Balanceren LiPo zelfde als supercaps?

Ik heb me al vaker afgevraagd hoe bij serieschakelen van condensatoren, de spanning wordt verdeeld. Maar nooit de vraag gesteld...

Vandaag kwam ik dit (pdf) tegen: balanceer PCB of chip voor supercondensatoren. (Google search op deze chip)
(Iemand werd daarop gewezen omdat hij een paar supercondensatoren in serie had gezet om zijn processor in de auto niet uit te laten vallen tijdens het starten, ik heb zelf ooit een 7Ah accu gebruikt om hetzelfde voor mijn autoradio te doen).

Zou een gewoon LiPo balanceerbordje ook werken? Of is het allemaal onzin en gaat dat vanzelf wel goed?

https://www.kokpower.com/uploadfile/201906/20/fd36bdf40d91f22c00e6ed86c9a3a1e6_medium.jpg

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 13 september 2020 00:20:50 schreef r-p:
Zou een gewoon LiPo balanceerbordje ook werken? Of is het allemaal onzin en gaat dat vanzelf wel goed?

1) Lipo balanceer bordjes doen 1 ding en dat is dat ze energie gaan dissipieren als de spanning boven de 4.2V komt. Verder niets. Als je dan gaat proberen om 2.7V supercaps te balanceren dan doen ze gewoon niets (tenzij het gruwelijk fout aan het gaan is).

Dat gezegd zijnde... Volgens mij wordt het relatief veel gedaan: Gewoon in serie. Het idee is dat de max spanning niet super-hard is maar dat er daar wat extra lek gaat komen. Dat is dan een zelf-balanceer-mechanisme.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Dat gaat gemakkelijk fout, als de cellen niet gematched zijn op gelijk capaciteit. De variatie is zomaar 10%, wat betekend dat een cel met een lagere capaciteit sneller geladen wordt dan zijn broertje met een grotere capaciteit. Als je zo'n pakket snel zou laden tot de maximale spanning, staat die kleinere cel al te hoog.

Soms gaat het wel goed genoeg, ik heb het ook wel eens zonder balanceer systeem gedaan voor een Shell Eco Marathon voertuig, maar voor toepassing waar het echt betrouwbaar moet zijn, heb ik ook ooit een balanceersysteem gemaakt. Er zijn speciale IC's voor die toepassingen, waarmee je de celspanningen kunt meten, en MOSFETs kunt aansturen waarmee een cellen door een weerstand ontladen worden, maar die moet je wel via SPI aansturen, en de microcontroller moet alle beslissingen nemen. Misschien zijn ook ook wel volledig geïntegreerde oplossingen waarbij je geen microcontroller nodig hebt.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 13 september 2020 10:09:16 schreef SparkyGSX:
De variatie is zomaar 10%, wat betekend dat een cel met een lagere capaciteit sneller geladen wordt dan zijn broertje met een grotere capaciteit.

Ja, daarom is het verstandig om met meer cellen minstens 10% bij de max spanning vandaan te blijven. Dus 4.8V voor 2 cellen, 7.2V voor drie cellen in serie, enz.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Op 13 september 2020 08:20:08 schreef rew:
[...]1) Lipo balanceer bordjes doen 1 ding en dat is dat ze energie gaan dissipieren als de spanning boven de 4.2V komt. Verder niets. Als je dan gaat proberen om 2.7V supercaps te balanceren dan doen ze gewoon niets (tenzij het gruwelijk fout aan het gaan is).

Dat had ik even uit moeten leggen, ging me om het principe erachter, niet om de 4,2V grens. Meer of de opbouw van de print verder hetzelfde is en hetzelfde werkt. Alleen dat af fabriek de balanceerspanning op 2,6V staat ipv 4,2V. Ondanks fikse condensatoren, blijft het kinderspel vergeleken met de inhoud van een LiIon/LiPo cel/pouch.

(Een LiPo bordje zou wel onaangepast voor 5,5V goldcaps gebruikt kunnen worden, maar de grootste die ik heb is 2,2F of zo, geen >>10F).

Supercaps die grote stromen kunnen leveren, zijn bij mijn weten altijd 2.7V, die 5.5V caps hebben doorgaans een hele hoge interne weerstand, en zijn alleen geschikt als RAM backup, of om een paar LEDs in een tuinlamp te voeden, dat soort dingen.

