TLDR: Die Frage bezieht sich auf das Nachrüsten eines Balancers für die Ni-MH-Batterie eines vorhandenen Geräts (das die Batterie nicht mit Erhaltungsladung auflädt), vorzugsweise so, dass kein häufiger Zugriff auf die Batterie erforderlich ist. Eine Änderung der Lade-/Entladelogik des Geräts erscheint nicht machbar - auf diese Weise wäre es wirklich besser, die Schaltung für die Li-Batterie zu überarbeiten.
Während es viele Lithium-Balancer für jede gängige Li-Chemie gibt, scheint es fast keine Nickel-Balancer (Ni-MH oder Ni-Cd) zu geben.
Ich weiß, dass gesagt wird, dass Nickelzellen ausgeglichen werden, wenn sie 16 Stunden lang mit einer Standard-C / 10-Ladung aufgeladen werden. Und in der Vor-Li-Ära machten Enthusiasten nach dem Zusammenbau die gleiche C/10-"Formierungsladung" des Pakets und benutzten es dann so, wie es ist, ohne sich zu sehr um Unwucht zu kümmern.
Aber kürzlich bin ich auf eine Situation gestoßen, in der es wünschenswert ist, einen Ni-MH-Balancer zu haben.
Das Gerät (Roboter-Staubsauger) lädt einen 12S Ni-MH 2200mAH Akku mit ~C/2 Strom, mit dV/dt und dT/dt Ladeendesteuerungen, die scheinbar vorhanden sind. (Und entlädt sie beim Laufen bei ~C/2.)
Nach einigen hundert Zyklen (ungefähr ein Jahr bei fast täglichem Gebrauch) sinkt die nutzbare Kapazität der Batterie erheblich.
Der Zelle-für-Zelle-Test zeigt deutlich, dass einige Zellen chronisch unterladen waren, was zu einer Polaritätsumkehr während der Entladung und einer schnellen Verschlechterung der betroffenen Zellen führte.
Ich denke, dass ein ordnungsgemäßer Ausgleich die insgesamt nutzbare Batterielebensdauer erheblich (etwa 2-mal) verlängern könnte (da die gesunden Zellen in der Batterie immer noch über 80% ihrer ursprünglichen Kapazität haben).
Die Suche im Netz ergab einige Vorschläge für Nickel-Balancer:
1) Sehr praktischer und einfacher Spannungsbegrenzer: https://www.electroschematics.com/balancing-ni-mh-battery-packs/
Ein Paar Gleichrichterdioden pro Zelle, die die Zelle teilweise überbrücken, sobald sie fast voll ist, wodurch ihre Ladung begrenzt wird und den Zweitplatzierten die Möglichkeit gegeben wird, aufzuholen.
Erfordert, dass sich alle Dioden zum Temperaturausgleich auf einem gemeinsamen Kühlkörper befinden, entleert die Batterien schnell, wenn sie nicht getrennt werden, und begrenzt die nutzbare Kapazität der Batterie.
Obwohl es grober ist, scheint es für gelegentliches Balancieren in Ordnung zu sein, aber es ist unmöglich, einen solchen "Balancer" in die Batterie zu integrieren.
2) Mikrocontroller-basierter induktiver Balancer: http://cache.freescale.com/files/32bit/doc/app_note/AN4428.pdf
Gute Allround-Lösung, sieht aber nach einem Overkill für das Gehäuse aus. Das Machbarkeitskriterium sind die Kosten des Balancers, die die Zellenkosten für eine neue Batterie nicht wesentlich übersteigen sollten.
3) Einfacher Lade-Shuttle-Balancer: https://easyeda.com/Popov_Alex_r/Battery_Balancer_Ni_Cd_Active1-840522a2a4e44fe89bf70d560e4607f9
Sieht gut aus für die Integration mit einem Standby-Strom von 80 uA (das sind 60 mAh/Monat, vergleichbar mit der Selbstentladung von 2200-mAh-Ni-MH-Zellen), aber Lade-Shuttles sind nicht besonders effektiv, und ich bezweifle, ob es in der Lage wäre, ein Gleichgewicht zu erreichen Zustand auf einer gebrauchten Batterie mit einem maximalen Ausgleichsstrom von nur 10mA.
Es sieht so aus, als ob keiner der speziell entwickelten Ausgleichs-ICs mit Nickelzellenspannungen arbeiten kann, und die meisten sind auf Li-Zellen mit Unterspannungsschutz bei ~2,75 V spezialisiert.
Irgendwelche anderen Ideen zu Nickel-Batteriebalancern, die in die Batterie eines vorhandenen Geräts integriert werden könnten?
Ein aktiver Ausgleich ist bei NiCd- und NiMH-Batteriechemien einfach nicht erforderlich. Es schadet einer voll aufgeladenen Zelle nicht, etwas überladen zu werden, um eine langsamer ladende Zelle auf volle Ladung zu bringen.
