Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

Sareph 23 Sty 2020 12:45 3126 6
  • BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym
    Dlaczego własny BMS z balaserem a nie jakiś gotowy. Bo nie udało mi się znaleźć takiego, który by spełniał wszystkie wymagania, a poza tym, zawsze okazje do zrobienia czegoś nowego. Wymagania tymczasem były następujące:

    • Odcięcie zasilania przy przekroczeniu 14v4
    • Odcięcie akumulatora przez spadku napięcia aku poniżej 10V lub dowolnej celi poniżej 2v4
    • Balansowanie ogniw do 3v45, lub opcja ustawienia progu, a najlepiej do Vbatt/4
    • Utrzymywanie napięcia na wyjściu po wyłączeniu akumulatora

    Ostatni punkt wymaga małego wyjaśnienia. Zasilacz buforowy, który mam, rozpoznaje przy uruchomieniu czy na zaciskach akumulatora jest napięcie. Jeśli go nie ma, nie rozpocznie ładowania. To oznacza, że jeśli BMS odciął by akumulator po jego rozładowaniu, po ponownym uruchomieniu zasilacza ten nie rozpoczął by ładowania akumulatora. Poza tym, dlaczego 13v8 skoro dało by się przerobić nieco zasilacz aby podał te 14v4. Bo w zasadzie ogniwa LFE można ładować nawet i do 4v2, w przeciwieństwie do LiIon/LiPo nie są tak wybuchowe, ale. Ale Ilość zgromadzonej dodatkowej energii przy ładowaniu > 3v5 jest bardzo mała. A tak wysokie napięcie źle wpływa na kondycje ogniw. Optymalnym wydaje się ładowanie do około 80-90% (3v4-3v5). Co swoją droga powinno wyjaśnić dlaczego chciałem napięcie balansowania Vbatt/4 a nie maksymalne dopuszczalne. ;)

    Zbudowany BMS posiada następujące funkcje:

    • Odcięcie zasilania przy 14v4
    • Odcięcie akumulatora prze spadku poniżej 10V ale próg zadziałania można regulować
    • Odetnie cały akumulator jeśli napięcie jednej celi spadnie poniżej 2v4
    • Balansuje ogniwa do napięcia Vbatt/4
    • O ile nic nie pobiera prądu z wyjścia akumulatora, utrzymuje na wejściu napięcie
    • Monitoruje temperaturę całego akumulatora
    • Odetnie zasilanie jeśli prąd ładowania przekroczy 1,5A (maks jakie może podać zasilacz)
    • Odetnie akumulator jeśli prąd rozładowania przekroczy 10A
    • Mierzy prądy/napięcia ładowania/rozładowania i raportuje aktualny stan akumulatora…
    • …za pomocą interfejsu Rs485…
    • ...z opcjonalna opto-izolacją

    Zasilanie.

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    Na wejściu znajdują się dwa tranzystory p-mos odcinające zasilanie, z czego jeden zapobiega rozładowaniu kondensatora znajdującego się na wejściu przetwornicy DC-DC EUP3458, co daje chwile układowi nadzorującemu akumulator na dokończenie tego co robi, w momencie kiedy układ zabezpieczający odetnie zasilanie z jakiegoś powodu. Zasilanie wyłączane jest automatycznie w momencie gdy Vin przekroczy nieco Vbatt, lub gdy zwarta na chwilę zostanie zworka F_EN. Idea stojąca za tym jest taka aby kiedy akumulator jest odłączony, chociażby z powodu zbyt głębokiego rozładowania, mógł automatycznie się włączyć jeśli tylko zasilacz buforowy go rozpozna i rozpocznie ładowanie.

