Balancer V2 Einbau

Um das Balancieren und Überwachen der LiFePO4 Zellen im Automatik Betrieb optimal durchführen zu können, habe ich einen intelligenten Balancer V2 gebaut.

 

Er verwendet ein Analog Frontend ISL9208 das über ein zusätzliches Software TWI Interface vom Balancer Controller (ein Atmega168) angesteuert wird.

 

Über TWI können die einzelnen FETs FDC604P der Leistungsstufe durchgeschaltet werden und somit der Balancerstrom für die einzelnen Zellen gesteuert werden.

 

Weiters kann per TWI eine Zelle selektiert werden, deren Spannung dann am Analogausgang des Frontends zu Messzwecken anliegt. So können mit nur einem ADC Eingang des Controllers bis zu 7 Zellen gemessen werden.

 

Durch den Analog-Multiplexer im ISL9208 ist die Spannung einer Zelle gleichzeitig die maximale Messpannung.

Dadurch kann der volle Messbereich des AD-Converters verwendet werden, und es kommt zu keine Messfehler, da jede Zelle mit dem gleichen ADC Eingang gemessen wird. Es sind dadurch auch keine Spanungsteiler und rechnerische Differenzbildungen notwendig, die das Ergebnis auch verschlechtern würden.

 

Der Balancer Controller wird auch für die Steuerung des Laderelais und für die Kommunikation mit dem Hauptcontroller über das TWI Interface verwendet.

Der Balancer Controller wird vom Frontend mit Spannung versorgt. Die ganze Einheit wird nur beim Laden und zwischendurch zur Abfrage der Zellenspannungen eingeschaltet. Da der abgeschaltete Balancer Controller den TWI Bus manchmal blockierte wurde zur Entkoppelung eine ADUM2250 TWI Isolator eingebaut.

 

Balancer V2 ControllerDie größte Herausforderung war das Verlöten des Frontends.

Der ISL9208 ist nur im QFN32 Pack verfügbar. Das heißt 8 SMD Pins auf jeder Seite und das im 5×5 mm Quadrat! Surprised

 

Ein zweiter Stolperstein war das Finden eines geeigneten MOSFETs der bei ca. 2,5V schon richtig durchschaltet. Ich konnte leider nur den FDC604P in SMD Bauform finden. Deshalb wurden sie auf der Rückseite der Lochrasterplatine verlötet. Die Winzlinge sollen einen Dauerstrom von 5,5A aushalten.

 

Nachdem ich noch keinen Print für den Balancer habe, musste ich eine Adapterplatine verwenden um den Microchip überhaupt verdrahten zu können. Es hat viel Mühe gekostet, alle Pins ohne Kurzschlüsse anzulöten. Trotzdem habe ich es geschafft. Ohne gute Lötkenntnisse und guter Lupe ist das aber nicht mehr machbar.

 

Die Programmierung ist praktisch abgeschlossen. Es gibt aber sicher noch einiges zu verbessern.

Ein weiteres Problem ist die Abfuhr der Wärme, die bei 5A Ladestrom schon sehr hoch ist.

Sollte zB. nur 1 Zelle nachhinken, so werden die restlichen 6 Zellen durch den Balancer belastet. Durch die Belastungsgrenzen der Widerstände von 5W

(begrenzt über die Einschaltdauer) wird also 6x5W vernichtet und diese 30 W müssen abgeführt werden.

 

Um eine Überhitzung zu vermeiden wird in weitere Folge die Temperaturüberwachung (im ISL9208 enthalten) verwendet werden.

 

Ein Schaltplan wird nach ausreichender Testphase im Echtbetrieb in EAGLE erstellt werden um dann einen Print fertigen zu können  

 

Zusätzliche Fotos findet Ihr in der Bildergalerie – Spannungsversorgung.

 

Der Balancer hat sich zu einem Grossprojekt entwickelt und hat mir sicher 2-3 Monate Arbeit gekostet.

Er ist aber in Hinblick auf die Verwendung in anderen robis (und Geräten) entwickelt worden.

Es sollte also ein Standalone Betrieb, bzw. eine Steuerung über Statussignale möglich sein.

Kleine Softwareanpassungen müssen dann bei Bedarf durchgeführt werden.