Zusatzluftfeder
cw

LiFeYPO4 12 V Batterie Balancing durch Einzelzellenladung 1, 2, 3, 4, 5


MountainBiker am 23 Aug 2019 16:01:51

Hallo,

Mich wundert, dass die Balancer hier so simpel aufgebaut sind


Die Balancer hier (EV Power) sind in linearer (analoger) Technik aufgebaut (Comparator - Spannungsnormal...), ein Balancer benötigt kein digitalisiertes Signal und arbeitet ohne Quantisierung auch genauer bezogen auf "einen" Arbeitspunkt. Keep it simple - einfach und robust!
Die Limitierung eines Kurzschlußstroms findet auf der Platine statt (und raucht weit unterhalb 30A ab), eine weitere Absicherung ist nicht notwendig, wichtiger ist hier die räumliche Abtrennung im Falle eine "Deformation", d.h. wenn man auf Nummer sicher gehen will, baut man den Akku auf 2 Layer, d.h. Pluspole durch eine Epoxydplatte getrennt mit Durchbrüchen für die Gewindestifte und darauf erst die Cellprints. So habe ich es gemacht!
Isolierplatte < - > Draufsicht
BildBild


Meine Meinung!

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Hans Kroeger am 23 Aug 2019 17:08:04

Solarcomputer hat geschrieben:Die Sicherung 30A mag zwar 2 mΩ haben......Mach dir doch mal den Spaß und schicke über die Strecke vom Pol bis zum Balanceranschluß einen Konstantstrom von zB 1 A, dann den Spannungsabfall in mV Bereich messen...


Hallo Kai, habe ich schon mal gemacht, finde die Aufzeichnungen nicht mehr. Also mach ich es nochmal, werde berichten.

Mich wundert, dass die Balancer hier so simpel aufgebaut sind ........

Ich verwende die Balancer nur als OVP UND LVP Sensoren/Initiatoren. Der Balancerstrom der Module beträgt max 0,6 A und ist bei 200 Ah etwas wenig. Da ich mein Einzelzellenbalancing System verwende, spielt das keine Rolle. Beim Einzelzellensystem fließen max 3,5 A. Es ergeben sich entsprechende Spannungsabfälle an den Zuleitungen nebst Sicherung. Auf Grund Deiner Anmerkung werde ich das nochmal ausmessen, und berichten.
Verzichten will ich auf die Sicherung nicht, da ich sowohl meine Spannungsregler als auch den Zellmonitor über entsrechende Kabel an den BMS Modulen angeschlossen habe, und eine Verfälschung der Spannungsmessung im Bereich unter 50 mV für die OVP/LVP Spannungsschwellen unerheblich ist. Bei meiner Methode geht der Balancingstrom mit der Zeit gegen Null, weshalb der Innenwiderstand der Schaltung dann auch keine Rolle spielt.

Servus Hans

Hans Kroeger am 23 Aug 2019 18:56:23

Hier sind die Messungen. Dabei sind die Verbindungen weniger bedeutend, asl das kurze Kabelschwänzchen. Das nehme ich nochmal in Augenschein, weil eines der 4 gemessenen Kabelscdhwänzchen mit fast 2 milliohm einen Ausreiser darstellt....?

Hans Kroeger am 23 Aug 2019 19:36:42

Hans Kroeger hat geschrieben:.....das kurze Kabelschwänzchen. Das nehme ich nochmal in Augenschein, weil eines der 4 gemessenen Kabelscdhwänzchen mit fast 2 milliohm einen Ausreiser darstellt....?

Möglicherweise habe ich da eine Litze mit 1qmm erwischt :( und schlecht gequetscht????
Werde ich ändern auf 2,5 qmm, entsprechend 0,5 milliOhm....

geralds am 24 Aug 2019 01:26:10

Hans Kroeger hat geschrieben:
Hallo Gerald,
1. bei einer Batterie, die weit mehr als 1000 A bei stabiler Spannung liefern kann wird im Kurzschlussfall ein Lichtbogen entstehen, den ich unter keinen Umständen in meinem Wohnmobil erleben möchte. Leider finde ich das Filmchen nicht, wo das veranschaulicht wird. .... Also für mich kein akteptables Restrisiko.


Wie sollen an einer Messleitung 1000A zum Fließen kommen? Aber ein Lichtbogen / Schmorstelle kann natürlich entstehen.
Das gilt es zu vermeiden.

Hans Kroeger hat geschrieben:2. Ich weiß nicht was Du da gekauft und gemessen hast. Jedenfalls kann ich Deine Aussage nicht ohne weiteres nachvollziehen.