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    Układ zapobiegający nadmiernemu rozładowaniu składa się z dzielnika rezystorowego w postaci potencjometru (R35), komparatora (IC20B) i źródła napięcia odniesienia w postaci stabilizatora LDO (IC19). Dwa ostatnie są na stałe podłączone do akumulatora pobierając około 150uA prądu. W wypadku bardzo długiej przerwy w zasilaniu to może rozładować akumulator. Choć nawet w wypadku całkowitego rozładowania ogniw, powinno w nich zostać wystarczająco prądu na około 20 dni zanim nastąpią w nich trwałe uszkodzenia (lub jakieś 2000 dni jeśli byłby pełny), a najdłuższa przerwa w dostawie prądu tutaj miała około 3h.
    W razie potrzeby kontroler może siłowo utrzymać ogniwo włączone, jeśli mu to potrzebne do zapisania jakichś danych w EEPROMie (DISCH_ENABLE). Dostaje także informacje, że zabezpieczenie właśnie odłączyło akumulator i zaraz zostanie odcięte zasilanie CPU (!SHDN_WARN).
    Pomiar prądu realizowany jest na 4 rezystorach 0R010 (R29-R33) i wzmacniaczu pomiarowym INA214 (IC10). Aby uzyskać większą rozdzielczość pomiaru i czułość przy małych prądach (roz)ładowania, do wyjścia INA214 podłączone są dwa MCP6001.

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    Za źródło napięcia odniesienia służy trzeci wzmacniacz MCP6001 i dwa rezystory, produkując napięcie 1/2 Vcc. Wszystkie sygnały są do prowadzone do CPU, którym jest STM32F030R8.

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    Pomiar napięcia cel opiera się o LM324D, zmniejsza on napicia panujące na celach o około połowę i sprowadza do poziomu akceptowalnego przez ADC STMa.

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    Układ balansowania zbudowany na 2 tranzystorach i 3 rezystorach. Prąd balansowania to około 120mA (napięcie celi/22R). Balansery mogą być sterowne za pomocą sygnału on/off lub PWM (tak samo jak tranzystory przerywające ładowanie).

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    W układzie brakuje ograniczenia prądowego, tym zajmuje się zasilacz buforowy.

    Do tego SP3485 jeśli akumulator jest jedynym w układzie, lub ADM2483 jeśli potrzebna jest galwaniczna izolacja, a ta potrzebna jest jeśli dwa lub więcej takich akumulatorów ma być połączonych razem.

    Możliwe usprawnienia:

    • Balanser mógłby być aktywy, ale na razie pasywny sprawdza się całkiem dobrze. Chociaż czas na balansowanie ogniw podczas ładowania jest dość ograniczony, gdyż w końcowej fazie, kiedy to najbardziej jest potrzebny, napięcie na celach rośnie w takim tempie, iż nie bardzo jest kiedy to zrobić;
    • Układ zabezpieczający przed rozładowaniem mógłby pobierać 0uA po odłączeniu akumulatora;
    • Można by monitorować temperaturę każdej celi osobno;

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    Do układu podłączone są 4 pryzmatyczne ogniwa LiFePO4 o pojemności 10Ah każde. Spięte za pomocą plastikowych klamerek wydrukowanych na drukarce 3D. Przez złącza aktualnie może płynąć maks około 3A, także ne powinno to stanowić problemu. Przynajmniej łatwo wymienić/sprawdzić cele. Sumarycznie w akumulatorze zgromadzonych jest 128Wh energii (vs 84Wh w poprzednim, żelowym). BMS poza tym, że balansuje poszczególne ogniwa, nie pozwala na ich ładowanie jeśli napięcie akumulatora przekracza 13v4, aby pozwolił na kolejny cykl ładowania przynajmniej 200mAh musi zostać pobrane z ogniw lub napięcie samoistnie musi spaść poniżej 13v4.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Sareph
    Poziom 22  
    Offline 
    Sareph napisał 471 postów o ocenie 217, pomógł 47 razy. Jest z nami od 2004 roku.
  • #2
    korben
    Poziom 11  
    Mam takie trochę inne pytanie, zauważyłem na jednym ze zdjęć, że posiadasz hotair prawdopodobnie 858 :)
    Mógłbyś coś powiedzieć o niej? Jesteś z niej zadowolony, jakieś uwagi? Zastanawiam się nad jej kupnem w celach wyłącznie hobbystycznych i tak się trochę waham.
    Oczywiście gratuluje projektu.
    Pozdrawiam
  • #3
    Sareph
    Poziom 22  
    858D Znahoxin, o ile to ma znaczenie.
    Bez uwag, mam od 2014 roku, niby kupiłem "na chwilę", ale okazało się, że w sumie całkiem fajny sprzęt i nie odczuwam potrzeby zmiany na inny. Nigdy nic mu się nie stało (a używam dużo) i nawet nie poskąpili na rezystorach przy wyświetlaczu. Co oczywiście nie oznacza, ze jak kupisz to się nie zepsuje po 3 minutach, no ale mój działa niezawodnie. :D
  • #4
    Szyszkownik Kilkujadek
    Poziom 35  
    Gratuluję konstrukcji.
    Dlaczego włożyłeś tyle wysiłku w zamianę akumulatora żelowego w LiFePO4?
    Zasilacze buforowe są raczej stacjonarne, więc ani waga ani rozmiary raczej nie są tu decydujące?
    Ekonomia też raczej po stronie żelowych.
  • #5
    korben
    Poziom 11  
    Hahahaa, tak zdaje sobie sprawę z tego iż mój entuzjazm może potrwać trzy minuty :)
    Dzięki za info. Pozdrawiam
  • #6
    eurotips
    Poziom 36  
    Sareph napisał:
    Bo w zasadzie ogniwa LFE można ładować nawet i do 4v2, w przeciwieństwie do LiIon/LiPo nie są tak wybuchowe


