BMS pro domácí úložiště LiFePO

[kybos]

Odbočka od tématu https://forum.mypower.cz/viewtopic.php?f ... 004#p76004

to píšu už v předchozím příspěvku. jenom na ukázku, jak vypadá něco, co prodává číňan jako 100A BMS: už na mé 50A verzi (což vydrží s přehledem, taky mě to trochu překvapilo) jsou ty části co vypadají jako měď fakt celkem masivní, cca 4x2mm, + deska má milion prokovů a na druhé straně je to stejný. Tady bych se těch 100A moc nebál. Ale znovu opakuji, u domácího systému není důvod BMS přímo spínat výkon, stačí vypnout měnič (regulátor) a příp. bistabilním stykačem DC spotřebu. Naopak zapojit takovouhle BMS do domácího systému je nerozum. Ale opakuji, téma je o akupacku na loďku s 600W motorkem, což je při 24V nějakejch 25A, to zvládne každá BMS pro elektrokolo za 15USD...

Vzhledem ke skutečnosti, že BMS pro 24V / 25A má málo společného s BMS pro domácí úložiště typicky 48V / 250A, zakládám nové téma pro BMS s výkonem kolem 10kW. Rád bych našel někde hotovou BMS, případně nějaký vhodný polotovar pro uvedený výkon, který by byl schopen obhospodařovat 16 článků LiFePO s kapacitou kolem 600 Ah takovým způsobem, aby byl schopen balancovat články, hlídat stavy (maxima a minima) napětí nejlépe v několika úrovních (odspodu: nevratné nouzové vypnutí, krizový provoz, dolní aktivní balancování, omezený výkon, normální stav, přebytek výkonu, horní balancování, přehřívání balancérů, odstavení nabíječů, překročení horního limitu-nevratné nouzové odpojení).
Nevratné nouzové odpojení bych přepokládal kontaktní, třeba signálem pro vyrážecí cívku hlavního jističe akumulátorovny a mělo by sloužit v podstatě jen pro případ selhání provozního HW. Předpokládám, že by mělo mít své obvody nezávislé na provozním řízení úložiště. Vybavení BMS by mělo mít takovou inteligenci, aby rozeznalo krátkodobé přetížení startem kompresoru nebo jiného náročného spotřebiče od trvalého zkratu stejně jako krátkodobé prudké zvýšení nabíjecího proudu od trvalého přebíjení. Provozní řízení výkonu bych předpokládal polovodičové (PWM) kvazispojité. BMS by neměla předpokládat, že připojené nabíječe a střídače a další zátěže jsou dálkově ovladatelné. Optimální by bylo na nastavených hranicích napětí postupně snižovat střídu PWM a tím dát najevo přípojeným zařízením že "baterka už toho má dost". Vzhledem ke skutečnosti, že většina těch méně inteligentních komponent je schopná reagovat alespoň na napětí baterie, mohl by připojený modul PWM emulovat zvýšení či snížení napětí baterie a tím ovlivnit činnost připojených periferií. Takto koncipovaná BMS by byla připojitelná i k neinteligentním a tím pádem laciným komponentům.
BMS by měla být schopna logovat stavy napětí, proudů vnitřních odporů jednotlivých článků a teplot pro pozdější analýzu poruch, vyhodnocovat a zobrazovat SOC, uchovávat informace o kondici jednotlivých článků baterie a vyhlásit důležité signály pro obsluhu o stavech úložiště a to jak běžné provozní tak i varovné a nouzové způsobem odpovídajícím jejich důležitosti. Například "Při stávající spotřebě vám zbývá energie na 25 minut provozu" nebo "Baterie bude aktuálním proudem nabita za dvě hodiny" nebo "Došlo k nouzovému odpojení, je nutný ruční zásah obsluhy".
BMS by měla být tak inteligentní, aby byla schopna určit vnitřní napětí nezatíženého článku výpočtem z jeho svorkového napětí a úbytku na jeho vnitřním odporu a to jak v režimu nabíjení tak i v režimu vybíjení. Měla by obsahovat algoritmy pro modifikaci vnitřního odporu článku v závislosti na SOC, aby byly informace o vnitřním napětí článků co nejpřesnější v libovolném stavu SOC. BMS by také měla obsahovat algoritmy pro korekci nepřesnosti měření proudu úložiště formou narovnání SOC na okrajích napěťového rozsahu úložiště. BMS by měla vyhodnocovat aktuální kapacitu úložiště v okamžiku dosažení napěťových mezí článků v detailu po jednotlivých článcích (vyhodnocení nejslabšího článku).

