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elweb Batterie
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15
Erster Beitrag:
vor 4 Jahren, 8 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 4 Jahren, 8 Monaten
Beteiligte Autoren:
Peter Dambier, Bernd Schlueter, Sven Salbach, E. Vornberger, Bernd_M, hallootto

Batterie- und Ladetechnik, Feuersicherheit

Startbeitrag von Bernd Schlueter am 10.11.2013 08:19

Die abgebrannten Teslas haben mir zu denken gegeben, zumal die Teslas doch eine Flüssigkeitskühltechnik eingebaut haben, die auch dem Feuerschutz dienen soll.
Keine Frage, wennn man bei den Kühl- und Löschmitteln freie Hand hätte, würde man Halon oder andere, nur für den Kriegseinsatz zulässige Löschmittel aus fluoriertem Kohlenstoff wählen. Wasser wäre ideal, leitet leider und reagiert mit Alkalimetallen, was Halone nicht tun.
Flüssiges Kohlendioxyd wäre ideal, leider nur für die Bewohner Spitzbergens während des langen Winters geeignet, wenn sie nicht gerade im vollen Mondlicht parken.

Ein Ällwäppmitglied hat für uns alle schon einen überzeugenden Test gemacht. Gewisse Lithiumchemien werden seitdem vermieden. Das Batteriepack eines niedlichen Cityels riss gleich fünf Fahrzeuge in den Tod, die Flammen loderten vor dem Haus gleißend hell bis an die dritte Etage, die Feuerwehr konnte nur wenig retten.
Unsere Donnerbüchsen sind relativ gut geschützt, weil sie einmal auf die weniger gefährliche Zellchemie umstiegen, zum anderen wählte Churchills Namensbruder eine massive, wahrscheinlich fluorierte Kunststoffumhüllung, die Übererwärmung erst einmal durch Schmelzwärmeaufnahme bremst.
Aber auch diese brennt, wenn eine recht hohe Temperatur überschritten wird. Tesla verzichtete auf diese Schmelzmassen und wählte eine externe Kühlflüssigkeit, die sicherlich idealer sein könnte.


Batterien haben den Vorteil beim Brand, dass sie an Ort und Stelle liegen bleiben, man kann gezielt Brände und Überwärmung bekämpfen. Das war sicherlichMusks Idee.
Das schon von mir genannte Kohlendioxyd in flüssiger Form, wäre, in der richtigen Menge an den richtigen Ort gebracht, wäre sicherlich ideal. Das wäre mein Vorschlag an Herrn Musk. Klar, eine Verkomplizierung der Batterietechnik, mit vielen Thermosensoren zwischen den tausenden Batterien
und regelbaren Sprüdüsen für den aus den Druckluftflaschen austretenden "Kohlensäureschnee". das entstehende Gas würde nach der Abgabe von Gefrier und Sublimentierkälte zur Brandlöschung einen großen Teil des Fahrzeugs vor dem Zutritt von Luftsauerstoffs bewahren, auch der Fahrer würde zwar vor dem Verbrennen geschützt, aber womöglich ersticken. Der Kunststoff- und Leichtmetallkarosserei täte es auf jeden Fall gut. Erstickte kann man immerhin noch nach einer halben Stunde wiederzubeleben versuchen. Bei Verbrannten dauert es in der Regel länger.

Ich denke, mit diesem Teil der Batterietechnik sollten wir uns alle befassen. Das Problem ist meiner Meinung nach lösbar und noch nicht optimal gelöst. Brände an Batterien entstehen normalerweise lokal eng begrenzt und lassen sich durch Schnellabschaltung an mehreren Stellen (billige Thermoschmelzsicherungen) und durch lokale Brandbekämpfung mit Karosserieschutz durch Inertgas wirkungsvoll bekämpfen.
Da vermutlich die meisten unserer Brände beim Laden entstanden: da liegt noch sehr Vieles im Argen. Unter anderem fehlt die redundante Überprüfung des BMS, zum Beispiel durch die Schlütersche Monte-Carlomethode, auch russisches Roulette genannt, das ich hiermit als für jeden nachbaubar erkläre. Niemand in der Welt wird es mehr patentieren können, weil es hier im Forum veröffentlicht ist.
Ich werde jeden Patentanspruch niederschlagen lassen.

