true cousins

Kan det ikke gøres lidt bedre? BMS for viderekomne

Sædvanligvis er der en tendens til at nye, tekniske produkter på unge markeder ikke altid udvikles af de dygtigste folk eller måske mangler udviklerne nogle evner/viden om praktisk anvendelse. Med andre ord kan man ofte slippe af sted med nogle halv-færdige, halv-gennemtænkte produkter netop fordi disse er til et HELT nyt marked, hvor der mangler konkurrence (= udbud) fra andre firmaer, erfaringer fra forskellige applikationer osv. BMS systemer er ingen undtagelse...

Som kort beskrevet i et tidligere blog-indlæg, har vi valgt selv at udvikle og fremstille et BMS (Battery Management System). Lithium-batterier er dyre og følsomme af væsen, så når vi nu endelig har fået en stor portion sponseret (listepris ca. 100.000 kr.), så skal BMSet også bare være i orden.

Illustration: Privatfoto

True Cousins** BMS system

Nu vil flere læsere her på siden nok undre sig over, om der mon ikke derude et sted, skulle findes et system der kunne bruges. For det er trods alt et stort projekt at give sig i kast med oven i alle de andre ting der skal laves. Og jo det kan godt være der findes et system der opfylder mange af vores krav, men vi har ikke rigtig fundet det (vi har søgt meget). Med et eget design er der også den fordel, at man jo kan ændre på tingene undervejs, når man bliver klogere på, hvordan det burde fungere. I vores arbejde med andres projekter, har vi har stiftet bekendtskab med to BMS systemer, som begge lader meget tilbage at ønske.

REAP Systems

Det første system, fra REAP, var monteret på en konverteret el-bil. Systemet ligner vores eget meget, men det kunne for det første ikke logge under kraftig acceleration og den serielle kommunikation gik helt enkelt ned, når man trak stor strøm fra batterierne (formodentligt pga. EMI-støj). Dette system kørte med canbus, som skulle igennem en lille boks for at PC'en kunne forstå det. Og den del af softwaren, der sørgede for dette var mildest sagt ubrugelig og krævede en masse setup og at alle ting blev gjort i den HELT rigtige rækkefølge for at det lykkedes at få hul igennem.

REAP-systemet lignede vores eget på den måde, at det var delt op, så et print vogtede 12 celler og deres temperaturer. Balanceringen foregik ikke under ladning, men efter ladning: Når den celle, der først var ladet fuldt op, nåede sin topspænding, stoppede ladeprocessen og i timerne, dagene, ugerne efter afladedes de celler, der var højest i spænding således, at alle cellerne på et tidspunkt endte på samme niveau.

Teoretisk set er ideen sikkert god nok og kræver ikke meget køling, da afladningen ikke udgør nogen særlig stor effekt (balanceringsstrømmen var på omkring 50 mA). Tanken er, at over en længere periode kommer cellerne i balance, men vi kan ikke lide den, da dette kan tage MEGET lang tid. Et andet problem med dette system var, at cellerne fra nr. 1 til 12 på hvert printmodul ved en logning så ud til at stige i spænding i forhold til celle nummer, altså en eller anden indbygget fejl i målingen eller balanceringen af cellerne gjorde, at celle nr. 12 var lidt højere i spænding end celle nr. 11 og celle nr. 11 var lidt højre i spænding end celle 10 og så fremdeles.

REAP BMS system

Systemet var også indrettet - eller i hvert fald implementeret således - at det tog hovedkontaktoren, hvis en celle under kraftig belastning blev for lav eller for varm. Dette er skidt, da kontaktoren derved bliver MEGET slidt meget hurtigt. Men endnu værre hvis dette sker under en overhaling, og BUM, pludselig er bilen helt død. I stedet burde strømtrækket i denne situation reduceres således, at bilen stadig kører, men med nedsat power. Det vides ikke om denne situation skyldes implementeringen eller om BMS systemet helt enkelt ikke havde en feature til reduktion af strømtræk fra motor controlleren.

Til sidst kan det nævnes, at det var et REAP-system, der sad på den Nissan Qashqai el-bil (konverteret), der startede en brand på Oslo-færgen i nov. 2010. Branden opstod under opladning og der er stærke indicier der peger i retning af, at en fejl i BMS systemet har været årsagen til branden. De første forklaringer lød på en kortslutning i en forlængerledning, men senere undersøgelser har udelukket dette. Bilen havde kørt mere end 5000 km, så der var tale om et indkørt system, altså ikke en prøveturopstilling/forsøg.

GWL Power

Det andet system vi har haft i hænderne var fra GWL Power og var af typen, hvor der sidder et print per celle og kommunikerer med et hovedprint. Dette system kørte også en form for seriel kommunikation og indeholdt følgende ulemper: 1 På et system med 30 celler målte systemet op til 130mV forkert(!). 2 Det havde ingen udgang for reduktion af strømtræk fra controller. 3 Det brugte ca. 50 mA når det var SLUKKET (fra 12 volt batteriet på køretøjet). 50 mA svarer til at et MC- blybatteri aflades helt på ca. 5 dage. 4 Det var over et minut om at starte op, hvis det havde været uden strøm - hvilket i vores installation gjorde at føreren af køretøjet måtte vente 1 minut før han kunne køre ved opstart, ret irriterende. 5 Opdateringsfrekvensen svarede til ca. 1 gang i sekundet ved 100 celler - i vores system med 30 celler ca. 2,8 gange i sekundet. 6 Den serielle kommunikation med PC (som også krævede en lille boks for at blive omsat fra spi til usb) gik ned hvert 2. til 10. minut. 7 Det tog os 3 måneder, at få producenten til at indse, at der var en firmware fejl, som han efterfølgende rettede efter vores anvisning. 8 Dokumentationen var mangelfuld. I den beskedne del der var til rådighed, var brugerdefinerede parametre ikke forklaret og en forklaring af, hvorledes balanceringer af cellerne foregår, fandtes slet ikke (vi kan se at dette er blevet bedre nu, hvor vi lige har tjekket deres hjemmeside, men for 2 år siden var det skidt).

