Jump to content

    
Sign in to follow this  
SWTRUS

Нужна матчасть по симметрии батарей

Recommended Posts

Имеем электропитающую установку для шкафа. В ней имеется батарея из 4 кислотных аккумуляторов. По ТЗ требуется блок симметрии батарей. Как он работает (меряет температуру и напряжение на каждом аккумуляторе) понятно. Интересует теория - какое отклонение по температуре и напряжению (при известной общей температуре) считать опасным отклонением. Может кто какие исследования проводил, какие-то штатные/нештатные ситуации вылавливал - крайне интересно. Заранее спасибо.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Для свинцовых 12-вольтовых аккумуляторов изготовители считаю отклонение по напряжению в 100мВ достаточно хорошей балансировкой.

Что касаемо температуры - не встречал таких методов контроля., хотя некоторое время работаю именно с балансировщиками, читаю литературу, вникаю в проблему.

Share this post


Link to post
Share on other sites

В вопросе автора весьма мне достает конкретики - но уже исходя из понятия "напряжение на каждом аккумуляторе" надо говорить о том, как, чем и с какой точностью происходят измерения и что влияет на источник измерения в процессе работы аккумуляторов.

 

Приведу пример сравнительно "средней" по реализации системы в разработке которой участвовал(все платы, часть механики и часть схемотехники):

 

1) Имеется шкаф на 9-19 батарей, сам по дефолту термостатирован, принудительно вентилируется при надобности. Токи 20-150А одного девайса, характер токов опустим.

 

2) На каждой батарее стоит frame bracket c 5-точечным контактным измерителем температуры, в нем же МК обрабатывающий измерения. Такое стоит на всех батареях.

 

3) В шкафу стоят в разных зонах IR камеры, сравнимые с этими(по размеру, разрешение и рабочий диапазон больше), поставленные вот в такой конструктив. Связанны через USB3.0, идут на FPGA платку.

 

4) Балансировщик представляет из себя систему которая на уровне единичного аккумулятора мониторит его ячейки, а на уровне системы выравнивает потребление со всех аккумуляторов по заданному профилю(равномерно, N- количество, пользовательские соотношения)

 

Все в этой системе управляется через фпга платку и вкратце модель работы можно писать так, применительно к вопросу ТС:

 

- 5-точеный измеритель температуры снимает показатели с "критических мест"(где именно сказать не могу) и в целом дает весьма неплохое представление о том что с девайсом все более менее хорошо.

 

- IR камера дает инфомацию о градиенте/распределении температур: как по каждому девайсу, так и по токоведущим шинам. Камер несколько чтобы снимать с разных углов(по очевидным причинам)- работают нормально если нет задымления и схожих явлений, но тогда работают другие системы. В совокупности с другими измерителями позволяет отслеживать влияние колебаний температур на средства измерения, в т.ч на то что показывает система балансировщика в части тока/напряжения.

 

К чему весь этот рассказ - надо понимать каким образом планируется измерять разбалансировку ячеек: навидались немало артефактов и магии в процессе изучения вопроса, в частности при большом количестве аккумуляторов и сложных профилей контроля.

Share this post


Link to post
Share on other sites
.....

 

К чему весь этот рассказ - надо понимать каким образом планируется измерять разбалансировку ячеек: навидались немало артефактов и магии в процессе изучения вопроса, в частности при большом количестве аккумуляторов и сложных профилей контроля.

 

Спасибо за подробное введение. У нас очевидно будет значительно проще (и должно быть дешевле). Совсем в общих чертах задача такая: есть 4 аккумулятора емкостью 12 Ач. Маскисальный ток в нагрузку не более 4 А. Надо обеспечить надежную работу в течении гарантийного срока - 3 года. Большую часть рабочего времени аккумуляторы "висят в буфере". Напряжение выпадает нечасто (по крайней мере мы на это надеемся) , поэтому режим работы у них вполне щадящий. Основная задача для нас - обеспечить работу аккумуляторов в течении гарантийного срока. К сожалению все цены "прибиты к полу" поэтому аккумуляторы будут выбираться не из самых лучших. Их безусловно будут выбирать и проверять.