Ich hatte aus geometrischen Gründen Glasrohrsicherungen gekauft. Mein BMS (BMS Protect 3.0 -V3.1) zeigt 2 Stellen nach dem Komma an. Zum Test habe ich mal die Zellen unterschiedlich geladen und das BMS balancieren gelassen. Mit Sicherung wich die 2. Stelle hinter dem Komma an der Anzeige ab. Meist um 0,01V, aber gelegentlich auch um 0,02V. Das war mir halt zu viel.
Wobei natürlich die 2. Stelle hinter dem Komma gerundet ist.

Ich finde deine Lösung mit den Sicherungen ja gut.
Aber es juckt mich doch dir zu sagen, bei deiner Verlegung brauchst du die auch. :mrgreen:



(Die kritischen Stellen mit schwarzen Kreisen in deinem Aufbau versehen)

Ich habe bei meinem Aufbau darauf geachtet, wenn schon Messleitungen mit Metall in Berührung kommen, dann hat dieses das Potential der Messleitung oder kein Potential.
Daher behaupte ich mal, es entsteht erst gar kein Fehler, der zum Kurzschluss oder Masseschluss führen kann.
Und Einzeladern im Kanal scheuern sich auch nicht aneinander durch.
Daher ist mein Restrisiko (auch ohne Sicherungen) denkbar klein. :)

Gruß Gerald

Hans Kroeger am 24 Aug 2019 07:16:29

geralds hat geschrieben:Wie sollen an einer Messleitung 1000A zum Fließen kommen?

Hallo Gerald,
?? na komm, das habe ich ja auch nicht behauptet!
Ich finde deine Lösung mit den Sicherungen ja gut.
Aber es juckt mich doch dir zu sagen, bei deiner Verlegung brauchst du die auch. :mrgreen:

wie heist es so schön: lass jucken Kumpel....
Ich werde das nochmal genauer unter die Lupe nehmen. Viel eher sehe ich aber eine Kurzschlussgefahr in meiner Verdrahtung zwischen Zellen und Siebdruckplatte....am Trennrelais und der Elektronik der Einzelzellenregler.
Hinzu kommt, dass ich bisher ständig (seit Monaten) mit meinem Testaufbau experimentere, Änderungen vornehme, usw.....alleine dafür sind die Sicherungen ein Muss......
Fazit: Du bleibst bei "oben ohne", ich bleibe bei "oben mit" :)

Ich wünsche ein schönes Wochenende, Hans

geralds am 24 Aug 2019 09:12:27

Hans Kroeger hat geschrieben:Hallo Gerald,
?? na komm, das habe ich ja auch nicht behauptet!


Stimmt, Entschuldigung.

Hans Kroeger hat geschrieben:Viel eher sehe ich aber eine Kurzschlussgefahr in meiner Verdrahtung zwischen Zellen und Siebdruckplatte....am Trennrelais und der Elektronik der Einzelzellenregler.

Hans Kroeger hat geschrieben:Hinzu kommt, dass ich bisher ständig (seit Monaten) mit meinem Testaufbau experimentere, Änderungen vornehme, usw.....alleine dafür sind die Sicherungen ein Muss......


Beides durchaus nachvollziehbare Argumente.

Hans Kroeger hat geschrieben:Ich wünsche ein schönes Wochenende, Hans


Wünsche ich dir auch

Gruß Gerald

Hans Kroeger am 24 Aug 2019 09:27:53

geralds hat geschrieben:Stimmt, Entschuldigung.

aber gerne doch!

Hallo Gerald,
noch eine Episode am Rande: da hat jemand bei einem großen Batterieblock einen Kurzschluss mit seinem metallischen Uhrenarmband erzeugt. Das Armband war sofort in Weißglut und hatte üble Spuren hinterlassen.
Ich arbeite noch immer viel an meiner Batterie. Meine Maulschlüssel habe ich mit Isolierband isoliert, Armbanduhr kommt runter, und wann immer nötig trenne ich alle Anschlüsse zu den Pluspolen und setze die Gummikappen auf.
So jetzt gehe ich in den Keller und inspiziere meinen Drahtverhau entsprechend Deinen willkommenen Hinweisen.
Servus Hans

Hans Kroeger am 25 Aug 2019 11:02:09

Ich treffe vermehrt auf die Aussage, dass Lithiumzellen, egal welcher Bauart, bei eine Lagerung im Bereich um SOC = 10% ...30% wesentlich langsamer altern als bei einem SOC > 30%.
Jetzt habe ich überlegt, dass sich meine Einzelzellenlader mit einer minimalen Änderung so modifizieren lassen, dass sie zur Ladeerhaltung bei langen Standzeiten (z.B. Winterlager) genutzt werden können. Falls das jemand nachbauen möchte, hier ist die Schaltung:

geralds am 25 Aug 2019 15:35:42

Hallo Hans,

mal 2 Fragen:
Ist R2 nicht viel zu groß
Müsste es nicht eine Schottky-Diode sein?

