Pasivní balancery - kontrukce, zapojení

[honzaL]

Server 10.20.1.1 je "zvenku" nedostupný a odkaz tedy nefunguje.
.

Děkuji za upozornění, nevšiml sem si při psaní příspěvku, že mám lokální adresu. Už ráno jsem psal adminovi zda bude tak hodný a moji chybu opraví
Když už se mi nepodařilo chybu utajit, tak správný odkaz je ZDE

[solárník]

Kybos: Heh 3,4 mi přijde větší, než 3,333

Já jsem v prosinci lehce zariskoval a vytvořil jsem "falzifikátor napětí baterie" pro Tristar s jedním Arduinem, které je osazeno měřícím shieldem na LiFe články a jednoduchým DA převodníkem vlastní výroby.

S odstupem několika měsíců musím říct, že to funguje (u mne například ve spojení s přelévacím balancerem) naprosto spolehlivě.

Jelikož jsem to ještě nikde neviděl, tak jsem to asi vynalezl sám

Princip je zhruba tento:

- Vstup Tristaru Battery Voltage Sense je odpojen z LiFe baterie a připojen na výstup DA převodníku Arduina
- Arduino neustále měří jednotlivé články (tisíce měření za sekundu)
- Pokud je jejich napětí v povoleném rozsahu, nastavuje na DA převodníku součet článků, tedy napětí celé baterie a vše se chová normálně, jako při klasickém zapojení
- Pokud je napětí kteréhokoli článku na stanovené horní hranici, nastaví na DA převodníku napětí absorpce, nastavené v Tristaru. Ten si začne myslet, že aku dosáhly napětí absorpce a upraví napětí tak, aby se už dál nezvyšovalo.
- Pokud by se přesto z nějakého důvodu stalo, že napětí nějakého článku bude dokonce vyšší, než horní hranice, Arduino nastaví na DA převodníku napětí (absorpce+napětí článku nad hranicí) a Tristar správně zareaguje a sníží napětí na výstupu.

Tedy to vcelku funguje tak, jak by mělo, v podstatě i bez jakéhokoli balanceru. Pokud se přidá přelévací balancer, tak ten má zatím čas články srovnat bez rizika, že se přebijí.

V podstatě toto téma na pasivní balancery jsem založil pouze proto, že mám připojenu na baterii ještě větrnou turbínu bez regulátoru, která když se sejde vítr a pěkné počasí, mne občas zlobí a chce přebíjet články. Tedy to potřebuji ještě nějak pořešit. Pasivní balancery jsou jednou z několika možností...

[JonasPP]

kybos ma pravdu.Ja to chcem podobne mať,že balancer nabehne pri 3,4v na članku.Ale žiaden lacny takto nenabehne,iba tie drahe nad moje finančne možnosti.Momentalne nemam žiaden balancer a ničoho sa nebojim.Maximalne Mi na članku skoči 3,46v a to ešte vytažovač ich drži na menej,lebo sa zopne pri 53,45v a regulator ma nastavene 53,49v.Teda ak bude aj slaby balancer,tak aj bude dosť dlho trvať kym sa dostane na 3,6v čo inak ine balancere iba nabehuju.
To bolo kusok od temy.Hladal som sučiastky na zostrojenie nastavovacieho balancera,čo isto bude fungovať,ale problem nastal keď som našiel stabilak,čo sa otvara od 1,49v a zvladne 0,25A ,ale je len na objednavku za trocha viac korun.Potom som obhanal dajake fety,ale tam som nenašiel idelne parametre.Ešte dačo popozeram a skusim jednoduchy obvod zhotoviť.

[kybos]

Kybos: Heh 3,4 mi přijde větší, než 3,333

Prahové napětí balancéru musí být o něco málo vyšší než cílové vnitřní napětí článku při nulovém proudu. Tím se dá zabránit zbytečnému příčnému proudu všech najednou otevřených balancérů. Ten drobný rozdíl mezi 3,34 a 3,333 V zajistí, že balancovat se budou jen ty články, které to skutečně potřebují. Jelikož svorkové napětí článku je ve zjednodušeném modelu dáno součtem vnitřního napětí článku a úbytku na vnitřním odporu článku a nabíjecí proud je ve fázi balancování nenulový, jeví se mi 3,34 V jako optimální hodnota pro dané podmínky. Nižší hodnota by neumožnila nabití článku na SOC > 90% v době omezené slunečním svitem a vyšší by mohla způsobit, že balancér nepokryje rozdíl nabíjecích proudů.

