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elweb Batterie
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Erster Beitrag:
vor 3 Jahren, 5 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 3 Jahren, 5 Monaten
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Emil, R.M, R, Mathias aus St. Leon

Ladegeräte bei aktivem Balancer über Temperatursensor abregeln?

Startbeitrag von Emil am 26.12.2014 13:04

Hallo,

ich wünsche erst Mal frohe schöne Feiertage.

Heute suche ich nach Ideen, wie eine einfache Abregelung von vorhandenen Ladegeräten mit Temperatursensoren zur Temperaturkompensation realisiert werden könnte.

Wenn der erste passive LiFePO4 Balancer anfängt zu arbeiten macht es wenig Sinn mit der vollen Stromstärke weiter zu laden, da nur unnötig Energie verheizt wird, und auch die Spannung unnötig weiter ansteigt.

Bei einer Neuinstallation würde man gegebenenfalls dann ein BMS, Balancer und ein Ladegerät wählen, die so zusammenarbeiten, dass das Ladegerät ab geregelt wird. Allerdings ist das für kleinere Akkugrößen ein teurer Spaß. Und wenn man mehrere unabhängige Akkus hat, braucht man das auch noch mehrfach.

Wenn man ein bestehendes Bleisystem auf LiFePO4 umrüstet, dann ist der Austausch aller vorhandener Ladegeräte schon ein teurer Spaß, und es gibt auch gar keinen direkten Ersatz für bestimmte Ladegerättypen. Deshalb schwebt mir für meine Installation im Wohnmobil eine andere Lösung vor.

Hier die Ausgangslage:

Ladegeräte:
- Lichtmaschine 150A/28,8V mit AlphaPro Laderegler und Temperatursensor
- 2x Philippi Ladegeräte mit je 30A/28,8V und Temperatursensor
- 2x Solarladeregler MppSolar PCM 5048 je 1000 W PV und mit Temperatursensor

Akkus:
- 2x 200Ah/25,6V Winston mit je 8 Cellmodulen und je 1 BMS mit getrennter Überspannungs- und Unterspannungsabschaltung
- weitere Akkumodule mit Singleboard BMS

Da es mir vorwiegend um eine hohe Lebensdauer geht sind mittlerweile alle Ladegeräte so eingestellt, dass sie nur mit maximal 28 V (3,5 V/Zelle) laden und die Ladeerhaltungsspannung nur bei 26,4V (3,3V/Zelle) liegt. Der AlphaPro und die Solarregler ließen sich direkt auf die gewünschte Spannung einstellen, die Philippi Ladegeräte wurden über einen festen Widerstandswert für den Temperatursensor auf 28V eingestellt.

Letzteres brachte mich auf die Idee statt die Spannungswerte fest einzustellen, diese mit Hilfe der vorhandenen Temperatursensoren so zu regeln, dass sobald ein Balancer warm wird, über die sich erwärmenden Temperatursensoren die Spannung und damit den Strom der aktiven Ladegeräte zu regeln.

Was auf den ersten Blick einfach aussieht, erweist sich aber dann in der Praxis als schwierig, da die erhöhte Temperatur ja nicht an einem einzigen Punkt auftritt, sondern verteilt über alle vorhandenen Balancer-Widerstände (mindestens 16). Zudem habe ich 5 Temperatursensoren, die ich mit der Wärme versorgen muss.

Ich suche momentan nach einer einfach zu realisierenden Idee wie ich die Temperatur der Balancer Widerstände mit den Temperatursensoren der Ladegeräte verknüpfen kann. Ziel soll es sein, dass sobald einer der Widerstände warm wird, alle aktiven Laderegler ihre Spannung senken und bei sich abkühlendem Widerstand die Spannung wieder ansteigt. Wichtig ist dabei auch noch, dass das auch bei Umgebungstemperaturen von 40° C die Akkus noch ausreichend schnell geladen werden und das alles nicht zu träge ist.

Die einfachste Idee, die mir momentan einfällt ist einfache Microthermostate (z.B. JUC-31F) auf jedem Widerstand zu befestigen. Sobald einer davon schaltet werden über einen kleinen Lastwiderstand alle am Einbauort vorhandenen Temperatursensoren zentral beheizt. Damit erfolgt weder bei den Zellmodulen noch bei den Ladegeräten ein Eingriff. Natürlich braucht man einen Kühlkörper und Lüfter damit sich die Temperatur der Balancer-Widerstände und des Heizwiderstands schnell wieder der Umgebungstemperatur angleichen, wenn der Thermostat abschaltet. Das Abgleichen dürfte dabei gar nicht so einfach sein. Allerdings kommt man ohne irgendwelche Elektronik aus.

Wer hat Ideen wie man das ohne großen Aufwand und relativ ausfallsicher noch machen könnte?

Diese Lösung ist zwar nur als Optimierung gedacht, aber sie erhöht natürlich auch den Schutz gegen Überspannung. Das BMS würde aber im Falle der Überschreitung einer bestimmten Spannung dann trotzdem alle Ladequellen abschalten. Sollte die Spannung nach 1 min immer noch zu hoch sein, dann wird der jeweilige Akku komplett getrennt.

Danke und Grüße,
Emil

Antworten:

Zunächst ein paar grundsätzliche Fragen:
Haben die Thermowiderstände NTC oder PTC Charakter?
Ist etwas über die Potentiale an den Thermowiderständen bekannt?
Eventuell ist eine elektronische Lösung mit übersichtlichem Schaltungsaufwand möglich. Von einer echten thermischen Lösung halte ich nichts, da sie zu vielen Umgebungseinflüssen ausgesetzt ist und selber eine gefährliche Wärmequelle sein kann.

von R - am 26.12.2014 18:00
Hallo.