Als je 10% marge houd op de spanning, verlies je 20% van de bruikbare capaciteit.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Er zijn zeker ook 5.5V varianten die gewoon 2*2.7V in serie zijn.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
maartenbakker

Special Member

Zeker in de lagere capaciteitswaardes kom je die vaak tegen. Als dat een interne serieschakeling is zijn die waarschijnlijk met vrij nauwe toleranties gemaakt of met een aangepast procedé net als bijvoorbeeld bipolaire elco's.

Ik zou voor hogere vermogens/capaciteiten inderdaad balancen om tot het maximum te kunnen gaan. 10% lijkt me in de praktijk al te weinig marge dus dat is zonde van de energiecapaciteit.

Zelfs bij goedkope gewone elco's adviseert de fabrikant al om een vereffeningsweerstand te gebruiken, juist om géén lekstroomafhankelijke verschijnselen te krijgen want dan zit je al op het randje van extra slijtage (je bent dan doorslagjes opnieuw aan het formeren, dus je zit over de werkspanning en ergens rond of over de piekwerkspanning te werken).

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op 14 september 2020 11:27:29 (22%)]

"The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."
High met Henk

Special Member

volgens mij heeft e.e.a. bij caps een zelf regulerend gedrag bij serie: degene met een hogere panning gaat minder stroom opnemen.

nou zou dat bij parallel prima zijn maar bij serie is dat lastig, want zo zou je maar 1 stroomkring hebben en dus ook maar 1 stroomsterkte.

ECHTER stroom gaat niet door een condensator.

Ik verwacht dus als je ene geladen condensator en een lege met elkaar in serie zet. en je een stroomkring maakt ze vanzelf gaan balancen.

Ik verwacht echter dus TUSSEN de condensatoren een grotere stroom.

Ik vergelijk het altijd met expansievaten met een membraam erin an als je op die manier redeneert ben je er. Als je ze op elkaar aansluit gaan beide membramen ongeveer even bol staan naar 1 kant.

Waar dit bij LIPO's en varianten volgens mij niet het geval is.
Lood accu's hebben wel hetzelfde gedrag gelukkig (zie alle 24V voertuigen)

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???
maartenbakker

Special Member

Als de condensator met de hoogste spanningsval minder stroom gaat trekken zegt hij al snel BOEM. Gelukkig is het andersom (dat bedoelde je mogelijk ook) en gaat hij meer stroom trekken. Het is alleen geen mechanisme waar je volgens de fabrikant op mag vertrouwen. Of dat voor supercaps net zo opgaat als voor normale elco's, weet ik eerlijk gezegd niet maar ik heb ook geen reden om aan te nemen dat het daar wel gewoon werkt en mag. Voor de zekerheid moet je je inlezen voordat je ze gaat gebruiken.

Edit: ik herinner me dat Panasonic 3 supercaps (ouderwetse met hoge impedantie) in serie gebruikte op 5V in de eerste videorecorder die die dingen gebruikte. Daar zat dus een 50% marge bovenop ofzo.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op 14 september 2020 12:51:40 (17%)]

"The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."

Op die kant en klare sets zoals in mijn bovenstaande link zit meestal per supercap zoiets:

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard en software ontwikkeling: www.arcovox.com
High met Henk

Special Member

Op 14 september 2020 12:39:42 schreef maartenbakker:
Als de condensator met de hoogste spanningsval minder stroom gaat trekken zegt hij al snel BOEM. Gelukkig is het andersom (dat bedoelde je mogelijk ook) en gaat hij meer stroom trekken. [...]

Volgens mij dan je toch abuis.. De stroom neemt toch af bij een ladende RC kring... Spanning over de R neemt af en over de C toe.

Als ik me niet vergis wordt de "weerstand" van een ladende C groter.

Als je beetje ruimte houd in de maximale spanning en in het aantal condensatoren in serie (uit het handje zou ik er nooit meer dan 2 wilen in extreme gevallen 3) in serie moet het goedkomen denk ik. Op moment dat er toch 1 over zijn maximale spanning gaat, dan gaat het heel snel fout inderdaad.

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???

Op 14 september 2020 11:54:57 schreef High met Henk:
volgens mij heeft e.e.a. bij caps een zelf regulerend gedrag bij serie: degene met een hogere spanning gaat minder stroom opnemen.

nou zou dat bij parallel prima zijn maar bij serie is dat lastig, want zo zou je maar 1 stroomkring hebben en dus ook maar 1 stroomsterkte.

ECHTER stroom gaat niet door een condensator.

Je weet zelf ook wel dat dat een leugen is uit gesimplificeerd onderwijs; het is niet relevant of dezelfde elektron er aan de andere kant weer uitkomt, want je kunt ze niet uniek identificeren. Zonder een stroom door een condensator zou hij niet geladen of ontladen kunnen worden. Als er volgens jou toch geen stroom loopt, waarom zou je de draadjes nog vast solderen?