GWL-Power BMS-print

Vi må dog tilføje at begge de ovenfor beskrevne systemer er et par år gamle, så der er formodentligt blevet lavet opdateringer og forbedringer siden. Men det er stadig tankevækkende at så fundamentale design-fejl får lov til at finde vej til vigtige og sikkerhedskrævende applikationer som eksempelvis el-køretøjer.

Vores eget BMS

Disse erfaringer med "færdige" systemer ledte til beslutningen om, at det måtte kunne gøres bedre og vi besluttede os derfor for at lave vores eget BMS system. Kravene til vort eget system:

1 En hurtig opdateringsfrekvens på 10 til 100 gange i sekundet. 2 Simpel og pålidelig seriel kommunikation (RS232). 3 Præcis måling af celle spænding (design ønske 5 mV eller bedre). 4 Mulighed for balancering under ladning og/eller efter ladning minimum 350 mA - kan med øget køling hæves til 1000 mA. 5 Mulighed for styring af motor controllerens throttle (speeder) for reduktion af strømtræk. 6 Mulighed for bluetooth og "smartphone adgang" - systemet kan kommunikere med et lille program på en smartphone. 7 Mulighed for kontrol af hovedkontaktor og overvågning af temperatur på hovedkontaktor og hovedsikring. 8 Mulighed for overvågning af luftfugtighed i batterikasse. 9 At systemet er aktivt ALTID, dvs. at systemet er kørende fra det bliver samlet med batterierne og til den dag batteriet skrottes. Dette forudsætter selvfølgelig at systemet drives fra batteriet selv og at strømforbruget i hvile er lavt. 10 En 3-akset g-kraft sensor blev overvejet, men er ikke implementeret pt.

Status lige nu - Glenn fortæller

Nu er det første BMS-print oppe at køre og skrivningen af koden til det er igangværende. Det går strygende, ment på den måde, at jeg ikke er stødt på umulige forhindringer men kun besværligheder. Indtil nu er der skrevet sub-rutiner for hentning af data fra ADC'en og for sweep af multiplexeren (16 kanaler) og for balancering af cellerne. Systemet har faktisk styret ladningen af en lille test cellepakke, som vi har lavet til formålet (12 celler fra A123), det er de gule 1865 på omkring 1000 mAh og 3,6 volt (ikke polymer). Systemet har styret et lille relæ og koblet ladningen til og fra (høj ladning og lav ladning), I kan se videoen nedenfor.

Jeg har som det seneste taget hul på den serielle kommunikation til og fra printet og det ses også i videoen. Der er dog noget vej endnu før systemet kan kaldes færdigt til test. Jeg kan dog fortælle at dette ene print måler cellerne med en nøjagtighed bedre end +/- 5 mV og det er jeg såmænd meget godt tilfreds med.

Fortsættelse følger, når jeg er kommet nærmere en kommunikation mellem 2 BMS-print.

Hans-Henrik Thomsen, True Cousins fortæller sammen med sin fætter Glenn E. Nielsen om arbejdet med at udvikle og bygge deres lynhurtige el-motorcykler og -biler.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Når man laver en balancering af cellerne, har man sikkert en ide om hvorfor det skal gøres.

Jeg kan se nogle grunde i at gøre det: a) Cellerne er forskellige og har en (forskellig) selvafladning og kapacitet, man ønsker at udkompensere. b) Man ønsker at udnytte al kapacitet i cellerne, fordi de er dyre/tunge/fylder meget/... og derfor ønsks mest mulig af kapaciteten. c) Man ønsker at cellerne rammer "bunden" på samme tid, og har derfor interesse i at de er ladet op til samme kapacitet.

Jeg har selv fravalgt den øgede kompleksitet og kabelføring i mit LiFEPO4 batteri og nøjes med en check måling efter fuld opladning (ca. 95% af nominel kapacitet). Dette er primært gjort pga. a), da jeg er ret ligeglad med b), da jeg ofte kun bruger cellerne i området fra 30% -> 95%. Ved mit manuelle check af mine celler, har jeg ikke set noget der siger at a) er et problem for "mine" celler.

Hvis jeg skulle lave en racing applikation, ville jeg helt klart sørge for at cellerne så vidt muligt ramte bunden på samme tid og være ret ligeglad med hvordan de så ud på toppen. Kapaciteten af batteriet vil alligevel altid være givet af den dårligste celle. Enhver celle, der afveg mere end xx% ville jeg skifte ud.

Jeg ville have stor interesse i hvordan cellerne havde det under drift og kan se at den hurtige sample rate er et must.

Laver I samtidig måling af strøm og spænding for hver spændingsmåling - eller blot en strømmåling, der så "gælder" for alle sekventielle spændingsmålinger, eller ... ?

Mvh Martin. http://www.citystromer.dk

  • 0
  • 0

hej Martin , vi måler kun 1 strømmåling og derefter 12 celle spændinger og 12 celle temperature + 4 andre temperature og 4 andre spændinger . Det hele tager ca 2 millisekunder , så det forventes ikke at strømmen har ændret sig nævneverdigt herunder , det er transmitionen af data der sætter den første begrensning for logger hastigheden.

  • 0
  • 0

...Det hele tager ca 2 millisekunder , så det forventes ikke at strømmen har ændret sig nævneverdigt herunder , det er transmitionen af data der sætter den første begrensning for logger hastigheden.

Lyder som en rimelig antagelse - kunne måske sample strømmen som den "miderste" værdi ;-) Hvis det kun er til 1/4 mile, så kunne man evt. blot dumpe data til RAM og sende værdierne med den hastighed man måtte ønske det. Havde selv en del overvejelser da jeg gik fra bly til litium i bilen, men mit aflademøster er jo noget mere godmodigt end jeres. Savner dog lidt data, men har det på den anden side meget godt med det simple system jeg benytter ;-)

Har I evt. tænkt på at lave jeres BMS til Open Source?

Martin.

