Problem mit Akku-BMS

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Problem mit Akku-BMS

Beitragvon SegFenn » 16.07.2017 16:34

Wie viele wissen erprobe ich versch. Lithiumzellen zwecks Tauglichkeit bzw. Ersatz im Segway-Akku. Dabei ist mir folgendes Phänomen aufgefallen: Die Akku-Elektronik (BMS) aktiviert sich offenbar selbst, die Controller-LED auf der Leiterplatte flackert auf und es ist Aktivität seitens hochfrequenter Wandler hörbar (ca. 15 kHz). Dies betrifft sowohl einen demontierten Akku, wie auch im montierten Zustand bei ausgeschaltetem (und nicht an der Steckdose hängenden) Segway.

Dies ist mir schon vor ein paar Jahren mal aufgefallen bei einem funktionstüchtigen AC-Akku mit Originalzellen, der geöffnet auf dem Tisch vor mir lag: Die LED des Controllers blinkte zeitweise und es war das hochfrequente Pfeifen hörbar. Jedoch war das nur gelegentlich der Fall und ich schenkte dem Phänomen keine weitere Beachtung. Nun aber blieb ein demontierter AC-Akku erstmals in dieser Selbstaktivierung und die Elektronik erwärmte sich dabei (= unnötige Selbstentladung).

Dies betrifft mehrere Leiterplatten der Rev. AC, sodass nicht von einem Defekt an nur einer LP auszugehen ist.
Bei den neueren Leiterplatten der Rev. AF konnte ich das nicht beobachten.

Weiß jemand unserer Experten woran das liegen kann? Immerhin steigt die Selbstentladung eines demontierten Akkus extrem an...

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Roberto
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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon Roberto » 17.07.2017 08:31

Hallo Segfenn

Ist mir noch nicht aufgefallen, aber mit den AC Akkus habe ich mich erst gar nicht beschäfigt
AC Akkus sind uralt. uralte Elektronik usw...
Vielleicht ist es auch ein Bug in der Elektronik, weil sie dann auf eine neue Elektronik umgestiegen sind..
Schade um die Zeit , sich um die AC-Akkus Gedanken zu machen ;-)

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon SegFenn » 17.07.2017 11:20

Roberto hat geschrieben:Schade um die Zeit , sich um die AC-Akkus Gedanken zu machen ;-)

Ja, dass stimmt.

Um Alternativ-Akkus aufzubauen benötigt man funktionstüchtige Leiterplatten, ältere AC-Akkus sind / waren häufiger verfügbar. Ich hatte bereits vor mehreren Jahren zwei AC-LP aufwendig umgebaut um JEDE Zellenkombination (<> 23s4p) verwenden su können, diese beiden LP möchte ich eigentlich weiter nutzen.

Aber es bleibt ein grundsätzliches Problem: Könnte dieser Effekt nicht auch bei neueren BMS (ab Rev. AF) auftreten? Irgendwer hatte doch mal von einem Pfeifen bei demontierten Akkus berichtet. Dies wäre ein Hinweis darauf und zudem ein weiterer Grund, warum der Seg. ständig an der Steckdose hängen sollte...

Übrigens: In meinem Fall wurde ich stutzig, als sich bei längerer Standzeit der am Seg. montierte VORDERE Akku viel stärker entladen hatte als der hintere Akku... :-??

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon mathiegi » 18.07.2017 22:35

Hallo SegFenn leider kann ich dir auch nicht weiterhelfen, alles vor AF landete bei mir im Elektroschrott.
Die lieferten auch nur ein Bruchteil an Kommunikation.
Liebe Grüsse aus der Schweiz

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon SegFenn » 19.07.2017 09:19

Danke, mathiegi. Ist Dir mal aufgefallen das demontierte Akkus ab Rev. AF einen hohen Pfeifton erzeugen?

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon mathiegi » 19.07.2017 17:11

Ja klar das machen alle wenn sie die 12V hatten.
Nach n-Stunden gehen sie in den Tiefschlaf und schalten den DC-DC Wandler für das BMS aus.
Liebe Grüsse aus der Schweiz

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon SegFenn » 19.07.2017 18:46

Verstehe jetzt nicht wie das mit dem "Tiefschlaf" gemeint sein soll. Wenn die 12V weg sind geht die Elektronik sofort aus, da läuft nichts mehr, ich habe das gerade eben an einer AF-Leiterplatte ausprobiert.
Das ist es ja, was ich meine: Nachdem die Elektronik eigentlich aus ist (= keine 12V) kann es vorkommen, dass die Elektronik wieder sporadisch anspringt und Aktivität entwickelt (Pfeifen der Wandler). Bei einem AC-Akku habe ich das vor ein paar Jahren mal zufällig beobachtet: Der funktionstüchtige Akku (serienmäßig und ohne Veränderungen) lag geöffnet vor mir auf dem Labortisch und fing plötzlich an zu Pfeifen und die LED des Controllers flackerte herum - das darf nicht sein!

