Kann MPPT-Laderegler maximale Ladekapazität begrenzen? 1, 2

Solarcomputer hat geschrieben:.....Das sind Ideen, um einer dauernde 100% Ladung (Überladung) der LiFePO4 durch den Solarregler entgegen zu wirken. ☀️Kai

Danke für deine Antwort!
Nur mit dem Klammerbegriff Überladung habe ich meine Probleme. In einer vereinfachten Darstellung ist jede Batterie (egal ob Blei oder Lithium) mit einem Regenfass zu vergleichen. Auch dieses kann man nicht "überladen", 100l sind drin, der Rest läuft halt über den Rand. Solange niemand die Ladespannung über den zulässigen Wert (Datenblatt) erhöht nimmt die zu 100% geladene Batterie keine Ladung mehr an. Das Ladegerät kann zu Verfügung stellen was es will.
Aber ein Reststrom fließt immer, sowohl bei einer zu 50% geladenen Batterie als auch bei einer 100% geladenen. Ich nenne es hier mal als Sammelbegriff "die Ladeverlustleistung", die sich als Wärme darstellt. Diese Verlustleistung beträgt bei Lithium (Womo Anwendung) ca 5%. Bei einer 100 Ah Batterie sind das ca. 5A, die der BC als Stromausgang misst, die aber nicht in die Kgespeicherte Kapazität eingehen.

Hier einmal ein (sehr gekürzter) Beitrag von Mario Sedlak zum Thema Speicher Elektroautomobile --> Link
".... Der Ladeverlust liegt meist zwischen 10% und 20%. Eine genaue Messung ist schwierig, weil der Akku nur schwer unabhängig vom Bordcomputer vermessen werden kann. Ein scheinbar geringer Ladeverlust kann auch daran liegen, dass der Akku eine kleinere Kapazität hat, als der Hersteller angibt. Ein Extremfall ist hier der VW E-Golf, dessen Akku angeblich 35,8 kWh speichern kann, aber wenn man an der Steckdose misst, fließen nur 34,9 kWh hinein.
Je näher der Ladezustand beim Aufladen an 100% herankommt, um so schlechter wird der Ladewirkungsgrad. Außerdem sinkt der Wirkungsgrad, wenn mit einer viel kleineren Leistung, als das Ladegerät maximal unterstützt, geladen wird. .
Nur zur Diskussion gestellt, Gruß Andreas

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Hallo,

ich senke SOC für die Winterpause auf ca. 2/3 und schalte den Akku ab.

In der Nutzungszeit lade ich auf 14,2V auf. Das reicht für meine Balancer.
Ich sehe da keinen großen Nutzen daran etwas zu ändern ("optimieren"). Noch dazu ist der erzielbare Effekt zumindest mir völlig unbekannt.

Den Akku etwas größer als notwendig auslegen. Dann ist es auch egal ob nach 9 oder vielleicht 12 Jahren die Kapazität des Akku´s auf ca. 80% abgesunken ist. Es reicht dann immer noch.
Da wohl kaum ein Womo-Nutzer täglich Vollzyklen nutzt, dürfte auch die Zyklenzahl nicht der begrenzende Faktor sein.

Für mich ist daher die Diskussion um das Thema "Ladekakapazität begrenzen" eine eher akademischen Diskussion.
Oder vielleicht für Nutzer die die Akku-Kapazität sehr knapp ausgelegt haben interessant.

Gruß Gerald

andwein hat geschrieben: In einer vereinfachten Darstellung ist jede Batterie (egal ob Blei oder Lithium) mit einem Regenfass zu vergleichen. Auch dieses kann man nicht "überladen", 100l sind drin, der Rest läuft halt über den Rand.

