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LiFePo4 Realisation Temperaturschutz


walef am 04 Jan 2020 20:30:48

Guten Tag zusammen,

wir, 2x2, haben einen KaWa Pössl und einen größeren Hymer bestellt. Auf umfangreiches Zubehör haben wir zunächst verzichtet, möchten notwendige Systeme als DIY Leistung selbst einbauen. Wir warten jetzt auf unsere Fahrzeuge und planen die DIY Projekte.
Als erstens möchten wir die Energieversorgung erweitern, die Autarkie erhöhen und auf LiFePo4 Energieversorgung umstellen.
Kenntnisse in der Elektrotechnik und Kfz-Elektrik sind vorhanden, ebenso berufliche Erfahrungen in der PKW Kfz Entwicklung und -Montage.
In die LiFePo4 Technik bin ich gut eingelesen, bin allerdings nicht der LiFePo4 Experte, dennoch sehr lernfähig.

Unser Ziel ist es, eine LiFePo4 Energieversorgung im WoMo zu realisieren unter Berücksichtigung eines angemessenen Nutzen- Kostenverhältnisses mit einem qualitativ robusten Design. Auf Gimmicks, nice to have features, kann verzichtet werden.

Unser Batterieprojekt soll mit den folgenden Hauptkomponenten realisiert werden:
- 1.) Prismatische LiFePo4, CALB, Grade A, 200AH.
- 2.) EV Power BMS Zell Modul 2Amp, mit UVP/OVP NC daisy safety loop Sicherheitsschleife und Victron Battery Protect 200 Amp SSR mit batt low/high voltage cut off,
oder alternativ,
Litrade Balancer/Equalizer Protect V3.3 4-8 Zellen, mit UVP/OVP Schaltausgängen und zwei latching relais, für getrennten UVP/OVP cut off.
3.) Verkabelung und Absicherung nach elektrotechnischen Richtlinien.

Was mir fehlt, ist eine Lösung für einen effektiven Temperaturschutz für ambient low temp -5C / high temp 60C.

Eine Verwendung von Bi-metall Schalter erscheint nicht robust für enge Schaltbereiche. Mir sind auch keine Bi-metal Schalter im Bereich -5C bekannt.

Ein elektronisch einstellbarer Temperaturschalter mit NTC Thermistor würde die Temp Schutzfunktion erfüllen, ein permanenter Strom von static 35mA der Schaltung und die zusätzlich notwendige Verkabelung halten mich allerdings ab, eine solche Lösung zu wählen.

Für sachgerechte Kommentare, Hinweise und Tipps wäre ich dankbar.

Ich freue mich auf eine technisch basierend geführte Diskussion.


Gruß, Waldemar





Ps.: Die LiFePo4 CALB Zellen wurden aus Kostengründen gewählt, anstelle den Winston LiFeYP04 mit Yttrium Dotierung.

Anmerkung:
Das Risiko von ‚hohen drift Spannungen an den Zellen‘ resultierend vom Lade- und Entladeprozess erscheint mir begrenzt, vorausgesetzt, man verwendet Qualitätsbatteriezellen aus gleicher Fertigungscharge ( grade A), gleichem Ri, und man achtet auf eine gute Verkabelung und Kontaktanschlüsse der Schaltung.

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lowbattery am 04 Jan 2020 22:41:59

Hallo Waldemar,

ein kleiner Hinweis - nicht direkt zu deiner Frage zur Temperatur. Das hier:
walef hat geschrieben:EV Power BMS Zell Modul 2Amp, mit UVP/OVP NC daisy safety loop Sicherheitsschleife und Victron Battery Protect 200 Amp SSR mit batt low/high voltage cut off,

geht nicht, wenn du vorhast, den BP200 direkt an den Loop der Zellmodule zu hängen. Dann fehlt die Hysterese. Ich hatte das auch vor, Lars (Lisunenergy) hatte mich in einem anderen Thread darauf hingewiesen. ich gebe die Info mal weiter. Ausserdem sperrt der BP nur in eine Richtung. Du bräuchtest also zwei, einen zu den Ladegeräten, einen zu den Verbauchern. Siehe Victron BP Handbuch ganz hinten. Es dürfen durch den BP auch keine Rückströme fließen. Kann sonst ein "thermisches Ereignis" auslösen.