Nein, wir werden uns nicht die Butter vom Brot nehmen lassen.
Die Welt wird elektrifiziert, basta.

Antworten:

Ein gutes BMS kann jede Batterie abfackeln. Deshalb verzichtet Jack (ev-tv.me) aufs BMS und setzt auf Bottom Balancing. Zumindest gegen Umpolen durch Tiefentladen ist er dadurch gefeit und gegen eine Menge Schusseligkeit.

Da Feuer beim Laden meist in den frühen Morgenstunden passieren gilt es als sicher, daß Überladen die Ursache war. Fachleute bringen selbst Blei zum Brennen, meist explosionsartig.

Zuletzt spielt die Chemie eine Rolle. Selbst Natrium/Schwefel und Zebrabatterien kriegt man zum Brennen, aber es ist nicht so einfach wie mit Lithium und Kobalt.

Lithium Eisen Phosphat ist beinahe unkaputtbar, mag aber Kälte nicht. Lithium Mangan hat höhere Spannung und höhere Energiedichte, aber auch einen niedrigeren Kaputtpunkt der Membran zwischen Anode und Kathode. Übertemperatur und das Zeug schmilzt. Kurzschluß, Feuer.

Es gibt nichts zu löschen. Es ist kein Verbrennungsvorgang sondern eine heftige elektrische Entladung, ein Elektroschweißgerät, das außer Kontrolle geraten ist. Da hilft nur Kühlen, am einfachsten mit viel Wasser (es gibt sogar Zusatzmittel für das Wasser, damit es besser in Poren eindringt ...)

Lithium Kobalt ist Teufelszeug. Die Chemie hat den niedrigsten Punkt, bei dem der Separator kaputt geht und als Bonus entsteht bei Überladen und bei hohen Temperaturen Sauerstoff - Vogelkot trifft Ventilator ...

Top Balancing: Bei Tiefentladung wird die Hälfte der Zellen umgepolt. Die schwächste wird sogar Überladen und fängt an Sauerstoff zu produzieren. Wenn sie schnell genug heiß wird, nimmt sie die Nachbarzellen mit. Kettenreaktion.

Bei Bottom Balancing werden alle Zellen gleichzeitig leer. Kein Überladen in die verkehrte Richtung möglich.

Wieder Aufladen nach Tiefentladung, bei Top Balancing werden die umgepolten Zellen (weil Kapazitätsverlust) überladen. Einfache Balancer werden überfordert und brennen durch, machen Kurzschluß und den Bock fett. Bei Bottom Balanced Zellen geht es fast immer gut. Die Zellen haben meist keinen auffälligen Kapazitätsverlust.

Die meisten Feuer sind bisher durch Blei BMS an Lithium Batterien entstanden. Danach kommen machanische Schäden mit Kurzschluß als Folge.

Liebe Grüße von
Peter und Karin

von Peter Dambier - am 10.11.2013 12:54
Wenn tatsächlich das Überladen die häufigste Ursache für Batteriebrände ist, dann wäre allerdings Top-Balancing das sicherere Verfahren. Gerade hier werden ja gegen Ladeende hin die spannungshöchsten Zellen entlastet und dann, wenn es richtig gemacht, ist auch der Ladestrom heruntergefahren.
Was heißt eigentlich "Überladen in die verkehrte Richtung"? Verkehrter als Umpolen geht ja wohl nicht.

von E. Vornberger - am 10.11.2013 15:18
Verkehrter als Umpolen ist, nach dem Umpolen ordentlich weiter ...

