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Zielkonflikte beim Selbstbau von LFP LiFePO4 -Batterien


fschuen am 26 Mär 2020 14:08:57

Liebe Zielgruppe,

für eine 12V-Batterie braucht man 4 LFP-Zellen in Reihenschaltung. Soweit reicht der Konsens, da endet er aber leider auch. Sowohl bei der richtigen Behandlung als auch bei der Notwendigkeit weiterer Komponenten scheiden sich die Geister. Der Hintergrund ist, dass man verschiedene Nachteile abwägen muss, die sich mit Geld nicht kompensieren lassen. Ich versuche mal, diese Zielkonflikte hier darzustellen. Kritik und Diskussion ist erwünscht, im optimalen Fall kann man bei der Auslegung eines Systems dann schnell erkennen, welche Komponenten für die persönlichen Wünsche relevant oder notwendig sind.

Zielkonflikt 1 - Sicherheit
Extremfall A - maximale Anwendersicherheit: eine Abschaltung bei Über- und Unterspannung, pro Zelle, Temperaturüberwachung und Ladestrombegrenzung (ggfs. über Ladebooster) ergibt eine universelle Batterie, mit der man nichts falsch machen kann. Fertigbatterien sind meistens so gebaut, weil der Hersteller nicht weiss, was der Anwender damit macht, und keine Lust auf Rückläufer im Gewährleistungszeitraum hat.
Extremfall B - maximale Versorgungs- und Ausfallsicherheit: direkter Anschluss an die Zellen ohne Abschaltung. Wenn die Spannungsversorgung wichtiger ist als der Schutz der Zellen: bei medizinischem Gerät und bei Fahrzeug/Starterbatterien sollten Zellen eher den Heldentod sterben, als weggeschaltet zu werden.

Zielkonflikt 2 - Nutzbarkeit vs Haltbarkeit
Extremfall C - wer den Zellverschleiss minimieren möchte, nutzt die Batterie bei 20 °C (+/- 10 °C), entlädt sie nicht unter 20% und reduziert ggfs noch die Ladeschlussspannung ein wenig. Sie wird dann länger leben als das Wohnmobil und kann ggfs. vererbt werden.
Extremfall D - wer seine Batterie bei tiefen oder hohen Temperaturen betreibt und die Kapazität voll nutzt, muss im Verlauf von mehreren hundert Zyklen mit Zellverschleiss rechnen (Kapazitätsverlust, höherer Innenwiderstand). Der Verschleiss tritt schleichend auf und verringert so laufend die Nutzbarkeit, ohne zu einem plötzlichen Defekt zu führen.

Zielkonflikt 3 - Automatisch vs Manuell
Extremfall E - eine wartungsfreie Batterie erhält man durch den Einbau von Balancern. Hier hat man die Wahl zwischen passiven Balancern (für gelegentlich vollgeladene Batterien) und aktiven Balancern (für ständig genutzte Batterien).
Extremfall F - ein Wegfall der Balancer führt zu einem maximal ausfallsicherem System, in Zusammenhang mit Extremfall B vollkommen ohne Elektronik. Wenn die nutzbare Kapazität durch Zelldrift absinken sollte, muss manuell eingegriffen werden (Einzelladung oder Zuschalten von Balancern).

Die Lithiumgruppe ACE ist hier vermutlich am meisten verbreitet, da bin ich als BDE-Typ nur teilweise kompatibel :)

Gruss Manfred

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Rockerbox am 26 Mär 2020 14:19:47

Servus Manfred,

guter Ansatz :ja:

Dann bin ich wohl im "Normalbetrieb" der ACE-Typ, wobei ich bei Beradf durch einfaches Umlegen eines einzigen Schalters jederzeit zum BDF-Typen mutieren könnte :lach:

Aber eigentlich ist mir ACE schon recht.

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

BenNemsa am 26 Mär 2020 18:08:11

Servus Manfred,

zähle mich zu den A-Typen, mit Notschalter und durch Selbstbau genügend Kenntnissen für Notfälle. Bei 160Ah, ohne Wechselrichter, mit Solar, aber Kompressorkühlschrank seit Jahren nicht annähernd die Grenzen ausgelotet!

Schönen Tag!

peter

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Mischkaku am 27 Mär 2020 06:54:03

Servus Manfred,
die Antwort von Rockerbox sagt glaube ich alles aus.
Bei einem Selbstbau stehen dir alle möglichen Optionen offen.
Je nach Lage was gerade benötigt wird.

Viele Grüße,
Michael

George67 am 27 Mär 2020 08:16:00

Nach dem Schema bin ich AxE.

Maximale Sicherheit und Wartungsfreiheit wegen LiIon Akku.
Und die Nutzbar keitsparameter sind per App vollkommen frei programmierbar, jederzeit.

Übrigens habe ich für die Life Verwender noch eine Idee auf Lager. Ihr könnt das von mir Verwendete BMS bei LiFe benutzen, speist aber nur den Sicherheitskreis damit. Dann habt ihr damit alle Überwachungen, ohne Limitierung des Stroms.

geralds am 27 Mär 2020 11:15:19

Hallo,

meine Lösung passt nicht so ganz in das Schema A-E.

Eine Abschaltung bei Über- und Unterspannung pro Zelle gibt es,
eine Temperaturüberwachung oder Ladestrombegrenzung gibt es nicht.

(Keine Lademöglichkeit eingebaut/vorhanden, die so viel Strom erzeugt wie der Akku verträgt.
Eine Temperaturüberwachung macht bei 4p4s nicht so richtig Sinn. Meine Meinung.)

Aktive Balancer sind eingebaut.

Gruß Gerald

George67 am 27 Mär 2020 12:24:25

Das würde ich dann xCE nennen.