[Honza_H]

2 kybos: Toto by se mi také líbilo, ale vzhledem ke komplexnosti požadované BMS je to asi nereálné. Za mě super sepsané požadavky! Třeba se nějaký výrobce najde.

[střídač_N]

....... vzhledem ke komplexnosti požadované BMS je to asi nereálné. ........

Naopak, Kybos má vcelku jasný přehled, tudíž i já bych očekával od "nějakého" BMS tyto vlastnosti s jedním s nímž nesouhlasím a to je tolik zde zmiňované balancování článků. Je totiž škodlivé a dovolím si i vysvětlit proč.

U řetězu, tedy nějaké mechanické odzkoušitelné součásti jsme schopni pochopi, že se únosnost řetězu jako celku bude řídit nejslabším článkem a přijde mi nanejvýš hloupé, snažit se posilovat únosnější články.

Jakmile se dostaneme na pole elektrické, jakoby stará dobré pravidla nefungovala. Kapacitu baterie určí, tak jak u řetězu únosnost, kapacita nejméně kapacitního článku. Při nabíjení bude první nabit, při vybíjení první i vybit. Nic na tom nezmění ostatní kapacitnější články. Pokud balancujeme při nabíjení. Nejslabší se jak známo nabije první a energie se bude ukládat do kapacitnějších s tím, že pokud nebudeme balancovat i na spodní straně napětí, pří vybíjení opět bude limitem kapacity nejslabší článek. S touto mechanikou nikdo nic nezmůže. Dovolím si tvrdit, že i přínos balancování při horním i spodním napětí by byl přínosem, tak, snad to nepřeženu, jedno procento.
Nerovnoměrnost kapacity LiFePo článků je sice nepříjemná, leč škodit těm lepším stálým dobíjením mi přijde nevhodné.

Kybosovi požadavky jsou spíš SW úlohou. Změřit články umíme, jejich proud taky, teplotu taky. Veškeré vstupní parametry máme.

"Budinský, BEL" již mnoho udělali, snad by s nimi byla na toto téma řeč.

[rottenkiwi]

Ono tu nikto nedal matematický model, kedy sa BMS oplatí a kedy je to mrhanie energie a peňazí,
ktoré by sa dali využiť na nákup silnejšieho článku = čl. s vyššou kapacitou.

Úlohou BMS by malo byť tento výpočet urobiť a poskytnúť majiteľovi FVE + BMS dáta,
kedy sa to oplatí a kedy nie.

Ale to už nie sme pri jednoduchom BMS za 3 € na článok, ale pri komplexnom monitoringu
FVE a to už nie je až také jednoduché to urobiť, ale hlavne matematicky dokázať, že to je správne
a že ten mat. model bude na 99.98 % zhodný s fyz. realitou.

Lebo čim presnejší model chceme, tým presnejšie meranie potrebujeme. A potrebujeme
to meranie robiť často, archivovať a ten model u jednej FVE určite nie je aplikovateľný
na 10 ďalších, lebo čo FVE, to iná kombinácia nom. napatia packu, článkov, nab. a vyb. prúdov,
teploty, etc. etc. ..