 

Балансировка конечно хороша, но ее не просили и в цену соответственно не включили. Блок симметрии осуществляет только наблюдение/измерение. По его показаниям гирлянду аккумуляторов от зарядки можно отключить, можно десульфатацию провести, можно заглушить внешний источник и потренировать аккумуляторы на нагрузке. Хотим понять как при таких минимальных возможностях максимально продлить срок службы.

 

Отдельно очень интересуемся как на обычных кислотниках температуру мерять (и стоит ли этим заниматься). Клеммы у них самые обычные ножевые. Прицепиться к клемме и мерять температуру на ней очень непросто. Можем прижать к корпусу NTC резистор - понять бы в каком месте у аккумулятора может начаться разогрев и случается ли он в принципе?

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

самое простое - не мудрить, а просто ограничить напряжение аналогом мощного стабилитрона на уровне буферное+десятки милливольт(связка тл431+биполярник в параллель к каждой акб).

делать более навороченное не вижу смысла ввиду недоступности для измерений отдельных банок акб.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Спасибо за подробное введение. У нас очевидно будет значительно проще (и должно быть дешевле). Совсем в общих чертах задача такая: есть 4 аккумулятора емкостью 12 Ач. Маскисальный ток в нагрузку не более 4 А. Надо обеспечить надежную работу в течении гарантийного срока - 3 года. Большую часть рабочего времени аккумуляторы "висят в буфере". Напряжение выпадает нечасто (по крайней мере мы на это надеемся) , поэтому режим работы у них вполне щадящий. Основная задача для нас - обеспечить работу аккумуляторов в течении гарантийного срока. К сожалению все цены "прибиты к полу" поэтому аккумуляторы будут выбираться не из самых лучших. Их безусловно будут выбирать и проверять.

 

Четыре 12В банки по 4А это разумеется light case- можно сделать брэкет/кронштейн для крепления аккумуляторов которой будет держать и контактные измерители температуры и плату контроллера/балансировщика. Можно быстро прототипировать в 3д, точная печать сейчас достаточно доступна.

 

Сложность на мой взгляд тут в дешевых аккумуляторах- очевидно чт ов таком случае их судьба и качество работы это во многом дело случая.

 

Балансировка конечно хороша, но ее не просили и в цену соответственно не включили. Блок симметрии осуществляет только наблюдение/измерение. По его показаниям гирлянду аккумуляторов от зарядки можно отключить, можно десульфатацию провести, можно заглушить внешний источник и потренировать аккумуляторы на нагрузке. Хотим понять как при таких минимальных возможностях максимально продлить срок службы.

 

Отдельно очень интересуемся как на обычных кислотниках температуру мерять (и стоит ли этим заниматься). Клеммы у них самые обычные ножевые. Прицепиться к клемме и мерять температуру на ней очень непросто. Можем прижать к корпусу NTC резистор - понять бы в каком месте у аккумулятора может начаться разогрев и случается ли он в принципе?

 

У Вас девайс серийный? Вообще есть очень хорошая микросхема заточенная как раз под Ваш случай- с ней реализация могла бы выглядеть так: собственно LTC3305, к ней 5В Kinetis на ARM Cortex M0, интерфейс изолированный вроде CAN/RS485, ну и при желании измерители температуры- все на 4х слойке. Конкретные места подключения подсказать к сожалению не могу(связан бумажками) но могу сказать пару моментов:

 

- при определении зон перебрали около 23 аккумов с дефектами, а позже и 9 новых брали и "убивали" - что происходит смотрели через тепловизор: видно все достаточно хорошо.

 

- ключевое слово здесь "контактный",т.е критически важно тепловое сопротивление этого контакта.

