Ładowarka Lipo 3s - moduł

[m4the0]

Witam,

Chciałbym zasilić swojego robota mobilnego akumulatorem 3 celowym LiPo (https://botland.com.pl/akumlulatory-li-pol/8411-pakiet-li-pol-gpx-extreme-3300mah-25c-3s-111v.htm) , ale nie chciałbym za każdym razem wypinać go do ładowania, poszukuję podobnego układu do tego: https://botland.com.pl/ladowarki-lipol-moduly/2643-lipoly-micro-charger-ladowarka-lipol-1s-37v-microusb-.html
ale przeznaczonego do akumualtorów 3 celowych. 

 

Z góry dziękuję za odpowiedź,

Pozdrawiam

 

 

Edytowano Sierpień 29, 2018 przez m4the0

[deshipu]

Będzie ciężko. Ładowanie akumulatorów wielo-celowych jest dużo bardziej skomplikowane i niewiele jest do tego "gotowców". Istnieją oczywiście układy do tego przeznaczone, ale wymagają zazwyczaj sporo dodatkowych części, takich jak mosfety do sterowania balancerem. Jeśli koniecznie chcesz mieć ładowarkę wbudowaną w urządzenie, to znacznie łatwiej jest użyć akumulatora jednocelowego i zwiększać jego napięcie do wymaganego.

Edytowano Sierpień 29, 2018 przez deshipu

[marek1707]

Rzeczywiście, zbudowanie dobrej ładowarki wielocelowej z balancerem może nie jest trudne, ale nie jest to jeden scalak lub moduł z Chin za 2zł. Możesz jednak coś zrobić by za każdym razem nie wyciagać akumulatora z robota:

1. Zdecydować się na ładowanie bez balansowania. Moim zdaniem trochę to wyrównywanie zostało tu zmitologizowane. Jeżeli Twoja elektronika będzie nadzorować napięcie podczas pracy i nie będziesz przesadzał z głębokością rozładowania, to cykle balansowania można robić rzadko. Dzisiejsze akumulatory LiPo sa naprawdę niezłej jakości i cele są praktycznie takie same. Wyraźne różnice napięć pojawiają się dopiero gdy dopuścisz do spadku poniżej ok. 3.2V/celę, a to jest już i tak 98% pojemności wyładowania. Jeżeli ustawisz sobie próg alarmowy lub wręcz odmowy pracy robota na mniej więcej taki poziom, możesz spokojnie przeprowadzić np. 10 cykli zwykłego ładowania i wciąż pakiet będzie zrównaważony. Profilaktycznie raz na jakiś czas będziesz musiał wypiąć go z robota i podłączyć do zewnętrznej ładowarki/balancera, nawet bez konieczności fizycznego wyjmowania. Od wielu lat używam kilkudziesięciu pakietów LiPo do różnych modeli samolotów i dronów i nie mam żadnych problemów z balansowaniem co wiele cykli. Oczywiście im akumulator słabszy, po przejściach lub po prostu bardziej zużyty tym różnice między celami zaczynają być większe. Moje staruszki 1550mAh/3S/45C po kilkuset cyklach latania w dronie FPV mają już tylko 800mAh pojemności użytecznej i staram się je ładować z balansowaniem co najmniej co drugi raz. Podsumowując: kluczowe jest utrzymanie napięcia ogniw w czasie rozładowania powyżej poziomu szybkiego zapadu. Obejrzyj sobie ch-kę rozładowania Lipola, po prawej stronie jest tam taki gwałtowny spadek i spróbuj tak ustawić próg by kończyć zabawę na kolanie powyżej pionowej przepaści, np. przy dojściu do 3.2-3.4V. Przy dużych obciążeniach (np. 10C) będzie to odpowiednio mniej, np. 3.0V. Wstaw więc jakiś moduł ładowania LiPol 3S/3-5A i ciesz się czasami powrotu do "gotowości bojowej" nawet poniżej godziny.