Gruß,

Stefan

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Hier findest Du vielleicht schon, was Du suchst: --->Link

lowbattery am 05 Jan 2020 01:48:29

was den Temperaturschutz angeht, ich hatte dazu mal mit folgendem experimentiert (aber nicht umgesetzt da keine Zeit / Winstonzellen passten nicht in mein Batteriefach):

Arduino mit Dallas-Temperatursensor, 2 x 12V Spannungsmessung und Arduino Latching Relais, betrieben im Deep-Sleep Mode. Deep Sleep benötigt sehr wenig Energie, der Arduino muß nur in Zeitintervallen aufwachen, die Temperatur messen, das Relais ansteuern und wieder einschlafen. Das Zeitintervall bis zum nächsten Aufwachen kann man abhängig von der Temperatur steuern. Wenn es kalt ist muss man z.B. nicht alle 10 sec messen. Wenn LVP oder UVP anliegen auch nicht.

Das Latching Relais kommt in den Daisy-Chain Loop der Zellmodule, mit folgender Logik gesteuert:

If (Uout = 12V) and (T <= -5°C or T >= 50°C)
interrupt
Else if (Uin = 12V) and (T > -5°C and T < 50°C)
connect

Uout ist die Spannung nach dem Relais, Uin die vorher aus dem Loop der Zellmodule. Wenn die Zellmodule LVP oder UVP erkennen ist Uin 0V, sonst 12V. Beide Spannungen müssen vom Arduino gemessen werden.

Gruß,

Stefan

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gespeert am 05 Jan 2020 05:39:09

Ne, das Driftrisiko ist sehr wahrscheinlich da es immer Fertigungstoleranzen geben wird!
Und wenn dann ne Zelle durch Überspannung ausfällt, ist der Ofen aus.
Gerade bei Li geht das sehr schnell. Vergiss die Bleitechnik und nehme nichts davon als Anhaltspunkt mit zu Lithium.

Falls Du doch bei unter Null im Winter fahren möchtest, sind das die falschen Zellen was u.U. teurer wird als gleich Richtige zu kaufen! Viele wollten sparen und kaufen sich nach Ausfall dann den richtigen Akku, zu spät!

Stocki333 am 05 Jan 2020 09:19:19

Hallo Waldemar
wir, 2x2, haben einen KaWa Pössl und einen größeren Hymer bestellt.

Die LiFePo4 CALB Zellen wurden aus Kostengründen gewählt, anstelle den Winston LiFeYP04 mit Yttrium Dotierung.

Also bitte nehmt mir das nicht übel, aber diese 2 Zeilen passen überhaupt nicht zusammen.
Wo siehst du die grosse Differenz in den Preisen von Calb und den Winston Zellen.
Und wenn du sparen willst, dann zähmst du das Pferd von hinten auf. Ich verstehe nichts von Pferden, habe mir aber sagen lassen, das man mit dieser Vorgangsweise, gerne eine von den Hufen bekommt. :cry: :cry:
Du bist dir über das Temperaturverhalten der LiFePO4 Accus im Klaren. Und aus deinen Zeilen kann man das auch entnehmen. Vermutest aber auch, das es mit eurem Benutzerverhalten Überschneidungen gibt.
Um zu Sparen gehst du den Weg einer Eigenbaulösung. Es gibt hier im Forum so viele Lösungen von Eigenbauten von einfach bis kompliziert. Und bei vielen Schaltungsvarianten ist es Gleich, Ob dort Gelbe oder Schwarze Zellen dranhängen.
Und eine Einfache Temperaturschaltung mit einem Sensor Bekommst du für kleines Geld. ein SSR Relais oder ein DC Relais. Richtig verschaltet in den Ladekreis, fertig. Braucht ein paar mA.
Wenn Ihr schon sparen müßt oder wollt, da gibt es andere Möglichkeiten die sich anbieten, aber kein Selbstbau.
Gruß Franz

andwein am 05 Jan 2020 12:53:54

walef hat geschrieben:.....Was mir fehlt, ist eine Lösung für einen effektiven Temperaturschutz für ambient low temp -5C / high temp 60C. Ein elektronisch einstellbarer Temperaturschalter mit NTC Thermistor würde die Temp Schutzfunktion erfüllen,
Gruß, Waldemar