 

В Вашем случае ограничился бы просто балансировщиком, но "настоящим" и хорошо сделанным.

Share this post


Link to post
Share on other sites
...

У Вас девайс серийный? ...

 

Девайс у нас вполне себе серийный. Наш ориентир 4-ех значное количество. Если хорошо сделаем - будет 5-ти значное. Диджикейная цена на эту косточку даже не отпугнула - просто набок положила! У меня весь мониторинг должен в 30$ поместиться.

 

Опыт у Вас точно бесценный (для таких как мы по крайней мере), поэтому если есть обязательства, то конечно же на секреты не претендуем. А если что вдруг - то есть личка (шутка) :biggrin:

Идея с тепловизором понравилась - постараемся попробовать. Дайте хотя бы ссылку на тепловизор. Чтобы хотя бы на этом сэкономить.

На исследование (убийство) аккумуляторы нам поставщики надавали - наверное можно ради светлой цели их не щадить. Вопрос - а как вы их убивали?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Девайс у нас вполне себе серийный. Наш ориентир 4-ех значное количество. Если хорошо сделаем - будет 5-ти значное. Диджикейная цена на эту косточку даже не отпугнула - просто набок положила! У меня весь мониторинг должен в 30$ поместиться.

 

Линеары это конечно не лоукостовый производитель- но там качество и надежность дают многим прикурить: в принципе можно все вбить в 30 баксов, но надо у них напрямую покупать и сразу много (10 000).

 

Идея с тепловизором понравилась - постараемся попробовать. Дайте хотя бы ссылку на тепловизор. Чтобы хотя бы на этом сэкономить

 

В случае из моего поста были использованы TiX660 на ранних стадиях и TiX1000 на поздних, снимали со всех сторон разумеется. Это конечно ни разу не бюджетные приборы- но там другие не годились; думаю для Вашего применения проще взять в аренду что-то из сотой серии или аналог.

 

На исследование (убийство) аккумуляторы нам поставщики надавали - наверное можно ради светлой цели их не щадить. Вопрос - а как вы их убивали?

 

Было испытано много сценариев, в том числе:

 

- КЗ (при краевых значениях рабочего диапазона температур)

 

- разные профили потребления с числами много больше чем дозволено в документации на аккумуляторы

 

- перегрев клемм(в т.ч искусственное увеличение сопротивление контактов)

 

- жесткая разбалансировка

 

- утечка и загрязнение электролита

 

- перегрев и переохлаждение(+ то же, но на вибростенде)

 

Сразу отмечу: не доставайте тепловизор рядом с дешевым аккумом, защищаете его стеклянной камерой или другим, при опасных экспериментах костюм резиновый и маска + инструктирование персонала.

 

 

По поводу LTC3305- может подойти такой вариант: standalone включение, а сигналки выводить на какой-нибудь внешний модуль (DIN) с дискретными входами. В этом случае можно и на 2х слойке нормально развести.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Решения не стоит склонять к модной мегадевайсовой микропроцессорной чепухе. Как правило, создатели таких винегретов не могут сами ответить на вопросы вроде: а что же произойдет ежели в левом переднем углу аккумулятора температура повысится на 0,1С. В их представлении должен сидеть штат из трех человек и круглосуточно пялиться на метровый цветной дисплей сего чудо-девайса, делая записи, а лучше распечатывая отчеты ни о чем.

В реальной практике все проще. Простой дешевый прибор должен балансировать аккумуляторы по заряду, не вмешиваясь в работу зарядного устройства.

 

 

То MANOWAR (самое простое - не мудрить, а просто ограничить напряжение аналогом мощного стабилитрона )

Я всегда за простые решения. Но это совсем не решение. Нужно не напряжение ограничивать, а выравнивать заряд.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Решения не стоит склонять к модной мегадевайсовой микропроцессорной чепухе.

