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elweb Batterie
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17
Erster Beitrag:
vor 5 Jahren, 3 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 5 Jahren, 3 Monaten
Beteiligte Autoren:
Multimegatrucker, Andreas Friesecke, Sven Salbach, Jan-EL, E. Vornberger, Bernd_M, Ingo Timm

LiFePo4 balancen OHNE Balancer

Startbeitrag von Andreas Friesecke am 29.07.2012 19:51

Hallo Leute,

heute eine (vielleicht) neue Idee: Das Balancen von LiFePo4 -Akkus ohne Balancer - aber mit Einzelzellüberwachung...

Wie in einem anderen Thread beschrieben, habe ich beobachtet, dass das Fertigladen ohne Balancing möglich ist. Voraussetzung ist, dass der Ladestrom rechtzeitig zurückgeht, da die Zellen schön gleichmäßig hochlaufen.

Weiter habe ich beobachtet: Wenn bei hohem Ladestrom eine Zelle "abhaut", dass gibt sich dieses "davonlaufen" sofort, wenn der Ladestrom zurückgeschaltet wird (in meinem Fall von C/3 auf C/20).

Idee:
Der Ladestrom wird so eingestellt, dass immer nur eine kleine Zellspannungsdifferenz möglich ist.

Also Beispiel mit 50mV Zellspannungsdifferenz:
Alle Zellen sind innerhalb von 50mV -> Vollgas laden.
Gehen sie weiter als 50mV auseinander, wird der Strom solange zurückgeregelt, bis sie wieder zusammengehen.
Damit muss ein Fertigladen ohne "Abhauen" einer Zelle und ohne Überladen möglich sein.:cheers:


Was diese Technik nicht kann, ist, eine schwächere Zelle nachladen, indem alle anderen durch aktive Balancer geshuntet werden.

Gruß
Andreas

Antworten:

neee..dat klappt nicht.
Du verzögerst ja lediglich den Ladeprozess aller Zellen..
Wenn eine Zelle voll ist, ist sie voll und schießt nach oben..
ISt der Strom klein genug dauert diese letzte Phase natürlich..
Aber genausowenig wie Du in die bereits zu volle lädst, lädst du auch in alle anderen...
Früher oder später ists dann vorbei..dann ist der Unterscheid so groß das auch dieses Prinziep nicht mehr arbeitet..
Im Prinzip machst Du nichts anderes als bis 3,5V dauerzuladen..da hast Du dann denselben Effekt.
Die Zellen werden so auch nach einiger Zeit voll...für den Alltag kommt man damit sogar ziemlich lange zurecht.,,im Winter wirds aber in die Hose gehen oder wenn man es doch mal eilig hat und nicht so lange warten will...

von Sven Salbach - am 29.07.2012 20:55
aber um es nicht völlig mardig zu reden, werde ich das nächste Woche mal testen,,habe da gerade nen einfachen Testaufbau im Kopf :-)
Das Ergebnis wird es wohl ende der Woche geben..hoffe ich, wenn auch nur mündlich

von Sven Salbach - am 29.07.2012 20:58
Nein, das funktioniert nicht. Der Sinn des Balancing ist ja gerade, Unterschiede im Ladezustand auszugleichen. Sven hat in der Argumentation richtig begonnen, ist dann aber wieder "aufgeweicht"-:))
Wie er richtig erwähnt hat sorgt der kleinere Ladestrom nur dafür, dass das ganze sich zeitlich verzögert, aber die Unterscheide im Ladezustand der einzelnen Zellen bleiben natürlich erhalten. Die Angleichung bekommt man nur hin, wenn die einzelnen Zellen mit unterschiedlichen Ladungsmengen beglückt werden. Bei gleichem Ladestrom für alle Zellen bekommen alle die gleiche Ladungsmenge ab.
Bei Bleibatterien (und einegshränkt bei nassen NiCd) funktioniert das, da die sozusagen eine eingebaute Balanzierung haben, nämlich die Gasung. Wenn eine Zelle voll ist fängt sie an zu gasen und nimmt kaum noch Ladung auf. Li-Akkus haben (leider, oder zum im Sinne der Energieeffizienz zum Glück) keine solche Nebenreaktion.

von E. Vornberger - am 30.07.2012 07:22
Sach ich doch die ganze Zeit:

Zitat
Andreas
Was diese Technik nicht kann, ist, eine schwächere Zelle nachladen, indem alle anderen durch aktive Balancer geshuntet werden.