Die Frage ist was du mit dem Temperaturschutz erreichen möchtest?
1. Schutz der Zellen/Zellblöcke vor Übertemperatur?? Dann sollte der Tempfühler zwischen den Blöcken/Zellen sitzen und bei 50°C die gesammte Lithium Batterie abschalten. Oder möchtest du
2. Den Ladestrom der gesammten Batterie bei Temperaturen unter +10°C reduzieren oder ganz abschalten?
Beides kannst du robust mit Bimetallschaltern realisieren, ist aber ungenau, oder genau, dann mit einem Temperaturwächter, z,B. con Conrad. Ich habe damit eine Tankflaschenheizung bei kleiner 5°C realisiert, siehe Link. --> Link
Das Relais ist ein Umschalter, geht also beides. Die OP Eingänge kannst du tauschen dann kannst du mit 2 Platinen beide Anwendungen Übertemperaturschutz und Ladeabschaltung realisieren. Aber ohne Ruhestrom kommst du bei einer Überwachungsfunktion nicht aus.
Gruß Andreas

walef am 09 Jan 2020 18:49:43

Hallo Stefan,
vielen Dank für deine Anmerkungen!

geht nicht, wenn du vorhast, den BP200 direkt an den Loop der Zellmodule zu hängen.


Das ist ein guter Hinweis. Ich hatte es übersehen das die Verwendung von den EV Power Balancer keine Hysterese beinhaltet und der Victron Battery Protect nicht rückwärts kompatibel ist.

Arduino mit Dallas-Temperatursensor, 2 x 12V Spannungsmessung und Arduino Latching Relais,


Deine Idee mit Arduino Controller hatte ich mit einem Kollegen aus der Elektronik Anwendung besprochen.
Er unterstützt diese Idee, als eine relativ einfache Realisierung für eine solche Anwendung.
Ich werde diesen Gedanken und Umsetzung für eine Temperaturkontrolle weiter verfolgen.
Danke dafür!

Gruß, Waldemar

walef am 09 Jan 2020 20:53:32

Hallo Franz,

Also bitte nehmt mir das nicht übel, aber diese 2 Zeilen passen überhaupt nicht zusammen.


selbstverständlich nehme ich keinen Kommentar und Meinung für übel. Das Forum lebt ja von unterschiedlichen Ansichten und ich bin froh für jeden konstruktiven Kommentar um meine Ansicht zu reflektieren.

Dennoch möchte ich folgendes hinzufügen:
Kosten, die ich heute im Internet überprüft habe, sind wie folgt:
Winston 200AH LiFeY.... 3,2Vx4 = 2560 Wh -> € 1276,- -> 0,45€/Wh
CALB SE200 AH FI, Grade A 3,2Vx4 = 2560 Wh -> € 607,- -> 0,24€/Wh

Der Preisunterschied ist die Hälfte, um den Faktor 2.07, bei gleicher Arbeitsleistung.

Bei diesem erheblichen Kostenunterschied macht es Sinn die Anwendung, die Batterie Spec' zu hinterfragen und pro's/cont's zu überprüfen. In der Tat sehe ich Möglichkeiten das es Überschneidungen im Nutzer verhalten gibt. Auf der andere Seite sind wir Warmduscher und nutzen das WoMo zu 90 % bei positiven Temperaturen.
Die Frage, die sich mir stellt ist die, wie man Kosten / Nutzen bewertet.
Empfehlungen von Firmen die für Y-dotierte Zelle werben kann ich nachvollziehen, der Lieferant steht in der Verpflichung einer Gewährleistung.

Der Hersteller empfiehlt bei <= -5 Grad C keine Ladeenergie in die Zelle zu schicken. Allerdings gilt das für einen Ladestrom von 1C um eine Lithiumgalvanisierung (plating) infolge schlechten Li-Ionenfluss auf der Anode zu vermeiden. Kleine Ladeströme sollten nicht das Problem darstellen. Diese Frage wurde explizit von Will Prowse an den COE von Battleborn Batterie gestellt. Siehe link --> Link

Auf der anderen Seite gibt es zu dem Temperaturproblem Lösungsvorschläge von Stefan und Andreas um dem entgegenzuwirken. Die eine Lösung verhindert einen Ladestrom, die andere verhindert einen kritischen Temperaturbereich.