 

В таком посыле это верно в основном для IoT, где толпы откровенных мерзачей пытаются засунуть странный функционал во все подряд чтобы заиметь очень сомнительное будущее, либо для Церкви Свидетелей Ардуино(а также RPi), которые делают все тоже самое только еще более криво.

 

Здесь же хоть и можно обойтись без МК чтобы уложиться в бюджет, без него девайс выйдет обрезанным. Если прочитать еще раз пост о каком именно МК шла речь то очевидно что ни о какой моде аля подключение балансировщика к интернету, поднятии на нем ведроида и выкладыванием графиков в инстаграм/твитер/фэйсбук речь не идет.

 

Любовь к созданию так называемых "простых решений" (где простота хуже воровства) мне известна в достаточной степени, это очередная религия поэтому разговор о ней лишен смысла.

Share this post


Link to post
Share on other sites
В таком посыле это верно в основном для IoT, где толпы откровенных мерзачей пытаются засунуть странный функционал во все подряд чтобы заиметь очень сомнительное будущее, либо для Церкви Свидетелей Ардуино(а также RPi), которые делают все тоже самое только еще более криво.

 

Здесь же хоть и можно обойтись без МК чтобы уложиться в бюджет, без него девайс выйдет обрезанным. Если прочитать еще раз пост о каком именно МК шла речь то очевидно что ни о какой моде аля подключение балансировщика к интернету, поднятии на нем ведроида и выкладыванием графиков в инстаграм/твитер/фэйсбук речь не идет.

 

Любовь к созданию так называемых "простых решений" где (простота хуже воровства) мне известна в достаточной степени, это очередная религия поэтому разговор о ней лишен смысла.

В этом проекте работа делится на 2 части - аналоговую и цифровую. Совсем без контроллера мы тоже не сможем и эта часть работы успешно ведется в стороне. WEB на нем поднят. Каналов АЦП на том проце не так много и у меня задача прикрутить к нему аналоговую часть достаточную для решения весх проблем. Микросхема у Линеара замечательная - постараемся понять сколько она стоит в Европе ....

Share this post


Link to post
Share on other sites
В этом проекте работа делится на 2 части - аналоговую и цифровую. Совсем без контроллера мы тоже не сможем и эта часть работы успешно ведется в стороне. WEB на нем поднят. Каналов АЦП на том проце не так много и у меня задача прикрутить к нему аналоговую часть достаточную для решения весх проблем. Микросхема у Линеара замечательная - постараемся понять сколько она стоит в Европе ....

 

Что хорошо в случае LTC3305- там можно обойтись только GPIO, при этом если еще нужен независимый монитор то можно мультиплексировать аналоговый сигнал на монитор- информативность не потеряется, благо часть функций дублирована балансировщиком. Говорить про дубликацию конечно не совсем верно потому что балансировщик выставляет флаги, а не числа- но в случае чего проблемы он отловит раньше чем монитор, это и к лучшему.

 

Самое простое решение.

 

Задачу ТС не решит ни разу, скорее добавит пару новых. Это к слову о простоте :biggrin:

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Самое простое решение.

 

В нашей истории очень рискованно нагружать каждый аккумулятор цепью (которую нельзя порвать выключателем в транспортном положении) которая дает утечку больше чем собственная утечка батареи. Оборудование может храниться и перевозиться неопределенное время и может оказаться что на объекте распакуют шкаф с убитым наглухо аккумулятором.

Share this post


Link to post
Share on other sites
В нашей истории очень рискованно нагружать каждый аккумулятор цепью (которую нельзя порвать выключателем в транспортном положении) которая дает утечку больше чем собственная утечка батареи.
А что мешает это отключать? :biggrin: Это просто пример того, что для балансировки АКБ небольшой емкости вполне достаточно схемы на стабилитронах с разбросом напряжения стабилизации 0,1 В. А если не хочется лишнее тепло генерировать, можно вот такое сварганить.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this