24-48V BMS

Inhaltsübersicht:

Anleitung zum Aufbau und Inbetriebnahme

Systemübersicht

  Cortex Stecker
  
  Batterieanschlussklemmen
  
  Leistungsmosfets
  
  Hardwareänderungen

Schematischer Aufbau, Komponenten Akkumulator

Grundlegendes

  Anschluss Akkumulator
  
  Batterieanschlusskabel
  
  Anschlusskabel für Zellspannungsmessung und Temperatursensoren
  
  Aktualisierung des Boardlayouts
  
  Platinenherstellung und Bestückung
  
  Gehäuse, Platinenbefestigung
  
  Flashvorgang

Anschluss an Raspberry Pi zur Überwachung und Datenauswertung

Einrichtung der Kanäle im „web Frontend“ und in der Konfigurationsdatei „vzloggerconf“:

Web Frontend

Einrichten der „vzlogger.conf“

Starten des vzloggers über WinSCP:

Export von Datenbanksätzen

Stromverbrauch BMS:

Anpassungen im Quellcode für den Prozessor STM32

Anleitung zum Aufbau und Inbetriebnahme

Folgende Anleitung zum Aufbau und zur Inbetriebnahme des BMS 24V-48V von LibreSolar soll einen Leitfaden darstellen, um den selbständigen Nachbau und die Inbetriebnahme des BMS zu ermöglichen. Der Leitfaden orientiert sich am Aufbau eines BMS für einen LiFePO Akkumulator mit 9 Zellen (28,8V) integriert in einem DC Solarstromspeicher und hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Randdaten des realisierten Projektes:

  -	Akkupack 9x 3,2V 60Ah Innopower LiFePo Akkumulatoren, verspannt mit Kunststoffband
  -	Max. Ladestrom 30A über 2x MPPT 100-15 Victron Laderegler
  -	Max. Entladestrom von 11A über Wechselrichter AE Conversion 

Grundlegende Informationen zum BMS sind unter folgenden Links zu finden:

 Genereller Überblick über das BMS, BMS-Features, Einordnung, zukünftige Entwicklungen, bisheriger Einsatz etc. [1]

 Vollständiges Repository aller Daten (Sourcecode, Leiterplattenlayouts) für das BMS, neueste Entwicklungen, Verbesserungen, Fortschritte im Projekt, behobene Bugs etc. [2]

 Überblick über die verschiedenen Elektronikentwicklungen von Martin Jäger, Einordnung BMS 24-48V [3]

 Beschreibung der Hardware BMS Controllerboard [4]

 Beschreibung der Hardware des Switch N Sense [5]

Zum selbstständigen Aufbau und zur Inbetriebnahme des BMS sind folgende Kenntnisse unbedingt erforderlich:

  -	Grundkenntnisse der Elektrotechnik
  -	Ggf. Löten von SMD Bauteilen
  -	handwerkliches Geschick

Systemübersicht

Das LibreSolar BMS 24-48V besteht aus zwei Hauptkomponenten: das BMS Controllerboard und das BMS Leistungsboard.

Datei:Abbildung 1 Libre Solar BMS Controllerboard links und BMS Leistungsboard rechts.png

Abbildung 1: Libre Solar BMS Controllerboard links und BMS Leistungsboard rechts

Das BMS Controllerboard ist zuständig für die Spannungsüberwachung der angeschlossenen Zellen, deren Balancing (Entladung von Zellen mit zu hohem Spannungsniveau über Widerstände), Temperaturüberwachung, Stromüberwachung, Berechnung des SoC, der Ansteuerung des BMS Leistungsboards zur Unterbrechung des Lade- und Entladeprozesses im Fehlerfall über Leistungsmosfets, der Ansteuerung des Kommunikationsinterfaces (CAN, UART/I2C/SPI) und der Abarbeitung des Hauptprogramms.

Das BMS Leistungsboard (Switch-N-Sense) enthält je 2 parallel geschaltete Hochleistungsmosfets für jede Stromrichtung in antiserieller Anordnung und einen High-Side-Treiber. Die Ansteuerung erfolgt über das BMS Controllerboard. Dort befindet sich auch der Shunt für die Strommessung. Der dazugehörige A/D-Wandler sitzt im bq769x0. Ein maximaler Strom von 80A kann geschalten werden, wobei dabei unbedingt Kühlkörper auf den Mosfets (Unterseitig auf dem BMS Leistungsboard) zur Abfuhr der Verlustleistung angebracht werden müssen. Kühlungsbedarf besteht insbesondere auch dann, wenn die MOSFETs nur in einer Stromrichtung durchgeschaltet sind und der Strom durch die Body-Dioden der anderen MOSFETs fließt.

Folgendes Bild beschreibt die wesentlichen Bestandteile der Platinen:

Datei:Abbildung 2 Beschreibung der wesentlichen Bestandteile der BMS Platinen

Abbildung 2: Beschreibung der wesentlichen Bestandteile der BMS Platinen

Das aktuelle eagle Layout, Stromlaufpläne etc. inklusive Beschreibung aller Bauteile sind unter [6] sowie [7] zu finden.

Das eigentliche Zellbalancing (Überwachung, Balancing und Hauptsicherheitsfeatures) führt der Balancing-IC bq769x0 durch. Dieser wird je nach Anzahl der angeschlossenen Zellen und Spannungsniveau des Akkupacks ausgewählt:

bq76920: 3-5 Zellen Spannung ist abhängig von Zellchemie, BMS kann nicht nur LiFePO

bq76930: 6-10 Zellen

bq76940: 9-15 Zellen

Das vorliegende Platinenlayout BMS 48V ist für den IC bq76930 (6-10 Zellen) bzw. bq76940 (9-15 Zellen ) ausgelegt. Die abweichende Bestückung beim Einsatz des bq76930 ist im Schaltplan angegeben.

Ist ein BMS für ein Akku mit bq76920: 3-5 Zellen notwendig, so kann das 5-cell Battery Management System (12V) von Matin Jäger verwendet werden [8]. Der hier in der Anleitung verwendete Balancing IC ist der bq76930. Das Datenblatt „bq769x0 Family Top 10 Design Considerations“ bzw. „bq769x0 3-Series to 15-Series Cell Battery Monitor Family for Li-Ion and Phosphate Applications“ ist unter [9] zu finden. Der Balancingstrom von ca. 100 mA bei 3,3V wird bestimmt durch die 33Ohm Balancingwiderstände. Allerdings verwendet der bq769x0 pro Zyklus 30% der Zeit für die Messung und nur 70% für das Balancing, so dass sich ein effektiver Balancingstrom von ca. 70mA einstellt. Weiterhin können bedingt durch das Schaltungsdesign nebeneinanderliegende Zellen nicht gleichzeitig entladen werden.

LibreSolar BMS48V on GitHub