"Entladen", also Aufladen in die verkehrte Richtung. Falls Top Balanced war, fällt je nach Anzahl der Zellen nicht auf, wenn schon eine Zelle umgepolt ist. Das Auto läuft, als wenn nichts passiert wäre.

Lithium Ionen landen auf der falschen Stelle und setzen Sauerstoff frei. (Der Elektrolyt zersetzt sich, durch Elektrolyse.) Je länger desto mehr. Mit Sauerstoff kann Lithium schon, wird auch warm. Entscheidend ist aber, daß irgendwann der Nylonstrumpf (der Separator) ein Loch bekommt und durch den folgenden Kurzschluß breitet sich das aus, wie eine Laufmasche, nur schneller.

Liebe Grüße von
Peter und Karin

von Peter Dambier - am 10.11.2013 15:40
Jedes einigermaßen vernünftige BMS meldet dem Auto, wenn eine Zelle das Entladeende erreicht.
Dass eine Zelle durch Tiefentladung umgepolt wird kann eigentlich nur bei nicht durchdachten Bastellösungen eintreten, unabhängig davon ob man top oder bottom balanziert.

Auch ein bottom balanzierendes BMS kann mit Sicherheit nicht dafür sorgen dass bei Entladeströmen von sagen wir 1C oder Spitze 2C die schwächste Zelle ausreichend nachgeladen wird.
Es sei den es sorgt zeitglich für den Schildkrötengang.
Deswegen ist ja das top balanzieren das eigentlich vernünftigere, weil man da in der Regel mit kleinerem und vor allem regelbarem Ladestrom zu tun hat. Bei Entladen regelt nur der Gasfuß.

von E. Vornberger - am 10.11.2013 15:58
Hallo Peter,
In diesen Forum sind verschiedene Teilnehmer die Unterschiedliche Meinungen zu BMS und anderen Überwachungssystemen haben.
Erzähle uns doch mal was für Erfahrungen DU mit dem "bottom balanzierende Zellen" in den letzten 3 Jahren gemacht hast !
Ich denke das könnte auch andere Teilnehmern interessieren.

Falls Du keine Entsprechenden eigene Erfahrungen gesammelt hast ,finde ich deine wiederholten Hinweise auf dieses Verfahren unnötig bis gefährlich !
Jeder der Versucht ein Li System ohne Kontrolle der der min.- und der max. Zelleinzelspannung zu betreibt ,handelt grob fahrlässig (meine Meinung).
Diese Überwachung kann z.B. ein einfacher Piepser für die Untere Zellspannung sein...
Wenn diese einfache Regel beachtet wird , sind auf einmal die Vorteile des "bottom balanzierte" Zellen nicht mehr relevant !

Die ersten beiden Tesla werden auf jedenfall nicht aus diesen Grund abgefackelt sein....

Bernd M

von Bernd_M - am 10.11.2013 16:43
Moin, Moin!

Ich kann mir dieses "bottom balancing" auch nicht vorstellen. Zumindest nicht im normalen Fahrbetrieb. Oder wie bereits geschrieben, müsste man die Weiterfahrt verhindern. Und was bringt das dann, wenn man die letzten 5% aus den noch "starken" Zellen saugt, und umverteilt, nur um nach dem "Balancing" noch wenige Km zu "fahren" (schleichen). Wenn die erste Zelle leer ist, dann ist "FEIERABEND", wenn man die Akkus nicht zerstören will. Und genau dass verhindert ein vernünftig eingestelltes und dimensioniertes BMS.
Wenn das Akkupack eine oder mehrere schwache Zellen enthält, dann bestimmen diese wann Schluss ist. Würde man diese schlechten Zellen nämlich mit einem bottom balancing benutzen um die guten Zellen auch noch zu entladen, dann hätte man das gleiche Problem hinterher beim Laden, denn die guten Zellen werden ja nicht voll.
Wie auch immer, bestimmt die schwächste Zelle die Kapazität des gesamten Akkupacks.