Es kann hier kein Equalizing (ladungsmäßig gleichschalten) passieren, sondern nur ein Balancing (im Spannungsgleichgewicht halten).

OK, Die Überschrift war vielleicht etwas provokant.
Bin trotzdem auf Svens Erfahrungsbericht gespannt. Zum Aufbau - für einen einfachen Versuch kann man den Strom ja einfach "auf Sicht" gegen Ende der Ladung von Hand regeln.

War als Idee für die gedacht, die keine Heizwiderstände mögen, oder nur selten benutzen wollen oder mit sehr schwachen Strömen shunten.

Gruß
Andreas

von Andreas Friesecke - am 30.07.2012 07:47
Im Prinzip kannst Du e aber so sheen nur umgekehrt :-)
Schlusendlich spielt der Akkuinnenwiderstand die entscheidende Rolle..

MAchst Du die Akkus leer komtm irgendwann der plötzliche Spannungseinbruch wenn die Zelle leer ist..
Du würdest es jetzt so sehen..
Wenn Du jetzt den Laststrom senkst liegt die leere Zelle plötzlich wieder mit allen anderen etwa gleichauf...
Dennoch wird natürlich die Zelle zuerst leer sein, die einbrach..

Das gleiche in grün ist es bei der Ladung..
Nur das die spannung da nach oben wegbricht..
Aber ich werde das mal für alle versuchen irgendwie zu dokumentieren

von Sven Salbach - am 30.07.2012 08:08
Hallo zusammen,
in der anliegenden Darstellung (leider auf englisch - vielleicht kann das mal jemand komplett übersetzen) sind einige interessante Infos - z.B.: es gibt keinen Grund Li-Akkus immer ganz aufzuladen - zunächst werden alle Zellen entladen und befinden sich damit auf gleichem Niveau. Anschließend wird der ganze Block bis auf 60, 70, 80 oder 90 % der Nennkapazität geladen. Einzelzellenspannungsüberwachung ist natürlich unbedingt ratsam, ebenso beim leerfahren der Akkus.
Und hier noch mal der Link: [www.auto88.cz]
Gruß an alle

von Ingo Timm - am 30.07.2012 16:23
Moin Leute

Es wird auf jeden Fall eine individuelle Behandlung für einzelne Zellen nötig sein.

Wenn z.B. eine Zelle eine etwas geringe Selbstentladung hat und eine Zelle
eine etwas höhere Selbstentladung als die anderen Zellen. Dann wandern beide
Zellen. Die mit der geringeren Selbstentladung wird nach oben wandern und irgend
wann den Bereich über 3,7 V beim laden erreichen. Die Zelle mit der etwas höheren
Selbstentladung wird nach unten wandern und irgendwann beim fahren in den
Unterspannungsbereich tauchen.

Egal ob man mit 0,5 c oder mit 0,005 c lädt.

bis denne
Jan

von Jan-EL - am 30.07.2012 18:32
Hallo allerseits,

ich frage mich, wo dieser Thread hinführen soll?
Balancen ohne Balancer ist selbstverständlich möglich.

Alle Blöcke parallel schalten und bis zur Ladeschlußspannung Laden wobei dabei auch der Ladeschlußstrom sehr wichtig ist. Es führt zu nichts, wenn zur Ladeschlußspannung noch 20 oder 40 Ampere fließen. Nahe 0 Ampere ist Optimal und schon hat man ohne Balancer balanciert.
Diese Prozedur einmal gemacht und ein späteres Balancen wird zur Nebensache, bzw. niemals mehr nötig wenn nicht Voll geladen und nicht Nahe der Entladeschlußspannung entladen wird.
Ein Batteriemanagementsystem (kurz BMS) wird ebenfalls zur Nebensache. Eine Einzelspannungsüberwachung ist auch nicht nötig.