OK, vergessen wir die veraltete AC-Serie. Aber sollte es einen derartigen sporadischen (= nicht sofort reproduzierbaren) Fehler / Effekt auch bei neueren LP geben (z.B. AF, AH), dann könnte das ein weiterer Grund für tiefentladene Akkus sein, sogar wenn diese DEMONTIERT wurden... :-??

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon mathiegi » 20.07.2017 00:09

Ein AF und später Akku pfeifft min. 4-8h wenn nicht länger weiter, ehe er sich ganz abschaltet.

Ich hatte nich nie ein Problem, dass dich abgebaute Akkus tief entladen hätten (3Monate ohne laden). An der Base sieht dies aber anders aus.
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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon SegFenn » 20.07.2017 00:51

mathiegi hat geschrieben:Ein AF und später Akku pfeifft min. 4-8h wenn nicht länger weiter, ehe er sich ganz abschaltet.

Wenn das stimmt muß es sich doch um einen Konstruktionsfehler handeln. Normalerweise fällt mit dem Wegfall der 12V-Schaltspannung auch die Versorgung für den Freescale-Controller auf dem BMS aus. Ein demontierter Akku wird nicht geladen, wozu sollte die Elektronik des BMS da noch 4-8h weiterlaufen? Es gibt nichts zu balancieren, zumal der Controller nicht läuft.

mathiegi, habe ich da irgendwas falsch verstanden?

Immerhin: Wenn es beim demontierten AF-Akku pfeift, dann werden die Zellen auch belastet. Vielleicht ist diese Belastung marginal und somit vernachlässigbar. Dennoch liegt hier m.E. ein schwer einzuschätzender Fehler vor, nämlich der, dass bei einem demontierten Akku die Zellen durch Aktivitäten des BMS sukzessive entladen werden.

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon Roberto » 20.07.2017 08:34

Nur weil die Led nicht leuchtet, heißt es nicht das der Prozessor aus ist.
Die 12V ist ja keine Versorgungsspannung sondern nur eine Schaltspannung.

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon mathiegi » 20.07.2017 10:10

Richtig. Die 12V signalisieren den BMS, das ein Ladegerät oder eine Base in Betrieb angeschlossen ist. Dann wird auch rege über den Bus kommuniziert.
Die Versorgungsspannung holt sich das BMS selbst aus der Batterie.
Ich denke der Grund ist, dass der Segway möglichst schnell starten kann bleibt das BMS aktiv. Auch ist so der Ladestandzähler genauer. Erst nach vielen Stunden, ich weiss es leider nicht genau, glaube aber dass die sogar einige Tage pfeiffen, bis das BMS in den Tiefschlaf fällt.
Dass die dann aber ohne ablegen der 12V wieder starten hatte ich noch nie, hier liegt wohl ein Fehler am BMS vor.
Liebe Grüsse aus der Schweiz

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon SegFenn » 20.07.2017 10:25

Roberto hat geschrieben:Die 12V ist ja keine Versorgungsspannung sondern nur eine Schaltspannung.

OK, die 12V steuern einen DC/DC-Wandler an, der wiederum die 3,3V-Regler und damit den Controller versorgt.
Das hatte ich auch mal ausgemessen, was durch diesen fiesen Schutzlack äußerst schwierig ist.

Nur: Wenn die Schaltspannung weg ist (Akku demontiert) und die Akku-Elektronik bzw. der Controller weiter in Betrieb sind (4-8h, lt. mathiegi) - welchen Sinn sollte das haben?

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Re: Problem mit Akku-BMS (Rev. AC)

Beitragvon SegFenn » 20.07.2017 10:57

mathiegi hat geschrieben:Dass die dann aber ohne ablegen der 12V wieder starten hatte ich noch nie, hier liegt wohl ein Fehler am BMS vor.

Genau darum geht es ja hier: Das hatte ich bei zwei Leiterplatten (Rev. AC) mehrfach beobachtet. Nicht das die weiterliefen, dass konnte ich nicht beobachten, sondern das die sich nach Tagen der Demontage selbst aktivierten! Eine LP wäre auch kein Problem, aber zwei LP deutet auf einen konstruktiven Mangel hin.

Nun vergessen wir mal die veralteten AC-LP und fachsimpeln weiter über die aktuellen LP (ab Rev. AF). Soviel sollte allen klar sein: Wenn die Elektronik OHNE Schaltspannung tagelang weiterläuft (und damit auch die Zellen belastet weil die Versorgung aus dem Akku selbst erfolgt) dann ist eben keineswegs völlig ausgeschlossen, dass ein demontierter Akku von selbst "aus dem Tiefschlaf heraus" plötzlich wieder Aktivität entwickelt. Niemand kann sagen ob und wie oft das dann passiert. Abhängig davon kann die Selbstentladung eines demontierten (gelagerten) Akkus sogar größer sein, als durch das Radioboard im montierten Zustand!
Beim AC-Akku konnte ich diese "höhere Selbstentladung durch Selbstaktivierung" nachweisen.