Schon immer war die Kette nur so stark wie ihr schwächstes Glied.

elektrische Grüße
Peter

von hallootto - am 10.11.2013 16:47
Praktische Erfahrung:

ein Motorad Laden in der Nachbarschaft hat schon mal eine glühende BMS Platine aus dem Fenster geworfen (mehr als einmal).

Selber sind mir schon genügend Halbleiter durchgegangen. Wenn die heiß werden, dann sind die nicht mehr zu bremsen. Bei den Ladeströmen und erst recht bei den Entladeströmen in unserem Auto sind Sicherungen schwer zu verwirklichen.

Unser i-MiEV (der von Karin und mir) ist Baujahr 2010. Also mehr als 3 Jahre sind nicht drin. Die Batterie von einem abgetauchten i-MiEV habe ich gesehen. Anders als Tesla haben wir Module drin, die aussehen wie 12V Autobatterien. Jedes Modul hat ihre eigene BMS Platine und die sind galvanisch voneinander und von der BMU getrennt (deswegen die die Zellen trotzdem noch alle in Serie). In allen Modulen waren die selben Zellen hin und die Platinen an der selben Stelle verschmort.

In Laptops und Tabletts finden sich oft zwei oder drei Zellen, mit und ohne BMS. Tiefentladen kommt gerade bei Androiden immer wieder vor, weil die anders als PCs normalerweise nie ausschalten. Spaßeshalber Bottom Balancing ausprobiert, von Hand. Die haben alle überlebt.

Und nicht zuletzt im Amateurfunkgerät: Tiefentladen gibt immer tote Zellen, es sei denn die sind Bottom Balanced und bleiben immer in Serie und ohne Anzapfung.

In unserem Amateuradio Club gibt es auch Modellflieger. Darunter zwei Gruppen. Die einen glauben an BMS die anderen an Bottom Balancing. Die BMS Gläubigen haben die meisten Verluste, sind aber überzeugt, daß ihre Modelle länger fliegen.

Interessant, im Händi ist nur eine Zelle (ca. 4V) da ist auch bei Tiefentladen noch nie was passiert

Einen Verlust durch Überladen habe ich auch. Scheinbar hat das BMS im Android nicht gemerkt, das die Batterie voll ist. Das Batteriefach ging mit einem Knall auf und die rechteckige Batterie sah aus wie eine Presswurst, prall und rund. Der Android geht noch. Die Batterie habe ich schleunigst ins Freie gebracht und später mit fachmännischer Hilfe entsorgt.

Liebe Grüße von
Peter und Karin

von Peter Dambier - am 10.11.2013 20:57
Bottom balancing ist doch auch BMS?

Wenn ich das richtig sehe, ist bottom balancing vollständige Entladung aller Zellen auf ein Mindestspannungsniveau.
Ich kann nicht sagen, wie sich das auf die Lebensdauer auswirkt.
Stetige Vollaufladung ist jedenfalls auch nicht gut.

Wenn ich Batterielotto spielen würde, würde ich vielleicht im Moment bottom top vorziehen, lieber aber in der Mitte bleiben. Wie nur, sprach Zeuss.

Vorschlag: Agamemnon fragen.

Um zu balancieren, muss man jede Zelle irgendwann oben oder unten anstoßen lassen. Beides ist schädlich aber notwendig.
"Oben" anstoßen lassen bei 3,6 Volt ist sicher nicht verkehrt, natürlich einstellbar.
Nach unten Schluss, wenn meine "Opferzelle bei der Mindestspannung angekommen ist.
Das wäre eine andere Methode, um oben und unten Anstoßen für die anderen Zellen für lange Zeit zu vermeiden.

von Bernd Schlueter - am 11.11.2013 10:18
Bottom Balancing macht man normalerweise einmal und dann hoffentlich nie wieder.