Es genügt zu wissen, welcher Block "Zelle" der schwächste ist und welcher Block "Zelle" der stärkste ist.
Diese Funktion ist mir allerdings in konventionellen Messgeräten nicht bekannt und so kommt wieder ein BMS ins Spiel.
Adressierbare,- adressierte Module sitzen auf jedem Block und geben per Datenleitung die jeweiligen Einzelspannungen auf Knopfdruck an das Display weiter oder aber der "starke" und "schwache" Block wird während der Fahrt oder dem Laden permanent angezeigt.
Wer diese beiden Spannungen im Blick hat, fährt beruhigt solange, bis der schwache Block um Hilfe schreit.

Die 12 Blöcke, die ich seit ein paar Jahren fahre, liegen um +- 0,06V beieinander. Unter Last, kurz vor Ladeschluss und auch kurz vor Entladeschluss.
Das allerdings verrät mir nur dieses oben besagte BMS.

Die zwei, später hinzu gekommenen Blöcke, haben zu den anderen 12, unterschiedliche Innenwiderstände, wobei oft besagter Block N°7 nach entnommenen 155Ah leer zu sein scheint und für die nächsten 45Ah Unterstützung von einem 48V/3,6V-80A DCDC-Wandler bekommt und so die 200Ah auch vollmachen kann.

@Jan: Du sprichst von Selbstentladung :rolleyes: ? Hast du Selbstenladung bei deinen Blöcken festgestellt?

Viele Grüße
Johannes

von Multimegatrucker - am 30.07.2012 20:33
Nö, gemessen hab ich keine, aber ein sehr langsames auseinanderlaufen
festgestellt. Das auseinanderlaufen war dann auch noch Temperatur abhängig.
Sprich im Winter waren andere Zellen als im Sommer die schlechtesten.

Aber irgendwo muß die Ladung ja geblieben sein die fehlt. Da bleibt ja
nur die Selbstentladung. An Selbstladung glaub ich irgendwie nicht :D

bis denne
Jan

von Jan-EL - am 30.07.2012 21:14
Na ja,

zur Selbstentladung von Lithium Blöcken fallen mir schon :rolleyes: Argumente ein, Jan :spos:.

Hier mal die wichtigsten Faktoren, die zur Selbstentladung in einer Lithium Batterie führen "können" :rolleyes:.

Externer Elektronenleckstrom der sich aus den armen ;) isolierenden Eigenschaften der Batterie-Dichtungen oder Dichtung oder von externen endlichen Widerstand zwischen den Leitungen (Außenleiter, Feuchtigkeit ...) bildet.
Elektrode / Elektrolyth reaktionen wie zum Beispiel, Anode oder Kathode Reduktion Korrosion durch den Elektrolyten oder Verunreinigungen.
Teilweise Auflösung der Elektrode des aktiven Materials.
"Passivierung" durch Zersetzungsprodukte.
Mechanische Desintegration oder Trennung vom Stromabnehmer.
Interner Druck aufgebaut und ein Austreten des Elektrolyths :eek: wobei das Lösungsmittel in dem Elektrolyten eine Tendenz zum oxidieren hat und bildet einen Elektronen-Ionen-Lösemittel-Komplex und ist elektrisch leitend :( , was auch böse Überraschungen nach sich ziehen kann.
Mhhh, tja so isses :D.
Selbst-Entladung kann auch die Tendenz der Elektronen-Ionen-Lösemittel-Komplex zu dissoziieren oder rekombinieren, das festlegt, die reversibele oder irreversibele Selbstentladung erläutert.

Der Hauptort der Nebenreaktionen (z.B. Elektronenstrahl-Ionen-Lösungsmittel Komplexbildung wie oben) ist die Schnittstelle zwischen dem aktiven Material und dem Elektrolyten :xcool:.
Das am häufigsten angenomme Bild zum passivierenden Film auf der Oberfläche des Elektrodenmaterial befindet sich an der Längsseite des Elektrolyten und wird als SEI gebildet SEI (Solid-Elektrolyt-Interphase).
Die Temperatur (wie du bereits geschrieben hast, Jan) spielt eine dominierende Rolle bei der Bestimmung der Selbstentladung.
Der übliche Weg bei der Analyse des Temperatureinflusses ist anzunehmen, wenn die Nebenreaktionen dem Arrhenius-Gesetz folgen,- durch einen bestimmten Koeffizienten in Verbindung mit einer "Aktivierung-Energie '. Die Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass eine Selbstentladung erzeugt wird und das aus mehreren Nebenreaktionen, jede mit ihrer eigenen Aktivierungsenergie und Geschwindigkeitskonstante.