2. Wbudować jakąś prostą, ale gotową ładowarkę balansującą w robota. Kupując np. coś takiego:

https://abc-rc.pl/ladowarka-IMAX-B3

możesz "obrać" ją z obudowy, wyłuskać samą płytkę i jakoś wbudować ją na pokład. Na części wysokonapięciowej masz wtedy 230VAC więc trzeba zrobić to mądrze by nie dotknąć ręką czegoś "gorącego" podczas choćby wkładania kabla sieciowego, ale układ jest bezobsługowy. Jest tam jedna przetwornica robiąca z 230V trzy odizolowane od siebie napięcia 5VDC. Z każdego z  tych napięć zasilana jest osobna ładowarka na TP4056 więc typowym scalaku ładowarki liniowej ustawionym na ok. 800mA (możesz to zmienić opornikami, ale to sensowny setup). Trzy dwukolorowe diodki sygnalizują ładowanie (czerwono) lub jego koniec (zielono) każdej celi, możesz je wylutować i wyciągnąć gdzieś na obudowę robota lub zostawić jak są. Płytka z zasady działania grzeje się podczas pracy, ale nie jest wielka wada w szczególności patrząc na cenę a taniej tego nie zrobisz. Podłączasz ją przez złącze balancera i możesz to zostawić podpięte na stałe. Scalaki tu użyte mają miłą cechę niepobierania prądu zwrotnego gdy "z przodu" nie dostają zasilania więc nie będą same rozładowywały akumulatora podczas składowania zabawki. Czas ładowania Twojego aku wyniesie ok. 6h.

Czy to jakoś rozwiązuje Twój problem?

[m4the0]

Myślę, że drugie rozwiązanie byłoby dla mnie jak najbardziej ok.

Chciałbym jeszcze zapytać czy jest jakaś rozsądna alternatywa dla akumulatorów lipo, która nie wymagałaby używania balanserów i drogich ładowarek ?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[deshipu]

Myślę, że przeszukanie tego forum pod kątem dokładnie takich samych pytań dostarczyłoby ci naprawdę dużo informacji na ten temat.

[marek1707]

No i co znaczy "rozsądna alternatywa"?

Masz do wyboru w zasadzie dwie opcje: technologię NiMH i ołowiową. Ta pierwsza to dopiero wymaga ładowarki, w porównaniu z nią LiPol jest kaszką z mleczkiem. Ołowiowe są raczej proste w ładowaniu, choć z kolei wymagają kompensacji temperaturowej. Żadna z nich nie dorasta do pięt LiPolom pod względem gęstości mocy na gram i na cm³ więc dowolny inny akumulator o tej samej pojemności [Ah] i energii [Wh] będzie sporo większy i cięższy. Ogniwa NiMH i ołowiowe są odporniejsze na przeładowanie, choć przy dużych prądach i krótkich czasach to już nie działa. LiPole w nowych wykonaniach mogą być ładowane prądami 5C więc cały proces od 0 do 100% pojemności zamyka się w 15 minutach. 1-godzinne ładowanie NiMHów wymaga specjalnych ogniw i kontroli gradientu temperatury w pakiecie - to jedyny sposób na uniknięcie wybuchu. Ołowiowe są jeszcze bardziej delikatne i 10-godzinne ładowanie to standard. Podobnie z prądami rozładowania, mam LiPole z których mogę szarpnąć w dronie 70C (100A z pakietu 1500mAh podczas gwałtownego manewru to już nie przelewki). Spróbuj to samo z robić z NiMHami a wytrzymają 5 cykli i do kosza. Specjalne wersje ołowiowych pracują w UPSach, gdzie są specyfikowane na 15-minutowe wyładowanie (a więc 4C), ale coś takiego zdarza się w tych aplikacjach kilka razy w życiu akumulatora. Ołowiowe raczej nie mają wyprowadzeń do balansowania i dlatego z powodu słabszej jednej celi wywalasz cały akumulator samochodowy, bo jej wada pogłębia się z miesiąca na miesiąc a elektronika (samochodu?) o tym nic nie wie. Z kolei chcąc zadbać o 12V akumulator NiMH musiałbyś nadzorować 10 celi, co w tej technologii de facto sprowadza się do zrobienia 10 osobnych ładowarek 1S. Prościej wyrzucić i kupić nowy pakiet..

LiPole są gęste energetycznie, lekkie i sprawne, ale coś z a coś. Technologia litowa jest czuła na przeładowania, głębokie rozładowania i temperaturę. Naruszanie zasad może spowodować uszkodzenie delikatnego dielektryka polimerowego, zwarcie wewnętrzne, wzrost temperatury, perforację obudowy, kontakt z tlenem i samozapłon. O wypadkach tego typu jest wciąż głośno i nie na darmo większe akumulatory litowe mają specjalne przepisy choćby dla transportu lotniczego. Nikt nie lubi pożaru na pokładzie a spróbuj za to podpalić nikiel albo ołów.