Diese Modellvorstellung hinkt leider beträchtlich bei LiFePO4, denn der eingeprägte Strom (Elektronen) können sich nicht in Wärme auflösen... das "überlaufen" bedeutet, dass die Elektronen in ungewollte Bereiche der Batterie vordringen und dort entsprechend irreparable Schädigungen bewirken (Fe Dendrite, Microshorts). Hier eine Research Report zu den üblichen 18650 LiFePO4 Zellen:
Failure Investigation of LiFePO4 Cells under Overcharge Conditions
January 2012 - Journal of The Electrochemical Society
--> Link
Ich gehe davon aus, dass dies sich auch auf die im Wohnmobil gebräuchlichen Flachenzellen übertragen lässt.

andwein hat geschrieben:Je näher der Ladezustand beim Aufladen an 100% herankommt, um so schlechter wird der Ladewirkungsgrad. Außerdem sinkt der Wirkungsgrad, wenn mit einer viel kleineren Leistung, als das Ladegerät maximal unterstützt, geladen wird. .

Wie oben bereits geschildert, geht es um Elektronen, also Ladung... Üblicherweise messen wir den SOC Ladestand in Ah (nicht in Wh). Verluste von Elektronen würde immer permanente Veränderungen in der Zusammensetzung der Zellen Moleküle bedeuten (Schädigung). Der Wirkungsgrad bei der Energie (Wh) ergibt sich aus der Differenz Ladespannung - Entladespannung. Vereinfacht laden wir bei ca 14,2 V und entladen bei 13,5 V, der Unterschied ist hier also 0,7 V. Der Wirkungsgrad bei 1Ah Ladung wäre bei diesem Beispiel:
Ladung 14,2 V * 1 Ah = 14,2 Wh
Entladung 13,5 V * 1 Ah = 13,5 Wh
Wirkungsgrad: 13,5 Wh / 14,2 Wh = 95,1%

Insgesamt sehe ich eher das permanent Laden bis zur Schlusspannung als Risiko der Überladung >= 100% der Zellen (sofern diese weiterhin Strom annehmen) als mögliche Schädigung. Ein Absenken der Schlussspannung verringert zwar dieses Risiko, jedoch verhindert dies nicht das erreichen der 100%. Daher meine Frage, ob das denn jemand mal so in der Praxis mit einem Solarregler und abgesenkter Ladeschlussspannung über mehrere Tage aufgezeichnet hat.

☀️Kai

Solarcomputer hat geschrieben:... denn der eingeprägte Strom (Elektronen) können sich nicht in Wärme auflösen... das "überlaufen" bedeutet, dass die Elektronen in ungewollte Bereiche der Batterie vordringen Hier eine Research Report zu den üblichen 18650 LiFePO4 Zellen:☀️Kai

Im Fazit sind wir zumindest bei einer sehr ähnlichen Ansicht der Dinge, trotzdem eine Antwort:
Der aufgeführte Report hat in seiner Aussage eine Schwäche (oder ich habe es nicht gefunden), nämlich was die Autoren als "Überladungssituation" bezeichnen: Mögliche Ursachen könnten sein:
1. zu hohe Ladeschlussspannung, über der vom Hersteller empfohlenen, aber das ist in meinen Augen keine Überladung im Sinne von Kapazität sondern einfach eine falsche Ladespannung
2. sehr, sehr lange Anschlusszeit (ich denke hier in Wochen) mit der vom Hersteller empfohlenen Ladespannung (nicht zu verwechseln mit der Ladeschlussspannung). Aber das sollte eigentlich jede Batterie aushalten.
3. Zu hohe Batterietemperatur während der Ladung (für Blei) und zu niedrige Ladetemperatur (für Lithium)
In den Auswirkungen muss ich den Autoren glauben, ich kann es nicht prüfen.
Aber das Fazit wäre (was die meisten Lithium Nutzer ja sowieso machen) eine Regelung nach IUoU Kennlinie. Allerdings sind ja viele Lithium Nutzer der Meinung: Konstandspannungsladung ist richtig.