  • 0
  • 0

Ida, jeg kan fint følge dig i dine argumenter imod et BMS. Tror muligvis jeg ville vælge et kompromi. Opdeling af batteriet i to halvdele og sammenligne de to halvdele med hinanden. Dermed vil man hurtigt kunne afgøre om man har et problem i den ene eller anden halvdel af batteriet. De to af tre måleledninger kunne hentes direkte på terminalerne på motorstyringen og midtermålingen kunne have et relæ, der trækker samtidigt med at der sættes "tænding" på MC'en. Ved en forskel på mere en 2 volt mellem de to halvdele, kan man stoppe/reducere strømmen ud af batteriet. Det er mere eller mindre det jeg gør på mit batteri i bilen. I min bil regner (og håber) jeg også med en lang levetid - tror ikke levetiden for et dragster batteri er så lang ;-) Men er 100% enig med dig i at det oftest er målingerne der i sig selv er et problem, mere end det er cellerne i batteriet, men det kræver en del indsigt og/eller erfaring at nå til den konklusion. Erfaringen fås oftest ved at måle på sine celler med jævne mellemrum - så der er lidt en "catch 22" i det. De små ledninger fra cellerne skal selvfølgelig sikres på en måde at man kan kortslutte dem til et hvilket som helst potentiale i batteriet uden at det skaber problemer. Vil helt klart stadig anbefale "bottom balancing" da det vil være væsenligt ikke på noget tidspunkt at reversere en af cellerne og det sikres nemmest ved "bottom balancing". Oplaningen sker så blot ved at fastsætte en passende slutspænding under CC opladning. Midtpunkts monitoreringen vil stadig afsløre om der er celler, der har en markant anderledes opførsel end de andre.

Martin.

  • 0
  • 0

Jeg har selv fravalgt den øgede kompleksitet og kabelføring i mit LiFEPO4 batteri og nøjes med en check måling efter fuld opladning (ca. 95% af nominel kapacitet).

Hvis det skal forstås sådan, at du ikke har et system der måler individuel cellespænding, må man så spørge:

Hvordan sikrer du dig at den højeste celle ikke ligger fx 6% SOC højere end den laveste, og således risikerer at ryge langt over de 4,2V der ødelægger cellen, og i værste fald antænder den???

Hvordan kan du overhovedet vide at SOC er bare i nærheden 95%, hvis ikke alle cellerne har været fuldt opladet samtidig, indenfor rimelig tid?

  • 0
  • 0

hej ida. Nej dette BMS skal ikke ses kun som et system til en dragracer , men det er der vi kommer til at bruge det i første omgang. jeg er enig med dig i at der selvfølig følger fejlkilder med når komplexiteten går op. men det er efter min mening et nødvendigt onde.

Mht. om det er nødvendigt med et BMS i dragracing, og din tvivel på om 100 målinger i sekundet er formeget,

så lad mig lige ridse senariet op,

under et dragrace trækker vi opimod 80 C ud af batteriet , altså ca 2000 ampære ud af en pakke på 25ah.

Det eneste der forhindre os i at trække mere ud, er hvorhurtigt celle terminalerne stiger i temperatur.

Det sker typisk, at terminalerne stiger fra 40 celcius til lige under 100 celcius på 7 sekunder.

vi starter med at varme batteripakken op til 40 celcius (eller mere) for at forbedre kemien i batteriet,

Batteriet vejer omkring 70 kg og vi forsøger at trække over 550000 watt ud af det.

Da alting går meget hurtigt i denne sport, vil vi gerne kunne opløse de første sekunder hvor strømmen stiger hurtigst med en stor tids opløsning, for Evt. tidligt at kunne spore dårlige celler eller hotspots i batteriet.

samtidigt kan den hurtige sampelrate beskytte batteriet ved at BMS hurtigt reducere strømtræk fra motorcontroleren.

Mht. at koble BMS fra når køretøjet ikke bruges er jeg HELT uenig med dig der ville skulle et umåde stort antal relæer til og dette ville blodt bidrage med ydereligere fejlkilder.

Vores BMS vil kunne køre i ca Èt år selv om batteripakken blev stillet væk med 20 % SOC. og fordi det vågner hvert 10 sekund og tjekker , og ydermere har en lille beeper monteret, kunne advare om kritisk lav celle spænding,

Til et hverdags køretøj i lowperformanc enden er 1 sampel i sekundet sikkert rigeligt.

glenn

  • 1
  • 0

Hvis det skal forstås sådan, at du ikke har et system der måler individuel cellespænding, må man så spørge:

Hvordan sikrer du dig at den højeste celle ikke ligger fx 6% SOC højere end den laveste, og således risikerer at ryge langt over de 4,2V der ødelægger cellen, og i værste fald antænder den???

Du må meget gerne spørge :) Alle cellerne er udmålt og dernæst sat sammen i par (hårdt boltet sammen) - se evt: http://www.citystromer.dk/Pictures/LFP90AH... . Det giver mig en god sikkerhed for at cellerne have samme kapacitet da jeg monterede dem ( . Der er ingen mekanismer, får cellerne til at drive individuelt. Jeg lader cellerne til en gennemsnitsspænding på 3,72V/celle og afbryder ladningen efter maks. 15 minutter ved denne gennemsnitsspænding. Cellerne lider (erfaringsmæssigt) ikke større skade ved kortvarigt at komme over de 4,2V. Har haft enkelte celler over denne spænding og hat ikke efterfølgende kunnet måle en nedsat kapacitet på dem - deres levetid er muligvis forringet, men det vil vise sig ;-) Jeg har med varierende mellemrum checket cellespændingerne. Oftest efter fuldendt ladning og der har OCV spændingerne ligget meget ens. Disse målinger er typisk målt 12 - 24 timer efter end opladning. Hvis enkelte par har afveget fra de øvrige har det lige fået et skud på et par Ah med en 4V/120A strømforsyning :) Kan ikke huske hvornår jeg sidst har målt dem, men det er ved at være lang tid siden jeg har noteret tallene ( http://www.citystromer.dk/lithium equliazation.xls ). Efterhånden som jeg har fået erfaring med cellerne er der gået længere og længere i mellem checkene, da de er meget ensartede og stabile i deres opførsel.