Gruß Gerald

geralds am 25 Aug 2019 16:02:15

Da ich auch Saisonfahrer bin, trifft mich das Problem mit dem Winterlager auch, insbesondere da meinem Akku das "Y" fehlt.
Das Problem habe ich gelöst indem ein kleiner Gel-Akku (36Ah) parallel zum Li-Akku geschaltet ist.
Er hängt mit auf dem Plus-Sicherungsverteiler.
Im Winter schalte ich den Li-Akku (nach einer Teilentladung) einfach am Sicherungsautomaten ab. Der Gel-Akku bleibt aktiv.
Geladen wird auch im Winter über Solar. Damit funktioniert alles im Womo noch, auch die Mitladefunktion der Fahrzeugbatterie.
Der Gel-Akku wird vielleicht nicht 100% voll (14,2V für eine Stunde, dann 13,6V Konstantspannung), aber das braucht er ja auch nicht.

Gruß Gerald

Hans Kroeger am 25 Aug 2019 16:09:48

geralds hat geschrieben:Hallo Hans,

mal 2 Fragen:
Ist R2 nicht viel zu groß
Müsste es nicht eine Schottky-Diode sein?

Gruß Gerald

Hallo Gerald, die Antworten lauten:
- ja......für 3,5 V empfiehlt es sich einen 330 Ohm Widerstand parallel zu den 5k zu schalten. Dann kann man sehr fein justieren.
- nein.....Du kannst grob (!) 0,7 V Spannungsabfall an einer Leistungs-Diode rechnen. Im ausgeglichenen Zustand fließt ja so gut wie kein Strom....

Servus Hans

Hans Kroeger am 25 Aug 2019 16:29:18

geralds hat geschrieben:Da ich auch Saisonfahrer bin, trifft mich das Problem mit dem Winterlager auch, insbesondere da meinem Akku das "Y" fehlt.
Das Problem habe ich gelöst ....... dann 13,6V Konstantspannung
Gruß Gerald

Die 13,6 V sind für ein langes Leben Deiner Zellen (gelben nicht grauen) viel zu hoch.
Ich diskutiere gerade mit einem nahmhaften Hersteller von Ladegeräten, welches der geeignete Wert für eine Wintererhaltungsspannung ist.
Ich zitiere mich selbst:
Beim ersten Bild sieht man sehr schön die beiden ausgeprägten Plateaus. Zum Beispiel bei 25 °C
- von 30% bis 70% SOC, eine kalendarische Alterung von 2,6% in 9 Monaten
- von 80% bis 100% SOC, eine kalendarische Alterung von 6% in 9 Monaten
Anzustreben wäre also eine Wintererhaltungsspannung entsprechend einem SOC < 70%
Wie man dem nächsten Diagramm entnehmen kann wäre eine Winterehaltungsladungspannung von 13,2 V (entsprechend 3,3 V Zellenspannung) dafür zu hoch.
Ich würde eine Spannung von 13,0 V wählen, entsprechend einer Zellenspannung von 3,25 V. Das entspräche einem SOC zwischen 20% und 30%. Besser geht es fast nicht....
Ende Zitat
Für diesen Fall wäre eine Schottky Diode die richtige Wahl. Das war auch Dein Gedanke!
Ich selbst habe inzwischen weiter recherchiert und für mich eine Zellenspannung von 2,8 V gewählt, entsprechend etwa SOC = 10%
Da durch den Spannungsregler verhindert wird, dass man die LVP Leine bei 2,5 Volt reist, ist das wohl noch günstiger für die Alterung .

Servus Hans

Hans Kroeger am 25 Aug 2019 16:58:59

Hallo Gerald, Deine Frage nach der Schottky Diode hat mich nochmal beschäftigt. Dabei fand ich
1. Einen Fehler in meinem Bild
2. zunehmend Sympathie für die von Dir vorgeschlagene Schottky Diode, da man noch im Bereich von 10% SOC bleibt, aber etwas Abstand vom LVP Auslösepunkt bekommt.