[kodl69]

to střídač_N: tvoje pravda platí jenom v případě nulového samovybíjení článků a pro články se shodnými vnitřními odpory. Což je obvykle dost daleko od reálného stavu několik let používaných článků. Takže balancování je potřeba. Top balancing :
1.) kvůli doplnění chybějící energie do článku, který má vyšší samovybíjení.
2.) kvůli ochraně článků s vyšším vnitřním odporem
3.) částečně ochrana proti přebití článku (jinak musí zakročit bms s omezením/vypnutím nabíjení)
Bootom balancing s "přelévací funkcí":
1.) snížení zátěže článku s vyšším vnitřním odporem
2.) snížení odběru energie z nejslabších článků - oboje "přelitím" odběru z jednotlivých článků na napětí celé baterie, s tím, že ty nejslabší dodávají o to méně.

[youda]

Chlapi,
dle mého skromného názoru je s "ideální BMS" je ta potíž, že se nepovede najít výrobce, který by byl schopen produkt vyvinout, vyrábět, prodat a generovat zisk.

1) Pokud je někdo dobrý konstruktér, bývá to špatný programátor. Nejen, že sám nezvládne napsat kvalitní software, ale nedokáže ani odhalit, jak dobrý (či špatný) je softwarový vývojář, se kterým si dohodne spolupráci. Velmi často tak lze u různých elektronických zařízení vidět kombinaci skvělého hardwaru s žalostným softwarem. V lepším případě je to DoDo (dodělej doma), v horším případě pak proprietární řešení znemožňuje i použití v režimu DoDo. Pokud je u daného zařízení milionová zákaznická základna, pak se většinou postupné dovedení do téměř ideálního stavu nakonec povede. Čím je zákaznická základna menší a obor užití speciálnější, tím větší je riziko, že se výrobce vůbec nebude zabývat ergonomií ani inovacemi - produkt se prodá tak jako tak, protože jiných alternativ stejně moc není.

2) Na přípravu produktu je třeba analytik, který dokáže vyhodnotit relevantnost vstupních požadavků, odfiltrovat okrajové záležitosti, potlačit neekonomické vlastnosti a přetavit polotovar zadání na životaschopný produkt, u kterého lze zajistit nejen výrobu, ale také odbyt a celý jeho životní cyklus. Přeskočením této fáze vznikají produkty, kde se v různých firmwarech zařízení chová jinak, ovládací tlačítka jsou nesmyslně umístěna, funkce nemají jednotné pojmenování a logiku atd. Určitě jste již takové zařízení někdy potkali.

3) Jakmile je produkt v určité fázi vývoje, je třeba zajistit jeho monetizaci. To lze pomocí marketingových aktivit a vytvořením distribučních kanálů, případně prodejem práv k produktu třetí straně, která již distribuční kanály má (exit strategie). Bohužel, ikdyž se náhodou povede, že se potkají skvělý konstruktér s použitelným programátorem, masové nasazení produktu často zhavaruje v tomto bodě. Buď se klíčového partnera nepodaří najít vůbec, nebo se klíčový partner naopak najde a je tak zkušený, že dokáže monetizovat i produkt ve fázi polotovaru. V tu chvíli nastupuje cost-cutting, tedy ořezání vstupních nákladů na minimum. Výsledkem bývá minimalizace investic do vývoje, neboť proč investovat do vylepšování něčeho, co se prodává i tak, že?

Vyhnout se výše uvedenému scénáři je možné například pomocí Kickstarteru, díky kterému lze mimo jiné zajistit toto:
- ověření, že produkt s definovanými vlastnostmi bude skutečně prodejný
- finanční prostředky na rozjetí sériové výroby a vytvoření distribuce