Hvordan kan du overhovedet vide at SOC er bare i nærheden 95%, hvis ikke alle cellerne har været fuldt opladet samtidig, indenfor rimelig tid?

OCV er et udemærket udtryk for SOC. Mit ensartede opladeforløb giver mig erfaringsmæssigt de ca. 95%. De valgte spændinger er selvfølgelig specifikke for min installation og kemien i "mine" celler og kan ikke direkte overføres til andre LiFEPO4 celler, men blot på celler der er af samme type som mine celler fra Thundersky. Men der er ikke det store arbejde i at benytte samme principper med andre cellefabrakater.

Martin.

  • 0
  • 0

I begge tilfælde vil jeg advare mod permanent sammenkobling med batterier

Enig - hvis der er et batteri til brug over længere tid, så vil alm. spredning i målemodstandene påvirke batteriet mere end godt er og i sig selv give anledning til den skævhed, som man gerne vil forhindre.

Men i en meget kontrolleret verden som dragracet er og hvor en hel eller delvis adskildelse af cyklen efter end løb, kan meget lade sig gøre.

Har I evt tænkt på dynamisk sampling som funktion af strømmen?

Martin.

  • 0
  • 0

96 celler kommer vi nok ikke over , og vores batteri pakke er jo lavet med henblik på, hurtigt at kunne fløttes fra et køretøj til et andet , Da vores bil oh motorcykkel deles om pakken, og derfor ville vi gerne ha et system hvor BMS'et følger cellerne.

  • 0
  • 0

Jack Rickard er et rigtigt godt exempel på at man ikke behøver at vide en skid om "BMS" systemer for at udtale sig om dem. Han er nok den person på nettet, der er skyld i at sprede mest misinformation om litium batterier overhovedet.

  • 0
  • 0

jeg vil ligesom Søren spørge hvordan du med bottom balance sikrer at de laveste kapaciteter så ikke bliver overopladede.

Vi skal lige blive enige om at vi taler om to forskellige applikationer, der er vidt forskellige. a) Min anvendelse er en max 1.5C afladning (300A af 2 parallelkoblede 90Ah celler). Nominel afladestrøm er ca. 0.5C. Jeg har checket mine celler og overbevist mig selv om at de er rimelig ens :) Jeg benytte (manuel) topbalancering af mine celler og stopper ladningen ved en given spænding (119V over 32 celler). Cellerne checkes ved leglighed efter endt opladning. Der er check af maksimal difference mellem batteriets 2 halvdele ikke overstiger 2V ved afladning. Dette forhindrer at man forsætter med en celle, der er 100% afladet. Forskellene i kapacitet skal nok sørge for at en af cellerne først "rammer bunden". b) En racer applikation, hvor afladningen er meget store, men i kort tid.

Jeg kan kun komme med erfaring mht. a).

det er klart at hvis man kører pakken flad at så er det rart at de er i balance men jeg vil mene at hvis man kører pakken så langt ned at bilen mister kraft at så har man gjort noget forkert alligevel. der skal man aldrig ned og en Ah counter kan forhindre det.

Det ødelægger med sikkerhed en celle at den bliver reverseret. Og typisk er afladestrømmen meget størrer end opladestrømmen. Derfor vil afladforløbet altid være det mest kritiske. I min lille bil med en 17kW motor, har jeg en faktor 20 i forskel på opladningsstrøm og afladningsstrøm. Glenn og Co. har et endnu højere forhold. Derfor er det vigtigt at have mere styr på afladningen end opladningen - der er begge vigtige, men det hele går bare meget hurtigere når de høje strømme er indblandet. Tro mig at et køretøj altid kommer ud i en situation, hvor man ønsker at presse den til sidste dråbe ;-) Og hvis man i den situation har sikret sig at alle cellerne er tomme på samme tid, så bliver skaderne på battteriet minimeret.

hver eneste gang man lader op har man brug for top balance og det er meget sjældent at man kommer helt i bund og det skal man slet ikke så derfor er bottom balance så vidt jeg kan se ikke den bedste fremgangsmåde.

Der er slet ikke behov for at gøre det hver gang - jeg har sidst gjort det for 10.000 km siden og mine celler er stadig i perfekt balance (i toppen). Af grundene nævnt før, er det klart at foretrække at man balancerer i bunden. Jeg ved at jeg skal stoppe, når jeg får en ubalance i bunden af aflade forløbet. Men jeg har også en erfaring og uddannelse, der hjælper mig. Hvis min kone skulle køre min elbil helt ud til sidste elektron, vil hun ikke have samme viden - og risikoen for at hun ville ødelægge batteriet ville absolut være til stede.

jeg ved godt at Jack Rickard anbefaler det men for mig at se går det kun godt i kraft af at cellerne er meget ens i kapacitet. og han har smadret en hel del A123 celler fordi han bruger samme fremgangsmetode og deres kapacitet er ikke så ensartet.

Jack er en sjov mand ;-) Han har en erfaring med disse celler, som han kun opnår fordi han ødelægger tingene. Jeg har stor respect for JR og tager altid hans udsagn meget seriøst, men det er ikke alt han har ret i ;-) Jack har altid været uheldig med A123 cellerne (både 18650 cellerne og den 20Ah prismatiske). Jeg har brugt samme argument overfor ham, men det preller af på ham og jeg er ikke helt utilbøjelig til at give ham (delvis) ret. Jeg ville blot kombinere det med den simple differensmåling af de halvdel på batteriet. Derved ved man om en af cellerne flytte sig i forhold til gennemsnittet. Det er så blot lidt længere tid at finde den pågældende celle. Jack argument ligger i at hovedparten af cellerne er ens og der er ikke noget, der som sådan får dem til at blive forskellige. Derved når de også samme SOC under opladningen og skulle en af dem få lidt mere, så gør det ikke så meget - han har gentagende gange vist at der ikke er nogen celler der bryder i brand ved en kortvarig overopladning. Men han har også gentagende gange vist hvad der sker når man glemmer cellerne under opladning og bliver ved med at putte ladning på... :)

Jeg kan leve med mange ting i min bil, da det er en hobby (foruden et dagligt transportmiddel). Hvis jeg skulle lave en racerapplication, hvor teknologien presses til det yderste (og lidt forbi), så ville jeg nok vurdere at måling på hver celle var risikoen værd.

