Zusatzluftfeder
cw

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


thomker am 17 Jul 2019 19:25:43

Hallo zusammen, war ein paar Tage offline, und was sehen meine trüben Augen? Der Hans Kröger ist wieder da, super. Hatte schon vor Jahren zu Bleizeiten viel von dir gelernt im anderen Forum, und später schmerzlich vermisst. Und wo ist Manfred Hack?

Gruß
Thomas

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Hans Kroeger am 17 Jul 2019 20:30:47

thomker hat geschrieben:Hallo zusammen, war ein paar Tage offline, und was sehen meine trüben Augen? Der Hans Kröger ist wieder da, super. Hatte schon vor Jahren zu Bleizeiten viel von dir gelernt im anderen Forum, und später schmerzlich vermisst. Und wo ist Manfred Hack?

Gruß
Thomas


Hallo Thomas,
wie schön, dass es auch heute, in der "bleifreien" Zeit, noch einige oldies gibt, die sich an früher erinnern, an Zeiten wo das Wort Balancing Assiziationen zum Schwebebalken erweckte.
Was aus Manfred Hack geworden ist, oder aus Emil, weiß ich nicht.
Jedenfalls freue ich mich, dass Du wieder online bist! Ich hoffe es geht Dir gut, ich sehe ja an der Zahl Deiner Beiträge wie aktiv Du hier wohl bist.
Servus Hans

thomker am 17 Jul 2019 20:38:50

Jo, bei mir sinds aber mehr Erfahrungen, als fundiertes Wissen, leider. Daher lerne ich so lange, bis alle Finger gleich lang sind.

Gruß
Thomas

Hans Kroeger am 18 Jul 2019 18:44:09

Hans Kroeger hat geschrieben:Meine Frage ist einfach:
1. Welche Spannung über welche Zeitdauer eignet sich am besten, um gedriftete Zellen wieder auf gleiches Niveau zu bringen, bei geringstmöglichem Stress?
2. Kann man die Zellen nach dem Balancieren für längere Zeit sich selbst überlassen, oder soll man sie auf beispielsweise 90% SOC entladen.

Ich habe jetzt einige meiner Messkurven ausgewertet. Hier ist ein schönes Beispiel. Nach 3,5 Stunden Ladung mit 40 A bis zur Ladeendspannung von 13,9 Volt, und Ladestrom = 0 A waren die Zellen bis maximal 8 mV gedriftet. Dann wurden die 4 Einzelzellenlader mit je 3,5 V eingeschaltet. Nach etwa 45 Minuten waren die Zellen bei knapp 14 V balanciert auf 1 mV. Wahrscheinlich habe ich etwas zu früh abgeschaltet, bevor auch die letzte Zelle vollständig balanciert war.


Nun ist meine Frage an die Experten: ist das ein vollwertiges Balancing mit 14 Volt, oder nicht.
Immerhin hat keine Zelle mehr als 3,5 Volt gesehen, also wenig Stress gehabt.
Wäre es besser ich würde zu einer höheren Spannung gehen, z.B. 14,4 V wie wie Lars empfiehlt?

Servus Hans

MountainBiker am 18 Jul 2019 19:20:32

Hallo,

der Strom wird nach kurzer Zeit stark absinken, wobei die Konstantspannungsquellen
-sehr genau kalibriert (synchronisiert) werden müssen;
-schon nach kurzer Zeit nachkalibriert werden müssen und nur im geringen Umfang temperaturkompensiert arbeiten.
Durch das schnelle absinken des Ladestrom sind die 3A nur Theorie. Du musst viel länger ausgleichen da Du nach der selbst verursachten Drift mehr ausgleichen musst (bis der Strom gegen Null geht).
Damit ist Dein Wunsch nach Schonung der Zellen nicht wirklich vorhanden.

Nur die Meinung eines
Platzhirsch
mit der Eigenschaft
soziale Kompetenz...eher nicht.

Hans Kroeger am 19 Jul 2019 08:28:59

Hallo Mountainbiker,
MountainBiker hat geschrieben:der Strom wird nach kurzer Zeit stark absinken, wobei die Konstantspannungsquellen
-sehr genau kalibriert (synchronisiert) werden müssen;
-schon nach kurzer Zeit nachkalibriert werden müssen und nur im geringen Umfang temperaturkompensiert arbeiten.


1. Die Konstantspannungsquellen sind auf 1 mV genau eingestellt und
2. müssen, oder besser können, gar nicht nachkalibriert werden, da sie bisher keine Abweichung zeigen.
3. Der Temperaturkoeffizient sollte für alle 4 Regler sehr ähnlich sein.
4. Ich gehe davon aus, dass Genauigkeit meiner Regler mindestens so gut ist, wie die normaler passiver Balancer.

MountainBiker hat geschrieben:Durch das schnelle absinken des Ladestrom sind die 3A nur Theorie. Du musst viel länger ausgleichen da Du nach der selbst verursachten Drift mehr ausgleichen musst (bis der Strom gegen Null geht).


1. Klar, die 3 A sind der max Strom des Reglers, das ist real.
2. was ist eine selbstverursachte Drift?
3. der Strom der schwächsten Zelle war nach 30 Minuten bereits auf 0,5 A abgesunken, das ist nur 0,0025 C !!
Ich kann allerdings nicht sagen, wie lange es gedauert hätte, bis der Strom auf "0" abgesunken wäre. Müsste ich neue Messung machen.

MountainBiker hat geschrieben:Damit ist Dein Wunsch nach Schonung der Zellen nicht wirklich vorhanden.


hmmmmm, ich kann nicht nachvollziehen, warum eine Ladung auf 3,5 Volt innerhalb eines Zeitraumes von 1 (bis 2 ?) Stunden von Dir nicht als schonend eingestuft wird.....
......und Du hast meine Frage auch nicht beantwortet, welcher Spannungswert wäre besser, als 3,5 Volt?