Ik verwacht dus als je ene geladen condensator en een lege met elkaar in serie zet. en je een stroomkring maakt ze vanzelf gaan balancen.

Ik verwacht echter dus TUSSEN de condensatoren een grotere stroom.

Wil je daar nog even over nadenken? Hoe kan, bij een serieschakeling, de stroom tussen de condensators groter zijn dan de stroom die de seriekring in of uit gaat?!?

Elk van die condensators heeft geen idee van de spanning over de andere condensator, dus ze kunnen helemaal niet "automatisch balanceren", anders dan dat ze harder gaan lekken als de voorbij hun maximale werkspanning komen.

Ik vergelijk het altijd met expansievaten met een membraam erin an als je op die manier redeneert ben je er. Als je ze op elkaar aansluit gaan beide membramen ongeveer even bol staan naar 1 kant.

Dan is alleen waar als je de andere kant van die vaten open laat, of onderling verbindt; je hebt ze effectief parallel gezet.

Waar dit bij LIPO's en varianten volgens mij niet het geval is.
Lood accu's hebben wel hetzelfde gedrag gelukkig (zie alle 24V voertuigen)

Dit werkt bij loodaccu's omdat ze water gaan scheiden in waterstof en zuurstof als de spanning hoog genoeg wordt (ongeveer 2.5V per cel). Dat proces consumeert elektronen, waardoor de cel niet verder opgeladen wordt, terwijl er wel stroom door loopt.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
High met Henk

Special Member

@sparky: mits er geen doorslag plaats vindt (ideale condensator, weet het) is dit wel degelijk een feit dat er geen elektronen door kunnen.

Als ik een vat heb met een membraam of een pijp met knikkers: aan de ene kant erin en aan de andere kant komen er knikkers uit. Aan de en kant lucht erin en aan de andere kant lucht eruit. Niet dezelfde knikkers, niet dezelfde lucht.

het balanceren gaat dan ook alleen als de membramen zelfs dezelfde karakteristiek hebben (hee dat kennen we ook van accu's!)

Stel even dat je 2 drukvaten met membramen hebt (neem expansievaten) en je zet ze in serie.
aan de ene kant van het circuit zet je een compressor welke aan de bovenkant lucht aanzuigt en aande andere kant lucht perst.
Parallel zet je een smoorventiel om zooitje op druk te houden.

Afhankelijk van hoe ik ga spelen met de druk als gevolg van de het smoorventiel en de verplaatsing van de compressor (stroomsterkte)
zal ik een drukverschil gaan zien, de stroming in de drukvaten zal echter afnemen.

nu terug naar het verschil waarbij je zegt: een volledig lege en een volledig volle:

de ene heeft een elektronen overschot aan 1 kant (en een tekort aan de andere kant, maar daar richt ik me nu even niet op) en wil dat graag kwijt: door er een draad of een plaat aan te zetten welke niet geladen is, zal hij die elektronen ALTIJD af willen geven. Er is geen reden om aan te nemen dat hij dat niet wil.

geld ook met de membramen: als ik een expansie erbij zet: gaat het in de middenstaande membraam ook uitwijken als gevolg van de druk: effectief komt hij onder druk te staan.

is relatief simpele fysica. Je kunt dus met de stroming tussen de condensatoren spelen als gevolg van het potentiaal verschil over de condensatoren: op het moment dat er 1 doorslaat heb je een serieus probleem...

[Bericht gewijzigd door High met Henk op 14 september 2020 13:53:08 (12%)]

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???
maartenbakker

Special Member

Het mechanisme waarbij de lekstroom toeneemt als de spanning over de elco groter wordt, wordt bij mijn weten veroorzaakt door hele kleine doorslagjes/hotspots. Het is dus hetzelfde scenario "op het moment dat er 1 doorslaat heb je een serieus probleem" maar dan op micro-niveau (verhoogde slijtage in plaats van boem-is-ho). Ik zou er eens grafieken van lekstroom versus spanning bij moeten gaan halen voor meer informatie.

"The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."

blijkbaar iets dat al compleet of the shelf is ?

http://www.aldinc.com/ald_precision-supercap-auto-balancing-sab-mosfet…

in detail uitgelegd door dhr Spiess

https://www.youtube.com/watch?v=NsTAyD2i3rc&ab_channel=AndreasSpie…

[Bericht gewijzigd door fablab op 14 september 2020 14:33:02 (31%)]