Man sucht sich einen Punkt im unteren legalen Bereich, hart an der Grenze, knapp darunter und versucht alle Zellen, nach einem ersten Vollladen durch immer wieder entladen und dann stehen lassen, auf diese Spannung zu bringen. Das dauert überlicherweise eine Woche.

Danach Laden auf 80% und dann fahren, notfalls bis die Kiste stehen bleibt. Beim Laden nie über die magischen 80% gehen.

Liebe Grüße von
Peter und Karin

von Peter Dambier - am 11.11.2013 10:53
Hallo Peter,
Zitat

ein Motorad Laden in der Nachbarschaft hat schon mal eine glühende BMS Platine aus dem Fenster geworfen (mehr als einmal).

Was für Platinen schmeißt der aus dem Fenster ?
Wahrscheinlich von Motorrädern ,Fahrrädern oder Rasenmähern die er zur Reparatur bekommen hat,oder ?

Zitat

Selber sind mir schon genügend Halbleiter durchgegangen. Wenn die heiß werden, dann sind die nicht mehr zu bremsen. Bei den Ladeströmen und erst recht bei den Entladeströmen in unserem Auto sind Sicherungen schwer zu verwirklichen.

Wenn die Entladeströme durch dein BMS (beim Modelflieger oder beim Auto) fließen, dann ist das eine interessante Schaltung.....

Zitat

Unser i-MiEV (der von Karin und mir) ist Baujahr 2010...... Anders als Tesla haben wir Module drin, die aussehen wie 12V Autobatterien

Hat der i-Miev keine Einzelzellenüberwachung ? würde mich doch eigentlich wundern.
Wenn bei allen Platinen die gleichen Bauteile kaputt sind, hat der Hersteller gepfuscht/gespart !

Auf Laptops ,Modellflieger,Handy will ich nicht weiter drauf eingehen....das sind ganz andere Baustellen.
(weiß ich nicht ,gehe ich aber von aus)

Ich vermute das der Amateurfunker nicht immer bei sein Gerät ist wenn es entladen wird.
Anders ist das beim E-Auto...

Grundsätzlich habe ich auch eine Abneigung die BMS Zellmodule auf den Zellen zu montieren.
Ich habe die Balancer extern.Werden nur zusammen mit den Ladegerät angeschlossen.
Während der Fahrt brauche ich nur die Warnung vor Unterspannung.

Auserdem stelle ich mir es tückisch vor die Batterien monatelang auf 80% zu halten ?
Wie soll das sicher funktionieren ?
Mit Schaltzeituhr ? Dann müßte man jedes mal vom Laden Fahrtenbuch und Taschenrechner raussuchen....
Ich sehe da mehr Problem als Lösungen !

Bernd M

von Bernd_M - am 11.11.2013 21:54
Der Motorad Laden entwickelt. Wenn ich es recht verstanden habe, paßt die Parallel Regler Platine auf, daß die Zelle nicht überladen wird. Was eben noch eine parallele Umleitung für überschüssigen Ladestrom war, ist im nächsten Moment ein Kurzschluß, der die Zelle kurz schließt.

Im i-MiEV die scheinbare Autobatterie sind 4 Zellen mit einer gemeinsamen BMS Platine. Die BMS Platinen sind untereinander CANBUS ähnlich verbunden, aber galvanisch getrennt. Die BMU ist der Gateway zum CANBUS. Die BMS Platine kann meines Wissens die 4 Zellen Bottom Balancen, das passiert, wenn die letzten zwei Balken blinken. Ob die 22 Module über die BMU Ladung austauschen können oder ob das Balancing nur innerhalb eines Moduls geht, weiß ich nicht.

Der i-MiEV überwacht jede Zelle einzeln, Spannung und Temperatur. Kann man mit canIon schön beobachten. Deswegen brauche ich unbedingt ein 17 Zoll Display welches in den Doppel Din Ausschnitt vom Autoradio paßt.