Du schreibst:

"Wenn der erste passive LiFePO4 Balancer anfängt zu arbeiten macht es wenig Sinn mit der vollen Stromstärke weiter zu laden,..."

Es macht nicht nur keinen Sinn, sondern ist auch längerfristig gesehen der Tod für den Akkublock, der unter dem Balancer sitzt. Es sei denn Du lädst sowieso nur mit der Amperzahl, die der Balancer verbraten kann, aber dann bräuchtest Du ja keine weitere Schaltung.

Ich würde an Deiner Stelle nicht über die Temperatur der Balacer gehen - (wie Du schon gesagt hast > Fehlerquelle heißer Sommertag), sondern folgendes:

Ich benutze die Widerstandsbalancer Cbm1, aber wenn Du ähnliche benutzt wird es auch klappen.
Der Witz ist der. Sobald ein Balancer zu arbeiten anfängt, kann man ein Signal von seinen Widerständen abnehmen und (so hab ich es gemacht) direkt zu einem (Bi-stabilen) Relais senden,
Bi-stabil deswegen, weil der Balancer sich nach dem ersten Zucken wieder deaktiviert und ein monostabiles Relais sich immer wieder ein- und auschalten würde.
Praktischerweise kann mann alle Signalleitungen auf nur ein Relais schalten, wenn jede Leitung mit einer Sperrdiode entkoppelt ist.
Mit dem Signal kannst du dann so ziemlich alles machen, Hauptladegerät aus - Kleineres Ladegerät an oder irgendwie das Ladegerät runterregeln....

Vielleicht hilft Dir das weiter

Gruß
Mathias

von Mathias aus St. Leon - am 26.12.2014 19:25
Hallo

Ist doch bei der Spannung ganz einfach, Relais zum trennen der Leitung wenn die erste Zelle voll ist und um das Relais rum eine Strombegrenzung mit einem Strom den die Balancer verkraften.

Wenn alle voll sind dann eben auch den Strombegrenzer abtrennen und gut ists.

Also normale KFZ Relais und ein L 200 mit der entsprechenden Beschaltung.

Wenn die Balancer LEDs haben die auslöten und einen Optokoppler daran oder auch parallel zu den LEDs ist besser als über Temperatursensoren zu gehen

Ein paar Logikbausteine die das ganze auswerten sind noch nötig aber kein Hexenwerk.

Schätze mal mit 30€ bist du dabei.

Gruß

Roman

von R.M - am 26.12.2014 19:47
Danke für die Antworten.

Ich brauche kein zusätzliches Abschaltsignal, denn das steht vom BMS schon zur Verfügung, wenn eine etwas höhere Spannung (3,60 V) als die Balancer-Spannung (3,55 V) überschritten wird.

BMS
Cell Modul
Manual

Ich möchte wirklich nur vordem BMS Signal den Ladestrom indirekt über die Temperatursensoreingänge der Ladegeräte so regeln, dass die Ladespannung möglichst nahe an der niedrigeren Einschaltschwelle der Balancer bleibt und es nicht zu ständigen Schaltvorgängen bei den Ladegeräten kommt. Es ist hier zu bedenken, dass in einem Wohnmobilnetz auch gleichzeitig während der Ladung auch immer irgendwelche Verbraucher vorhanden sind. Schaltet man die Ladegeräte einfach weg dann bricht die Spannung sehr schnell ein. Zudem tut das auch den Ladegeräten nicht unbedingt gut wenn sie ständig ab und an geschaltet werden. Ein sanfte Regelung erscheint mir hier viel sinnvoller. Eine Abschaltung soll wirklich nur erfolgen wenn es nicht mehr anders geht.

Die Abnahme des Signals von den Balancern sollte möglichst ohne Eingriff erfolgen und muss insbesondere auch potentialfrei sein. Ein Löten eines Optokoplers an eine LED kommt wegen SMD Bauweise und auch wegen der Signalisierung von Zuständen nicht in Frage. Deshalb auch die sehr einfache Lösung mit den günstigen Microthermostaten auf dem Balancerwiderstand. Die nötige Schalttemperatur muss noch ermittelt werden. Eine Hysterese ist automatisch vorhanden.

Die Temperatursensoren der Ladegeräte sind alle PTCs, allerdings weiß ich momentan noch nicht welche genaue Werte sie haben. Der Heizwiderstand bei meiner Lösung würde nur so groß gewählt werden, dass er die Sensoren erwärmen kann und keine nennenswerte zusätzliche Wärme erzeugen. Und wegen der Temperaturkompensation von etwa -0,0075 V/K pro LiZelle, würden diese auch sehr empfindlich auf eine Erwärmung reagieren.

von Emil - am 27.12.2014 06:51
Hallo

Bis der Widerstand heiß wird ist die Zelle schon lange überladen.

Bei dem was du in den links hast brauchst du doch außer dem Relais gar nix.

Gruß

Roman

von R.M - am 27.12.2014 11:42
Zitat
R.M
Bis der Widerstand heiß wird ist die Zelle schon lange überladen.


Bei typischen Ladeströmen von Solar < 0.1C ist das sehr unwahrscheinlich. Davon abgesehen würde wie Du richtig schreibst, das BMS zusammen mit einem Relais verhindern.

von Emil - am 30.12.2014 15:36
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