Ich bin mir jedenfalls sicher, dass ein Balancing durch Einzelzellenladung von niedriger zu höherer Spannung schonender ist, als ein Balancing bei höherer Spannung, mit dem Umweg über die Parallelwiderstände. Dort muss man zu höheren Spannungen greifen, damit der Balancer "aufmacht", immer mit der Gefahr verbunden, ein OVP auszulösen, bei größerer Drift einer Zelle.
Diese Gefahr besteht beim Einzelzellenladen ja nicht, selbst wenn man aus welchen Gründen auch immer, mit einer höheren Spannung (z.B. 3,6 oder 3,7 Volt) laden würde!!!!!
Deshalb ja auch meine wiederholte , aber unbeantwortete, Frage nach der optimalen Spannung!

Servus Hans

MountainBiker am 19 Jul 2019 08:45:54

Alle kommerziell erhältlichen Ladegeräte, die LiFePO4- Einzelzellen laden haben eine Ladeendspannung von 3,7V!

Hans Kroeger am 19 Jul 2019 09:30:56

MountainBiker hat geschrieben:Alle kommerziell erhältlichen Ladegeräte, die LiFePO4- Einzelzellen laden haben eine Ladeendspannung von 3,7V!


Hallo Mountainbiker,
das ist doch schon mal was!
Ich kann zwar mit meinem Serienregler "nur" bis 3,6 V gehen, aber das lässt sich ja ändern....Auch muss ich berücksichtigen, dass meine EV Prints CM100 bei 3,7 V etwa 0,5 A verbraten,was vom Strom der Regler abgeht, aber auch das ist kein Problem zu berücksichtigen.
Ich würde dann mit der 14,6 V Kennlinie meines Ladegerätes zunächst "Vorladen", um dann mit den Serienreglern bei 3,7 V "draufzusatteln".....
Noch 2 Fragen:
1. welches Abschaltkriterium ist Deiner Meinung nach anzuwenden, wenn man mit 3,7 Volt lädt?
2. ich will einen Balancing-Test mit "gedrifteten" Zellen machen. Dazu würde ich eine Zelle separat um Delta C laden, damit diese Zelle dann im Verbund vorzeitig den oberen Spannungswert erreicht. Wieviel Ah wären ein realistischer Wert für das Delta C, bei einer Winston 200 Ah Zelle?

Danke schon mal für eine Antwort.....und ja, ich möchte mich bei Dir für den "Platzhirsch" entschuldigen!

Servus Hans

MountainBiker am 19 Jul 2019 09:53:29

Hallo,

Du hast das Kernproblem Deiner Methode noch nicht erfasst. Wenn Du mit14,2-14,6V "vorlädst", gibt es 2 Möglichkeiten:
(1)Du hast keine oder nur geringe Drift, dann geht alles gut und das System synchronisiert nach der Einzelzellenteilladung;
(2)Beim Vorladen wird bereits OVP ausgelöst (4V), weil die Drift zu groß war - das ist dann wirklich Stress für die Zellen.
Aus diesem Grund empfiehlt es sich ständig zu balancieren, weil kein Balancer das System im größeren Umfang ausser Tritt wieder einfängt ohne Zwangsabschaltungen.

Alternativ mit eben der geringen Spannung vorladen und eben richtig lange fertigladen mit geeigneter Spannung.

Hans Kroeger am 19 Jul 2019 10:27:53

MountainBiker hat geschrieben:Hallo,
(2)Beim Vorladen wird bereits OVP ausgelöst (4V), weil die Drift zu groß war - das ist dann wirklich Stress für die Zellen.
Alternativ mit eben der geringen Spannung vorladen und eben richtig lange fertigladen mit geeigneter Spannung.


Hallo, nun, das ist mir natürlich bewusst.....meine Antwort war ein Schnellschuss. Wollte gerade mein Posting entsprechend editieren, aber Du warst zu schnell. :x
Klar, die Vorladespannung lasse ich (wie ursprünglich vorgesehen) bei 13,9 V. Mein Ladegerät hält diese Spannung 24 Stunden, bevor es auf 13,5 V zurückregelt.
Die Einzelzellenladung machen ich mit beispielsweise 3,6 V (als Kompromiss), das geht noch mit meinem Regler, und der Stress hält sich in Grenzen. Allerdings muss ich mal messen wie lange meine etwas schwachbrüstigen Regler brauchen, bis zur Vollladung. Gegebenenfalls muss ich umrüsten auf 3,7 V leider mit neuer Hardware.
Servus Hans

MountainBiker am 19 Jul 2019 15:15:32

Hallo,

leider wird so nie ein Sorglos-System daraus. Erst wenn Du die 230V Ladetechnik auf 4 galvanisch getrennte Einzelzellen-Ladegeräte mit IU-Kennlinie umstellt und die vorhandene Landstrom-Ladetechnik deaktivierst. Und trotzdem musst Du regelmäßig ans "Netz".

Mein System läuft jetzt im 3. Jahr ohne jeglichen Eingriff.

Hans Kroeger am 19 Jul 2019 17:18:09

MountainBiker hat geschrieben:Hallo,
leider wird so nie ein Sorglos-System daraus. Erst wenn Du die 230V Ladetechnik auf 4 galvanisch getrennte Einzelzellen-Ladegeräte mit IU-Kennlinie umstellt und die vorhandene Landstrom-Ladetechnik deaktivierst.

Da bin ich anderer Meinung. In der "Vorladephase" mit 13,9 V macht es für die Zellen keinen Unterschied, ob sie mit galvanisch getrennten Ladern oder als Paket aus einem Ladegerät geladen werden. Und das ist der Betriebsmodus mit dem ich normalerweise unterwegs bin, wobei ich, wie schon mal beschrieben, sowieso selten zur Vollladung komme.
Die Ladung erfolgt aus Lima, Solargenerator und/oder Brennstoffzelle, nicht aus dem Netzgerät. Der einzige Grund unterwegs eine "Quasivollladung" (bis 13,9 V ohne Balancing) zu erreichen ist, dass sich mein BMV 602 synchronisiert!! Denn damit wird die Brennstoffzelle ein und aus-geschaltet.
Erschwerend bei der ganzen Thematik ist die Tatsache, dass "unterwegs" die Batterie ständig unter Last ist, die sich auch noch ständig ändert. Damit "weiß" das Ladegerät nicht, wieviel vom abgegebene Strom auch tatsächlich in der Batterie lander, oder in der Last.
Für mich steht weiter fest, dass ein Balancing Strom von 1 A +/- bei einer 200 Ah Zelle so gut wie nichts ausrichtet, dafür die Zellen aber mit 3,6 bis 3,7 V (oder mehr) unnötig gestresst werden. Warum sollte ich das tun, wenn die Zellen sowieso sehr wenig driften! Ich hätte auch bedenken, die Batterie nach ein solchen Volladung ohne Last stehen zu lassen. Sie sollte wohl wieder teilentladen werden. Soviel zum Thema Sorglospaket....

MountainBiker hat geschrieben:Und trotzdem musst Du regelmäßig ans "Netz".

Na und? Wenn ich zurückkomme, stehe ich neben der Steckdose. Ich werde dann zunächst mit dem Netzladegerät auf 13,9 V vorladen, und dann zusätzlich mit den Einzelzellenladern auf 3,5 oder 3,6 oder 3,7 V "Balancieren". Bei der Wahl der Ladespannung habe ich bisher nur Deinen Hinweis auf 3,7 V, und von Lars gute Erfahrungen mit 3,6 V.
Was ich bisher nicht habe, sind Fakten, aus denen ich schließen könnte, dass bei Einzelzellenladung 3,5 V nicht ausreicht für das Balancing. Die guten Erfahrungen mit den gängigen Systemen, und die schlechten Erfahrungen mit 14,0 V Batterie-Ladespannung sind doch kein Argument dagegen, eine noch bessere Methode zu finden.

MountainBiker hat geschrieben:Mein System läuft jetzt im 3. Jahr ohne jeglichen Eingriff.

Na und? Ich habe nichts anderes erwartet bei der Vielzahl der Systeme, die ohne Probleme laufen.
Was ich herausfinden möchte ist:
1. ob "mein System" für das Balancing genügend gut ist, und
2. ob eine Begrenzung auf 3,5 V pro Zelle zu einer höheren Lebenserwartung der LiFePO4 Zellen führt.

Wie Du siehst bin ich noch immer am Rätseln, welche Einzelzellenspannung ich am Ende nehme....
Deshalb bin ich auf der Suche nach einem Diskussionsforum, das sich ausschließlich mit diesem Thema befasst, mal sehen was ich "im Rest der Welt" noch finde.....
Servus Hans

P.s. anbei noch eine Messkurve mit 3,5 V Einzelzellenladung on top zur Ladung mit 13,9 V Batterriespannung.

MountainBiker am 19 Jul 2019 17:34:45

Hallo,

Ich weiß nicht, ob wir die gleiche Definition von Sorglos-System haben - meine Definition ist ein System, dass keine Interaktion des Benutzers bedarf, völlig unabhängig vom Betriebszustand oder der Ausgangssituation.

lisunenergy am 20 Jul 2019 12:31:45

Ich halte aktuell sehr viel von 14,4 volt. Oder halt 3,6 volt.
Selbst 3,65 Volt über die letzten 8 Jahre hat zu keiner Veränderung der Kapazitäten geführt. Das sind aber Erfahrungen über Winston. Auch die permanent kleinen Ladeströme über Solar Schaden nicht. Was mir aber auffällt ist, ein höherer Drift bei abgeschaltet en Systemen.

Hans Kroeger am 20 Jul 2019 14:56:06

MountainBiker hat geschrieben:Hallo,

Ich weiß nicht, ob wir die gleiche Definition von Sorglos-System haben - meine Definition ist ein System, dass keine Interaktion des Benutzers bedarf, völlig unabhängig vom Betriebszustand oder der Ausgangssituation.


Hallo Mountainbiker,
immerhin sind wir jetzt soweit, dass wir nicht mehr diskutieren über
- den erheblichen Aufwand eines zellselektiven Ladevorgangs, oder
- Deine fälschliche Annahme, dass dieser für jede Quelle betrieben werden muss (Lima, Netzspannung, Solar), oder
- dass meine Gedanken zur allumfassenden Wahrheit werden sollen, oder gar
- über meinen Kardinalfehler, und den technischen Overkill der Einzelzellenladung.

Jetzt geht es nur noch darum, dass mein System kein Sorglos System ist. Na gut, mag ja nach Deiner Definition so sein.
Sorgen mache ich mir um so etwas:

Insbesondere dann, wenn
1. diese Zelle klar innerhalb der Spezifikation der Zelle betrieben wurde, und
2. das Sicherheitsventil beim Thermal Runaway nicht geöffnet hat, weil es zugeschmolzen war???

Ich habe mich inzwischen durch die verschiedenen Dokumente durchgefressen und will zum Abschluss eine Zusammenfassung dessen bringen, was ich so in den letzten Tagen zum Thema Balancing gefunden habe.

Fortsetzung folgt.

Servus Hans

Hans Kroeger am 20 Jul 2019 15:12:30

Hans Kroeger hat geschrieben:Ich habe mich inzwischen durch die verschiedenen Dokumente durchgefressen und will zum Abschluss eine Zusammenfassung dessen bringen, was ich so in den letzten Tagen zum Thema Balancing gefunden habe.
Fortsetzung folgt.
Servus Hans

1. Passives Balancing mit 1A +/- ist bei einer Bateriekapazität von 200 Ah nicht ausreichend, um eine merklich gedriftete Zelle einzufangen. Um eine solche merkliche Drift zu verhindern, muss man regelmäßig in den Spannungsbereich von 14,4 bis 14,6 V laden. Dabei werden die Zellen im besten Fall (ausbalanciert) mit 3,6 V bis 3,65 V geladen, im ungünstigsten bis 3,9 V (gedriftet).
Dies führt regelmäßig zu einem völlig unnötigen Stress der Batterie im Spannungsbereich über 3,5 V.

2. Für eine LFP Batterie ist ein Betrieb im teilgeladenen Zustand nicht nur unschädlich, sondern günstig für die Lebenserwartung.
Die Notwendigkeit einer gelegentlichen Vollladung ergibt sich ausschließlich aus der Tatsache, dass die Drift der Zellen in einem Bereich gehalten werden muss, der vom Balancing System noch beherrscht wird.
Dieser Bereich wird bei einem niedrigen Balancing Strom sehr klein sein, was wiederum zu häufigem (eigentlich unnötigen) Vollladen/Balancing führt. Große Balancing Ströme führen zu Problemen mit der Wärmeabfuhr. Ein Balancing Strom von 6 A erzeugt immerhin 22 Watt Wärme pro Balance Modul.

3. LFP Zellen sind bei einer Spannung von 3,5 V und niedrigem Strom praktisch voll geladen. Spannungen über 3,5 V gelten als stressig für LFP Zellen.
Es ist mir kein Grund bekannt LFP Zellen mit Spannungen über 3,5 V zu laden, wenn es gelingt die Zellen bei 3,5 V zu Balancieren.

4. Die obigen Fakten und Annahmen führen direkt zu einem Aktiven Balancing System, bei dem alle oben beschriebenen Nachteile vermieden werden. Dabei handelt es sich um galvanisch getrennte IU Einzelzellen-Ladegeräte geringer Leistung, die direkt an jede Zelle angeschlossen werden. Diese werden gleichzeitig mit dem Hauptladegerät betrieben. Während das Hauptladegerät zunächst mit großer Stromstärke die Zellen in den Spannungsbereich unter 3,5 V heranführen, übernehmen dann die Einzelzellenlader das Balancing bei exakt 3,50 V. Getestet wurde das System mit einem 40A/13,9V Hauptladegerät, und 4 Stück 3A/3,5 Volt Einzelzellenladegeräten.

5. Sinnvoll wäre es noch einen Test durchzuführen, bei dem gezielt eine Zelle durch zusätzliche Ladung "aus der Balance" gebracht wird, um danach mit der beschriebenen Methode ein erfolgreiches Balancing nachzuweisen. Hierzu fehlt mir noch ein realistischer Wert für die künstlich erzeugte Diffetenzladung.

6. Anmerkungen: Bei meiner Testanlage werden die Einzelzellenlader manuell aktiviert. Sie bleiben so lange eingeschaltet, bis sie manuell wieder ausgeschaltet werden. Ebenfalls ausgeschaltet werden die Lader automatisch durch ein OVP Ereignis. Das manuelle Ein- und Aus-Schalten ließe sich gegebenenfalls mit einem Timerrelais automatisieren.

7. Die Materialkosten für diese Einzelzellenlader liegen unter 100,- €
Das ist wenig, im Vergleich zu kommerziellen Aktiven Balancer Systemen.

8. Probieren geht über Studieren.
Es mag sehr wohl sein, dass meine theoretischen Überlegungen zwar sachlich richtig sind, aber irrelevant, bezogen auf die Praxis. Scheinbar sind die Winston Zellen nicht nur so robust, dass sie Spannungen über 3,5 Volt einfach wegstecken, und überhaupt über viele Zyklen so gut wie keine Drift zeigen, dass sich der Aufwand meiner Anlage nicht lohnt. Man könnte sich auch einen Drehschalter mit Kontakt zu jeder Zelle installieren. Dann kann man, wenn notwendig, mit einem Labornetzgerät jede Zelle einzeln Balancieren, ohne sie ausbauen zu müssen.
Kann aber auch sein, dass meine Anlage nach 10 Jahren "as good as new" ist, und ich mich grinsend an diese Diskussionen erinnere.

Ich bedanke mich für Eure Geduld und wünsche Euch allen ein schönes Wochenende.
Servus Hans

Rockerbox am 20 Jul 2019 16:12:41

Servus Hans,

ich hab versucht, deinen guten Beiträgen zu folgen, soweit ich es könnte, aber mir stellt sich eine Kernfrage:

Wozu?

Oder besser gesagt, was willst du damit erreichen? Ein möglichst kostengünstiges System?
Oder möglichst viele manuelle Eingriffsmöglichkeiten?

Ich hab versucht, mein System möglichst einfach zu konfigurieren, trotzdem manuell eingreifen zu können wenn nötig. Um alles andere soll sich gefälligst das BMS kümmern, was es bis heute auch problemlos macht.

Dazu ein Minimalaufwand an Verkabelung und somit möglichst wenig Problemstellen.

Aber gern lese ich deine Beweggründe.

andwein am 20 Jul 2019 16:34:07

Hans Kroeger hat geschrieben:......2. ob eine Begrenzung auf 3,5 V pro Zelle zu einer höheren Lebenserwartung der LiFePO4 Zellen führt.

Hier wird es natürlich schwierig. Die Lebensdauer setzt sich aus vielen Themen zusammen, nicht nur des Balancings. Um eine verläßliche Aussage zu erhalten müsste man das Akkupack einem herkömmlichen "Lebensdauertest" der Industrie durchlaufen lassen. Dies ist aber für einen Privatmann kaum durchführbar. An was hängst du denn eine "verbesserte Lebensdauer" gegenüber Akkupacks mit anderen Balancingmethoden auf??`Fragend, Andreas

MountainBiker am 20 Jul 2019 16:43:04

Passives Balancing mit 1A +/- ist bei einer Bateriekapazität von 200 Ah nicht ausreichend, um eine merklich gedriftete Zelle einzufangen.


Wenn man mit der geeigneten Spannung lädt verhindert dieser Balancer aber das eine Drift entsteht!

MountainBiker am 20 Jul 2019 16:46:01

Für eine LFP Batterie ist ein Betrieb im teilgeladenen Zustand nicht nur unschädlich, sondern günstig für die Lebenserwartung.


Gibt es dafür belastbare Zahlen aus Livecycle Test oder ist das nur Bauchgefühl!

MountainBiker am 20 Jul 2019 16:50:26

Sorgen mache ich mir um so etwas

Na ich hoffe Du hast den Text auch gelesen, da geht nämlich um Ladecyclen unter Nennstrom bei Temperaturen unter Null Grad Celsius, wie wird das bei Deinem System verhindert.

MountainBiker am 20 Jul 2019 16:53:13

Deine fälschliche Annahme, dass dieser für jede Quelle betrieben werden muss (Lima, Netzspannung, Solar)


Keine falsche Aussage, denn für einen "sorglos" Betrieb notwendig!

MountainBiker am 20 Jul 2019 16:56:36

Vorschlag: Baue deine Lösung ein und berichte uns im Jahresrythmus über Deine Erfahrungen genau so, wie die User hier schon getan haben!

Tinduck am 20 Jul 2019 20:40:32

MountainBiker hat geschrieben:“Für eine LFP Batterie ist ein Betrieb im teilgeladenen Zustand nicht nur unschädlich, sondern günstig für die Lebenserwartung.“

Gibt es dafür belastbare Zahlen aus Livecycle Test oder ist das nur Bauchgefühl!


Dass Lithiumzellen weder volle Ladung noch Entladung mögen, sondern sich am wohlsten im mittleren Kapazitätsbereich fühlen, sollte inzwischen wohlbekannt sein.

Warum giftest Du Hans eigentlich so an? Er versucht halt mal was anderes, musst du ja nicht.

bis denn,

Uwe

Solarcomputer am 20 Jul 2019 20:59:52

Zu dem Thema Balacing gibt es viele Untersuchungen in Forschungseinrichtungen. Das passive Balacing scheint recht vielen ein Dorn im Auge zu sein, da der Vorgang lange dauert und dabei auch elektrische Energie verloren geht (zu Wärme gewandelt wird). Hier habe ich mal einen Bericht zum Thema aktives Balacing mit DC/DC gefunden, das scheint den Vorstellungen von Hans nahe zu kommen:
--> Link

Folgender Bericht befasst sich mit der Spannungsänderung über die Zeit der Zelle bei einem Konstantstrom 25A... wohl eher nicht für das Wohnmobil geeignet, jedoch gibt es etwas Aufschluss über die Zellspannung Richtung Ladeende:
--> Link

☀️Kai

MountainBiker am 20 Jul 2019 21:15:06

Hallo Kai,

der Link geht genau in die Richtung meines Vorschlags:

Erst wenn Du die 230V Ladetechnik auf 4 galvanisch getrennte Einzelzellen-Ladegeräte mit IU-Kennlinie umstellt und die vorhandene Landstrom-Ladetechnik deaktivierst.


Ist halt mit einigen Aufwand verbunden.

gordan am 21 Jul 2019 08:34:56

Tinduck hat geschrieben:.........Warum giftest Du Hans eigentlich so an? Er versucht halt mal was anderes, musst du ja nicht..........


Das frage ich mich ganze Zeit auch!? Immer Besserwisser, sehr aggressiv, unfreundlich, unhöflich und arrogant.

Beste Grüße
Gordan

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 09:07:41

Tinduck hat geschrieben:.........Warum giftest Du Hans eigentlich so an? Er versucht halt mal was anderes, musst du ja nicht..........

gordan hat geschrieben:das frage ich mich ganze Zeit auch!? Immer Besserwisser, sehr aggressiv, unfreundlich, unhöflich und arrogant.
Beste Grüße
Gordan


Danke für die Bestätigung meiner Erfahrungen mit Mountainbiker. Er ist halt mein Wadelbeiser, den ich aber in Zukunft ignorieren werde.
Ich hatte mir von ihm fachliche Unterstützung erwartet, da kam aber nicht viel. Von meinen Fragen, hat er gerade mal eine beantwortet, nämlich mit dem Hinweis, dass kommerzielle Einzelzellenledegeräte mit 3,7 Volt laden.....Inzwischen bekomme ich den Eindruck, dass er meinen Gedankengang gar nicht versteht, oder nicht verstehen will. Schade, denn er war neben Lars recht aktiv bei dem Thema.

Wie ich eingangs geschrieben habe, möchte hier im Forum mit positiver Einstellung diskutieren und von Euch lernen, .......auch durch negative Kommentare! .....aber Mountainbiker gehört nicht mehr dazu, schade

Euch wünsche ich einen geruhsamen Sonntag,
Servus vom verregneten Tegernsee
Hans

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 09:37:41

Solarcomputer hat geschrieben:Zu dem Thema Balacing gibt es viele Untersuchungen in Forschungseinrichtungen. Das passive Balacing scheint recht vielen ein Dorn im Auge zu sein, da der Vorgang lange dauert und dabei auch elektrische Energie verloren geht (zu Wärme gewandelt wird). Hier habe ich mal einen Bericht zum Thema aktives Balacing mit DC/DC gefunden, das ......

Hallo Kai,
Danke, interessante Artikel, meine Kommentare wenn ich sie verdaut habe .....die Artikel natürlich.....
Servus Hans

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 09:58:47

andwein hat geschrieben:...An was hängst du denn eine "verbesserte Lebensdauer" gegenüber Akkupacks mit anderen Balancingmethoden auf??`Fragend, Andreas


Hallo Andreas,
Auf die Schnelle......Hans Eisenbichler (Faktor) hat Erfahrung mit Tausenden ! Winston Zellen, insbesondere auch Langzeiterfahrung.
Er hat mir ursprünglich erklärt, dass der Stress für die LiFeYPO4 Zelle genau bei 3,5 Volt beginnt....
Nach entsprechenden Dokumenten müsste ich erst in meiner Sammlung graben....
Servus Hans

andwein am 21 Jul 2019 10:15:53

Hans Kroeger hat geschrieben:....Nach entsprechenden Dokumenten müsste ich erst in meiner Sammlung graben....Servus Hans

Die wären interessant!! Mit den Aussagen von Firmenvertretern gehe ich persönlich immer vorsichtig um, mir sind wissenschaftliche Abhandlungen lieber.
at "Tinduck" "Dass Lithiumzellen weder volle Ladung noch Entladung mögen, sondern sich am wohlsten im mittleren Kapazitätsbereich fühlen,"
Diese Aussage ist meiner Meinung nach sicher richtig, gilt aber für alle Batterien nicht nur für Lithium.
Gruß Andreas

George67 am 21 Jul 2019 10:34:15

Ich hatte schon angekündigt, dass ich mitlesen würde, habe aber erst jetzt ein paar Minuten Zeit.

In die Diskussion um "richtig" oder "falsch" mische ich mich garnicht ein - das sind Begriffe, die nur aufgrund von definierten Anforderungen Bedeutung haben. Da diese ofensichtlich verschieden sein können, und auch sind, kann man mit Fug und Recht zu verschiedenen Lösungen kommen. Letztendlich macht jeder, was er will, und die Praxis entscheidet.

Zum Thema der "optimalen Spannung" zum Balancing:

Für meinen Geschmack gehen die vorgesehenen Ströme in eine Größe, die aus Sicht der Kapazität nicht nicht notwendig wäre, wenn man die Balancingzeit nicht nur auf den kurzen Zeitbereich beschränken würde, in dem die Akkus in die Top-Spannung getrieben werden. Natürlich ist das notwendig zu Bestimmung des SOC der Einzelzellen, nur im Top (oder Bottom) Bereich der Spannung ist sie aussagekräftig genug, um eine vernüftige Annahme über den SOC, und damit auch die Unterschiede des SOC, treffen zu können. Das eigentliche Verschieben der Ladung könnte man auch bei kleineren Spannungen machen, es erfordert halt etwas "Intelligenz" in Form eines Prozessors, um sowas zu installieren. Bei den mir bekannten (modernen) Pedelecakkus wird das wohl so gemacht, anders könnte ich mir nicht vorstellen, dass man 10 Ah mit nur 10 mA in Balance hält.
Meinen Block von 50 Ah, den ich in meinem Thread beschreibe, balance ich mit 50 mA. Dabei ist zu breücksichtigen, dass ich tatsächlich im Gesamtbereich zwischen 3,8 bis 4,1 V/ Zelle ( LiIon !) kontinuierlich (!) statisch balance, wann immer der Akku in diesem Spannungsbereich ohne nenneswertem Strom ist, das sind etwa 70 bis 100 Prozent SOC (Netto).

Zum zweiten, nach meinem Geschmack bin ich immer an aktiven Balancing interessiert, weil die Gesamtverluste kleiner sind - nicht wegen der Energieverluste, sondern wegen der abzuführenden Wärme bei höheren Leistungen. Ausserdem hat actives balancing den Vorteil, dass man sich idR nur um die "abgedriftete" Zelle (die ja wohl Energie verloren hat) kümmern muss, statt zum Ausgleich die drei anderen niederknüppeln zu müssen.
Die meisten Konzepte dafür (auch der obige Link) arbeiten mit Spulen bzw Transformatoren zur DC-Trennung, was mir widerstrebt. Ich habe ein einfaches Konzept, auch mal wieder nur für kleine Ströme, im Sinn, welches ohne Trafos auskommt, ich habs aber noch nicht testen können.

Als letztes, bei der gesamten Diskussion in diesem und auch anderer Threads vermisse ich Messungen oder wenigstens Erfahrungswerte, wieviel Drift denn in Praxis mal vorkommt. Man ist sich einig dass die Driftwerte gering sind, aber die Maßnahmen werden für "größere Verschiebungen" gemacht. Mir fehlt da wenigstens der Versuch der Beurteilung und Vorgabe, bis zu welchen Driftwerten das System sich alleine erholen können soll. Und bevor die Aufschreie kommen - man muss berücksichtigen, das eine Drift, egal wie gross grundsätzlich dann nicht gefährlich für den Akku ist, wenn die OVP und UVP Schutzmechanismen korrekt arbeiten - man verliert allenfalls etwas ausnutzbare Kapazität in Höhe der Drift.
Ich habe für mich einen Test gemacht, ich habe eine Zelle um 10 % "gedriftet" - und nach 48 Stunden hatte selbst mein schwachbrüstiger Balancer das wieder eingefangen.

So gesehen, um auf die optimale Spannung zum Balancing für LiFeXX nach obiger Frage (und obigen Verfahren) zurückzukommen, sehe ich keine optimale Spannung dafür, allenfalls einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der Bestimmung des SOC, und Begrenzung des Stresses der Batterien. Und da entscheiden letztendlich die weiteren Betriebsbedingungen (Ladezeit, Verweilzeit, angestrebte Balanncingzeit .... ) und Verfahren, die zur Anwendung kommen.

Hans, ich finde dein System geradlinig, lehrreich und einfach und preiswert aufzubauen. Und deine Beschreibungen dafür finde ich noch lehrreicher.
Danke für deine viele Arbeit, die du da hineingesteckt hast.

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 11:35:05

Hans Kroeger hat geschrieben:....Nach entsprechenden Dokumenten müsste ich erst in meiner Sammlung graben....Servus Hans

andwein hat geschrieben:Die wären interessant!! Mit den Aussagen von Firmenvertretern gehe ich persönlich immer vorsichtig um, mir sind wissenschaftliche Abhandlungen lieber.
at "Tinduck" "Dass Lithiumzellen weder volle Ladung noch Entladung mögen, sondern sich am wohlsten im mittleren Kapazitätsbereich fühlen,"
Diese Aussage ist meiner Meinung nach sicher richtig, gilt aber für alle Batterien nicht nur für Lithium.
Gruß Andreas


Hallo Andreas,
....bei den Bleibatterien ist das anders. Die fühlen sich am wohlsten, wenn sie 100 % geladen sind. Betreibt man eine Bleibatterie im mittleren Kapazitätsbereich, dann bilden sich mit der Zeit harte Sulfatkristalle. Diese können beim Laden der Batterie nicht vollständig gelöst werden und führen damit zu einem bleibenden Kapazitätsverlust.
Aber zurück zum Lithium:
hier ist ein Artikel den ich weiter oben schon erwähnt hatte:
--> Link

Dort wird nicht nur beschrieben "woraus der Stress" besteht, sondern auch erklärt, dass man zwar mit 3,4 V eine LFP Zelle vollständig laden, und sogar überladen kann. Andererseits empfiehlt der Autor eine Ladespannung von 3,5 V, um den Memoryeffekt zu "löschen".

Völlig unabhängig davon erklärt er sehr gut, warum es so wichtig ist den Ladevorgang zur "richtigen Zeit" zu beenden. Dieser Zeitpunkt ließe sich durch die Messung des Ladestromes bei ausgeschalteter Last gut bestimmen. In meinem System verwende ich immerhin diesen Wert, um das Ladeende für die Brennstoffzelle zu bestimmen.
Allerdings kenne ich nicht den Strom meiner Einzezellenlader. Ich weiß nur, dass er kleiner als 3 A ist.

Bisher schalte ich die Einzelzellenlader alle gemeinsam dann ab, wenn sich die Zellenspannung bei 3,5 V einpendelt. Natürlich kann eine gedriftete Zelle diesen Vorgang so beeinflussen, dass die 3 anderen Zellen in einem gewissen Maß überladen werden, während die gedriftete Zelle noch geladen wird. Mit einem ausgefuchsten System, könnte man natürlich die Einzelzellenlader so erweitern, dass sie den Zellenstrom messen, und jedes Lademodul beim Unterschreiten von einem Grenzwert individuell abschaltet.
Einfacher wäre es jeden Lader mit einem separaten Ein/Aus Schalter zu versehen, und nach dem Einpendeln der Zellenspannung auf 3,5 V den Lader abschalten. Vielleicht mache ich das noch!
Jedenfalls ist es so möglich, dass man verschiedene Ladequellen (Lima, Solar, Netz, Brennstoffzelle) für die "Vorladung" verwendet, und dann mit nur einem Satz von Einzelzellenladern das Topcharging und damit das Balancing abschließt.
Ich bin mal gespannt auf Deine Antwort.
Servus Hans

P.s. Natürlich gibt es noch andere Stressfaktoren für die LFP Zellen. Dominierend sind dabei hohe Ladeströme bei Temperaturen unte +5 °C, oder längeres Verweilen bei Temperaturen über +35 °C. In beiden Fällen schalte ich alle meine Ladequellen ab.....wobei ich die Temperaturgrenzwerte bei Bedarf beliebig einstellen kann.

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 16:56:42

Hallo zusammen,
hier ist noch ein hochinteressante Artikel.
--> Link

Obwohl es sich um Lion Zellen handelt, kann man vieles darin finden, zu unserem Thema. Dort werden Testergebnisse dargestellt für den realistischen Zyklenbetrieb und den Einfluss verschiedener Parameter auf die Lebenserwartung der Zellen. Auch der Einfluss der Ladespannung ist dabei. Absolut lesenswert!
Der Mitautor Andreas Jossen ist mir noch aus meiner Blei-Zeit als außerordentlich kompetent in Erinnerung.
Servus Hans

blacky9999 am 21 Jul 2019 17:18:38

at Hans.

Danke, daß Du Dich hier so einbringst, trotz häufiger Streitereien mit dem MountainBiker. Was hier richtig oder falsch ist an Eueren Ideen, vermag ich nicht zu beurteilen, da meine Fachkompetenz auf diesem Gebiet nicht ausreichend genug ist. Trotzdem lese ich hier alle Post genau durch, um mir vielleicht irgendwann ein Bild machen zu können.

Ich würde mich freuen, wenn die hier Beteiligten fachorientiert und sachlich weiter diskutieren würden. Dafür ist dieses Forum doch da. Persönliche Rangeleien gehören hier wenn, dann nur am Rande herein.

Auf die nächsten Posts bin ich schon gespannt.

Viele Grüße.
blacky9999

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 17:27:13

blacky9999 hat geschrieben:at Hans.

Danke, daß Du Dich hier so einbringst, trotz häufiger Streitereien......Persönliche Rangeleien gehören hier wenn, dann nur am Rande herein.
Auf die nächsten Posts bin ich schon gespannt.
Viele Grüße.
blacky9999


Hallo blacky,
Danke für die Ermunterung! Momentan streite ich am meisten MIT MIR SELBST :? :oops: ....da ich noch nicht so ganz glücklich bin mit der Umsetzung meiner Idee in die passende Hardware. Bin gerade dabei eine sehr einfach nachzubauende Lösung zu entwickeln, bei der die Einzelzellenladung individuell bei Erreichen des Ladeendes automatisch abgeschaltet wird. Ich werde gegebenenfalls berichten.....
Servus Hans

blacky9999 am 21 Jul 2019 19:28:25

Hans Kroeger hat geschrieben:
Bin gerade dabei eine sehr einfach nachzubauende Lösung zu entwickeln, bei der die Einzelzellenladung individuell bei Erreichen des Ladeendes automatisch abgeschaltet wird. Ich werde gegebenenfalls berichten.....
Servus Hans



Genau daran bin ich interessiert. Wenn ich Dich richtig verstehe, arbeitest Du mit 2 BMS Systemen.

a. Das Standard System mit den EV Balancern
b. Ein Eigenbausystem, das sie Zellen einzeln balanciert und nur gelegentlich, quasi als Wartungsladung und Balancierung dient.

Somit schöpfst Du die Vorteile beider Systeme aus.

Ich werde weiterhin gespannt mitlesen.

Viele Grüße.
blacky9999

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 20:21:07

blacky9999 hat geschrieben:Wenn ich Dich richtig verstehe, arbeitest Du mit 2 BMS Systemen.
a. Das Standard System mit den EV Balancern
b. Ein Eigenbausystem, das sie Zellen einzeln balanciert und nur gelegentlich, quasi als Wartungsladung und Balancierung dient.
Somit schöpfst Du die Vorteile beider Systeme aus.
Ich werde weiterhin gespannt mitlesen.


Hallo Blacky, so ist es.
Die EV Balancer verwende ich primär wegen der OVP/LVP Schleife.
Wenn ich am Netz bin mache ich gelegentlich eine Topladung mit Balancing mit Hilfe der Einzelzellenlader nachdem ich vorher die Hauptladung mit einem 40A / 13,9V Ladegerät gemacht habe.

Ich bin auf der Suche nach einem 5A / 3,6 V Single Cell Ladegerät mit automatischer Abschaltung am Ladungsende. Dann ließe sich das ganze einfach zusammensetzen. Ich werde in Kürze so ein Gerät testen......dann melde ich mich.
Servus Hans

George67 am 21 Jul 2019 20:34:13

Hans Kroeger hat geschrieben:Hallo zusammen,
hier ist noch ein hochinteressante Artikel.
--> Link


Von Keil gibt es auch ne Dissertation. Ebenfalls sehr gut.
--> Link

blacky9999 am 21 Jul 2019 20:35:40

Servus Hans,

wann wäre denn das Ladungsende? Wenn der Ladestrom gegen 0 geht?

Viele Grüße.
blacky

Hans Kroeger am 21 Jul 2019 21:35:13

blacky9999 hat geschrieben:Servus Hans,
wann wäre denn das Ladungsende? Wenn der Ladestrom gegen 0 geht?
blacky


Ich hatte versucht die Daten des antizipierten Gerätes zu finden, ohne Erfolg. Jetzt warte ich bis das Gerät da ist um es dann zu vermessen. Gleichzeitig versuche ich mir Eine Meinung zu bilden, was die Kriterien sein sollten.....damit es nicht zur Überladung kommt.....
Also alles noch in Bewegung.....
Servus Hans

Hans Kroeger am 22 Jul 2019 09:26:07

George67 hat geschrieben:Von Keil gibt es auch ne Dissertation. Ebenfalls sehr gut.
--> Link


Hallo Sunlight, Danke muss ich noch genau lesen....

An alle Mitleser:
Hier ist eine Darstellung wo alle Übeltäter beisammen sind....


Fazit :
Bei LiOn Zellen wird der Alterungsprozess (kalendarisch und Zyklieren) durch folgende Variablen beschleunigt:
1. Temperaturen über 25°C
2. Temperaturen unter 25 °C
3. Ladespannung, je höher um so schlechter (SOC)
4. Ladungsentnahme (DOD), je tiefer die Entladung ist, um so schlechter

Im praktischen Gebrauch kann man nur an 3 (Ladespannung) deutlichen Einfluss nehmen.
Meine Schlussfolgerung ist:
Die Ladespannung so niedrig, wie möglich wählen, und für das Balancing auf 3,5 V begrenzen[/b]. Das reicht gerade mal, um die Driftwerte der Zellen sichtbar zu machen, um den Memory Effekt auszugleichen und um den geringsten Stress zu verursachen. Allerdings muss jede Zelle auf diesen Wert geladen (balanciert) werden.

Servus Hans

Solarcomputer am 22 Jul 2019 10:29:20

Es gibt wohl auch noch weitere Balacing Verfahren. Eine Variation ist ein kapazitives „Flying Capacity“. Dabei wird eine Kondensator an einer Zelle aufgeladen und an einer anderen Stelle (nicht unbedingt Zelle) wieder entladen. Dabei werden beide Seiten des Kondensators geschaltet. Auf diese Weise geschieht eine Umverteilung der Ladung zwischen den Zellen. Soweit ich das verstehe, könnte das Verfahren auch beim Entladen genutzt werden, sodass ein Balacing sowohl beim Laden als auch beim Entladen ständig stattfinden kann.

Hier die entsprechende Patentanmeldung:
--> Link

Dort wird über eine Kammschaltung die Anzahl der Kondensatoren und Schaltelemente reduziert. Bei 4 Zellen scheint eine Sternschaltung jedoch kein Problem zu sein. Die Patentidee zielt auf Akkus mit sehr vielen Zellen (fürs E-Auto).

☀️Kai

Hans Kroeger am 22 Jul 2019 20:21:25

So ein Mist, ich wollte eine Zelle von meiner Batterie um 5% entladen, um danach zu messen wie gut mein Balancing System die Zelle wieder einfängt. Dabei habe ich wohl den Treiber für das Latching Relais zerschossen.

Aber jetzt zur letzten Frage, bei welchem Strom soll man die Einzelzellenlader abschalten. Ich habe mir folgendes überlegt.
Eine der Ladekennlinien meines Netzgerätes bleibt auf 13,9 Volt für 24 Stunden, bevor es die Spannung auf 13,5 Volt reduziert.
Ich nehme mal an, die Leute von Votronic wissen was sie tun....
Wenn ich mit den Einzelzellenladern auf 14,0 Volt gehe, (3,5 V pro Zelle), dann sollte es kein großer Stress sein dort für beispielsweise 6 Stunden zu verweilen. Angenommen eine Zelle hat ein Kapazitätsdefizit von 5%, entsprechend 10 Ah bei einer 200 Ah Zelle. Dann würde mein Einzelzellenlader mit z.B. durchschnittlich 2 A effektivem Ladestrom 5 Stunden für das Balancing brauchen. Die 2A ergeben sich aus der Tatsache dass ein erheblicher Leitungswiderstand zwischen Lader und Zelle besteht, mit dem entsprechenden Spannungsabfall.
Da die passiven Balancer bei manchen Ladekennlinien wesentlich weniger Zeit haben, um mit 1 A die Ladungsdifferenz auszugleichen, sollte das nicht so ganz falsch sein.
.....aber alles leider nur Theorie. Erst wenn ich die Anlage im Fahrzeug in Betrieb habe, wird sich das Rätsel lösen.
Bei der Suche nach einem Plug and Play Einzelzellenlader habe ich zwar ein 5A Gerät gefunden, das sich selbst abschaltet. Leider ist die Spannung mit 3,65 Volt höher als gewünscht. Trotzdem bleibt dieses Gerät im Rennen, ich will es testen.
Ich kann mir auch vorstellen meine 3A Lader auf 5 A aufzubohren, und auch die Verbindungskabel zu den Zellen dicker zu machen.
.....aber leider muss ich jetzt erst mal meine zerschossene Hardware reparieren, ......
Servus Hans

Hans Kroeger am 23 Jul 2019 07:09:21

George67 hat geschrieben:Hans, ich finde dein System geradlinig, lehrreich und einfach und preiswert aufzubauen. Und deine Beschreibungen dafür finde ich noch lehrreicher.
Danke für deine viele Arbeit, die du da hineingesteckt hast.


Hallo Sunlight, Danke für die Blumen. Ich bin erst jetzt auf Deinen "2 Spannungen" Blog gestoßen. Sehr interessant, und vor allen Dingen weg von den ausgetretenen Pfaden. Respekt!

Ich würde dort mitdiskutieren, bin aber momentan 100% absorbiert mit meinem Krempel.....wie Du ja siehst.

Keep the good spirit,
Servus Hans

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