Ich habe mal den Laptop im Auto ausprobiert. Im Stehen geht es, aber zum Fahren ist er doch etwas sperrig. Der BMW i3 hat zwei Displays. Das trägt nicht so auf, wie das Airbus Cockpit vom Tesla.

Liebe Grüße von
Peter und Karin

von Peter Dambier - am 11.11.2013 22:46
Zu bedenken ist der Garantieverlust bei dieser Methode.
Wenn es auch nur einen Hersteller geben würde, der dieses System gutheißen würde, würde es sicher auch Verwendung finden und den Batterieabsatz ankurbeln...
Ich kann vor dieser Methode nur dringend warnen und abraten, wie alle mir bekannten Batteriehändler ebenfalls
Abgesehen davon, das NUR mit einem BMS die zyklenzahlen laut Datenblatt überhaupt erreichbar sind!
Was bedeutet,das die Zellen immer nur in einem schmalen Fenster verwendet werden dürfen!

Da die Zellen im innern eines Block logischerweise auch eine andere Temepratur als die außeren entwickeln ist ebenfalls klar das dieses System nicht funktionieren kann.
Das gemeine an liFePo ist nur, man sieht es erst nicht, weil die Spannung im mittleren Feld immer sehr konstant ist, auch wenn eine Zelle bereits leerer als andere ist.
Hierdurch kommt es zum Trugschluss das noch alle gleich währen..
Bei einer längeren Tour wars das dann irgendwann.
Eine Spannungsanzeige sollte also dennoch auf jeden Fall verwendet werden um notfalls rechtzeitig eingreifen zu können

von Sven Salbach - am 12.11.2013 20:57
wenn das gehen würde, warum müssen die Balancer beim Laden dann doch öfter eingreifen?!
Wenn die zellen einmal balanciert sind, sagen wir von den billigen 10€ passiven platinen, dürfte sich Deienr Meinung nach ja nichts mehr ändern...
Tatsächlich greifen die aber sehr wohl hier und da wieder ein.
Wenn das wie von Dir geschrieben funktionieren würde, hätte der Twizzy sicher auch solche ine Low kost Lösung drin..Renault hat ja auch nichts zu verschenken

von Sven Salbach - am 12.11.2013 21:05
Kann man zusammenfassend sagen, dass es keine Patentlösung gibt? Der Aussage von Professor Sauer nach sollte man sich möglichst im Bereich von ungefähr 1/3 und 2/3 Ladung bewegen, was Toyota mit ihren NiMhs ja auch in etwa macht.
Wenn ich das richtig sehe, brauchte ich dafür meine gute alte Wünschelrute. Die habe ich einmal umgeschnitzt und dabei aus Versehen zerschnitten. Seitdem funktioniert sie nicht mehr richtig und findet statt Wasseradern nur rostige Blechdosen.
Wir müssen also einen Kompromiss eingehen und möglichst oft den oberen Spannungsbereichsenden aus dem Weg gehen. Da wäre schon interessant , genauer zu wissen, in welchen Bereichen die zerstörerichsten Umkristallisationsstellen liegen.
Bei NiMhs kann man die anscheinend bequem an der Spannungslage erkennen. Delta peak und Genossen werden dabei von Toyota links liegen gelassen.
Sven, Du hast doch mal die Entladekurven von Kälbern und Winstonbullen genau ausgemessen, wobei man Spannung und Kapazität zuordnen kann. Wenn ich mich recht entsinne, war das nicht gut ablesbar? Aber mit fetten, kurzen Entladeimpulsen müsste man vielleicht doch unschädlich auf den Innenwiderstand und damit die Restkapazität schließen können?
Dann wäre gesundes "Bottombalancing" jederzeit möglich und man würde immer nur so viel zuladen, wie man fahren möchte. Eine Minute Laden für den Kindergarten und zurück usw. Die Batterien würden bis zu ewig halten...
Sven, ich sehe, Du hast was zu tun...

von Bernd Schlueter - am 18.11.2013 18:55
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