Ich habe das beim AF-Akku zwar bislang nicht beobachten können (Pfeifen bzw. LED-Aktivität ohne Schaltspannung), aber nachdem was hier geschrieben steht - nämlich das die Akku-Elektronik auch ohne Schaltspannung noch tagelang weiterläuft - kann man eine beschleunigte Selbstentladung demontierter Akkus nicht mit völliger Sicherheit ausschließen!

Es besteht die Gefahr einer Tiefentladung über die Unterspannungs-Abschaltgrenze des Segway hinaus!
Und selbstverständlich betrifft das alle BMS, nicht nur zwei fehlerhafte AC-Leiterplatten bei mir.

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Das Pfeifen der Akkus

Beitragvon SegFenn » 30.07.2017 02:42

mathiegi hat geschrieben:Erst nach vielen Stunden, ich weiss es leider nicht genau, glaube aber dass die sogar einige Tage pfeiffen, bis das BMS in den Tiefschlaf fällt.

Roberto hat geschrieben:Nur weil die Led nicht leuchtet, heißt es nicht das der Prozessor aus ist.

Vorab: Beide haben Recht!

1.) Vorgeschichte

Nachdem mir die Geschichte um das Pfeifen der Akkus (sowohl Rev.AC wie auch Rev.AF) keine Ruhe gelassen hat, habe ich einen meiner AF-Akkus geöffnet und näher untersucht. Tatsächlich pfeift der Akku nach der Demontage vom Segway - und das bislang sogar für volle 4 Tage! Das gefällt mir eigentlich nicht und ist auch schwer zu verstehen, zumal das Pfeifen beim montierten Akku nicht zu hören ist.
Bei einem AC-Akku bin ich erstmalig stutzig geworden, die Zellen eines demontierten Akkus wurden unerwartet und überdurchschnittlich schnell entladen. Roberto sagt, dass es sich nicht lohnt beim AC-BMS tiefer in die Fehlersuche einzusteigen ... OK, dass stimmt wohl. ABER: Ein ganz ähnliches Phänomen gibt es auch bei der neueren Rev. AF. Dabei ist auch hier von einer erhöhten Entladung der Zellen auszugehen - möglicherweise bis in die Tiefentladung! Und das im demontierten Zustand, wo man eigentlich in der Standzeit des Segways die Entladung des hinteren Akkus möglichst vermeiden möchte ...

2.) Ursachenforschung

Die einzelnen Bauteile auf der AF-Leiterplatte sind alle beschriftet. Das Messen im gesamten Bereich der Leiterplatte ist allerdings etwas umständlich, da vom Hersteller ein zäher Schutzlack aufgetragen wurde. Dieser Schutzlack muß an den Messpunkten beseitigt werden, z.B. mit einem Lötkolben mit feiner Lötspitze.

Verantwortlich für das Pfeifen (und damit für einen Stromverbrauch aus den Zellen nach der Demontage des Akkus) ist das Schaltregler-IC U28 i.V.m. der Speicherdrossel L1. Diese erzeugen offensichtlich eine Spannung von 10,22 V (s. Foto). Vermutlich werden damit weitere, nachgeschaltete Spannungsregler versorgt, u.a. werden die 3,3 V für den Freescale-Controller erzeugt (beide LED's sind dabei aus, wie Roberto korrekt vermutete).
Dabei scheint es so zu sein, dass die 12V-Schaltspannung am Pin J5 des Base-Steckverbinders den Schaltregler aktiviert bzw. triggert, die Schaltung dann aber den Schaltregler aktiv hält, selbst wenn die Schaltspannung wegfallen sollte (Segway ausgeschaltet oder Akku demontiert).

Soweit ich das messen konnte ist dort ein zusätzlicher Transistor im Spiel (Q133), welcher parallel zu der Schaltspannung den SHUTDOWN-Eingang des Schaltregler U28 inaktiv hält. Dies konnte ich nachweisen, da der am SHUTDOWN-Eingang befindliche Transistor auch ohne Schaltspannung weiterhin gesperrt war (= SHUTDOWN inaktiv, Schaltregler arbeitet). Offensichtlich wird die Basis des Transistors vom Controller auf Low gehalten, wodurch der Schaltregler weiter arbeitet und dabei den auffallenden Pfeifton erzeugt ...