Ich kenne nicht die Historie warum sich bei DIY Projekten in Deutschland Y dotierte Zellen durchgesetzt haben.
Wahrscheinlich ist es der Wille zum Perfektionismus deutscher Ingenieure ein perfektes Produkt anzubieten, was ich sehr begrüße.
Das LifePo4 Anwendungen auf dem RV Sektor funktionieren und bei Fertigbatterien falls ausschließlich zur Anwendung kommen zeigt der europäische und amerikanische Mark.

Wie sagt man so schön in Köln , '' jeder Jeck is anders und et het noch immer jood jejange ''!

Einen schönen Gruß vom Rhein,
Waldemar

lowbattery am 09 Jan 2020 23:30:34

eigentlich würde ich für meinen Bedarf mittlerweile für einem Eigenbau zu einem der folgenden China BMS tendieren, mit CALB oder A123 Zellen:

  • Litiumbatterypcb: --> Link -> 150A Variante, ist sehr wahrscheinlich das BMS, das Liontron nutzt. Hat integrierten Shunt und BT + App, also kein Batteriecomputer erforderlich.
  • DALY: --> Link -> 200A Variante, könnte das BMS sein was CS-Batteries verbaut.
Beide gibt es auch mit Temperaturfühler und Temperaturschutz (Standard meistens -5 bis +50° laden, bis 70° entladen). Man findet sie z.B. auf den Alixxx. Kostenpunkt 100 bis 150 EUR. Beides ist billiger als jede andere Eigenbaulösung, sicher nicht unbedingt zuverlässiger. Aber bei deutlich unter 1000EUR für 200Ah nicht-Winston-LFP ist es eine Risikoabwägung.
Wenn es nicht funktioniert und man es rechtzeitig merkt kann man immer noch umrüsten, aber bei den vielen Fertigakkus am Markt scheint es zu funktionieren. Beide haben offenbar auch Top-Balancing plus zusätzliches aktives Balancing (Start wenn Spannungsdifferenz zwischen Zellen > 0,3V, Stop wenn < 0,1V).

Man muss per Email anfragen und sich Lieferung mit Temperaturfühler und Programmierung der Abschaltspannungen bestätigen lassen, und nach Erhalt prüfen.

Meine Meinung.

Gruß,
Stefan

walef am 10 Jan 2020 00:08:14

Daly funktioniert hinsichtlich UVP /OVP Ab- Zuschaltung bei common port und seperate port BMS zuverlässig.
Ob die Leistung bei BMS für höhe Ströme sicher und dauerhaft funktioniert, die Verlustwärme der Mosfets effizient abgeleitet wird und der Leitungsquerschnitt der BMS Anschlußkabel ausreichend ist, ist zweifelhaft.
BMS, nach Produktbeschreibung, ausgestattet mit Temp. Sensoren, hatten keine Temp Funktion beim Test durch Will Prowse
Der Balancer liefert nur 35mA, da braucht es noch zusätzliches balancing.
Siehe YouTube Beitrag von Will Prowse.
Man muß genau hinschauen, was man in China kauft.
Die Kommunikation zur Klärung mit den Seller ist nicht unbedingt einfach.
Gruß,
Waldemar

lowbattery am 10 Jan 2020 00:42:57

walef hat geschrieben:Ob die Leistung bei BMS für höhe Ströme sicher und dauerhaft funktioniert, die Verlustwärme der Mosfets effizient abgeleitet wird und der Leitungsquerschnitt der BMS Anschlußkabel ausreichend ist, ist zweifelhaft.

Sehe ich genauso, ist alles sehr grenzwertig ausgelegt. Man muß kein Experte sein, es reicht schon nur die Kühlkörper mit z.B. dem Victron BMS 12/200 vergleichen. Für den gelegentlichen Nespresso-Bezug reicht es aber vielleicht.

Was die Temperatur angeht, es gibt offenbar Versionen (ob von DALY weiß ich nicht, aber spezifiziert ist es bei Batterywarehouse) die das können, bei dem Lithiumbatterypcb SmartBMS ist es wohl auch eine Frage der Konfiguration, gibt es mit und ohne. Aber gerade wegen dem integrierten Shunt ist das SmartBMS von der Kostenseite her schon sehr vielversprechend, und vom PCB Layout und der App her sieht es aus wie das in den Liontron, die ja recht verbreitet sind.

Gruß,
Stefan


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