Mit wiederaufladbaren Lithium-Zellen ist das nicht möglich – sie neigen dazu, bei der geringsten Überladung schlechte Dinge zu tun, weshalb aktive Balancer entwickelt wurden.
Das Problem, das Sie beobachtet haben, ist bei großen Stapeln von Nickelbatterien sehr häufig: Einige Zellen werden bei jedem Zyklus umgepolt und verschlechtern sich schnell, sodass die gesamte Packung stirbt. Aber der Hauptgrund für diesen Effekt ist (meiner Meinung nach) nicht das fehlende Balancing während des Ladevorgangs. Die Ladeeffizienz sinkt, wenn die Zelle voll wird, da sie beginnt, Eingangsenergie in Wärme umzuwandeln. Eine Zelle mit gleicher Kapazität, die zu Beginn des Zyklus weniger geladen war, kann mehr von der zugeführten Energie speichern als eine Zelle, die während des Ladezyklus (leicht über) voll wird.
Das typische Problem, das die Nickel Packs zerstört, ist die Zellvielfalt: Manche Zellen haben weniger Kapazität und erfahren bei jeder Tiefentladung eine Umpolung und werden auch im folgenden Ladezyklus überladen (dV/dt löst nicht aus, wenn eine einzelne erste Zelle voll wird... ). Sowohl die Umkehrung als auch die Überladung lassen die Zellen noch mehr Kapazität verlieren, bis die Zellen ausfallen. Eine weitere Quelle der Vielfalt des Ladezustands sind Unterschiede in der Selbstentladung. Aber auch in diesem Fall werden sie im nächsten Ladezyklus wieder ausgeglichen (und wenn Sie Ihre Zellen alle zwei Tage zyklieren, ist die Selbstentladung bei nicht defekten Qualitätszellen kein Problem).
Um den vorzeitigen Ausfall des Packs zu vermeiden, benötigen Sie einen besseren Entladeschlussschutz, der eine vertauschte Zelle erkennt, selbst wenn die anderen 11 Zellen noch einwandfrei liefern. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu implementieren:
Sie könnten die Entladeschlussspannung auf 11 * 1,25 V = 13,75 V einstellen, sodass eine Zelle auf Null (noch nicht umgekehrt) liegt, während 11 Zellen bei typischen 1,25 V bereits den Verpolungsschutz auslösen würden. Dies führt jedoch normalerweise zu einem viel zu frühen Entladeschluss, da die Spannung auch bei Stromspitzen abfällt (das müssten Sie kompensieren) und Sie die Zellen sicher auf 12 * 1,00 V entladen können, wenn sie "ausgeglichen" sind, so typisch Die Grenzspannung beträgt 12 V für ein 12S-Paket.
Sie könnten einen schnellen Spannungsabfall um etwa 1 V als Zeichen für einen Zellenausfall erkennen (auch hier müssen Sie Stromspitzen kompensieren, um Fehlauslösungen zu vermeiden).
Sie könnten die Spannung einzelner Zellen oder kleinerer Unterstapel überwachen (so dass Sie abschalten, wenn einer der 4 Unterstapel mit jeweils 3 Zellen unter 3 Volt fällt).
All diese Möglichkeiten erhöhen die Kosten und die Komplexität der Entladungsschaltung, ebenso wie eine gute Auswahl nahezu gleicher Zellen für den Anfang des Packs, sodass Gerätehersteller oft den billigen und einfachen Weg wählen.
Und zum Schluss eine Antwort auf Ihre Frage: Um das Pack auszubalancieren, laden Sie das Pack einfach 3 Stunden lang bei C/10 nach dem ordnungsgemäßen dV/dt- oder dT/dt-Abschluss (wenn Ihr Gerät keine Erhaltungsladung oder Top-Off-Ladung durchführt). ) Jeder andere Monat. In Ihrer Frage wurde der Ausgleichseffekt richtig erwähnt (die vollen Zellen werden um einen sicheren Betrag überladen, alle nicht vollen Zellen werden aufgefüllt). Aus den oben erläuterten Gründen erwarte ich hierdurch aber keine nennenswerte Verlängerung der Packungslebensdauer.
Ich bin mir nicht sicher, wie sie heißen, aber die einfachen LiPo-Balancer-Schaltungen, die ich gesehen habe, schließen den Zellenstrom einfach ab, wenn er 4,2 V erreicht.
Ich bin mir jedoch nicht sicher, wie das mit NiMH funktionieren würde, da sie dazu neigen, die Spannung selbst zu begrenzen (IIRC, NiMH-Spannung sinkt tatsächlich etwas, wenn sie voll aufgeladen sind). Sie balancieren also aus verschiedenen Gründen: Mit dem LiPo-Laden vermeiden Sie ein Überladen, das die Zellen zerstört; Beim NiMH-Laden möchten Sie eine Unterladung vermeiden .
Wenn Sie den Ladeschaltkreis bewegen könnten, um den Akku fast vollständig aufzuladen, und dann auf eine Erhaltungsladung von C / 10 abfallen, kann dies ausreichend sein.
GoalaSestant
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