 

[deshipu]

8 minut temu, marek1707 napisał:

Nikt nie lubi pożaru na pokładzie a spróbuj za to podpalić nikiel albo ołów.

 

Trochę się przyczepię, bo upraszczając doprowadziłeś do sprzeczności. W akapicie wcześniej piszesz o unikaniu wybuchu NiMH, a tu sugerujesz, że są bezpieczne.

Żadne urządzenie w którym zmagazynujesz watogodziny energii w formie łatwiej do odzyskania nie będzie bezpieczne — niezależnie czy jest to bateria, kondensator, koło zamachowe, naciągnięta sprężyna, rozwścieczony borsuk w worku, zbiornik powietrza pod ciśnieniem czy paliwo — w momencie awarii ta energia może zostać uwolniona z katastroficznymi skutkami. Baterie *muszą* zawierać chemicznie aktywne (czyli toksyczne) substancje, bo muszą w nich zachodzić gwałtowne reakcje chemiczne żeby dostarczyć energii. Akumulator ołowiowy oprócz ołowiu zawiera żrący kwas siarkowy jako elektrolit. Baterie niklowe zawierają żrący wodorotlenek potasu (ług), a do tego generują tlen i wodór pod ciśnieniem w trakcie ładowania.

[marek1707]

Masz rację, jeśli zgromadzisz energię to jest ona niebezpieczna potencjalnie. Zwierając kablem 0R taki czy inny akumulator dostaniesz mnóstwo ciepła, które w większości wydzieli się wewnątrz celi akumulatora a jeśli przez jakąś rezystancję - to na niej. Ale to jest co innego niż sam proces ładowania. Nie przekraczając limitów dla NiMH, możesz podczas ich ładowania spać spokojnie bo prąd 1/10C nawet puszczony w nieskończoność nie rozwali celi - za mała moc. Natomiast chcąc zrobić ładowanie ekstremalnie szybko (<1h) musisz kontrolować temperaturę nie dla tego, że grozi to wybuchem, ale przede wszystkim dlatego, że jest to jedyny w tych warunkach wskaźnik końca procesu. Żaden elektryczny parametr NiMHa nie pozwala na poprawną detekcję uzyskania 100% pojemności. DeltaV działa poprawnie tylko dla pewnego zakresu prądów i oczywiście ma wbudowane opóźnienie z samej zasady. Oczywiście, jeśli nie zrobisz kontroli temperatury to w końcu elektrolit się zagotuje i cela wybuchnie, ale to znaczy, że nie masz pojęcia co robisz. Rekomendacja jest wyraźna: gradient kilku stopni na minutę (lub przekroczenie jakiegoś predefiniowanego limitu np. 45 stopni) to koniec ładowania.

A bezpieczeństwo NIMHów odróżniam od bezpieczeństwa LiPoli właśnie konsekwencjami awarii. Rozszczelnienie NiMHów powoduje "jedynie" wyciek elektrolitu, ogniwo przestaje działać, prąd przestaje płynąć i tyle. To oczywiście źle, nasza elektronika rdzewieje a jeśli odbyło się to w wysokiej temperaturze (szybkie rozładowanie) to płyn jest gorący co potęguje zniszczenia. Wszystko to jednak jest niczym w porównaniu do rozszczelnienia LiPola, w którym metaliczny lit tak szybko się utlenia w powietrzu, że samorzutnie następuje zapłon materiału. Do czegoś takiego może dojść na skutek fabrycznej wady wykonania celi, złych warunków przechowywania/użytkowania lub zwykłego uszkodzenia mechanicznego. I to moim zdaniem jest kluczową różnicą między technologiami "bezpiecznymi" typu Pb/NiMH/NiCd a litowymi. Wszystkie inne zagrożenia związane z gromadzeniem energii w małej objętości są podobne, więc z tego punktu widzenia każdy akumulator jest tak samo niebezpieczny i to tym bardziej, im więcej energii i mocy może dostarczyć.