Martin.

  • 0
  • 0

Thundersky har jo også vist sig at være de celler der er mest overbærende Mht. drift uden BMS.

Jeg mener tilmed at fabrikken for år tilbage direkte melteud at deres celler ikke behøvede BMS.

jeg her selv på et tidspungt overvejet at købe en citistromer, da det jo nok er den eneste mulighed for at få noget billigt elbil på vejen, nu da konvertering/syn er blevet extremt besværligt i dk.

Den med IKKE at ramme "bunden" sørger et BMS jo også for, uanset hvilken ballanceringsmetode der er brugt.

  • 1
  • 0

Jack Rickard er et rigtigt godt exempel på at man ikke behøver at vide en skid om "BMS" systemer for at udtale sig om dem.

Tror mest han siger at de er skyld i de fleste batteribrande - og der er jeg tilbøjelig til at give ham ret. Men det ender oftest ud påstand mod påstand af åbenlyse grunde. Rigtig mange batteribrande er startet om natten under et ladeforløb. Jeg sælger hverken det ene eller andet og ville (som elektronikmand og sowftwareudvikler) meget gerne have lavet mit eget BMS - HW'eren var enda designet og prototypen lavet (til tre celler), men har, til dels pga. JR, undladt det. Men det er kun fordi jeg andre ting, der giver mig samme sikkerhed. Og det uden at det bliver et komplekst monster - mange BMS'er der sælges er meget ringe udført og, som I har erfaret, tilmed upræcise.

Han er nok den person på nettet, der er skyld i at sprede mest misinformation om litium batterier overhovedet.

Noget specielt du har i tankerne? Har verificeret de fleste af hans påstande - mange af dem som jeg ikke selv troede på til at starte med. Men han er ikke ene om at blande "religion" ind i billedet og han er meget godt til at jorde folk, der har en anden mening. Har vænnet mig til at trække på skuldrene og lade det ligge, hvis han begynder at blive for påståelig ;-) Med al information på nettet, skal man være meget påpasselig og gerne sortere.

Målte lige de 32 celle par i bilen. De lå på 3.321V +/-2mV - ikke helt de "normale" konditioner, da jeg have kørt en lille på 3km før frokost og de så blot havde stået 3-4 timer før jeg målte på dem. Normalt oplader jeg til min lader slår fra og venter 12 -24 timer. Sidste jeg målte dem var for næsten 10.000 km siden (ca. 3/4 år og 250 ladeforløb).

Martin.

  • 0
  • 0

martin du kunne jo gå halvvejs, og blodt lave et monitor system , som kunne advare eller reducere strømmen når en celle kom nær bunden. så har du ingen shunt modstande der kan blive for varme , og i alle ledningerne kunne der sidde STORE modstande evt en i hver ende , således at der ingen kortslutnings fare er .

Det skal lige forstås at jeg absolut erkenner at der kan være aplikationer ( som din hobby bil) hvor man kan nøjes med mindre... end et fuldt bms system faktisk er jeg selv tilhænger af "keep it simpel" strategier , når det passer ind.

  • 0
  • 0

Thundersky har jo også vist sig at være de celler der er mest overbærende Mht. drift uden BMS.

Der er ikke meget mystik over TS'erne. Det er standard "low C-rate" LiFePO4 celler, som både CALB, Sinopoly og Winston m.fl. også leverer (ved godt at Sinopoly og Winston batteries var Thundersky).

jeg her selv på et tidspungt overvejet at købe en citistromer, da det jo nok er den eneste mulighed for at få noget billigt elbil på vejen, nu da konvertering/syn er blevet extremt besværligt i dk.

Der er også Berlingo'en og Saxo'en og . Men ja, tiden for typegodkendte elbiler, hvor man selv kan lave noget er nok forbi. De nye elbiler har batterier, der er meget integrerede i designet - det giver mindre muligheder for at lave om på dem.

Den med IKKE at ramme "bunden" sørger et BMS jo også for, uanset hvilken ballanceringsmetode der er brugt.

Jeps, men kravene til BMS'en mindske bare en del, hvis man sørger for at de rammer bunden samtidigt - af de grunde jeg nævnte før. Men det kommer jo lidt an på hvilken applikation man sigter på og meget hvilken viden chaufføren har. Det afspejles jo også i bilfabrikanternes spec af batteripakkerne, hvor det ikke er unormalt de har 20 - 30% mere batteri end det de oplyser - det er netop for at kunne holde sig i 20 - 80% SOC området i hele bilens funktionelle levetid.

Martin.

  • 0
  • 0

martin du kunne jo gå halvvejs, og blodt lave et monitor system , som kunne advare eller reducere strømmen når en celle kom nær bunden. så har du ingen shunt modstande der kan blive for varme

Det var også planen - prototypen havde aflademodstande til bare 2W, men selv det kan give store problemer i små rum. Så min plan var blot at lave monitorering. Nu er jeg blot det klogere og jeg kan nøjes med mit multimeter engang hver 1/2 år ;-)

og i alle ledningerne kunne der sidde STORE modstande evt en i hver ende , således at der ingen kortslutnings fare er .

Planen var at lave den til topmontering på cellerne, så ingen ledninger bortset fra en kort ledning til en 1-wire kommunikation. Modstande i måleledningerne har en grim tendens til at ødelægge målingen - specielt hvis man vil have høj nøjagtighed. En kalibrering i software kunne tage en del af den. Men også det var på planen, blot i enden ved cellerne og så en fornuftig kabling - regnede med 10k, men det er også 1W (ved de 100V jeg benytter), så det kan fint starte en brand, hvis man er uheldig.