[kybos]

Když už se mi nepodařilo chybu utajit, tak správný odkaz je ZDE

Z uvedeného odkazu lze usuzovat nanejvýš na vybalancování poměru výroba /spotřeba (i k tomu by mi ještě nějaký údaj chyběl) ale ne na vybalancování jednotlivých článků baterie mezi sebou z hlediska jejich konečného svorkového napětí.

[honzaL]

Když už se mi nepodařilo chybu utajit, tak správný odkaz je ZDE

Z uvedeného odkazu lze usuzovat nanejvýš na vybalancování poměru výroba /spotřeba (i k tomu by mi ještě nějaký údaj chyběl) ale ne na vybalancování jednotlivých článků baterie mezi sebou z hlediska jejich konečného svorkového napětí.

Chtěl jsem jen ukázat jak dlouho mi trvá než se alespň trochu vybalancování podaří na klasickém SBM s balancovacím proudem 3,4A na napětí balancéru 3,625V. při balancování jsem měl jednu polovinu článků v balancovacím módu a ostatní se flákaly sotva na 3,45V. Je asi již znát, že polovina článků je o půl roku starší. Kdybych nebalancoval určitě by některý z článků šel přes 3,8V.
Podrobné měření se záznamem zatím na všech článcích nemám.

[solárník]

Potřeboval bych odkaz na tabulku nebo graf závislosti SOC ke konečnému nabíjecímu napětí (LiFeYPO4 Winston). Ale takové, kdy proud klesne až na nulu. Nemá někdo po ruce?

[kyocera]

Zdravím,
uvádím Vám níže odkaz na diplomovou práci, kde je popis návrhu, výpočtu balanceru , můžete
si hodnoty případě i upravit a dozvíte se tam i hodně zajímavostí o LIFEPO4.
/ Pro mně je nová a celkem zajímavá informace, že
pokud má LIFEPO4 80% kapacity může mít aku za sebou už i 3000cyklů. /
Odkaz je zde.
https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace ... e_id=88310

[solárník]

K té životnosti - mám poměrně relevantní data a velmi přesná měření. Přesněji řečeno, podle prvních měření jsem měl představu, že LiFeYPO4 vydrží daleko více, než se udává. Ovšem jen do tehdy, než jsem si dal do souvisloti měření na nových článcích, viz níže.

Bohužel nepřesnost je v tom, že neznám konečné nabíjecí napětí článků, které bylo na měřených použitých článcích použito. Druhá věc - použité články byly vystaveny nevybíravému zacházení, ať už se jednalo o přetížení, přebití, nebo hluboké vybití, a to nejméně jednou. Mělo za následek jejich mírné vyboulení.

Další poznatek: z měření článků zcela nových (žluté Winston LiFeYPO4) vyplynul zajímavý fakt: kapacita nového článku (nabití na 3,65V original nabíječkou Winston do vybití na 2,8V) je u všech měřených nových článků opakovaně 130% štítkové +- 1% (pozn. testované nepoužité články byly vyrobeny v roce 2010 a 6 let stály zcela necyklované).

Tedy lze říci, že v roce 2010 nově zakoupené 200Ah Winstony měly okolo 260Ah, nové 300Ah Winstony měly okolo 390Ah. To je asi pro mnohé překvapivý fakt, ale mám to potvrzeno několikerým měřením na různých článcích.

Dále - kapacita po cca 2500 cyklech výše uvedeným nevybíravým způsobem (u použitých měřených článků) poklesla na rozmezí 73% až 81% původní (tedy ne štítkové !). Kupodivu nijak nekorelovala s velikostí vyboulení uvedených článků.

Toto zhruba potvrzuje odhad, uvedený ve zmiňované diplomové práci: "Životnost (do 80% kapacity) 1000-3000 cyklů".