[deshipu]

To ja jeszcze dodam, że w ostatnich latach było trochę postępu w konstrukcji ogniw LiPo i minimalnie zmniejszono ryzyko pożaru modyfikując ich konstrukcję i skład chemiczny, dodając środki opóźniające palenie się, zamykając całość w szczelnym odpornym na ciepło opakowaniu i tak dalej. Katastrofa nadal jest możliwa, ale jest o nią nieco trudniej i są szansę, że ograniczy się do przetopienia się gorącego ogniwa przez całego robota wydzielając przy tym toksyczne opary.

Edytowano Sierpień 29, 2018 przez deshipu

[marek1707]

"..ograniczy się do przetopienia się gorącego ogniwa przez całego robota wydzielając przy tym toksyczne opary"

Uff, no to mnie uspokoiłeś.

W mojej żałosnej karierze tylko raz doświadczyłem pożaru pakietu i to na własną prośbę. Do jednego z malutkich samolotów mam kilka sztuk 2S/800mAh i chyba przy przerabianiu złącza głównego zwarłem oba druty. Mimo lichej pojemności i wydajności specyfikowanej (10C?) kable natychmiast zrobiły się czerwone i zgrzały ze sobą, zlazła izolacja, dym zaczął walić nie tylko z plastiku ale i z akumulatora no i nie było już czego ratować. Jedynym wyjściem było złapanie pakietu w kombinerki i wywalenie go szybkim ruchem na kamienną posadzkę na balkonie. Po chwili pojawił się ogień i jeszcze więcej dymu a po 15 sekundach można było wrócić na miejsce zbrodni i dogasić marne szczątki. Do dzisiaj jest w tym miejscu ciemniejsza plama..

Natomiast w czasie użytkowania - w sumie dość ostrego - wielu pakietów nic mi się nie przytrafiło. Widziałem zdjęcia i filmy jak to model staje w powietrzu w ogniu i ciągnąc smugę dymu spada jako kupka zgliszczy, ale też trzeba wziąć pod uwagę, że modelarze mimo przestróg używają swoje pakiety daleko poza granicami zdrowego rozsądku. Widzę na lotniskach modelarskich jak wiele akumulatorów jest po kraksach (tzw. kretach), powgniatanych, uderzonych czy nawet pokaleczonych. Czasem uszkodzenie rzeczywiście jest powierzchowne, ale czasem głęboko niszczy strukturę celi i wtedy jest tylko kwestią czasu kiedy jakieś miejscowe przegrzanie przy dużym prądzie spowoduje zniszczenie krytyczne i pożar. No, trzeba uważać i mieć sporo rozsądku by "tylko" mechanicznie uszkodzony pakiet (przecież nic się nie stało, wciąż działa) kosztujący czasem kilkaset zł odłożyć do utylizacji.

Edytowano Sierpień 29, 2018 przez marek1707

[Mechano]

Abstrahując od bardzo ciekawej dyskusji kolegów wyżej, z mojej strony chciałbym tylko dodać, że właśnie w takim celu wymyślono BMS'y. Ich zadaniem jest kompleksowy dozór parametrów pracy akumulatora czyli napięcie na każdej celi i pobierany prąd. Czyli uchroni nam to akumulator przed nadmiernym przeładowaniem, rozładowaniem i przeciążeniem (oraz zwarciem). Wiadomo, trzeba do tego mieć specjalną ładowarkę (zasilacz CC/CV) ale wystarczą nam dwa grube przewody na zewnątrz a nie kilka(naście).

Swoją drogą, rzeczywiście nie widziałem chyba jeszcze BMS'a w robocie ale w (małych) pojazdach elektrycznych, takich jak skutery, rowery deskorolki, hulajnogi (no te dwa ostatnie akurat nie wszystkie bo to typowo po taniości...) są zawsze obecne i nikt obecnie nie wyobraża sobie nie używania ich albo ładowania tego ładowarkami modelarskimi.

A jeszcze tylko ostatnie zdanie o czymś co pewnie może wielu przerazić ale teraz BMS'y nie są już w cale drogie. Kilka dni temu kupiłem na ebay'u BMS 13s 35A za jakieś ~45zł (do hulajnogi elektrycznej). Także polecam bo temat jest dosyć prosty a profity mogą być całkiem spore.