Die Übergänge von ACE nach BDF können fliessend sein. Von ACE eher beim reinen Benutzer, BDF eher beim kenntnisreichen Selbermacher.

Eigentlich eine schöne Betrachtung des Gesamtproblems. Gut gemacht, Manfred.
Wird beim Einnorden neuer Interessierter hilfreich sein.

lisunenergy am 28 Mär 2020 20:34:03

Ich bin nach den vielen praktischen Erfahrungen nach wie vor davon überzeugt, daß eine Sicherheitsabschaltung das wichtigste ist. Erst letzte Woche hatte ich bei einem Akku das Problem, das eine Zelle bei der Inizialladung nicht mit geladen wurde. Hätte man das System in Betrieb genommen, wäre ovp binnen Sekunden aufgetreten. Meiner Meinung nach ist eine einfache Sicherheit immer noch das wirksamste. Anlagen von 2011 laufen nach wie vor ohne Probleme. Die Praxis hat immer recht! Nächste Woche gibt es wieder mal einen Test meiner Referenzanlage.

fschuen am 29 Mär 2020 12:05:21

Das kann ich gut nachvollziehen - allerdings gibt es auch elektronikfreie LFP-Nutzer, die sogar auf die Balancer verzichten. Das verträgt sich nicht so richtig mit meiner Drop in & Forget-Mentalität, aber es zeigt, dass es schon ein recht breites Spektrum gibt, das von der Praxis recht bekommt.

Wenn man sich eine einzelne Batterie zusammenbaut, kann und sollte man schon ein bisschen Zeit darauf verwenden, sicherzustellen, dass alle Komponenten einwandfrei funktionieren. Weil das Zeit kostet, legt man als Profi und Kleinserienfertiger natürlich Wert auf einen höheren Automatisierungsgrad. Im Ergebnis zählt halt das Ergebnis …

Zu dem Fall mit dem defekten Balancer würden mich ein paar mehr Details wie z.B. der Hersteller interessieren - wenn es nicht breitgetreten werden soll, gern als PN.

Gruss Manfred

xbmcg am 05 Apr 2020 22:07:35

Super, und was ist nun anders zu einer beliebigen anderen Batterie?

Du kannst das auf jede Technologie anwenden, solange Du dich an die Parameter hältst, wird die Batterie ihr geplantes Alter erreichen, Du kannst sie aber auch schrotten. Auch Blei Akkus brauchen balancen, oder Reconditionierung auf Neudeutsch, oder Pulsen zum Aufbrechen der Sulphatmoleküle, aber es geht auch ohne. Thermisch kann man sie ebenfalls überlasten oder vor hohen Strömen schützen, oder eben auch nicht für kritische Anwendungen, wie Anlasser.

Was ist da bitte anders, außer der Preis?

fschuen am 06 Apr 2020 08:04:44

xbmcg hat geschrieben:Super, und was ist nun anders zu einer beliebigen anderen Batterie?


Der modulare Aufbau. Einzelne Bleizellen hab ich noch nicht gesehen, sobald eine Zelle den Schuh macht, ist die ganze Batterie hinüber. Nötig hätten es die Bleibatterien aber, da sie wesentlich empfindlicher sind. Hier wäre z.B. ein Tipp hilfreich, an welcher Stelle die Nägel für die Einzelzellüberwachung einzuschlagen sind. Das einzig unglückliche Beispiel ist das Balancing, da eine vollgeladene Bleizelle den Strom einfach durchreicht, ohne dass die Zellspannung steigt.

Bei LFP kann ich Zellen und Elektronik beliebig kombinieren oder auch weglassen - natürlich gilt das auch für NiCd, LTO oder was weiss ich. Es nehmen aber (fast) alle LFP, weil die perfekt in die Bleiumgebung passen. Ein paar Enthusiasten hier setzen auf andere Lithiumzellen, was noch mal knapp die Hälfte an Platz/Gewicht spart. Da ist die Überwachung aber nicht mehr optional, sondern aus Sicherheitsgründen notwendig.

Gruss Manfred

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George67 am 06 Apr 2020 09:11:36

lisunenergy hat geschrieben:Ich bin nach den vielen praktischen Erfahrungen nach wie vor davon überzeugt, daß eine Sicherheitsabschaltung das wichtigste ist.


Meine Rede seit '44....

George67 am 06 Apr 2020 09:17:12

fschuen hat geschrieben: Einzelne Bleizellen hab ich noch nicht gesehen,....


Meinst du das ernst ?

--> Link

fschuen am 06 Apr 2020 14:53:35

George67 hat geschrieben:Meinst du das ernst ?

--> Link


Klar mein ich das Ernst. Im Womo natürlich, ich dachte, das ist ein Womo-Forum hier. Was im Stapler genau drin ist, müsste ich nachgucken - ich glaube aber, mich erinnern zu können, dass ich gar keinen besitze. Ansonsten hab ich auch schon einzelne Platten gesehen, und Bruchstücke davon, und reines Bleisulfat. Aber man muss ja nicht alles selber basteln ... obwohl ...

Gruss Manfred

George67 am 10 Apr 2020 16:51:02

Diese Einzelzellen sind nicht nur für Stapler, sondern vor allem wohl für stationäre Grossbatterien.
Aber wenn du behauptest, es gäbe sie nicht...

Ob man sich sowas ins Womo stellt, ist fraglich, jedenfalls sollten einem ein paar hundert Kilo dann egal sein. Vorteil ist klar, dass man da mit Balancern arbeiten kann, und nicht mehr auf eine 14+ Vollladung angewiesen ist.
Ob die aber überhaupt für Womo geeignet sind.... In den Betriebsvorschriften gibt es Sachen, die einen daran zweifeln lassen, ob Blei überhaupt für Akkus geeignet ist...


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