... a zpřesňuje ho na následující:

"Životnost (na 80% PŮVODNÍ kapacity) je i při závažnějším nedodržení nabíjecích postupů, vedoucím ke slabšímu vyboulení článků (do 1cm z každé strany), mezi 2000-2700 cykly"

Ovšem to nic nevypovídá o tom, jaká životnost bude při dodržení správného postupu údržby a už vůbec nevypovídá o počtu takto dosažitelných cyklů při nabíjení například pouze na 3,4V, o kterém výše mluvil kybos. Pak můžeme mluvit teoreticky o několikanásobném dosažitelném počtu cyklů.

Poznámky:
Použité články byly vyrobeny před rokem 2010. Teoreticky je možné, že před tímto rokem nemusely mít jako nové 130% kapacity, díky kupříkladu změně výrobního postupu, k němuž jistě došlo několikrát (například ke konci roku 2008 se začala montovat jedna elektroda měděná, před tím byly obě hliníkové). Pokud tomu tak skutečně bylo, může být výše uvedený odhad nesprávný. Pokud například byla štítková kapacita srovnatelná se skutečnou, pak by životnost článků vycházela i při hrubém zacházení na desítky let. Vzhledem k tomu, že ale některé články i po 2500 cyklech měly větší kapacitu, než štítkovou, tak je to krajně nepravděpodobné a jako nejreálnější se jeví můj upravený odhad výše. Další otázkou je, zdali je pokles kapacity lineární s časem a jakou kapacitní daň si vybralo selhání údržby, vedoucí k vyboulení článků.

[kyocera]

Rozbor životnosti se hodí spíše do vlákna Správné zacházení s LIFEPO4 a
v technických pramenech se uvádí, že kapacita u nových LIFE nejprve vždy vzrůstá nad štítkovou hodnotu a
teprve potom dochází k poklesu a hodnota 80% je kapacita, kdy se LIFE zpravidla z elektrovozidel vyřazují.
A v elektrovozidlech se moc citlivě s LIFE nezachází. Přebijení při rekuperaci, vyboulené články, jak popisuje solárník vysoké provozní teploty atd.
Ale pokud jsou články LIFE úplně nové a v domácí FV se s nimi zachází šetrně v cyklu nabijení a vybijení , mají nové LIFE naději na velmi dlouhý život.
V odkazu co jsem uvedl , ale bylo hodně informací o návrhu balanceru, výpočtu balanceru ,což je předmětem tohoto vlákna. Ten odkaz je zde.
https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace ... e_id=88310

[Jozef51]

Myslim, ze tema tohto vlakna je pre solarnikov velmi dolezite. Akumulatory Li na trhu su dost drahe, informacii o ich spravnej prevadzke je malo a mnohokrat si odporuju. A nakoniec chyba lacny a jednoduchy hardware, ktorym sa daju Li-aku "oblozit" aby sluzili dlho a spolahlivo. V diplomovej praci
https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace ... e_id=88310
je uvedene vela zaujimavych informacii a urcite si ju este raz a pozorne precitam. Za dolezite ale povazujem aj info od solarnikov ktory naozaj prevadzkuju velku Li aku banku. Diplomant tuto sancu asi nemal.
Celkom rad by som od JonasaPP, Otta a dalsich aktivnych uzivatelo Li aku 100-800-a viac Ah pocul. Mam system xxV/400Ah aku LiFePO4 a podla mojich skusenosti by som potreboval hornu limitaciu nabijania s hornou hranicou napr. 3.50-3.55V nastavitelnu na cca 30mV schopnu absorbovat prud pri tomto napati 50mA...500mA...5A...50A.
Ako som porozumel (ak je to nespravne, opravte ma) ochrana Li aku ma tieto problemy
-ochrana proti prebitiu,
-ochranu pred prilisnym vybitim,
-ochrana resp. korekcia nesymetrie seriovo prepojenych clankov aktivna/pasivna.
Ochrany ktore som videl, riesia tieto problemy niekedy jednotlivo, niekedy viac problemov sucasne a nepriamo a niekedy nieco aj neriesia. Ale zvycajne to nieco je za enormnu sumu. A su tu aj chyby. V schemach ktore tu boli uvedene chyba horna limitacia prudu ochrany. Ked Otto pusti svojich 120A do tejto ochrany tak koncovy vykonovy tranzistor musi explodovat. Nema proste sancu...