Pokud bych měl vzít v úvahu konkrétní situaci zde na MyPower, tak například jednou ze žádaných vlastností ideální BMS je možnost balancování velkými proudy, přelévání energie, a funkce v battery packu, který bude tvořen staršími články s různou reálnou kapacitou a různým vnitřním odporem. Ačkoliv na první pohled je to krásný produkt, určitě bude mít méně zákazníků, než BMS určená pro battery packy postavené z nových článků. Proč? Protože zákazníků kupujících nové články bude vždycky více, než zákazníků, kteří si sami staví packy z článků použitých. I tak by pořád dávalo smysl do produktu požadované vlastnosti začlenit, jenomže tím by došlo ke zvýšení jeho komplexnosti, poruchovosti, výrobní ceny. Možnost nasadit produkt ve spoustě různých scénářů by také zvyšovala počty reklamací a vyžadovala širší technickou podporu. Proto nelze očekávat, že se některý stávající výrobce s radostí vrhne na výrobu podobné ideální BMS.

Je mi to líto, ale obávám se, že to opravdu není tak jednoduché, jak to na první pohled může vypadat. Přesto moc fandím Kybosovi i Rottenkiwimu, že se do toho pustili a držím palce!

[střídač_N]

1.) kvůli doplnění chybějící energie do článku, který má vyšší samovybíjení.
2.) kvůli ochraně článků s vyšším vnitřním odporem
3.) částečně ochrana proti přebití článku (jinak musí zakročit bms s omezením/vypnutím nabíjení)
Bootom balancing s "přelévací funkcí":
1.) snížení zátěže článku s vyšším vnitřním odporem
2.) snížení odběru energie z nejslabších článků - oboje "přelitím" odběru z jednotlivých článků na napětí celé baterie, s tím, že ty nejslabší dodávají o to méně.

Top balancing :
1.) článek identifikovat a vyřadit,
2.) článek identifikovat a vyřadit,
3.) částečná ochrana vede k NEčástečné, zato bezpečné destrukci.

Bootom balancing:
1.) článek identifikovat a vyřadit,
2.) článek identifikovat a vyřadit.

[střídač_N]

Chlapi,dle mého skromného názoru je s "ideální BMS" je ta potíž,...........

Teoretické úvahy mají své místo, leč zásadní výsledky mají vždy příčinu v jednotlivci jenž "jede" za svým cílem.

[kodl69]

Pokud budu postupovat podle střídačova návodu, jsem bez baterek. Nechcete mi někdo věnovat aspoň 16ks 200Ah lifepo4? Protože doplňovat nový články k 10 let starejm jistě nedopadne dobře...
A prosil bych nepřekrucovat to co napíšu, v bodě 3 píšu: jinak musí zakročit bms s omezením/vypnutím nabíjení což jistě destrukci článku nezpůsobí.
V zásadě bych tento příspěvek vyhodnotil jako provokaci. - Střídač zase vyhodnotí jako provokaci tohle.
Ale těch 16 baterek na možnost provozovat to podle jeho návodu by poslat mohl.

[abrams]

Zdravím ,

přidám trochu svého do mlýna .
Používám jeté 200 a 300 žluté LiFePO zapojené dle reálné kapacity tak aby výsledná kapacita paralerních článků byla +/- shodná . Předloni jsem tuto sestavu provozoval pod ochranou nelevného BMS systému , i přesto bylo nezbytné každý měsíc ručně ořezávat hradní cimbuří . Jelikož se situace opakovala na jedněch článcích , pojal jsem podezření na vadný článek , jež se do určité míry potvrdilo , jenže ne takové aby to vysvětlilo problematické chování . Letos v Lednu až Únoru jsem provedl plné kapacitní zkoušky všech článků , trochu přeskládal dle aktuální reálné kapacity , současně jednotlivé články zbalancoval na -100Ah pod 100% nabitím . Po zapojení do systému nechal odpojenou BMS . Dodnes je BMS odpojena . Jak si myslíte že vypadá stav zobrazovaný CellLogy při 100% SOC ? Při 10% SOC ?