[marek1707]

No to muszę Cię zmartwić, bo BMS nie zastąpi ani porządnej ładowarki ani balancera. Przeczytaj specyfikajcję tego swojego, a ja mogę przytoczyć parametry wielu innych. Tu jest przykład sklepu mającego bogatą ofertę tego typu sprzętów (oprócz samych akumulatorów):

https://www.bto.pl/default.b2c.aspx

Trzeba szukać w Produkty -> Pakiety-komponenty -> Układy zabezpieczeń PCB. Tutaj nazywają to PCM i jest tego mnóstwo. Niestety są to jedynie układy zabezpieczeń a więc zapewniają wyłączenie głównego obwodu gdy napięcie spadnie poniżej naprawdę krytycznego progu np. 2.4V na celi. Nikt normalny tego nie robi, podobnie jak przeładowania powyżej 4.35V. Tak więc nie możesz tego traktować jak fajnej ładowarki z wbudowanym balancerem pakietu. Owszem, niektórzy próbują tak robić i przez krótki czas to działa, tylko moim zdaniem szkoda drogich ogniw. W przypadku wysokiego stosu prawdziwy balancer jest drogi a poza tym przy większych mocach (głównie prądach ładowania) powinien to być układ z odzyskiwaniem energii a nie wytracaniem jej na głupich opornikach lub tranzystorach. Takie rzeczy stosuje się w  samochodach, ale w akumulatorach do e-rowerów nikt się w to nie bawi. To ma być tanie i działać aż do popsucia któregoś ogniwa - gospodarka rabunkowa. Wtedy oddajesz całość do serwisu lub osiedlowej złotej rączki który(a) wymienia jedno z ogniw lub raczej całe piętro. Kolejną - oprócz wyłączania pakietu przy głębokim rozładowaniu - sensowną  funkcją modułów BMS/PCM jest wyłączanie przy przeciążeniu i tu rzeczywiście może to zdziałać wiele dobrego i uratować wiele domów od pożogi. Modelarze tego nie stosują bo a) liczy się każdy gram masy, b) układ komutacji 100A byłby większy i cięższy niż cały pakiet. W zasadzie z definicji w poważniejszych modelach nikt nie stosuje żadnych zabezpieczeń wbudowanych w akumulatory a jedyne zintegrowane PCMy znajdziesz w sklepie modelarskim może w ogniwach 18650 do latarek. Obecnie każdy regulator silnika (ESC) ma tryb pracy LiPol z automatycznym lub ustawianym wykrywaniem liczby ogniw i programowaną reakcją na spadek napięcia poniżej jednego z kilku progów (np. 3.2V, 3.0V i 2.8V/celę). Zwykle możesz ustawić czy chcesz by ESC odciął silnik całkowicie czy np. ograniczył moc do ok. 50% co pozwala często na dociągnięcie do lotniska. To oczywiście dotyczy jedynie samolotów. Jakiekolwiek zakłócenie mocy w dronie to katastrofa  więc tutaj nikt nie bawi się w jakieś osobne zabezpieczenia w regulatorach. Na szczęście w kopterkach zawsze na pokładzie jest komputer (Flight Controller) i to w nim ustawisz wszelkie alarmy. No i nigdy nie latasz do 100% pojemności. A mając FPV i OSD wręcz widzisz aktualny pobór prądu i napięcie aku. W moim np. odpowiednie wskazania zaczynają mrugać gdy wyciągnę więcej niż zadaną wartość mAh lub gdy napięcie spadnie poniżej ustalonego. A dron bez FPV musi koniecznie mieć mocny alarm akustyczny na pokładzie lub bardzo zachowawczo ustawiany timer w nadajniku.

 

[Mechano]

BMS'y właśnie po to wymyślono, żeby zastąpić ładowarki modelarskie. Ważne tylko, żeby używać ich zgodnie z przeznaczeniem tzn. używać odpowiedniej ładowarki do BMS'a i wielkości naszego pakietu. Takie rozwiązanie jest stosowane od paru lat w praktycznie wszystkich produkowanych rowerach elektrycznych (zarówno tych fabrycznych jak i amatorskich).

