансира - придумал только многовыводный обратноход с кучей вторичек, причем запитать его от самой-же батареи (т.е. вариация по 3 варианту из 1 поста)
выглядит совсем просто, даже стабилизации ни какой ему не нужно - сколько энергии взял - столько и вернул обратно в банки...
осталось только продумать условие его запуска и остановки, если оно нужно...

Добавлено after 5 minutes 58 seconds:
А вот про первый вариант я вообще не понял... как линейные (не импульсные) схемы будут энергию переносить? то, что я смог на эту тему придумать ни чем не лучше дешманского пассивного БМСа (в плане экономичности), единственное преимущество - он работает во время всего заряда, а не только на финише...

[Мокренькая кисонька]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=4621702#p4621702"]А вот про первый вариант я вообще не понял... как линейные (не импульсные) схемы будут энергию переносить? то, что я смог на эту тему придумать ни чем не лучше дешманского пассивного БМСа (в плане экономичности), единственное преимущество - он работает во время всего заряда, а не только на финише...[/uquote]

Да, по КПД этот тот же "утюг", что и обычные сжиратели лишней энергии на TL431, но тут четкий баланс напряжений на ячейку - в этом преимущество.
UPD: И еще, так как лифер будет в буферном режиме эти дрыгания триггерные (в случае TL431) ему ни к чему. Он просто будет заряжаться до своих 3.45В на банку и все.

2024-09-03_120910.png

(44.81 КБ) 69 скачиваний

[sancio]

Вот не понимаю, почему с порога отвергается активный балансир типа flying capacitor на 6 ампер? У меня киловаттная газонокосилка, для которой я из разношерстных ноутбучных банок 18650 (подобранных по емкости, разумеется) собрал аккум 6P13S. Я им пользовался некоторое время, потом подключил этот балансир - время работы увеличилось в полтора раза. И никаких потерь энергии. Он помогает слабым банкам засчет сильных как при заряде, так и при разряде, балансировочный ток одного порядка с токами заряда-разряда. Правда, если оставить его подключенным к аккуму на 2 недели, процентов 10 заряда теряется, поэтому сделал на разъеме и отключаю на время хранения. Да, недешево, но оно того стоит.

[Мокренькая кисонька]

sancio, дайте ссылку, посмотрю.

[sancio]

https://www.aliexpress.com/item/1005005 ... 1802ObQFV4

Я брал 14S по акции 11.11 (11 ноября), в 2 раза дешевле обошлось

[AlexS4]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=4621702#p4621702"]Мыслил как-то в сторону активного балансира - придумал только многовыводный обратноход с кучей вторичек, причем запитать его от самой-же батареи (т.е. вариация по 3 варианту из 1 поста)
выглядит совсем просто, даже стабилизации ни какой ему не нужно - сколько энергии взял - столько и вернул обратно в банки...
осталось только продумать условие его запуска и остановки, если оно нужно...[/uquote]
лет 7 назад высказывал аналогичную идею на electrotransport.ru (только обмотки и диоды шоттки)
выключать можно по достижению напряжения на тестовой обмотке, не нагруженной параллелью.
но там есть проблемы:
с разбросом индуктивности рассеяния и сопротивления обмоток или с надежностью изоляции между обмотками если мотать жгутом,
с разбросом Vfw диодов и с саморазгоном диодов по температуре (ток заряда будет саморазгоняться некоторое время и это вероятно приведет к дизбалланнсу в результате) .
с fet (идеальными) диодами - диодные проблемки убираются но до реализации так и не дошло пока

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=4621702#p4621702"]А вот про первый вариант я вообще не понял... как линейные (не импульсные) схемы будут энергию переносить? то, что я смог на эту тему придумать ни чем не лучше дешманского пассивного БМСа (в плане экономичности), единственное преимущество - он работает во время всего заряда, а не только на финише...[/uquote]
нет, конечно разумные варианты все импульсные, есть варианты с мощными усилителями но они используются просто как силовой полумост.
имхо самый красивый вариант когда fet полумост коммутирует дроссель на 2 соседние параллели и скважностью определяет направление перекачки. а по окончании - переходит в z-состояние.

[jonpim]

[uquote="sancio",url="/forum/viewtopic.php?p=4621870#p4621870"]активный балансир типа flying capacitor на 6 ампер[/uquote]
Такие брать нужно для батареи элетровелосипеда .
Только по ссылке они на 5 ампер .

[AlexS4]

почему с порога отвергается активный балансир типа flying capacitor на 6 ампер?

впринципе идея хороша но для хорошего кпд необходимо:
1. ограничивать ток конденсатора реактором-дросселем (иначе львиная доля будет рассеиваться на esr ячеек, fet, C) физику не обманешь
2. осуществлять максимально прямой перенос, что усложняет коммутационную матрицу факториально от S и кроме цены ухудшает надежность и безопасность.

и соответственно теряется собственно преимущество применеия конденсатора по сравнению с чисто индукторной перекачкой.

то что продают как flying capacitor по сути является пассивным баллансиром с балластом спрятанным внутрь ячеек и схемы. это c точностью до переходных процессов в химии при коммутации направления тока, за счет которых какойто небольшой % таки перекачивается.

[sancio]

Это максимальный ток, когда, например, один элемент полностью разряжен, а остальные полностью заряжены. При уменьшении разницы напряжений и ток уменьшается. Принцип такой - к емкости в десятки тысяч мкФ поочередно, через мосфеты с сопр. канала менее миллиома, подключаются элементы батареи. Поэтому пофиг какие они - обычный ли-ион, лифер или титанат. Напряжение не измеряется. Можно подключать меньше элементов - в пустую ячейку ток не идет.
6А брал 4S в другом месте, перепутал.

https://www.youtube.com/watch?v=VR-G-3D82e0

принцип работы(на английском) моя плата проще, без всей этой измерительной рассыпухи.