Det skal lige forstås at jeg absolut erkenner at der kan være aplikationer ( som din hobby bil) hvor man kan nøjes med mindre... end et fuldt bms system faktisk er jeg selv tilhænger af "keep it simpel" strategier , når det passer ind.

Kan kun være enig.

Martin.

  • 0
  • 0

ved en konvertering for et par år siden instalerede jeg TS batterier, de afveg kun 3 mV fra hinanden selv flere måneder efter levering , efter ballancering med det indkøbte BMS fra GWL afveg de (godtnok ligeefter endt ladning) over 100 mV....

  • 0
  • 0

jeg er heller ikke fan af split pack checket. man kan ikke antage at det kun er en celle der går alene foran de andre og da slet ikke med så stor margin som 2V. man kan sagtens forestille sig at den ene halvdel har en celle der er 0.5V under de andre mens der er 2 i den anden der er 0.25V under så spændingsforskellen er 0.0V og flere af dem går i graven uden det giver anledning til 2V forskel.

Lidt min fejl - spilt cheket står ikke alene. Den totale spænding tages også med i betragtning. I praksis vil en celle der er presset meget hurtigt falde i spænding og dermed give anledning til de 2V dyk. Jeg skal ikke afvises at der kan tænkes et eksempel, hvor det ikke er tilstrækkeligt, men det er lidt ligesom reducerede tipssystemer. Man får kun fuld dækning for fuld pris - alt andet er en overvejet risiko.

hvor meget bedre blev citystromeren af at få lithium i? hvor meget hurtigere acceleration og hvor meget bedre rækkevidde?

Har ikke tal på det, men det var en markant ændring. Det var 250kg af en bil på 1580 kg og en motor på 17kW. Ingen problemer med at følge med til 60km/t, derefter går det lidt sløvt, men det er som regel kun folk i 4WD biler, der ikke har tålmodighed til at blive bagved, men det bliver de jo som regel ikke under alle omstændigheder ;-)

Eneste problem er den lokale Båringbakke om vinteren, hvor batterierne ikke kan levere nok til en strømbegrænset inverter. Det medfører effekten bliver begrænset, men det er mere inverterens skyld end batterierne. Selvopvarmingen løser dog det problem efter 10 km kørsel.

Martin.

  • 0
  • 0

ved en konvertering for et par år siden instalerede jeg TS batterier, de afveg kun 3 mV fra hinanden selv flere måneder efter levering , efter ballancering med det indkøbte BMS fra GWL afveg de (godtnok ligeefter endt ladning) over 100 mV....

Kurven er meget stejl til sidst i ladeforløbet - specielt hvis man kører dem op til 4V og der skal gå 12 - 24 timer før det er ved at være på plads. Før giver det ikke megen mening at måle på dem. Men det er ikke specielt for LiFePO4, det samme gør sig gældende for bly and mange andre batteriteknologier.

Martin.

  • 0
  • 0

OCV er et udemærket udtryk for SOC

Martin, der tager du simpelthen fejl!

Vi får 600 celler hjem ad gangen (CALB SE70AHA). når vi måler OCV er spændingen ALTID mellem 3297 og 3303 mv. Det må vist være det du kalder meget ens!

(Thundersky's LYP-celler har generelt en anelse højere middelspænding end LiFePO4 uden yttrium)

Men det viser sig som regel første gang vi oplader og balancerer et batteri (bestående af 192 celler), hvor ens de i virkeligheden er.

Det den største forskel jeg har målt, er for nyligt, hvor den første celle nåede balanceringsvinduet efter 31,3 Ah og den sidste efter 62,3 Ah.

Altså en forskel på 31,0 Ah, svarende til 44% af kapaciteten!

LiFePO4 celler har med andre ord en næsten helt flad OCV-kurve, hele vejen fra omkring 25% til 90% SOC. I dette område kan du overhovedet ikke vurdere en pind om SOC udfra OCV-spændingen.

Du kan overhovedet heller ikke regne med at cellerne selvaflader ens, bare fordi du spænder dem hårdt sammen. Forskellen i selvafladningen er et resultat af hvor ensartet cellerne er produceret. Her taler vi helt ned i 1/100 mm nøjagtighed i lagtykkelser og hvor nøjagtigt blandingsforholdet og kornstørrelsen er i belægningerne, mm2 for mm2 - og ikke mindst hvor hurtigt SEI-laget har nået at opbygge sig i hver celle, siden de blev produceret.

Og nej, cellerne dør ikke, bare fordi cellespændingen kortvarigt kommer lidt over 4,2V - men hvis 1 celle er ladet op til 3,6V, mens der lades videre med bare 2A uden kontrol, fordi du SOC eksempelvis siger 92%, så stiger spændingen på denne celle helt op i nærheden af 10V på få minutter.

Du har indtil videre været en meget heldig mand! ;-)

  • 0
  • 0

[quote]OCV er et udemærket udtryk for SOC

Martin, der tager du simpelthen fejl![/quote] Nej, jeg har ret - jeg har ikke sagt at det siger noget om cellen kapacitet, men blot on dens %-vis afladningsgrad - og deri har jeg ret.

Vi får 600 celler hjem ad gangen (CALB SE70AHA). når vi måler OCV er spændingen ALTID mellem 3297 og 3303 mv. Det må vist være det du kalder meget ens!

Min påstand er at de er 50% opladet.

(Thundersky's LYP-celler har generelt en anelse højere middelspænding end LiFePO4 uden yttrium)

Ingen Yttrium i mine TS celler. De er stadig lidt højere end CALB cellerne.

Men det viser sig som regel første gang vi oplader og balancerer et batteri (bestående af 192 celler), hvor ens de i virkeligheden er.

Det den største forskel jeg har målt, er for nyligt, hvor den første celle nåede balanceringsvinduet efter 31,3 Ah og den sidste efter 62,3 Ah.