Tak este raz solarnici aktivni uzivatelia LiP... Li-ion napiste ake parametre by ochrana horna/dolna a balancer aktivny/pasivny mali splnat.

Pretoze kludne moze pracovat lacny jednoduchy pasivny balancer ktory by "brzdil" najrychlejsie sa nabijajuci clanok/clanky este pred kriticky napatim hornej destrukcie clanku. Takyto balancer by mohol byt este uzitocnejsi, jednoduchsi ako schemy hornych ochran uvedenych v diskuzii (az na ten mikropocitac ktory by bolo treba. Ale mame lacne a vykonne Arduino...).

[solárník]

Zde je souhrnný graf kapacity několika desítek použitých článků (žluté Winston/ThunderSky) po cca 2500 cyklech. Osa X je kapacita článků oproti novému v procentech. Je to průvodní graf k mému příspěvku výše i když neobsahuje data zcela všech měřených článků, kde se rozsah, jak už jsem psal, pohyboval od 73 do 81% původní kapacity.

Souhlasím, mělo by patřit primárně do tématu o správném zacházení, ale i při návrhu balancerů je to relevatntní.

Testovací proud byl u nových i použitých článků 0.05C.

[rva]

Jedna věc je ochrana, druhá balancování.
Ochranu řeší v první řadě Celllog, u kterého si můžu nastavit, při jakém napětí odpojí baterie a čeká, až zjistím, co se stalo a dám to do kupy.
Pak vhodně nastavený solární regulátor (regulátory) - mám tři a jsou nastaveny tak, že při zvyšujícím se napětím baterie nejprve jeden, pak druhý a konečně i ten třetí snižují proud a přestávají dobíjet. To vede k tomu, že pasivní balancery 2.7A na článek stačí spálit případné napěťové špičky. Jen by to chtělo, aby tyto balancéry byly na nižší napětí - jsou na 3.6V a vzhledem ke snaze o co nejdelší život článků by mohli začít balancovat klidně při 3.45 V. Takto při konečném napětí baterie 54.4V (3.4 V/ článek) se k balancování téměř nedostanou

[kyocera]

Když už je tady graf od solárníka , napadá mně otázka. Co se vlastně stalo, že kapacita
už je v rozmezí 70 až 80 % ? Odpovědˇ neznám. Mohl bych dovozovat z informací
od Oty, že pitval článek se zbytkovou kapacitou 20% a některé části aku se vlivem spečení elektrod
procesu akumulace už nepodílí. Ale to je doměnka,že by to stejné mohlo platit i pro aku od solárníka
s kapacitou 70% až 80% , je to jen moje snaha přenášet fakta, není to správná odpověd k článkům solárníka.
Někteří z Vás popisovali nějaký zápach při nabijení LIFE. Opět bych se mohl
domnívat, že snížení kapacity je v důsledku vysychání článku. Správné odpovědi ale neznám.
Položil jsem výrobci LIFEPO4 tuto otázku. Co se stalo během výroby v článku LIFE, když
nemá jmenovitou hodnotu kapacity a je prodávaný jako mimotoleranční za nižší cenu ?
Vždyt plocha elektrod byla během výroby vždy stejná , tak co se tedy v článku LIFE během výroby stalo , že
na konci výrobního procesu najednou článek LIFE nemá kapacitu, jako měl článek předcházející ?
Odpověd ˇjsem zatím nedostal. Ale je dobré odpovědi poctivě hledat dál.

[rva]

Dle http://ecec.mne.psu.edu/pubs/2010-zhang-jps.pdf kde trápily články se kapacita snížila, protože část Lithia se už neúčastnila přenosu náboje, tím zároveň vzrostl i odpor elektrolytu.

[solárník]

Co se vlastně stalo, že kapacita už je v rozmezí 70 až 80 % ?

Lze jen hádat.