Hier ist das überarbeitete Bild:


Für die Einschätzung der Zellenspannung bez. SOC ist dieses Bild hier hilfreich:



Ich hoffe, dass ich jetzt keinen Wurm mehr drin habe....
Servus Hans

geralds am 25 Aug 2019 19:26:10

Hallo Hans,

mich hat irritiert, dass Du schreibst: "Im Normalbetrieb oder bei OVP/LVP ist das Relais geöffnet". Ich denke im Normalbetrieb sollte das Relais geschlossen sein. Es sei denn wir verstehen unter Normalbetrieb unterschiedliche Dinge.

Die genannten 13,6V ist die Spannung, auf die ich im Nutzungszeitraum des Womo´s auflade. Das entspricht auch der Spezifikation, dort sind 3,65V als Ladeschlussspannung (14,4V) genannt. Ich lade jedoch nur auf max. 14,2V auf und reduziere nach einer Stunde spätestens auf 13,6V.
Der Unterschied der Kapazität von 14,2V Ladeschlussspannung auf 14,4V Ladeschlussspannung ist kleiner 1%.(Habe ich mal gemessen.)
Der Fall tritt jedoch nur auf, wenn ich das Womo nicht nutze. Nutze ich es, ist auch der Kühlschrank in Betrieb. Falls der Kühlschrank auf Solar/Batterie läuft (schaltet sich bei 13,6V zeitverzögert ein), beträgt die Spannung meist 13,3-13,5V.
13,6V habe deshalb gewählt, da ab der Spannung balanciert wird. Da der Kühlschrank bei 13,6V zeitverzögert eingeschaltet wird, ist immer wieder Zeit zum Balancieren. Das scheint gut zu funktionieren, jedenfalls haben alle Zellen die gleiche Spannung.

Im Winterbetrieb entlade ich den Akku (220Ah) dadurch, dass ich den Kühli 6-8Std. laufen lasse. D.h. ich entnehme ca. 100Ah (ca. 50% SOC).
Dann wird der Li-Akku getrennt. Die Solaranlage lädt dann nur noch den Gel-Akku. Die Ladekennlinie passe ich nicht an. D.h. der Gel-Akku wird jetzt mit 14,2/13,6V betrieben. Im Womo funktioniert noch alles und der Starterakku wird über die Mitladefunktion auch gepuffert. :D

Ob das jetzt nahe genug am Optimum ist, keine Ahnung. Das wird die Zeit zeigen. Ich glaube jedoch, ich mache mit der Vorgehensweise keinen groben Fehler.

Gruß Gerald

Hans Kroeger am 25 Aug 2019 22:38:23

geralds hat geschrieben:Hallo Hans,mich hat irritiert, dass Du schreibst: "Im Normalbetrieb oder bei OVP/LVP ist das Relais geöffnet". Ich denke im Normalbetrieb sollte das Relais geschlossen sein. Es sei denn wir verstehen unter Normalbetrieb unterschiedliche Dinge.

Hallo Gerald,

1. das Relais ist nur (!) dann geschlossen, wenn ich hin und wieder
zusätzlich zur Ladung mit 13,9 V eine Einzelzellenladung vornehme,
mit 3,5 V je Zelle, entsprechend 14,0 V Batteriespannung. Dabei
sollen die Zellen balanciert werden.
Im Normalfall ist das Relais jedoch geöffnet.

2. 13,6 V Batteriespannung entspricht 3,4 V Zellenspannung. Das ist viel (!)
zu hoch für eine längere Lagerung der Batterie.
Meine Empfehlung ist (gemäß der oben gezeigten Kurve) eine Zellenspannung
von 3,1 V bis 3,2 V, entsprechend einer Batteriespannung von
12,4 V bis 12,8 V und einem SOC von 10 bis 20%. Das entspräche ja etwa der
Schottky Diode, die Du ins Spiel gebracht hast.

Ich würde das ernst nehmen, da alle gefundenen Abhandlungen in die gleiche Richtung deuten, je höher der SOC bzw. die Zellenspannung, um so schneller die Alterung!
Jetzt wünsche ich Dir noch einen schönen Abend!
Servus Hans

Hans Kroeger am 26 Aug 2019 08:24:50

Ergänzung:
ich selbst verwende meine Einzelzellenlader NICHT für die WinterLadeerhaltung.
Bei längeren Standzeiten verwende ich mein Votronic Triple Ladegerät. Ich deaktiviere die Ladefunktion über den SW Steuereingang. Dann schalte ich den Kompressorkühlschrank ein. Der entlädt dann meine LFP Batterie so weit, bis dann der VotronicTriple mit seiner Sicherheitsladespannung von 12,8 Volt (20 A max) die LFP Batterie auffängt.
Gelegentlich schalte ich dann den Kühlschrank wieder aus.
Die LFP Batterie wird bei 12,8 V (3,2 V Zellenspannung) gehalten, entsprechend einem SOC von etwa 20%.
Servus Hans

geralds am 26 Aug 2019 09:23:21

Hans Kroeger hat geschrieben:
2. 13,6 V Batteriespannung entspricht 3,4 V Zellenspannung. Das ist viel (!)
zu hoch für eine längere Lagerung der Batterie.