Altså en forskel på 31,0 Ah, svarende til 44% af kapaciteten!

Har du nogensinde efterfølgende målt kapaciteten - min påstand er at det er kapaciteten der er forskellig - ikke deres SOC.

LiFePO4 celler har med andre ord en næsten helt flad OCV-kurve, hele vejen fra omkring 25% til 90% SOC. I dette område kan du overhovedet ikke vurdere en pind om SOC udfra OCV-spændingen.

Jeg kan være enig med dig så langt at det ikke gør sig gældende under dynamiske forhold - det største problem er at statiske forhold er laaang tid om at indfinde sig. Men jeg kan bruge det som et udtryk for hvordan nominelt ens celler har det i en serie streng, hvor de har været udsat for samme strøm og har tilnærmelsesvis samme temperatur.

Du kan overhovedet heller ikke regne med at cellerne selvaflader ens, bare fordi du spænder dem hårdt sammen. Forskellen i selvafladningen er et resultat af hvor ensartet cellerne er produceret. Her taler vi helt ned i 1/100 mm nøjagtighed i lagtykkelser og hvor nøjagtigt blandingsforholdet og kornstørrelsen er i belægningerne, mm2 for mm2 - og ikke mindst hvor hurtigt SEI-laget har nået at opbygge sig i hver celle, siden de blev produceret.

Har haft to reserveceller stående fuldt opladet på et bord i lab i 1 år. Jeg kunne fylde under 2% ladning på dem - hvor stor mener du selvafladningen er? Det var to celler fra hver deres produktions batch. Jeg kunne dog måle ca. 6% forringelse i den absolute kapacitet - altså et irreversibelt tab. Det der var det mest spændende var at jeg ikke kunne se forskel på målingerne på et par celler fra bilen, der jo havde kørt over 10.000km under alle forhold (sommer og vinter; +40 grader til -15 grader). Nogen forklaring?

Og nej, cellerne dør ikke, bare fordi cellespændingen kortvarigt kommer lidt over 4,2V - men hvis 1 celle er ladet op til 3,6V, mens der lades videre med bare 2A uden kontrol, fordi du SOC eksempelvis siger 92%, så stiger spændingen på denne celle helt op i nærheden af 10V på få minutter.

Hvem taler om ingen kontrol? Jeg har fuld styr på ladeprocessen og maksimalspændingen kan ikke tillade 3.6V på 31 celler og 10V på en celle. da cellerne altid aflades med samme strøm og oplades med samme strøm, så kan jeg ikke se hvor denne skævhed du efterlyser skulle komme ind - kan du?

Du har indtil videre været en meget heldig mand! ;-)

Ja, jeg er da glad for at jeg har fået hands-on erfaring med disse celler. Jeg havde en del fordomme om lithium batterier da jeg startede, men de er alle som en forsvundet.

Jeg har data for init OCV, første opladning (ca. 50%), afladning (100%), opladning (100%) for alle mine 66 celler (to var transportskadet). Det er fordelt over tre batch's, hvor de to er fra samme dag og meget ens, mens det tredje er 4 måneder ældre og ca 8% dårligere i initial kapacitet. (92Ah mod 100Ah).

Men vi kan jo opstille følgende forsøg: Oplad en celle til 100%SOC - aflad derefter 5% af kapaciteten ved 0.3C vent 12 timer og mål OCV - gentag til cellen er tom. Opladeforløbet kan jo optages på tilsvarende måde (husk at logge temperaturen). Grunden til de to forløb er at 12 timer ikke er helt nok til at opnå en statisk OCV, men når man plotter de resulterende kurver, så ligger sandheden jo nok midt i mellem de to kurver ;-)

Når den er 100% opladet, lad en uvildig person aflader et ukendt antal Ah, vent 12 timer og kom så med et gæt på SOC på baggrund af OCV.

Min tese er at du gætter rigtigt indenfor +/- 5%-point :)

Forsøgets absolutte tal, vil kun være brugbare med samme type celler, der har haft samme livsforløb - men det er jo netop hvad mine celler har.

Men fortæl da gerne mere om jeres CALB celler. Hvad er applikationen?

Martin.

  • 0
  • 0

[quote][quote] OCV er et udemærket udtryk for SOC

Martin, der tager du simpelthen fejl![/quote] Nej, jeg har ret - jeg har ikke sagt at det siger noget om cellen kapacitet, men blot on dens %-vis afladningsgrad - og deri har jeg ret.[/quote] Når 192 stk 70Ah celler i nævnte batteri, alle har præcis den samme OCV-spænding +/- 3mV, men én kræver 62,3 Ah mens en anden kræver 31,3 Ah, før de hver især når op på balanceringsspænding (3,6V) - vil du så forklare mig hvordan man inden opladningen kan se på spændingen at der er så stor forskel i SOC?

Min påstand er at de er 50% opladet.

Det er de jo netop ikke!

Hvis de begge skulle være 50% opladet, og den ene behøver 62Ah og den anden 31Ah, for at nå 100%, så skulle det jo betyde at den enes kapacitet er 124Ah mens den anden kun er 62Ah.

Jeg er temmelig sikker på, at den dag du står med en LiFePO4-celle på 2,5 kg, med en kapacitet på 124 Ah, så er der en del elektrokemikere verden over der vil give en arm eller to for at få lov at undersøge den ;-)

Har du nogensinde efterfølgende målt kapaciteten - min påstand er at det er kapaciteten der er forskellig - ikke deres SOC.

Jeps!

Alle de laboratorietests vi har foretaget på nye celler, bl.a. for at kende deres varmeafgivelse ved forskellige belastninger, viser alle at afladning ved konstant 0,5C, når cut off spændingen (2500 mV) efter 72-77 Ah.

43 kWh batteriet i vores egen demonstrator viste en spredning på 23Ah, inden det blev balanceret første gang. Ligeledes med 3300 +/- 3 mV på alle celler .