Mhhh,- Lichtgeschwindigkeit werden wir nicht erreichen und Selbstentladung wird völlig überbewertet :rp: !!!

Viele Grüße aus den Ruppichterother Testlabore ;)
Johannes

von Multimegatrucker - am 30.07.2012 21:41
Sorry, aber Balancing ohne Balancer ist eben NICHT möglich.
Wie der Vorredner schon erwähnt hat sind keine 2 Zellen identisch.
Selbst wenn alle Zellen am Anfang identisch geladen sind werden sie im Lauf der Zeit auseinanderlaufen.
Wenn Du immer nur den schwächsten Akku nach unten und oben beachtest wirst Du zwar keine Zelle vernichten, im Lauf der Zyklen aber immer weniger Ladung insgesamt reinbekommen.

Auch ist eine Einzelspannungsüberwachung nötig. Die bekannten Brandfälle ungemanagter oder fehlerhaft gemanagter Batteriesystem sollten hier eigentlich deutlich machen wie wichtig das ist. LiFEPO4 ist hier zwar intrinsisch sicherer, aber wir haben hier ja auch andere Batterietypen im Forum im Umlauf.

Und selbstverständlich gibt es Selbstenladung (siehe einfach die Datenblätter). Ich spreche nicht von der ständigen langsamen Entladung im Auto (durch Restströme der angeschlossenen Leistungselektronik), sondern von der aus dem Datenblatt. Das ist nun mal ein Fakt, kein Hirngespinst. Hattest Du nicht kürzlich defekte Zellen?
Meine ältesten Zellen (laufen jetzt in einem anderen Fahrzeug) haben nach jetzt 4 Jahren dank Balanzierung noch keinen Defekt, und es muss nicht "ständig die schwächste Zelle" beobachtet werden. Gibst Du hier etwa den lebensgefährlichen Tipp, während der Fahr permanent die schwächste Zelle identifizieren zu wollen?.

von E. Vornberger - am 31.07.2012 16:21
Zitat
E.Vornberger
Gibst Du hier etwa den lebensgefährlichen Tipp, während der Fahr permanent die schwächste Zelle identifizieren zu wollen?.


Hallohooo!!!

Habe ich mich wirklich so ausgedrückt? Natürlich nicht.

Ich hatte angemerkt, dass es genügt zu wissen, welcher Block "Zelle" (beim Fahren) der schwächste ist und welcher Block "Zelle" (beim Laden) der "stärkste" ist. Wobei es ein und der selbe Block sein kann (höchster Innenwiderstand).
Mir ist klar, dass einige hier, mehr als 12 Blöcke Lithium fahren und eine Identifikation des schwächsten Blocks während der Fahrt, mit nur einem kurzen Blick (ähnlich dem Tachoblick) nur mit entsprechendem Equipment möglich ist. Das habe ich aber ausführlich beschrieben.

Hebt man die Serienschaltung (auch von 4 Jahre "alten" Lithium Blöcken) auf, schaltet sie parallel und läd sie solange bis 0 Ampere fließen, ist dies eine (vielleicht die einzige) Möglichkeit, ohne Balancer zu balancieren.
...und mir ist klar, dass kein Block identisch ist. Wäre es so, könnten wir auf einige technische Gerätschaften verzichten.

Ich gehöre ja mittlerweile auch zu denen, die ein BMS zu schätzen wissen.
Ich bekomme von diesem BMS ein akustisches Signal wenn der schwache Block 0,3V vor seiner Enladeschlußspannung geht. Dann nehme ich das Strompedal zurück und weiß, dass der nächste Ladehalt mir gehört.

Zitat
E.Vornberger
Auch ist eine Einzelspannungsüberwachung nötig.

Mag ja sein. Aber bitte nicht während der Fahrt :eek: ablesen, Männers :spos:.