Hallo Hans,

Auf 13,6V wird die Batterie nur im Nutzungszeitraum aufgeladen. Dann soll die Batterie ja auch voll werden.
Bin ich tatsächlich unterwegs, zieht der Kühli die Spannung runter (auf 13,3 - 13,5V). Gegen Abend (keine Solarladung mehr) liegt die Spannung meist bei 13,2-13,3V. (Entspricht um die 90% +/- SOC, 13,25V = 92% SOC, ermittelt durch Tests)

Für die Überwinterung entlade ich sie auf ca. 50% SOC. Das entspricht dann einer Batteriespannung von 13V (3,25V pro Zelle).
Den Wert habe ich durch Entladetests vor dem Einbau ermittelt.
Damit bin ich aus dem Bereich 70-100% SOC mit erhöhter Alterung bei Lagerung raus.
(Bei Entladetests hatte ich bei 18% SOC noch 12,84V. Und etwas Abstand zu leer will noch haben.)

Gruß Gerald

Hans Kroeger am 26 Aug 2019 09:43:10

geralds hat geschrieben:Für die Überwinterung entlade ich sie auf ca. 50% SOC. Das entspricht dann einer Batteriespannung von 13V (3,25V pro Zelle).
Den Wert habe ich durch Entladetests vor dem Einbau ermittelt.
Damit bin ich aus dem Bereich 70-100% SOC mit erhöhter Alterung bei Lagerung raus.
Gruß Gerald

Hallo Gerald,
sorry, mein Fehler! Ich hatte das überlesen: "ich entnehme ca. 100Ah (ca. 50% SOC). Dann wird der Li-Akku getrennt".
Wie Du schreibst, mit 3,25 V Zellenspannung liegst Du unterhalb des kritischen Plateau 70% ... 100% SOC. Da bleibt auch noch Luft für die Selbstentladung. Somit ein guter Kompromiss, ....insbesondere Deine Idee mit der AGM Batterie finde ich gut!
Klingt alles sehr solide und gut durchdacht!
Servus Hans

Solarcomputer am 02 Sep 2019 19:59:49

Obiges Schaltbild mit dem Spannungsregler und der Diode im Ausgang gibt mir zu denken. Hier wird ein Relais und eine Diode im Lastausgang geschaltet - unschön und nicht flexibel ;)
Eleganter ist es die Referenzspannung des Spannungsreglers zB mit einem Transistor umzuschalten. Hier ließe sich mittels Poti auch andere Spannungen realisieren, zudem ist die Kennlinie nicht so Stromabhängig wie bei einer Diode. Auch sind anfällige mechanische Bauteile (Relais) zu vermeiden.

☀️Kai

Hans Kroeger am 02 Sep 2019 23:08:26

Solarcomputer hat geschrieben:..... ein Relais und eine Diode im Lastausgang geschaltet - unschön und nicht flexibel ;)
Eleganter ist es die Referenzspannung des Spannungsreglers zB mit einem Transistor umzuschalten.....
☀️Kai

Hallo Kai, das Relais ist unverzichtbar. Es trennt bei einem Fehler in der Elektronik des Serienreglers diesen per LVP/OVP von der Zelle.....und dann war es verlockend, mit nur einer Diode die Schaltung zu erweitern für das Bottom Balancing.....
Natürlich kann man mit einem Mosfet die Spannung umschalten, aber dafür braucht man eine galvanisch getrennte Ansteuerung, usw....

Inzwischen bin ich überzeugt, dass Bottom Balancing dem Top Balancing weit überlegen ist. Dazu vielleicht ein anderes mal mehr.
Servus Hans

Hans Kroeger am 03 Sep 2019 07:27:42

Bevor es jemand anderes bemerkt: Durch die Diode wird natürlich die Schutzfunktion des Relais gegen OVP/LVP unterlaufen. Also vergesst die Schaltung einfach, das ist Murks.
Alternative Varianten sind unschwer auszudenken, aber ich habe momentan keine Zeit dafür....
Servus Hans

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