Ok, porównajmy podobne BMS'y z ebay'a albo bto (kilka danych):

https://www.bto.pl/produkt/57106/pcml13s35d1

-zabezpieczenie przed przeładowaniem pojedynczego ogniwa - 4,28V ± 0,025V,

-zabezpieczenie przed rozładowaniem dla pojedynczego ogniwa: 2,8V ± 0,05V,

-napięcie balansujące dla pojedynczego ogniwa: 4,2V±0,025V,

-prąd balansujący dla pojedynczego ogniwa: 84mA±10mA,

-maksymalny prąd ciągły ładowania: 35A,

https://www.ebay.pl/itm/48V-13S-35A-Li-ion-Battery-Protection-Board-BMS-PCB-Balance-For-Ebike-Ebicycle/302531868676?hash=item46704df804:g:PSIAAOSwWOdbZBUN63-dla-481v-35a

Overcharge Protect:

-Over-charge Detect 4.28±0.05V

Balance:

-Detect Voltage 4.2±0.025V

-Release Voltage 4.2±0.05V

-Balance Current 60±5mA

Over-discharge Protect:

-Over-discharge Detect 2.55±0.08V

Jak widać nawet cudowny BMS z bto przeładowuje poszczególne ogniwa nawet do 4.28V! Czy na pewno? Nie. Jest to napięcie, przy którym BMS odcina ładowarkę i zaczyna balansować ten konkretny segment. Wiekszość BMS'ów zaczyna już przy 4.25V i kończy gdy segment ma 4.17-4.18V a to już jest całkowicie bezpieczne i naturalne napięcie dla akumulatorów litowo jonowych. Przy rozładowaniu odłączenie rzeczywiście następuje przy 2.55V (dla chińczyka) ale jest to napięcie pod obciążeniem co znaczy, że bez obciążenia to napięcie wróci do ponad 3V, oczywiście tutaj dużo zależy od stanu ogniw, modelu oraz prądu rozładowania ale z praktyki można zaobserwować, że odłączenie przez spadek do poziomu poniżej progu następuje przy pobieraniu dużego prądu (np. przyspieszanie rowerem). Po zdjęciu obciążenia BMS z powrotem włącza wyjście i można (delikatnie) jechać dalej.

Faktem jest, że są to tzw. balansery pasywne, czyli nadmiar energii jest zamieniany w ciepło, tylko, że przy dobrze zrobionym i użytkowanym akumulatorze nie będzie dużej potrzeby balansowania i straty energii nie będą zauważalne w stosunku do całości energii zgromadzonej w pakiecie.

Idąc dalej BMS nie powinien być jedynym zabezpieczeniem w naszej instalacji i chodzi mi tutaj o nadmierne rozładowanie. Każdy kontroler (ebikowy, modelarski etc.) musi mieć swój mechanizm wyłączenia się przy spadku napięcia i co do tego nie ma żadnej dyskusji ani wątpliwości (nawet tanie chińskie kotrolery ebajkowe mają takie zabiezpieczenie).

Ciągle odwołuję się do ebajków ale siedzę w temacie od jakichś 2-3 lat a od kilku miesięcy zakładam BMS'y na co dzień w pracy, więc mam trochę takie "zboczenie" zwłaszcza, że obserwowałem już tę scenę przed erą BMS'ów i pamiętam zabawy z ładowarkami modelarskimi (oczywiście nie są one złe dla zastosowań modelarskich ale w pojazdach elektrycznych nie mają, praktycznie, sensu).

Przepraszam, że odpowiadam tak późno ale wcześniej nie znalazłem czasu, żeby nad tym usiąść.

Edytowano Wrzesień 2, 2018 przez Mechano

[marek1707]

Chyba napisałem coś niejasno albo źle mnie zrozumiałeś z innego powodu. Wcale nie twierdzę, że płyteczki z BTO są w jakikolwiek sposób lepsze od chińskich.  Ani nie mają lepszych paramterów ani też zastosowań nie mają szerszych. To te same układy co z Aliexpress. Być może część modułów polacy robią sami, część sprowadzają - to nie ma znaczenia bo nie o tym pisałem. BTO było tylko przykładem (jakich pewnie wiele), że można to kupić na szybko u nas, z dobrym opisem, liczbami i wsparciem bez czekania aż paczka dopłynie przez pół Ziemi. Chciałem natomiast zwrócić uwagę, że żaden prosty układ zabezpieczający nie zapewni takiej kontroli ładowania jak ładowarka, bo to ona jest źródłem mocy i to ona ją kontroluje. BMS może tylko przycinać napięcie dopiero wtedy, gdy przekroczy ono zadany próg poprzez "wykradanie" prądu z danej celi. A ponieważ dzieje się to za pomocą podłączania opornika, nie może tego prądu być zbyt dużo. Układ siedzi wprost na akumulatorze i głupotą byłoby grzać pakiet więc dla płytki 35A mamy prąd balansowania 30mA. Żałosne.