Elektronům zdar

[Jozef51]

abrams, som velmi poteseny Vasim prispevkom a Vas prispevok je o to cennejsi, ze je od jednej z autorit na MyPower (absolutne ziadnu ironiu tu nehladajte). Staci si len predstavit co robi 'vyrovnavaci' balancer s ciastocne vybitymi a nerovnakymi clankami a co sa potom deje pri nabijani. A je to jasne. Osobne uznavam jemne horne prevadzkove dobalancovanie pasivnym balancerom aby regulator vzdy ukoncil nabijanie baterie v stave - kazdy clanok nabity na 100%. A nevybijat ziadny clanok (plati i pre Li-clanky), teda ten najslabsi clanok v baterii pod 30%. Nizsie je to nie riziko ale hazard.
Zmysel ma dolne balancovanie pri zistovani-merani skutocnej kapacity clankov baterie. Zmysel ma neustaly monitoring a logovanie stavu clankov baterie (i ked nemusi byt, obcasne rucne preneranie multimetrom vacsinou staci).
Vsetko ostatne je diskutabilne (moze byt dokonca nebezpecne), ako som uz pisal. Treba byt velmi opatrny - baterie este nie su zahubicku.

[ota]

Zdravím ,
...Jak si myslíte že vypadá stav zobrazovaný CellLogy při 100% SOC ? Při 10% SOC ?
Elektronům zdar

No, jak vypadá???

Já moje LiFePO4 také pravidelně monitoruji a top balancuji na 3,6V. Pravidelně ... vždy na jaře a na podzim.

[abrams]

Zdravím ,

No, jak vypadá???

Já moje LiFePO4 také pravidelně monitoruji a top balancuji na 3,6V. Pravidelně ... vždy na jaře a na podzim.

Kupodivu se chovají naprosto v pohodě , nehádají se , žádný nejančí ni nevybočuje z řady .
Při 100% SOC je ΔV kolem 25mV .
Při 10% SOC je ΔV kolem 35 až 40mV , což je o dost méně než-li před rokem s BMS při 100% SOC .

Jsem zvědav jak dlouho toto sladění bez BMS vydrží .O monitoring jednotlivých článků se pochopitelně starají čtyři CellLogy jeden CellLog na osm článků . Ve svých pravomocech mají nejen odpojení nabíjení v případě ujetí kteréhokoli článku nad limit 3,55V , i v případě vybití kteréhokoli článku pod 2,85V reagují vypnutím měniče , vypnutím = nikoli odpojením . Odpojení od systému považuji za krajní opatření neberouc ohled na zdraví ostatních komponentů .
U BMS pro elektrokolo a podobná elektropohybovadla je případné odpojení aku přijatelné . U větší trakce je toto již krajní možností po selhání všech předcházejících omezovačů výkonu a varovných signálů . Kdo by chtěl zažít náhlé odpojení aku v Eutě na dálnici při 130km/h ? Ja tedy rozhodně ne .

Elektronům zdar

[rottenkiwi]

Ja mám roky veĺmi jednoduchý BMS. Ak klesne napatie pod 12.6 V na určitý čas, zapne
sa 1. potom 2. nabíjačka, ktorá to dotiahne do 12.8 a potom už vyjde Slnko ....

Iný režim je, že LiFE je spojené s Pb, potom to ide do cca. 12.2 V a vyjde Slnko ....

Ak Slnko nevyjde, ide pri 2.9 V na jednom z článkov dole menič, to sa mi stalo raz za 4 r.

Hore mám 1. vyťažovák bojler 1800 W, 2. bojler 1200 W, teraz mám málo energie,
takže zapínam len ten 1. na 8 min. cez mobil, určite nechcem drahú el. dávať do vody.

Bežne sa dostávam k 3.39 V na článok v 99.9 % času. Ku 3.58 V idem len manuálne
s nabíjačkou raz za rok s H4 v ruke.

Kybos tu písal, že by BMS mal rozpoznať, či sa jedná o krátky resp. dlhý vysoký odber.
NO ale dokiaľ sa BMS dozvie, či je doma svokra ?