3.) Messergebnisse

An einem funktionstüchtigen, demontierten und geöffneten Akku habe ich im Bereich Schaltregler und Controller einige Spannungsmessungen durchgeführt, nachdem das Pfeifen für mehrere Tage ununterbrochen zu hören war. Anhand der folgenden Fotos ist deutlich erkennbar, dass der Schaltregler U28 arbeitet und auch der Controller mit 3,3 V versorgt wird:

Im Bereich des Schaltreglers U28 konnte am R274 eine Spannung von 10,22 V nachgewiesen werden:

Schaltregler erzeugt 10,22 V bei demontierten AF-Akku.JPG

Im Bereich des Controllers U4 konnte eine Betriebsspannung von 3,3 V nachgewiesen werden:

Controller hat nachweislich 3,3 V bei demontierten AF-Akku.JPG

4.) Zusammenfassung

Auch wenn es nur wenige mA sind: Solange das Pfeifen zu hören ist, findet ein Stromverbrauch aus den Zellen des Akkus statt! Dies betrifft den montierten Akku eines ausgeschalteten (nicht an der Steckdose hängenden) Segway, wie auch einen demontierten (gelagerten) Akku. Was genau der Controller U4 in dieser Zeit macht ist fragwürdig, zumindest im Bereich der Balancer konnte ich keine Aktivität an den dortigen Transistoren feststellen (es wird demnach nicht balanciert). Möglicherweise läuft ein interner Timer ab, welcher irgendwann den Transistor Q133 aktiviert, wodurch der Schaltregler U28 über den SHUTDOWN-Eingang abgeschaltet wird.

Abschließend darf vermutet werden, dass dieser "Eigenverbrauch" (also der andauernde Stromverbrauch aus dem Akku während der Pfeiftonphase) nicht über den 0,004 Ohm-Messwiderstand ermittelt wird - ich konnte selbst im mV-Messbereich keinen Spannungsfall über R341 messen. Somit wird es auch zu einer Abweichung der Balken der Ladezustandsanzeige kommen: Nach ein bis zwei Tagen wäre meinen Berechnungen zufolge bereits EIN BALKEN ZUVIEL (i2) auf der Anzeige, bzw. entsprechend viele km die der Nutzer WENIGER fahren kann ...

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Re: Problem mit Akku-BMS

Beitragvon mathiegi » 30.07.2017 11:03

Ich lagere vollgeladene "AF und neuere" problemlos 3Monate.
Nach 3-4 Tagen fallen die in den Tiefschlaf und es geht praktisch nichts verloren.
Das Radioboard ist da ganz anders. An der Base verbaut und nicht geladen; da reichen einige wenige Wochen und der hintere Akku fällt zu tief.
Liebe Grüsse aus der Schweiz

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Das Pfeifen der Akkus

Beitragvon SegFenn » 11.08.2017 01:01

Habe mir jetzt das verdächtige Pfeifen an einem funktionstüchtigen AF-Akku nochmal näher angesehen. Immerhin hat der BMS-Controller für die Dauer des Pfeifens eine Betriebsspannung von 3,3 V. Ob der Controller tatsächlich Programmschritte abarbeitet oder sich nur "im Standby" (Sleep) befindet ist dabei unklar.

Dazu habe ich folgenden Test durchgeführt: Ich habe an die Klemmen des Akkus einen Widerstand mit 2700 Ohm / 5W angeschlossen und den Akku mit ca. 29 mA kontinuierlich für die Dauer von 2 Tagen entladen. Während der gesamten Zeit war das Pfeifen zu hören. Nach 2 Tagen wurden etwa 1,4 Ah aus dem Akku entnommen, also hat der Akku ca. 25% weniger Kapazität. Als ich den Akku an meinen Seg. angeschlossen hatte, wurden jedoch immer noch alle Balken angezeigt - der Akku also als voll ausgewiesen ... :-??

OK, der Versuchsaufbau entspricht nicht einer normalen Anwendung und kommt im Segway-Alltag nicht vor. Dennoch scheinen die Verbrauchsmessungen / Berechnungen zur Ladezustandsanzeige nicht zu laufen, obwohl das Pfeifen hörbar ist und der BMS-Controller Betriebsspannung hat. Offenbar ist für die volle Funktion des Controllers das tatsächliche Vorhandensein der 12 V zwingend notwendig.

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Re: Problem mit Akku-BMS

Beitragvon Roberto » 11.08.2017 22:27

richtig :-)
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Das Pfeifen der Akkus

Beitragvon SegFenn » 12.08.2017 03:21

Roberto hat geschrieben:richtig :-)

Es fehlt noch eine schlüssige Erklärung WARUM der BMS-Controller eines demontierten Akkus zwar weiter versorgt wird, aber dennoch nicht vollständig arbeitet. Ist es letztlich ein Fehler im Schaltungsdesign der BMS-LP, der nur deshalb nicht auffällt, weil die Segway's permanent an der Steckdose hängen?

Es ist weiterhin ein Rätsel ... :-??


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