Oczywiście, przy dobrym pakiecie zrobionym z markowych ogniw nie trzeba balansować w ogóle, ale im gorszy jakościowo akumulator tym różnice są większe. No i teraz warto zastanowić się jak takie wyrównywanie celi wygląda. Ładowarka mająca własny, wbudowany balancer może to robić przez cały czas trwania ładowania. Mierzone są napięcia wszystkich ogniw, wybierane jest najsłabsze (jedno lub kilka) - czyli to w  którym napięcie rośnie najszybciej bo to ma najmniejszą pojemność - i temu/tym dołączany jest opornik bocznikujący, przez który przepływa część głównego prądu. W ładowarce, która zwykle ma jakieś aktywne chłodzenie tej mocy też nie jest zbyt wiele, ale 0.5-1W (czyli jakieś 200mA?) można odessać. BMS nie może tak pracować, bo napięcia ogniw są wtedy wciąż dużo poniżej magicznej granicy 4.2V. Układ zabezpieczenia może włączać swoje słabiutkie oporniki bocznikujące dopiero wtedy, gdy napiecia przekroczą górny pułap. A wtedy to już wiele zrobić nie można, bo odejmowanie 30mA od kilku Amperów niewiele dla ogniwa zmienia - nadal jest ładowane w zasadzie tak samo. A co robi wtedy ładowarka? Po osiągnięciu przez któreś ogniwo poziomu 4.2V gwałtownie zmniejsza swój prąd (tylko w trybie aktywnego balansowania) do wartości takiej, jaką może pochłanąć jej własny balancer. Od tej pory "najwyższe" ogniwa nie są ładowane wcale (bo prąd płynie tam przez opornik bocznikujący) a prąd dostają tylko te "niższe". Dlatego ładowanie z wyrównywaniem trwa tak długo, bo zwykle prądy balancerów są wielkokrotnie mniejsze niż prądy głównego źródła mocy. Widziałem też taką, która lekko prąd zwiększa (np. do 200% prądu jej balancera) , szybciej doładowuje te "niższe" cele kosztem delikatnego przeładowania ogniw "wyższych" a potem wyłącza główny prąd do zera by rozładować te przepełnione. Taki proces trwa iteracyjnie aż napięcia się zrównają. Tak sterowany balancer może pracować już od pierwszych sekund ładowania pakietu.

W przeciwieństwie do tego BMS może tylko przeciwdziałać przeładowaniu dopiero gdy ono już nastąpi. Powyżej np. 4.2V załącza te swoje oporniczki, które oczywiście niczego nie zmieniają dla danej celi, bo zjadają jakiś mikry procent prądu ładowania.Dopiero gdy sumaryczne napięcie pakietu wzrośnie do wartości Nx4.2V ładowarka przechodzi do fazy CV i ogranicza prąd a potem w końcu uznaje, że pakiet jest naładowany i kończy proces. W tym czasie ogniwa o większej pojemności mają napięcie niższe niż przewiduje ustawa a te słabsze - wyższe. Ponieważ m.in. od poziomu napięcia zależy szybkość starzenia się celi, te gorsze są męczone bardziej i różnice się pogłębiają zamiast niwelować. Owszem, BMS może nawet po odpięciu ładowarki te swoje oporniczki trzymać załączone aż napięcie przeładowanych ogniw nie spadnie poniżej np. 4.3V, ale jak długo trzeba to robić przy prądzie 30mA i pojemności 12Ah?