Dette batteri har vi siden dybafladet 2 gange på laboratoriet, og siden installeret det i vores demonstartor, som i dag indsamler 2 hele læs skrald om dagen i Esbjerg, hvorefter der typisk er 8-10% strøm tilbage, som ofte bruges til diverse demonstrationer sidst på dagen - eksempelvis for at demonstrere at bilen automatisk slår over på diesel-pto, når batteriet løber tør.

Ingen af disse tests har ramt cut-off spændingen før efter 69Ah afladning. (Ad hensyn til inverterens Vmin, er cut off spændingen sat til 2800 mV, i vores batterier, hvilket koster de nederste 3 Ah af kapaciteten)

Alle de datalogs vi har fra alle disse målinger, viser at når den nederste celle passerer 2800mV, så er alle de andre celler også på vej ned af den faldende del af spændingskurven, og har passeret 3,0V. Der er max 4 Ah fra 3,0V ned til 2,8V - så kapacitetsforskellen ligger indenfor max 6%.

Jeg kan være enig med dig så langt at det ikke gør sig gældende under dynamiske forhold - det største problem er at statiske forhold er laaang tid om at indfinde sig. Men jeg kan bruge det som et udtryk for hvordan nominelt ens celler har det i en serie streng, hvor de har været udsat for samme strøm og har tilnærmelsesvis samme temperatur.

Det er omvendt. Jo mindre dynamik, jo mere vandret er spændingskurven, og jo mere effekt du aflader med, jo mere hælder kurven, så det er snarere ved konstant afladning du har en chance for at estimere SOC vha cellespændingen.

Problemet er bare, at konstant afladeeffekt kan hverken bruges til fremdrift eller affaldskomprimering.

Hvem taler om ingen kontrol? Jeg har fuld styr på ladeprocessen og maksimalspændingen kan ikke tillade 3.6V på 31 celler og 10V på en celle. da cellerne altid aflades med samme strøm og oplades med samme strøm, så kan jeg ikke se hvor denne skævhed du efterlyser skulle komme ind - kan du?

Ja, det kan jeg sagtens se.

Hvis jeg har forstået ret, at du ikke styrer laderen efter den højeste celles individuelle spænding, men bare styrer efter batterispændingen, så ladespændingen begrænses til 32*3,6 = 115V, så er der INTET til hinder for at 1 celle kan være 10V (hvis den da ikke er brændt af inden) og resten 3,39V i snit, når batterispændingen når 115V.

Forhindringen finder i teorien først sted når den øverste cellespænding er 115V, men dels kræver det jo at alle de andre så er 0V - og dermed døde - og dels vil den øverste celle med sikkerhed være forvandlet til et stort heksehyl, inden den når så højt op.

Hvis du iagttager en typisk spændingskurve, for dine 100Ah celler, hvor X=Ah og Y=V, og den øverste celle befinder sig på den næsten lodrette del af kurven, mens de andre ligger 5-10 Ah lavere, og du sender samme ladestrøm igennem alle cellerne, så kan du vel selv se hvor den øverste celle vil ende på kurven, inden de andre er ladet bare 2Ah længere op.

Til forskel fra blybatterier, er der intet der hindrer spændingen i at stige op ad kurven, og jo højere spædning den når, jo hurtigere stiger den!

Derfor er den eneste type applikation uden BMS jeg kan komme i tanker om med Li-Ionbatterier, en mobiltelefon. Dette fordi den kun har 1 celle.

Selv enhver billig håndboremaskine med bare tre LiCoO-celler i serie har BMS, og jo flere celler du sætter i serie, jo højere kan den øverste celle nå at blive, hvis de ikke monitoreres individuelt.

  • 0
  • 0

Søren, hvad gjorde I i Jeres system? lavede I et BMS selv eller købte et eller?

Ligner lidt et fra Lithium Balance?

Er ikke slået ud, men har ikke lige tid til de lidt længere indlæg :) Travlt optaget indtil torsdag aften.

Søren, kan vi arrangere et besøg ved jer? Send evt. svar til martin punktum zacho ved schneider bindestreg electric punktum com.

Martin.

  • 0
  • 0

Interessant indlæg, hvordan håndterer i den høje spænding på ADC'en? Laver i en differentialspænding på hver celle, eller er har i en ADC der kan holde til det?

  • 0
  • 0

Søren, hvad gjorde I i Jeres system? lavede I et BMS selv eller købte et eller?

Som Martin har spottet, det er Lithium Ballance - men i en heftigt modificeret udgave, idet vi kører med 700 VDC.

  • 0
  • 0

Send evt. svar til martin punktum zacho ved schneider bindestreg electric punktum com.

Mener du martin.zacho[at]schneider-electrics.com ?

  • 0
  • 0

[quote]Send evt. svar til martin punktum zacho ved schneider bindestreg electric punktum com.

Mener du martin.zacho[at]schneider-electrics.com ?[/quote] Jeps - Blot uden det sidste "s".

Martin.

  • 0
  • 0

Har nogen evalueret Atmel ATA6870N og f.eks. (ATmega32HVE2 eller ATmega64HVE2)?

Formentlig kan mikrocontrolleren lave samme impedansberegningsfunktion som bq20z60-R1? Formålet er at estimere resterende kapacitet med 1% nøjagtighed per celle.

-

ti.com, bq20z60-r1: SBS 1.1 compliant Gas Gauge with Impedance Track Technology: http://www.ti.com/lit/gpn/bq20z60-r1

atmel.com: Battery Management: http://www.atmel.com/applications/automoti...

Atmel ATA6870N Li-Ion, NiMH Battery Measuring, Charge Balancing and Power-supply Circuit datasheet: http://www.atmel.com/Images/Atmel-9317-Li-...

Her kører energien i "ring" indtil de sløve celler nås: Active Cell Balancing Methods for Li-Ion Battery Management ICs using the ATA6870: http://www.atmel.com/Images/doc9184.pdf

Open-source og open-hardware BMS:

BMSafe is a multi-chemistry open source battery management system (BMS) designed for safety critical systems like EVs: http://code.google.com/p/bmsafe/

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten