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LiFeYPO4 12 V Batterie Balancing durch Einzelzellenladung 1 ... 8, 9, 10, 11, 12


Hans Kroeger am 25 Nov 2019 07:49:51

Inzwischen ist auch Teil 2 meiner Tests beendet. Das Ergebnis lautet:
Nach der Tiefentladung der Zelle, und der vollständigen Ladung auf 100% wurde die 12 Ah Zelle mit konstant 1 A entladen. Dabei wurden wieder 12 Ah entnommen. Die Endspannung der Zelle nach 12 Stunden Entladung war mit 3,01 Volt marginal niedriger, im Vergleich zur entsprechenden Endspannung von 3,02 V beim Test vor der Tiefentladung. Dies liegt im Rahmen der Messgenauigkeit und soll noch durch einen zweiten Lade/Entladezyklus bestätigt werden.
Fazit: durch die Tiefentladung der Zelle wurde ihre aktuelle Kapazität SOH (state of health) gar nicht, oder nur marginal verringert.

Ich würde sagen, dass sich Eure Prognosen weitestgehend bestätigt haben:
1. kein Aufblähen der Zelle
2. Geringer (oder gar kein) Verlust der Zellkapazität.

Was das bedeutet in der Diskussion zum Thema Bottom Balancing werde ich später beschreiben.

Im dritten Teil meines Tests werde ich versuchen den Innenwiderstand der Zelle zu messen, um diesen dann mit einer Referenzzelle zu vergleichen, die nicht tiefentladen wurde.


lisunenergy am 25 Nov 2019 09:06:47

Versuche mal die Zelle danach 2 Wochen liegen zu lassen und lade mit 0,5 bis 1 c. Ich habe gerade einen Hubschrauberakku wo die Zellen durch Tiefentladung keinen Strom mehr aufnehmen. Das blähen geht bei einer Rundzelle nicht. Dort öffnet das Ventil.Auch ein Versuch mit 4 Zellen wäre sehr interessant.

Stocki333 am 25 Nov 2019 09:34:15

Hallo Hans
Eigentlich habe ich das Ergebnis erwartet. Anders hätte die Sache ausgeschaut, wenn die Zelle Tiefentladen länger liegt. Das wäre vermutlich ihr Tod. Die Headway sind sehr robuste Zellen. Und mit dem geringen Entladestrom von 1 A habe ich das Ergebnis erwartet.
Bei höheren Strömen sieht das vielleicht anders aus.
Danke für die Arbeit die du dir antust. Solltest du das mit einer Prismatischen Zelle wiederholen wollen, so ab 40 Ah wie sie in Fertigaccus verwendung finden. Ich beteilige mich sofort an den Kosten. Werden ja Einzelzellen immer wieder angeboten. Hier wäre das laden in der Tiefkühltruhe intressant.
Mach weiter so.
Franz

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Hans Kroeger am 25 Nov 2019 17:17:03

Stocki333 hat geschrieben:Hallo Hans
Solltest du das mit einer Prismatischen Zelle wiederholen wollen,......Hier wäre das laden in der Tiefkühltruhe intressant.
Mach weiter so.
Franz

Danke Franz, ich tue mein bestes, aber zunächst mal nur mit den Headway Zellen, dann sehen wir weiter. Ja, laden in der Tiefkühltrue wäre interessant.....
Servus Hans

Hans Kroeger am 25 Nov 2019 17:38:40

Hallo zusammen. Der Teil 3, die Impedanzmessung ist fertig.
Ich habe zwei geladene Headway Zellen in Serie geschaltet und diese dann mit meinem elektronischen Lastsimulator verbunden. Diesen habe ich so eingestellt, dass er einen gepulsten Laststrom zieht, und zwar mit 1 A minimum und 3 A maximum, Duty Cycle 50 %, Pulsfrequenz etwa 1,4 kHz. Dabei sieht man weder beim DC Plateau noch beim Einschwingverhalten der Zellspannung irgend einen Unterschied im Verhalten der beiden Zellen. Die eine Zelle war die mit der Tiefentladung, die andere Zelle ist die unbenutzte Referenz.
Fazit: die Tiefentladung hat keinen messbaren Unterschied der Impedanz der Zellen ergeben.



Die X-Achse zeigt 0,1 msek, die Y-Achse zeigt 10 mVolt je Skaleneinheit. Die Kurve ist bei beiden Zellen identisch. Der DC Anteil von etwa 5 mV je 2 A Stromänderung ergibt etwa 2,5 milliOhm DC Impedanz der Zelle.
Im abschließenden Teil 4 des Test, werde ich beide Zellen initialisieren, und danach in Reihe geschaltet entladen. Dabei würde eine Unterschied in der Kapazität durch einen Spannungsunterschied am Ende der Entladung deutlich werden.
Servus Hans

Hans Kroeger am 27 Nov 2019 11:16:52

Jetzt habe ich nochmal den Innenwiderstand beider 12 Ah Zellen gemessen, nach Volladung, bei einem Lastsprung von 1 A auf 11 A. Dabei bricht die Spannung (gemessen an den Polen der Zellen) um 80 milliVolt ein, ohne Unterschied bei beiden Zellen.
Das entspräche einem ohmschen Innenwiderstand von 8 milliOhm. Ob das typisch ist für eine 12 Ah Headway Zelle kann ich nicht beurteilen.
Hat hier jemand diesbezüglich Erfahrungen?
Jedenfalls unterscheidet sich auch hier die vorher tiefentladene Zelle nicht von der Referenzzelle.
Servus Hans

lisunenergy am 27 Nov 2019 11:37:09

Wichtig wäre mal ein Test mit 14 Tage ohne Nachladen. Hier bin ich gespannt wie es sich chemisch verhält. Spricht schon mal sehr für diese Zelle.

George67 am 27 Nov 2019 16:33:30

Hans Kroeger hat geschrieben:Das entspräche einem ohmschen Innenwiderstand von 8 milliOhm. Ob das typisch ist für eine 12 Ah Headway Zelle kann ich nicht beurteilen.
Hat hier jemand diesbezüglich Erfahrungen?

Ich kann beitragen, daß Hochstromzellen als 18650 in der Gegend 10-20 mOhm liegen, wenn sie gut sind, mit der Lebensdauer steigt das an. Hochkapazitätszellen liegen etwas höher. Das liegt normiert zur Kapazität ähnlich zu deinen Messungen. Dein Messprinzip ist garnicht schlecht, nur würde ich bei der Kapazität die Messfrequenz etwas niedriger legen.

Eine Veränderung (Vergrößerung) des Innenwiderstands ist sehr gur korreliert zu fortgeschrittener Lebensdauer und auch zu Verschleissanzeichen. (Bei LiIon).

Wenn du es dir leisten kannst, kauf ein YR 1030 oder YR1035, damit kannst du Messungen machen, die andere mit eigenen vergleichen können, wenn sie das Ding auch haben. Gibts in der Alibucht um 30 bis 50 Euro. Nur zur Info, das Ding macht 4-Pol-Messungen bei ca 1 kHz und kann also solch niedrige (Innen)Widerstände messen. Mit dem Teil bekommst du auch für volle oder leere Zellen fast das gleiche Ergebnis.

Hans Kroeger am 27 Nov 2019 16:52:34

lisunenergy hat geschrieben:Wichtig wäre mal ein Test mit 14 Tage ohne Nachladen. Hier bin ich gespannt wie es sich chemisch verhält. Spricht schon mal sehr für diese Zelle.

Hallo Lars,
Du meinst wahrscheinlich 14 Tage im vollständig entladenen Zustand verweilen, oder?
Das könnte ich vielleicht als abschließenden Test machen, denn ich vermute, dass sich in dieser langen Zeit die Chemie so verändert, dass die Zelle erheblichen Schaden nimmt.
Servus Hans

Hans Kroeger am 02 Dez 2019 17:46:42

Heute morgen habe ich einen neuen Tiefentladungstest gestartet. Zunächst habe ich die entladene Zelle über einen 2 Ohm Widerstand kurzgeschlossen. Nach etwa 3 Stunden war die Zellenspannung bei 0,15 Volt. Danach habe ich den Widerstand entfernt und die Zelle sich selbst überlassen. Nach insgesamt 24 Stunden werde ich die Zelle wieder laden um zu sehen, welchen Schaden sie in dieser Zeit genommen hat.
Weitere Tiefentladungen mit längeren Standzeiten können dann folgen, wenn die Zelle das noch mitmacht.......
Servus Hans

Hans Kroeger am 05 Dez 2019 18:35:48

Inzwischen hat sich folgendes ergeben:
Bei der Ladung nach der Tiefentladung über 24 Stunden, hat die Zelle so, wie früher, etwa 12,3 Ah aufgenommen. Beim folgenden Entladetest hat sie ebenfalls 12,3 Ah wieder abgegeben.
Fazit: bisher kann ich keine Schädigung der Zelle durch die vorhergehende Tiefentladung feststellen.

Jetzt werde ich die entladene Zelle wieder mit einem 2 Ohm Widerstand kurzschließen. Diesmal lasse ich den 2 Ohm Widerstand für 24 Stunden angeschlossen, um danach wieder durch Laden und Entladen festzustellen, ob ich eine Schädigung feststellen kann.

Später werde ich dann die Zeitspanne der Tiefentladung schrittweise verlängern.......
Irgendwann werde ich die Zelle doch klein kriegen.
Servus Hans

George67 am 06 Dez 2019 18:12:04

Auf der einen Seite wirst du die gewonnenen Erfahrungen bestimmt nicht in ein Balancerverfahren umsetzen können - niemand wird seine teuren Zellen mutwillig ausserhalb der Spec betreiben.

Auf der anderen Seite ist es total interessant, was du hier Stück für Stück ermittelst. Die Zellen sind ja unglaublich zäh ! :D
Gut zu wissen für die, die unabsichtlich in diese Bereiche hineingeraten oder die Sicherheitssystem konfigurieren wollen.

Forschung ist nie vergebelich, nicht einmal dann, wenn sie mit einem negativen Ergebnis endet. Und diesen Fall hast du ja nicht einmal....

Du bekommst mal ein dickes Plus von mir, damit du weisst, dass ich deine Berichte nicht nur lese, sondern auch für wichtig halte. Denn was man damit machen kann, weis man erst, wenn alle Fakten beisammen sind!

Nachtrag: ich bin ja fast versucht, gleiches mal mit LiIons zu machen.....

Hans Kroeger am 06 Dez 2019 21:39:25

George67 hat geschrieben:Auf der einen Seite wirst du die gewonnenen Erfahrungen bestimmt nicht in ein Balancerverfahren umsetzen können - niemand wird seine teuren Zellen mutwillig ausserhalb der Spec betreiben.


Hallo Schorsch,
zunächst mache ich das einfach nur um Meinungen und Theorieen den Fakten gegenüber zu stellen......und wie man sieht, gibt es da Unterschiede.

Auf der anderen Seite ist es total interessant, was du hier Stück für Stück ermittelst. Die Zellen sind ja unglaublich zäh ! :D
Gut zu wissen für die, die unabsichtlich in diese Bereiche hineingeraten oder die Sicherheitssystem konfigurieren wollen.

Sehe ich genau so.....
Du bekommst mal ein dickes Plus von mir, damit du weisst, dass ich deine Berichte nicht nur lese, sondern auch für wichtig halte. Denn was man damit machen kann, weis man erst, wenn alle Fakten beisammen sind


Danke, ich befürchte, dass meine Tests kaum jemanden interessieren.....was mich nicht davon abhält, weiter zu messen.....aber bei fehlendem Interesse würde ich dann hier nicht mehr berichten.....

Gerade habe ich die Zelle nach 24 Stunden vom 2 Ohm Kurzschluss befreit. Jetzt lade ich wieder mit 0,1 A, bis etwa 2,5 Volt. Wenn möglich dann weiter mit 1 A. Bin gespannt, was passiert.......habe immerhin einen Rauchmelder auf die Zelle gelegt.

Wenn ich irgendwann die Headway kaputt gektirgt habe, dann mache ich das ganze nochmal mit der Winston Zelle, die ich kürzlich wegen Selbstentladung und kalendarischer Alterung in der Mangel hatte.

Servus Hans

andwein am 07 Dez 2019 11:19:59

Hans Kroeger hat geschrieben:...Danke, ich befürchte, dass meine Tests kaum jemanden interessieren.....was mich nicht davon abhält, weiter zu messen.....aber bei fehlendem Interesse würde ich dann hier nicht mehr berichten....
Servus Hans

Mach nur weiter, mich interessierts
Gruß Andreas

towi am 07 Dez 2019 12:08:21

Hans Kroeger hat geschrieben:
Danke, ich befürchte, dass meine Tests kaum jemanden interessieren.....was mich nicht davon abhält, weiter zu messen.....aber bei fehlendem Interesse würde ich dann hier nicht mehr berichten.....

Servus Hans


Moin Hans,

Ich denke das hier jede Menge stille Mitleser ( wie ich ) vorhanden sind.
Deshalb ein moralische Danke von mir für deine Tests/Berichte
Nicht aufhören :-) - ist doch schön zu sehen/lesen was die Technik leisten kann

Danke & Gruß
towi

Gast am 07 Dez 2019 12:14:35

Das denke ich auch, dass hier sehr viele interessiert mitlesen. Deine Versuche erhöhen das Vertrauen in diese Technik. Dafür gibt's auch ein ganz dickes Plus von mir.

geralds am 07 Dez 2019 16:42:23

egocogito hat geschrieben:Das denke ich auch, dass hier sehr viele interessiert mitlesen.


Ja, unter anderem ich.

Gruß Gerald

Stocki333 am 07 Dez 2019 18:16:07

Hallo Hans
Mach dir keinen Kopp. Du hast mehr Mitleser als du glaubst.
Und du schreibst sehr verständlich. also für viele Verständlich. Auch ein Punkt den ich dir hoch anrechne. Und diese Materie mit der du dich jetzt beschäftigst, das hat was. Du bewegst dich naturlich mit deinem Tröt auch ausserhalb des Mainstream.
Dort mit diskutieren ist für Anwender nicht einfach. Aber nicht unintressant.
Dafür auch von mir einen Punkt. Den es ist viel Arbeit dahinter. Auch die Stunden am Computer.
Weiter so.
Gruß Franz

Hans Kroeger am 07 Dez 2019 19:15:37

Hallo Mitleser,
Danke für Eure Rückmeldungen, das freut mich wirklich!

Der neue Stand meiner Tiefentladetests ist wie folgt:
Nachdem ich die entladene Zelle (2,5 V) mit 2 Ohm kurzgeschlossen habe fiel die Spannung stetig bis auf Null Volt ab.
Ich habe die Zelle insgesamt 24 Stunden in diesem kurzgeschlossenen Zustand belassen.
Dann habe ich mit 0,1 A die 12 Ah Zelle auf 2,5 V geladen. Danach habe ich den Ladestrom auf 1 A erhöht, entsprechend knapp 0,1 C.
Nach genau 13 Stunden war die Zellspannung auf 3,55 V gestiegen, und ich habe die Ladung beendet.
Fazit: nach 24 Stunden Tiefentladung durch 2 Ohm Kurzschluss nimmt die 12 Ah Zelle ohne Probleme 13 Ah Ladung bei 1 A Ladestrom auf.
Der nächste Schritt wird wieder die Entladung mit 1 A sein, um zu verifizieren, dass die aktuelle Kapazität (SOH) tatsächlich noch immer über der Nennkapazität von 12 Ah liegt.

Anmerkung: inzwischen habe ich den folgenden Artikel gefunden:
--> Link)

Darin wird für eine Zelle genau beschrieben, dass es zu den befürchteten chemischen Reaktionen (Auflösung von Kupfer, Dendritenbildung usw.....) NICHT kommt, wenn die Tiefentladung weniger als -12% SOC beträgt. -12% SOC entspräche einer Entladung auf zunächst 0 Volt mit folgender Umpolung bis zu einer Zellenspannung von -2,2 Volt.

1. Das erklärt zum einen meine Messungen bisher.
2. Zum anderen erklärt es aber auch, warum eine Batterie (zum Beispiel 4 Zellen in Reihe) durchaus geschädigt werden kann, wenn man sie tief entlädt.
Dabei kann die Zelle mit der geringsten Kapazität zunächst vollständig entladen werden, während die 3 anderen Zellen noch Ladung enthalten. Setzt man jetzt den Entladevorgang fort, dann wird die schwächste Zelle umgepolt und danach von den 3 anderen Zellen in umgekehrter Richtung bestromt. Sobald dabei die die schwächste Zelle auf mehr als -2,2 V "geladen" wird beginnt der Zersetzungsprozess.
Beispiel: Batteriespannung sinkt bei Tiefentladung unter + 6,5 Volt, wobei 3 Zellen noch 3,0 V aufweisen, dann ergibt sich für die umgepolte schwächste Zelle (6,5-3-3-3) V = -2,5 V, und diese Zelle wird geschädigt!
Wäre diese Batterie mit Bottom Balancing betrieben worden, dann wäre eine solche Schädigung nicht aufgetreten.

Jetzt ist auch dieser Beitrag zum Thema Bottom Balancing besser einzuordnen:
--> Link

Inzwischen hinterfrage ich einige der Standards, die heute beim Battery Management gelten. Ein Beispiel: kann man auf die LVP und OVP Abschaltung verzichten, wenn man gut balancierte Zellen (auch Top balancierte) hat, und einen Unterspannungs / Überspannungs Schutz für die gesamte Batterie hat, zum Beispiel
--> Link

Jetzt bin ich gespannt auf Eure Kommentare.
Servus Hans

Hans Kroeger am 07 Dez 2019 19:38:27

Noch eine Anmerkung: ich befürchte, dass auf diesem Gebiet leider "einer vom anderen" abgeschrieben hat, .......schließlich habe ich das genauso gemacht, bisher.
Auch haben mich die praktischen Erfahrungen von Lars mit den Ladespannungen dazu angeregt, den "Dingen auf den Grund zugehen".
Deshalb meine Versuche, die sich wohl bereits gelohnt haben.
Inzwischen betreibe ich (nach reichlich Recherche) meine Winston Batterie im Wohnmobil bei Frost mit einer Stützladung von 12,8 Volt, wobei die Zellen praktisch leer sind.
Nach meinem Wissensstand sollte sich dabei die längste kalendarische Lebenserwartung ergeben. Hoffentlich wird das nicht ein "Langzeit-Test" mit negativem Ausgang......weil ich mich auf die theoretischen Aussagen verlassen habe :(

Gast am 07 Dez 2019 19:46:28

Deinen Erkenntnissen zufolge, kommt es also - zumindest bei diesen Zellen - erst dann zu einer Schädigung, wenn sich die Tiefentladung bis zur Umpolung steigert. Von daher wäre es nach meinem Dafürhalten eher kontraproduktiv, wenn OVP/UVP lediglich über die Gesamtspannung erfolgte, weil ja genau dann dieser von dir beschriebene Effekt eintreten könnte. Daher ist auch für diesen Fall die Einzelzellüberwachung offenbar unabdingbar - so sehe ich es zumindest.

Stocki333 am 07 Dez 2019 19:52:49

Hoffentlich wird das nicht ein "Langzeit-Test"


Ähm, :gruebel: ups, :stumm:
Wie alt bist du. Hast das mal geschrieben. :mrgreen: :mrgreen:
Grinsend Franz

Hans Kroeger am 07 Dez 2019 20:05:49

Hoffentlich wird das nicht ein "Langzeit-Test"


Ähm, :gruebel: ups, :stumm:
Wie alt bist du. Hast das mal geschrieben. :mrgreen: :mrgreen:
Grinsend Franz


Ach Franz, muss das sein :( habe ich gerade mal verdrängt..... :roll:
....aber Du hast Recht, wenn meine GELBEN Zellen 15 Jahre halten, dann haben die GRAUEN Zellen 91 Jahre auf dem Buckel, neeeeee, das kann doch nicht sein......
Früher hat man den Zollstock verwendet für die Darstellung wieviel Zeit einem noch bleibt, jetzt sind es plötzlich die Li Zellen, verrückte Zeiten :!: :!:

Hans Kroeger am 07 Dez 2019 20:14:28

egocogito hat geschrieben:...eher kontraproduktiv, wenn OVP/UVP lediglich über die Gesamtspannung erfolgte, weil ja genau dann dieser von dir beschriebene Effekt eintreten könnte.


Hallo Ego,
so habe ich das früher auch gedacht.....aber genau das ziehe ich in Zweifel: überlege (rechne) mal, wie Du bei einer 12 V Batterie eine Zelle umpolen kannst, wenn Du beispielsweise bei 11 Volt Batteriespannung alle Lasten abschaltest.......ich bin gespannt.....ob Du das hinbekommst :?:
Servus Hans

George67 am 07 Dez 2019 20:46:06

Das hängt von der Zellenzahl ab, und der Chemie.
Bei LiFe und 4 Zellen reicht UVP, bei LiIon und 10 Zellen sieht es anders aus.
Ich habe schon einen Pedelec Akku gehabt, der gut aussah, mit 34 Volt (unteres Limit für 10s ist 30 V.) Es stellte sich aber heraus, dass eine Stufe 0 V hatte, die anderen 9 hatten knapp 4V. Sind auch 34 V.
Wohl deswegen überwacht ein BMS bei 10s auch Einzelzellen UND Gesamtpacket.

Hans Kroeger am 07 Dez 2019 20:52:19

George67 hat geschrieben:Das hängt von der Zellenzahl ab, und der Chemie


Hallo Schorsch, guter Einwand, habe nur für die 12 Volt LiFePO4 Batterie gerechnet.....
Servus Hans

lowbattery am 07 Dez 2019 21:45:51

Hallo Hans,
auch ich lese hier noch interessiert mit, auch von mir ein Danke für das Teilen deiner Erkenntnisse.

Falls die Headway weiterhin nicht kaputtgeht gäbe es noch den Nasa Soft Short Test (auch "Nasa Bounce Back Test"). Damit lassen sich für LiIonen-Zellen Defekte ermitteln, bevor die Zelle komplett stirbt. Geht etwa so:

  • Zelle wird vollgeladen und 1-2 Tage ruhen gelassen.
  • Zelle wird mit CC bei C/10 bis auf empfohlene untere Abschaltspannung entladen.
  • Zelle wird dann weiter mit CV = empfohlene untere Abschaltspannung solange entladen, bis Strom auf C/100 sinkt.
  • Zelle wird 14 Tage bei konstanter Raumtemperatur gelagert. Dabei wird täglich OCV gemessen.
  • OCV wird zunächst ansteigen (="Bounce Back").
  • Wenn die OCV nach spätestens 10-14 Tagen wieder sinkt (Nasa für neue Zelle: >1mV), ist die Zelle geschädigt. Bleibt sie auf dem maximalen erreichten Bounce-Back Niveau konstant, ist die Zelle in Ordnung.

Gruß,
Stefan

Gast am 07 Dez 2019 23:12:33

Da habe ich jetzt nach dem Zitieren zu früh auf senden gedrückt....eigentlich muss ich den Text erst schreiben.

Gast am 07 Dez 2019 23:15:59

Hans Kroeger hat geschrieben:Hallo Ego,
so habe ich das früher auch gedacht.....aber genau das ziehe ich in Zweifel: überlege (rechne) mal, wie Du bei einer 12 V Batterie eine Zelle umpolen kannst, wenn Du beispielsweise bei 11 Volt Batteriespannung alle Lasten abschaltest.......ich bin gespannt.....ob Du das hinbekommst :?:
Servus Hans


So, aber jetzt: Stimmt, da habe ich dich zu schlampig gelesen, so groß kann die Drift gar nicht ausfallen, dass sich das ausgeht.

Hans Kroeger am 08 Dez 2019 08:26:00

Laut gedacht:

1. aus den oben beschriebenen Gründen keine LVP Abschaltung der Lasten durch Einzelzellenüberwachung, sondern nur durch Batteriewächter für die Gesamtspannung.
2. Abschaltung eines optionalen Hochleistungs-Wechselrichters durch dessen Unterspannungsdetektion.
3. keine OVP Abschaltung der Ladequellen durch Einzelzellenüberwachung, da Überspannung eigentlich nur durch Fehler an Geräten oder fehlerhaftem Top Balancing entstehen kann.
4. Top Balancer mit 2,3 A bei 3,65 V Ein / 3,5 V Aus
5. Ladeendspannung 13,9 Volt.
6. bei langen Standzeiten am Netz Stützspannung vom Ladegerät (12,8 Volt) einschalten.

Benötigte Hardware:
Batteriewächter:
--> Link
Wechselrichter:
--> Link
Ladegerät:
--> Link
Top Balancer:
--> Link

Wie gesagt, nur mal so laut gedacht......
Servus Hans

--> Link

Hans Kroeger am 08 Dez 2019 09:14:47

Headway inzwischen wieder entladen. 12,5 Ah entnommen, Spannung 2,53 V, Ende dieses Tests, keine Schädigung durch vorhergehende 24 Stunden Tiefentladung feststellbar.

Hans Kroeger am 08 Dez 2019 09:20:39

lowbattery hat geschrieben:Hallo Hans, Falls die Headway weiterhin nicht kaputtgeht gäbe es noch den Nasa Soft Short Test (auch "Nasa Bounce Back Test"). Damit lassen sich für LiIonen-Zellen Defekte ermitteln, bevor die Zelle komplett stirbt.


Hallo Stefan, Danke für den Tip, muss mal darüber nachdenken.......eventuell mit der Referenzzelle.......Servus Hans

andwein am 08 Dez 2019 12:24:53

Hans Kroeger hat geschrieben:....Anmerkung: inzwischen habe ich den folgenden Artikel gefunden:
--> Link) Darin wird für eine Zelle genau beschrieben, dass es zu den befürchteten chemischen Reaktionen (Auflösung von Kupfer, Dendritenbildung usw. NICHT kommt,.....Servus Hans

Eine klitzekleine Anmerkung von mir: zumindest in dem von mir gelesenen Text geht nicht hervor um welche "Lithium Ion" Batterie aus der Familie der Lithium Ion Batterien (zumindest acht unterschiedliche chem. Aufbauten sind mir bekannt) es sich handelt. Was mich stutzig machte ist die Bemerkung "Kupfer" (Kathode???), das zumindest in hier meist diskutierten LiFePO4 Akkus nicht vorkommt.
Gruß Andreas

Hans Kroeger am 08 Dez 2019 18:03:55

andwein hat geschrieben:......Was mich stutzig machte ist die Bemerkung "Kupfer" (Kathode???), das zumindest in hier meist diskutierten LiFePO4 Akkus nicht vorkommt.
Gruß Andreas


Hallo Andreas, ich dachte, dass Kupfer als Stromabnehmer bei der Anode auch bei den LFPs benutzt wird....liege ich da falsch?


Aber ich lerne gerne dazu......
Servus Hans

Hans Kroeger am 08 Dez 2019 18:16:57

....hier habe ich eine andere Darstellung gefunden....mit Kupfer als Kathode...


Im übigen finde ich hier
--> Link
folgende Bemerkung zu den beworbenen LiFePO4 Zellen:

d-No damage with zero voltage after over discharging
With two batteries of PD18650LFP-1400mAh,Fully charge it at 0.5C rate, then discharge it to be 0V. we store them one for 7 days, another for 30 days, after this, charge it with 0.5C and discharge it with 1C. finally we compare the results.

The test result is, the battery has no leakage after 7 days storage, and its performance is still good with 100% capacity, another battery has 98% capacity after one month storage, but after 3 cycles of 100%DOD discharge, its capacity recovered to 100% again.
This performance is what other similar batteries don’t have.

Mir scheint, dass der chemische Prozess bei Tiefentladung ähnlich ist für die verschiedenen Lithium Technologien, ist aber nur meine Annahme.....
Servus Hans

lowbattery am 09 Dez 2019 00:28:28

Hans Kroeger hat geschrieben:....hier habe ich eine andere Darstellung gefunden....mit Kupfer als Kathode...


Was Anode und was Kathode ist hängt streng genommen davon ab ob man gerade lädt oder entlädt. Normalerweise definiert man bei einer Zelle Plus als Kathode, soweit mir bekannt. Ändert aber nichts am Aufbau, der ist immer gleich:
  • eine Kupferfolie, die beidseitig mit Graphit beschichtet ist.
  • eine Separatorfolie (oft einfach PE).
  • eine Aluminiumfolie, die beidsetig mit LiFePO4, LiCO(O) oder einem anderen Aktivmaterial beschichtet ist.
  • wieder eine Separatorfolie, usw., die ganzen Folien dann entweder gestapelt oder gerollt.
  • Dazwischen bzw. im Aktivmaterial aufgesaugt LiPF6 als Elektrolyt in einem Mix aus EC (Ethylencarbonat), DMC (Dimethylcarbonat) und weiteren Lösungsmitteln.
Daher sind auch gewisse Schadensmechanismen allgemein gültg: Bei negativem Potenzial löst sich das Kupfer, bei >4,2V zersetzt sich der Elektrolyt.

Gruß,

Stefan

Hans Kroeger am 09 Dez 2019 06:19:12

lowbattery hat geschrieben:Hallo Hans,
......gäbe es noch den Nasa Soft Short Test (auch "Nasa Bounce Back Test"). Damit lassen sich für LiIonen-Zellen Defekte ermitteln, bevor die Zelle komplett stirbt.......

Hallo Stefan, inzwischen bin ich überzeugt, dass meine wiederholten Kurzschlusstests vergeudede Zeit ist. Ich denke, dass durch die Tiefentladungen keine sofort erkennbaren Schäden entstehen, schon gar nicht bei nur einer einzigen Zelle im Test. Möglicherweise wird die max. Zahl der Zyklen reduziert.

Jetzt werde ich mal den NASA Soft Short Test machen, den Du vorgeschlagen hast, natürlich nur, weil ich von 1984 bis 1990 bei der NASA gearbeitet habe 8) .
Bei dem Test wird festgestellt, ob durch Schädigungen (Durchdringung) der Separatorfolie eine erhöhte Selbstentladung festzustellen ist....allerdings wurden beim NASA Test grosse Stückzahlen von Zellen vermessen und dabei nur einige wenige defekte Zellen gefunden.
Ich kann auch nicht, wie im Test gefordert, Spannungsänderungen im milliVolt Bereich messen. Also mal sehen was dabei herauskommt.....
Servus Hans

Stocki333 am 09 Dez 2019 09:02:15

Hallo Stefan, inzwischen bin ich überzeugt, dass meine wiederholten Kurzschlusstests vergeudede Zeit ist.

Diese Meinung kann ich mich nur anschließen. Aber um noch mal auf meinen Vorschlag mit dem Laden bei Minustemperaturen zurückzukommen. Wäre das nicht die bessere Alternative. Es wäre sicher Praxisorientierter.
Ich kann auch nicht, wie im Test gefordert, Spannungsänderungen im milliVolt Bereich messen. Also mal sehen was dabei herauskommt.....

Ob dich das weiterbringt, Diese Frage zur passenden Antwort, hast du dir eigentlich schon selber gegeben. :mrgreen:
Den so aus der Praxis hier im Forum: Das heißeste Thema ist doch immer das Laden bei Minustemperaturen. Ladestrom würde ich erhöhen.
Ladeströme sollten der Praxis entsprechen. Leerer Accu, 100 Ah, Ladestrom bewegt sich so um die 25 - 30 Ampere.
Umgelegt auf deine 12 Ah Zelle wären das ca. 3 Ampere. Verschiedene Temperaturen, Nach jeder Messung steigend.
Denk Mal darüber nach.
Franz

Hans Kroeger am 09 Dez 2019 09:39:39

Stocki333 hat geschrieben:: Das heißeste Thema ist doch immer das Laden bei Minustemperaturen.
Denk Mal darüber nach.Franz

Hallo Franz, gute Idee.
Hatte ich nicht auf dem Schirm, da sich meine LFP Batterie in einem beheizten Raum befindet......für mich also kein Problem.....

Ich habe allerdings keine Klimakammer. Könnte nur mit dem Tiefkühlschrank testen, also um die -18 °C.
Muss mal überlegen, welche Kriterien für so einen Test gelten würden. Ich kann den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung verfolgen, und ob man eine sofortige Schädigung findet, ....Messung der Kapazität bei 20°C. Mehr wohl nicht?
Servus Hans

geralds am 09 Dez 2019 09:47:11

Hallo Hans,

ein Test mit niedrigen Temperaturen interessiert mich auch.
Ich habe schon an verschiedenen Stellen gelesen, 2% (der Kapa.) bis -10°C und 1% bis -20°C Ladestrom soll auch bei fehlendem "Y" möglich sein.

Gruß Gerald

andwein am 09 Dez 2019 15:12:50

Hans Kroeger hat geschrieben:...Hallo Andreas, ich dachte, dass Kupfer als Stromabnehmer bei der Anode auch bei den LFPs benutzt wird....liege ich da falsch?. Servus Hans

Hallo Hans.
zumindest in den beiden Bildern ist es einmal eine Graphit (C) und im anderen eine Aluminium (Al) Anode. Kupfer (Cu) sehe ich da nirgends. Kann natürlich sein, das es sich im Graphit bzw. Aluminium gecoatete Kupferanoden handelt. Es bleibt halt Raum für Spekulationen. Eigentlich ist es auch egal, mich irritieren halt nur Dokumentationen, die in sich widersprüchlich sind.
Gruß Andreas

Hans Kroeger am 09 Dez 2019 21:40:48

andwein hat geschrieben:Kupfer (Cu) sehe ich da nirgends.....

Hallo Andreas, in beiden Fällen ist es mit Graphit ummanteltes Kupfer, einmal schlecht zu lesen, einmal englisch copper....
Siehe auch genaue Beschreibung von Stefan!!
Servus Hans

lowbattery am 09 Dez 2019 22:27:27

geralds hat geschrieben:ein Test mit niedrigen Temperaturen interessiert mich auch.


Das sind aber ganz verschiedene Schädigungsmechanismen. Laden bei Minusgraden führt zu Li-Plating an der Anode, ein Entladen bis unter 0V zur Herauslösung von Kupfer an der Kathode. Beides formt letztlich Dentriden, die die Separatorfolie durchdringen, aber von entgegengesetzten Seiten und aus verschiedenen Metallen.

Das Problem des Ladens bei zu tiefen Temperaturen ist eigentlich klar, die +2V Untergrenze für das Entladen eher weniger. Es gibt in einem Thread auf Endless Sphere, den ich leider gerade nicht mehr finde, ein verlinktes A123 Datenblatt für 1,1Ah Rundzellen, wonach diese bei Minusgraden bis 0,5V entladen werden dürfen. Maximiert sicher nicht die Lebensdauer, führt demnach aber auch nicht zum sofortigen Zellensterben. Zumindest bei kleinen Rundzellen nicht. Ob das auf 200Ah Winston übertragbar ist, ist wieder ein eigenes Thema. Laut Erfahrung von Lars wohl eher nicht.

Was den Nasa-Test angeht, damit wollte man neue Zellen für Raumfahrtprojekte auf Fertigungsfehler prüfen. Wie einige Daten zeigen, sinkt die Spannung bei geschädigten Zellen auch mal um deutlich mehr als 1mV. Versuchen könnte man es also, vielleicht auch allgemein als Test, wenn man Zellen in Verdacht hat Defekte zu haben. Die Idee dahinter ist, dass man in einem steilen Bereich der Spannungskurve messen sollte. Im oberen Bereich (>3,6V für LFP) hat man eine höhere Selbstentladung der gesunden Zelle, daher hat man den unteren Bereich <2,5V gewählt.

Gruß,
Stefan

geralds am 10 Dez 2019 02:38:00

lowbattery hat geschrieben:Das sind aber ganz verschiedene Schädigungsmechanismen. Laden bei Minusgraden führt zu Li-Plating an der Anode, ein Entladen bis unter 0V zur Herauslösung von Kupfer an der Kathode. Beides formt letztlich Dentriden, die die Separatorfolie durchdringen, aber von entgegengesetzten Seiten und aus verschiedenen Metallen.

Gruß,
Stefan


So wie verschiedene Veröffentlichungen verstanden habe, führt gerade die Kombination aus tiefen Temperaturen und hohen Ladeströmen zum Li plating.
Ursache (wie ich es verstanden habe): Die Transportrate von Li + -Ionen zur negativen Graphitelektrode übersteigt die Rate, mit der Li + in den Graphit eingeführt werden kann.

Wenn durch kleine Ladeströme die Transportrate ausreichend gesenkt wird, sollte also die Schädigung ausbleiben.

Gerade wenn es im die "Überwinterung" von Li-Akku´s geht, könnte, bedingt durch den geringen Ertrag einer Solaranlage in dieser Zeit, vielleicht der Akku in Betrieb bleiben. 1-2% sind bei 200Ah je immerhin 2-4A. Das hätte den Vorteil, das die Mitladeeinrichtung den Starterakku vor Entladung schützt.

Höhere Ladeströme durch die Lima müssten unterbunden werden, bis das Womo aufgeheizt ist. (Entladen um zu heizen ist ja möglich.)

Gruß Gerald

Hans Kroeger am 01 Mai 2020 11:36:04

Hallo LiFe Freunde,
seit Dezember kein Beitrag mehr. Es wird Zeit das zu ändern.....
In der Zwischenzeit habe ich diverse unterschiedliche BMS Systeme gebaut und getestet. Dabei war immer die Option das BMS zu kombinieren mit meinem Einzelzellen-Lader-Top-Balancer (was für ein sperriges Wort) kurz ELTB genannt.
Der ELTB hat sich inzwischen bei mir und bei anderen bewährt. Deshalb will ich hier nochmal meinen Wissenstand samt Bauanleitung darstellen. Über die verschiedenen BMS Systeme, die ich entwickelt und getestet habe, werde ich wohl besser unter der Rubrik "Realisierte LiFePO4 Anlagen" berichten, Aber alles der Reihe nach.
Zunächst mal eine Zusammenfassung zum Thema ELTB:


Einzelzellen Lader und Top Balancer - ELTB
Der Einzelzellenlader ermöglicht es mit einer Stromquelle geringer Leistung die individuellen Zellen einer LiFePO4 Batterie jeweils mit etwa 3,55 V zu balancieren/initialisieren. Anders, als beim üblichen Balancieren der Zellen mit Spannungen von bis zu 3,9 Volt, wird die Ladeendspannung von 3,55 V schonend von unten her erreicht, und dann stabil gehalten, bis alle Zellen auf dem gleichen Niveau sind. Dabei macht sich der ELTB die Spannungs-Strom-Kennlinie der EV Power CBM400 Balancer Module zu Nutze. Als Stromquelle kann man einen Buck Converter verwenden, mit einer CC/CV Kennlinie (IU Kennlinie). Der Einfachheit halber wird dieser Buck Converter aus einem Schaltnetzteil gespeist. Eine Besonderheit der Schaltung ist es, dass man den ELTB mit nur zwei Leitungen am Plus-Pol und am Minus-Pol der Batterie anschließt.
Vor dem Einschalten des ELTB werden alle Lasten und Ladequellen von der Batterie mit Hilfe des Sicherheitsrelais getrennt. Der Converter muss voreingestellt sein auf Konstantstrom CC = 1,1 A, Konstantspannung CV = 15,5 V (siehe Beschreibung unten).
Nachdem der ELTB eingeschaltet wurde fließen genau 1,1 A durch die Batterie. Dabei teilt sich der Strom so auf, dass jeder Balancer entsprechend der momentanen Spannung der Zelle einen Teil der 1,1 A aufnimmt, und der Rest als Ladestrom in die Zelle fließt. Dabei steigt die Zellenspannung, und entsprechend der Balancerstrom, was wiederum dazu führt, dass der Ladestrom abnimmt. Dies setzt sich fort, bis der Ladestrom zu Null wird, bei einer Zellenspannung von 3,55 V und einem Balancerstrom von 1,1 A. 
Dieser Vorgang läuft für jede Zelle einzeln ab, unabhängig von den anderen Zellen. Deshalb kann man den Vorgang auch als Initialisierung der Zellen verstehen. Die Initialisierung ist beendet, wenn alle Zellen etwa 3,55 V erreicht haben (und sich nicht mehr ändern), entsprechend einer Batteriespannung von 14,2 Volt.
Diese Initialisierung entspricht etwa der Equalisation Ladung die man von den Bleibatterien her kennt. Ähnlich wie beim Equalisation Laden empfielt es sich auch die Initialisierung mit dem ELTB in größeren Zeitabständen durchzuführen. Die Häufigkeit richtet sich nach der Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen, nach der Standzeit ohne Zyklen, und nach der Verfügbarkeit einer 230 Volt Steckdose. Dabei hat sich bewährt für das „normale“ Laden, eine niedrige Ladeendspannung von etwa 13,9 Volt zu verwenden. Das schont die Zellen und die Balancer.
Es soll noch erwähnt sein, dass man mit dem ELTB eine tiefentladene Batterie schonend wieder soweit bis etwa 2,5 Volt laden kann, einem Spannungswert, bei dem dann das normale Ladegerät wieder eingesetzt werden darf.

Als Converter habe ich das folgende Modul gewählt, das über eine Spannungs- und Stromanzeige verfügt, die sogar kalibriert werden kann.


Da ich nirgends eine Bedienungsanleitung für den Converter gefunden habe, habe ich versucht diese selbst zu erstellen:

Bedienungsanleitung
Der Regler kommt als kleiner Bausatz, bei dem noch Plexiglasplatten anzuschrauben, und ein Kühlkörper aufzukleben ist.
Mittels zweier Potis kann man die Ausgangsspannung, sowie den max. Ausgangsstrom einstellen. Mittels des eingebauten Displays, kann man die Einstellungen vornehmen.
Wer großen Wert auf hohe Genauigkeit der angezeigten Werte legt, kann die Anzeige kalibrieren. Das geht folgendermaßen:
- Eingangsspannung anzeigen,
- DVM am Eingang anschließen
- beide Tasten des Converters 5 Sekunden gleichzeitig drücken,
dann loslassen, Display blinkt
- jetzt mit der linken oder rechten Taste die Anzeige so kalibrieren,
dass sie dem DVM entspricht
- beide Tasten gleichzeitig 5 Sekunden drücken, fertig
- Ausgangsspannung anzeigen,
- DVM am Ausgang anschließen
- beide Tasten des Converters 5 Sekunden gleichzeitig drücken,
dann loslassen, Display blinkt
- jetzt mit der linken oder rechten Taste die Anzeige so kalibrieren,
dass sie dem DVM entspricht
- beide Tasten gleichzeitig 5 Sekunden drücken, fertig
Jetzt DVM mit 10 A Einstellung am Ausgang anschließen und damit den Converter kurzschließen.
Mit der rechten Taste weiterschalten, bis der Ausgangsstrom angezeigt wird
- beide Tasten 5 Sekunden gleichzeitig drücken, dann loslassen
- jetzt mit der linken oder rechten Taste die Anzeige so kalibrieren,
dass sie dem DVM entspricht
- beide Tasten gleichzeitig 5 Sekunden drücken, fertig
DVM entfernen

Hier ist noch die Hardwareliste:


Jetzt bin ich gespannt, ob und wer hier noch dabei ist, und welche Kommentare es gibt.
Servus und "gsund bleiben"
Hans


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