Moim zdaniem właśnie ta aktywna współpraca między źródłem prądu a balancerem, to żonglowanie prądami ładowania i wysysania jest główną różnicą między pełną ładowarką z dostępem do każdej celi a ładowarką podłączaną dwoma przewodami plus wbudowany w pakiet BMS. Tylko tyle. Nie twierdzę, że każdy musi tak robić i wiem, że rowerki elektryczne tak nie mają. Piszę tylko o podstawowych różnicach w zasadach działania obu systemów. Ekonomia to zupełnie osobna sprawa i rozumiem, że pod nią ugina się wiele wymagań technicznych. Wspomniałem natomiast o balancerach z odzyskiwaniem energii i to jest dopiero technologia, która powinna być stosowana (i jest) w pakietach o wysokich mocach. Niestety kosztuje sporo - i to jest bariera stosowania w ebikach - choć umożliwia ładowanie pełnym prądem z balansowaniem nie 0.05%, ale np. 20% różnic pojemności bez przedłużania o ten końcowy, rozciagnięty w czasie proces dolewania mikroprądu do mocniejszych ogniw. Tak jest w samochodach, gdzie prądy idą w setki Amperów, czas ładowania jest krytyczny a dodatkowe grillowanie bloku akumulatorów balancerem produkującym jakieś setki Watów ciepła na opornikach byłoby czystą głupotą. Acha, w tej technologii możliwe jest też wyrównywanie ogniw w czasie rozładowywania - te mocniejsze "wspierają" cały pakiet bardziej niż te słabsze. Fajne, prawda? No ale drogie..

EDIT: W tym co piszę zupełnie abstrahuję od praktyki e-rowerków. Nie mam czegoś takiego i mam nadzieję, że nigdy nie będę zmuszony posiłkować się akumulatorem by jeździć po Polsce. Doceniam Twoją wiedzę w tym zakresie (może napisz coś o tym więcej?), bo teoria to jedno a jak widać praktyka idzie swoją drogą. Życie pokazało, że wystarczy budować pakiety z podobnych ogniw w miarę dobrej jakości, wstawiać BMS chroniący przed przypadkami skrajnymi, zabezpieczenie undervoltage w sterowniku silnika by cieszyć się tanimi podzespołami i długotrwałym użytkowaniem. I dobrze, choć zawsze uśmiecham się gdy dumny posiadacz wypasionego 20kg roweru(?) dochodzi mnie w 10 sekund i mija szumiąc terenowymi oponami przy 40km/h. Ja tyle po płaskim moją przełajówką nie wyciągam. Na szczęście na zawodach wszyscy jeżdżą o własnych siłach.. 🙂

 

Edytowano Wrzesień 3, 2018 przez marek1707

[Mechano]

Dobra teraz rozumiem o co Ci chodzi. Widać jak niby podobne a jednak różne są te dwa światy: modelarstwo i pojazdy elektryczne. Z jednej strony potrzeba szybkiego ładowania i balansowania, z drugiej mamy dużo większe pojemności pakietów i potrzebę utrzymania tego "w ryzach". Jednak rower może ładować się i całą noc i niewielkie rozjazdy mogą być wyrównane wtedy lub przez kilka krótszych jazd i pełnych ładowań. Ale nawet to nie pomoże jak ktoś robi pakiet z losowych, polaptopowych akumulatorków (dobry pakiet to niestety wysoka cena), które będą się rozjeżdżać co cykl, aż w końcu któreś umrze i zasięg nagle się zmniejsza do kilku kilometrów.

Co do ładowarek to nie można się nie zgodzić z jedną wadą BMS'ów czyli balansowaniem pakietu dopiero na końcu ładowania, gdy któreś ogniwo ma ponad 4.2V, podczas gdy ładowarki modelarskie są w stanie lekko balansować już w trakcie ładowania.

Aktywny BMS widziałem tylko jeden jak dotąd i pamiętam, że jego wadą była ogromna cena, która była kilkukrotnie wyższa od normalnego BMS'a.

Jakby ktoś chciał sobie ogólnie poczytać czym w sumie jest BMS to polecam ten artykuł.

https://elektronikab2b.pl/technika/17222-specjalizowane-uklady-elektroniczne-do-diagnostyki-pakietow-ogniw

Jest tam też wspomnienie o wersjach aktywnych. Niby nie wygląda bardzo skomplikowanie ale ja jestem raczej kiepski jeżeli chodzi o przetwornice (a chyba do tego najbliżej takiemu układowi) więc to temat na przyszłość.

Swoją drogą od jakiegoś czasu projektuję i przygotowuję się do budowy hulajnogi elektrycznej i tam pewnie część mojej wiedzy mógłbym w jakiś sposób przedstawić (jeżeli będzie zainteresowanie, nic na siłę). @Treker Jak myślisz czy taki worklog wpisywałby się w konwencję nowego forum?

Niby mam jeszcze wakacje ale to pierwszy wolny wieczór od kilku dni, stąd to opóźnienie. Następnym razem postaram się odpisywać dużo szybciej 😄