Wenn ich weiß, wie hoch die Spannung des schwachen Blocks während der Fahrt ist, weiß ich, dass alle anderen Blöcke darüber liegen.

Grüße
Johannes

von Multimegatrucker - am 31.07.2012 19:04
Hallo Johannes,
ein Thema hast Du vergessen...
Wahrscheinlich haben die günstigen BMS Module auf jeder Zelle das mit Abstand größte Potenzial,
"Entladungen" zu verursachen.

Bernd M

von Bernd_M - am 31.07.2012 20:11
Zitat
Bernd_M
Wahrscheinlich haben die günstigen BMS Module auf jeder Zelle das mit Abstand größte Potenzial,
"Entladungen" zu verursachen.


Hallo Bernd,

das kann ich so leider nicht unterschreiben.
Diese eineurofünfundsiebzig "billig" Balancermodule entladen erst wenn die Spannung an dem Punkt angekommen ist für die sie gebaut wurden.
z.B LiFe(Y)Po4 ab 3,65V und LiPo ab 4,25V.
Ich habe beide Typen hier und habe sie ausgiebig getestet. Unterhalb dieser "Schwellspannung" ist der Widerstand unendlich und trägt nicht zur "Entladung" bei.

Würde erst garnicht bis zur "Schwellspannung" geladen, hätten diese Balancermodule keine Arbeit zu verrichten,- aber nur solange bis es einen Ausreißer gibt.

Viele Grüße
Johannes

von Multimegatrucker - am 31.07.2012 20:51
Hallo Johannes,
dann hoffe ich,das es so bleibt.

Bernd M

von Bernd_M - am 31.07.2012 21:04
Dann schreibe ich doch zum Abschluss auch noch mal was dazu:

Es gibt hier im Forum viele (zumindest ist das mein Eindruck), die Balancing durch Stromverbraten vermeiden wollen. Gründe: Angeblich kürzere Lebensdauer der kkus, Brandgefahr oder vielleicht auch einfach Angst vor irgendwas.

Diese o.G. Leute wollen ohne Shunting die Zellen mehrfach voll laden, um dann ab und zu gezielt, unter Aufsicht, zu balancen (Shunten, Nachladen, Ausbauen und parallelschalten, oder wie auch immer).

Um das Vollladen ohne die Shuntbalancer zu aktivieren ging es mir. Dies würde mit der Spannungsdifferenzmethode gehen und man kann sich sicher sein, dass während der Ladung kein Akku abhaut und kaputtgeht.
Dass auf diese Weise ein Auseinanderlaufen der Kapazizät nicht auszugleichen ist, hatte ich bereits ganz am Anfang geschrieben. Dafür braucht man zusätzliche Technik in Form von elektronischen Shunts oder DCDC Wandlern.

Ich persönlich sehe im aktiven Balancen durch Shunts oder DCDCs keine Gefahr für die Akkus, solange diese eine Maximalspannung (meist 3,65V) nicht überschreiten. Das Dokument, auf das Ingo erneut hingewiesen hat nimmt hier komischerweise die viel zu hoch angesetzten 4V für LiFePo4 an, obwohl mir kein Shunt-Balancer mit diesem Schwellwert bekannt ist. www.auto88.cz

Ein unbestreitbarer Vorteil der Spannungsdifferenzmessung ist wohl die Tatsache, dass bei Erreichen der Ladeschlussspannung der Ladestrom ziemlich sicher schon so weit zurückgegangen ist, dass auch schwache Shunt Balancer, den Rest gefahrlos übernehmen können. Keine Zelle kann mit 50A geladen werden und über die Ladeenspannung laufen. Man kann also mit einer reinen IU-Kurve laden, wobei I eben von extern steuerbar sein muss.

Ein Nachteil ist wahrscheinlich dass, die Ladung gegen Ende länger dauert, als wenn man hart runterschalten würde, sobald die erste Zelle nach oben abhaut. Das müsste aber noch bewiesen werden.

Ich kann mein Ladegerät (NLG4) leider extern nicht detailliert steuern, sonst würde ich es ausprobieren.

Gruß
Andreas

von Andreas Friesecke - am 01.08.2012 09:21
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