Trotzdem sprechen die Autoren von einem Wirkungsgrad von 91%. Das deckt sich mit anderen Untersuchungen. Logischerweise heißt das aber eine Verlustleistung von 9% beim Laden, bei einer 100Ah Batt also ca. 9A oder 117 Watt!!. Und die misst der BC ohne dass sie als Ladung gespeichert werden. Rhetorische Frage: Wo kommen die hin, Echte Antwort: Sie werden in Wärme gewandelt! Ich kann ja falsch liegen, aber dann würde ich über eine plausible Antwort freuen
Das Batteriethema bleibt spannend, egal ob Blei oder Lithium, Gruß Andreas

Der Artikel ist interessant. Der Akku wurde mit 1C, also der Kapazität entsprechendem Strom aufgeblasen, mit der Spannung, die dazu nötig ist. Das entspricht bei einer 100 Ah-Batterie einer Ladung von 100A für 6 Minuten. Trotzdem kommen bei 105% SOC noch rund 100 Zyklen bei rum. Das entspricht den Erfahrungen, dass die Zellen mit Überspannung kaum zu killen sind.

Eine zu hohe Ladeschlussspannung belastet in erster Linie die Balancer, die dann den Strom verbraten müssen. Kurzzeitig ist das egal, langfristig (z.B. über den Winter) kann das auf die Lebensdauer gehen. Vor allem ist es unnötig, LFP immer vollzuladen - allerdings ist der Umkehrschluss, dass Vollladung schadet, in meinen Augen ein Märchen. Eher im Gegenteil, da eine Volladung die Zellen ausbalanciert. IUoU hat dabei den Vorteil, dass nach Erreichen der Vollladung die Spannung reduziert wird, was dazu führen dürfte, dass überhaupt kein Strom mehr fliesst (hat das mal jemand gemessen?). Das Ergebnis ist jedenfalls das gleiche, wie bei einer Ladung mit konstanter Spannung, die ich irgendwann ausschalte.

Die Tieftemperaturgeschichte ist hingegen kein Märchen, da ist was dran. Zwischen 10 und 50 °C fühlen sich die LFP richtig wohl, da gibt es tausende Zyklen. Bei tiefen Temperaturen steigt der Zellverschleiss beim "Cyceln" der Batterien, also beim Laden und Entladen. Da ist man dann bei 0 °C im Bereich von ein paar hundert Zyklen, also im Bereich einer Bleibatterie. Und da solche Temperaturen in einem benutzten Womo nicht realistisch sind, braucht man da auch nicht drüber nachdenken - zumal in den letzten zehn Jahren kälteresistentere LFP-Zellen entwickelt wurden. Ich persönlich mag mich jedenfalls nicht von einem batterieschonenden BMS bevormunden lassen, wenn ich sterbend durch den Schnee zum Womo robbe und die Heizung brauche.

Übrigens sterben LFP-Zellen nicht durch Kapazitätsverlust, sondern in erster Linie durch einen Anstieg des Innenwiderstands, weil irgendeine nichtleitende Schicht an der Elektrodenoberfläche wächst. Das Ergebnis ist ein steigender Spannungsabfall bei Belastung, bis die Batterie nicht mehr verwendbar ist. Das heisst aber auch, dass irgendwann der Wechselrichter streikt, aber Heizung und Licht gehen noch recht lange. Das ist mir persönlich lieber, als plötzlich im Dunkeln und Kalten zu sitzen wie in der Bleizeit. Wer das anders sieht, kann ja wiederum als Fehlerquelle ein BMS installieren.

Gruss Manfred

fschuen hat geschrieben:Das heisst aber auch, dass irgendwann der Wechselrichter streikt, aber Heizung und Licht gehen noch recht lange. Das ist mir persönlich lieber, als plötzlich im Dunkeln und Kalten zu sitzen wie in der Bleizeit. Wer das anders sieht, kann ja wiederum als Fehlerquelle ein BMS installieren.
Gruss Manfred

Daher hab ich 4 Li-Akkus parallel und einen Bleiakku (Hybridsystem).
Fällt einer aus, machen die anderen weiter :)