[střídač_N]

..... Střídač zase vyhodnotí jako provokaci tohle......

Ale kdeže provokace. To je doména politiků. mi se snad zajímáme o technické problémy a jejich řešení. No a občas přijde i k tomu šťouchnutí. Probůh, snad nejsme takoví sucharové, co se hned cítí ukřivděni.

K problému: já popsal obecný jev. Nepostihuje anomální chování, kde se již možná a snad i nějaká vyrovnávání vyplatí.

Osobní zkušenost. Před časem jsem si rychle spíchl z 18650 Li on baterku na kolo, a radost byla tak veliká, že jsem to v polotovaru nasadil do zkušebního režimu jenž se nějak protáhl. Několikrát jsem i přebil. S třesoucí rukou jsem při velkých výčitkách rozdělal sestavu k měření. Podotýkám, že nebyly spojeny ani jednotlivé paralelní články. K mé úlevě, rozdíl v napětích jednotlivých článků byl do plus mínus svou stovek.

Tím v žádném případě nechci tvrdit, že nějaké balancování by nemělo být, leč spíš by mělo sloužit k mírnému prodlení v nabíjení před odstavením od zdroje.
Balancování u spodu mi však přijde ujeté. Prví článek v limitu, okamžité odpojení. Nedovedu si dost dobře představit jak by to u spodu SW vyhodnocoval.

[DanoP]

Ja by som preferoval distribuovany system, to znamena meranie a balancovanie na clanku, viac menej autonomne s odovzdavanim udajov do centralnej jednotky, ktora by robila logovanie, vypocet SOC a riadila nabijac a menic podla informacii z clankov.

[kodl69]

tady je profi řešení aktivního balancování, tj doopravdy aktivního, může se z nějakýho článku odebírat a do jinýho dodávat. Škoda je, že těch 5A je dohromady, na celejch 16 článků. Ten šváb, co dělá "chytrost" vyjde na cca 500Kč, ale několik hrstí dvojitejch mosfetů a ještě naprogramovat nějaký řízení to celkem zesložiťuje. eval board za pouhých 400USD http://www.ti.com/tool/TIDA-00817 ale kdyby to někdo byl rozhodnutej finalizovat, tj koupit eval board, naprogramovat nějakej procesor pro řízení, tak bych klidně něco na vývoj přispěl.

ještě mě na TI zaujalo tohle: http://www.ti.com/lit/df/tidrvn8/tidrvn8.pdf což je izolovanej zdroj 15V (nebo kolik kdo chce) z 40 až 1000V DC. Fakt dobrý.

[střídač_N]

Je mi někdo schopen vysvětlit v čem spočívá výhoda aktivního, či jakéhokoli jiného balancování, případně přínosy s alespoň náznakem počtů?

[kybos]

Výhoda balancování spočívá v možnosti spolupráce článků s rozdílnou kapacitou (případně s rozdílným samovybíjením) v sériové kombinaci.
Výhoda top aktivního balancování spočívá v tom, že se na něj spotřebuje pouze cca polovina (dle účinnosti balancéru) energie oproti pasivnímu balancování.
Výhoda bottom aktivního balancování spočívá v tom, že celková využitelná ampérhodinová kapacita sériové kombinace článků je vyšší než ampérhodinová kapacita toho nejslabšího článku ze sady.

[kodl69]

To střídač N: už konečně pochop, že ideálně stejné články neexistují, mají rozdílný vnitřní odpor, kapacitu, samovybíjení. To se prostě po větším množství cyklů projeví.
Já bych řekl, že se využije většina energie, obvykle mají DC DC konvertory účinnost přes 80% při jmenovitém proudu. Navíc je možnost využít při použití ve vozidle (doma to nemá cenu, vybíjet baterky do prázdna) i bootom balancing, kde pomocí balanceru dobiju nejslabší článek pomocí těch ostatních, a to je ten rozdíl, jestli stojím 1km od nabíječky, nebo u nabíječky.