    A skąd takie rewelacje kolega zaczerpnął, można prosić o źródło tej informacji ? bo w rzeczywistości jest zupełnie odwrotnie.

    Kolejny typowy "DIY pochwal się"
    No i po co komu projekt do którego autor nie udostępnia wsadu do mikrokontrolera.

    Moderowany przez gulson:

    Chyba o to też chodzi, aby się pochwalić?

  • #7
    Sareph
    Poziom 22  
    Szyszkownik Kilkujadek napisał:
    Dlaczego włożyłeś tyle wysiłku w zamianę akumulatora żelowego w LiFePO4?
    By przetestować kilka rzeczy przed zrobieniem takich specyficznych akumulatoto-BMSów do modułów COB (potrzebne mi do zdjęć). A, że żelowy i tak już stracił ze swojej pojemności 70%, to czemu nie. A poza tym nie ma tego typu BMSa na rynku, to jeszcze po to aby sprawdzić czy to ma sens i jak się sprawdza. ;)

    Szyszkownik Kilkujadek napisał:
    Zasilacze buforowe są raczej stacjonarne, więc ani waga ani rozmiary raczej nie są tu decydujące?
    Ekonomia też raczej po stronie żelowych.
    Przy wymianie z taka samą częstotliwością tak, sprawa zatem sprowadza się do tego, ile ten akumulator przeżyje i czy przynajmniej dwa razy dłużej niż żelowy, dowiemy się za parę lat.

    eurotips napisał:
    A skąd takie rewelacje kolega zaczerpnął, można prosić o źródło tej informacji?
    Znaczy LFE nie są dużo bardziej tolerancyjne niż LiPo?
    https://www.powerstream.com/LLLF.htm - dużo przydatnych informacji na temat różnych ogniw Li* (tutaj FePo4).

    Przy okazji krzywa rozładowania przy ładowaniu do różnych napięć:
    BMS do akumulatora 4S LiFePO4 pracujągo z zasilaczem buforowym

    eurotips napisał:
    Kolejny typowy "DIY pochwal się"
    No i po co komu projekt do którego autor nie udostępnia wsadu do mikrokontrolera.

    Jak już moderator zauważył, no tak, o to chodzi.
    Poza tym, poza wsadem do kontrolera są jeszcze schematy, z których można sobie wziąć układ pomiarowy do celi, zabezpieczenie przed rozładowaniem, czy rzucić okiem jak rozwiązany jest pomiar prądu. No i chyba opisałem jak działają co ważniejsze elementy.
    Nie będę mówił za wszystkich, ale mi się tam przydają schematy urządzeń do których nie ma wsadu, a nawet jak jest to czasem na inny uC niż używam. I jak wtedy żyć? :D