- při částečném nafouknutí mohl článek díky přetlaku upustit část elektrolytu ventilem

- články obsahují mnoho jednotlivých elektrod a separátorů (=subčlánků), všechny zapojené paralelně a jejich kapacita se sčítá. Při vyboulení článku dochází k mechanickému namáhání a přípojky na společný vývod se mohou u části subčlánků přetrhat (elektroda je podobná alobalu, představte si, jakou má asi mechanickou pevnost proti přetržení - téměř žádnou). To potvrzuje i fakt, že při lisování článků do původního tvaru bylo pozorováno zvýšení kapacity. Některé články přitom ztrácely skokově kapacitu a opět jí nabývaly, což bylo jasným důkazem přetrženého spoje uvnitř.

- vlivem vyboulení ztratí některé elektrody kontakt se separátory a neúčastní se procesu

- vlivem velkých výkyvů napětí mimo bezpečnou mez dochází patrně i k chemickým nevratným změnám části elektrod

Z mé vlastní zkušenosti potvrzuji velkou důležitost mechanické podpory článků, aby se nemohly nafukovat. A také - pokud stáhnete nafouklé články, nedoporučuji je demontovat a nechat opět roztáhnout, pokud to není smrtelně nutné. Při všech těchto mechanických stresech je velké riziko utržení vnitřních přívodů u části elektrod a je potřeba postupovat velmi pomalu (utahovat a hlavně uvolňovat).

[marko250]

Vše se vším souvisí a tady ty pevné balancéry je potřeba mít s velkou možností pálit více ampér na článku,který ulítne.On ulítne jen díky pokročilému stavu uvnitř,vůči dalším méně postiženým a v tu chvíli do něj klidně poteče plný výkon regulátoru.Pochybuji že by tady někdo měl pasivní balancer na 80-90A/článek.Je potřeba uspůsobit provoz podle tohoto slabšího článku,nebo jej rovnou vyloučit a nahradit jiným,s podobným stavem vůči ostatním.Od velikosti poškození se dá také samozřejmě jen doplnit o rozdílnou kapacitu,nějakou menší baterkou paraelně k němu,ale taky se může stát,že se daný slabý článek najednou zlomí a neštěstí je na světě.Už dva zdejší členové zažili prohoření a likvidaci článků zdravých okolo toho ,co to způsobil.Dle mě by mělo platit pravidlo mít vyrovnané články v celé sestavě v původním stavu s podobným vnitřním odporem.U nových je to jednoduché,ale s postupem času se to rozjíždí,pak to dostane pár kopanců díky špatnému přílivu energie a už v tom lítáme.Hraniční napětí pro dlouhověkost a bezpečný chod bylo několikrát napsáno 2,9-3,5V LiFePo.To spodní je bezpečné pokud nejsou baterky silně podchlazené pod 5°C,to horní naopak přehřáté přez 30°C. Samozřejmě pasivní balancer o celkovém výkonu reglu je pitomost,k takovému stavu nesmí dojít,ale stavy kdy uletí nějaký článek a teče do něj víc než stačí již seplý palič utáhnout jsou s těmi šidítky kolem 1.5-3A velice snadno dosažitelné.Při 10-15% rozdílnosti článků,bych tam viděl za vhodné aspoň 20A na článek,je potřeba si uvědomit,že se sepne až když už ulítává a regl cpe maximum.
Já jsem rozdílnost vyřešil aktivním přeléváním,který běží neustále,samozřejmě to není ideální řešení,ale při výkonnosti max 6A na článek (v reálu jsem naměřil 1-1.5A) se mi ještě nestalo,že by něco uletělo.

[kodl69]

No a to už jsme u BMS, která dokáže komunikovat s regulátorem případně zapínat externí zátěž (odpojovat část panelů) pro snížení toho balancovacího proudu. A to jistě bez řídícího systému nejde udělat, případně to bude monstrum z galaxie X

[solárník]

Příklad "komunikace" s regulátorem viz můj "falzifikátor" výš https://forum.mypower.cz/viewtopic.php? ... 924#p61898
Ani to není moc velké monstrum, navíc jsem tam ještě přidal dvě relé na spínání nabíječe (SSR) při dosažení dolní hranice napětí a odpojování zátěže (velké bistabilní) při kritickém podpětí (nabíječ nefunguje, popřípadě nejde proud)

[kodl69]

Zajímavá myšlenka, škoda, že midnite nemá takovejhle vývod. Díval jsem se do té diplomky, a balancer vypadá, jako bych ho od něj okopíroval, ale fakt jsem to sesmolil sám.