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elweb Batterie
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omitreligion, E. Vornberger, Emil, R.M, Sven Salbach, Bernd Schlueter, hallootto, wchriss, J_T_Kirk, Martin Heinrich

Lithium Mangan mit LiFePo4 kombinieren ?

Startbeitrag von omitreligion am 27.12.2015 10:08

Hallo,

ich fahre in meinem Volta-Camionette einen Lithium-Mangan-Akku mit Sony Zellen (die einzigen die kein BMS brauchen und sind hochstromfähig bis 10c). Den will ich mit einem LiFePo4 Akku kombinieren, z.B. den überall gebräuchlichen Winston Zellen. Das besondere am Mangan-Akku ist, dass er in Packs zu 48 Volt gesplittet ist und die 115 Volt auf 440 Volt fürs Twike umgestöpselt werden können und habe damit einen bequem tragbaren Wechselakku(!) Immer Sommer fahre ich Twike, im Winter fahre ich mit dem Volta herum. Bin wahrscheinlich der einzige der sowas hat. Nur, 60 ah sind im Volta etwas wenig (ca. 30km Reichweite, weil der Motor wohl ziemlich uneffizient ist, ist nur ein einfacher Reihenschlußmotor) und zwar können die Li-Mn Akkus die etwa 4-5c Spitzenbelastung ab (bis zu 300 Ampere werden gezogen, Durchschnitt etwa um die 150 Ampere) aber mit so hoher Belastung halten sie eben auch nicht so lange wie sie könnten, wären sie nur mit 1-2 C belastet.

LiMn 115 Volt bei 4,1 Volt pro Zelle, 60 ah
Als Ladegerät habe ich ein mir unbekannten China-Lader mit passender Ladekurve für Lithium Akkus.

Jetzt ist mir nicht ganz klar ob und wie ich diesen Akku kombinieren kann mit den LiFePo4 Akkus, z.B. 100-160 ah, mal sehen.
Wieviele muß ich einbauen?

Ruhe-/Nennspannung der Winston Zellen ist meine ich 3,45 Volt (bitte um Korrektur, falls nicht)

Soll ich nun 33 Zellen verbauen oder weniger, wie funktioniert dann ein übliches Balancing?
Da die Lifepo4 Zellen immer auf Nennspannung zurückfallen (anders als Li-Mn und Li-Polymer) - nuckeln diese bei geringerer Zellenzahl die Li-Mn runter? Bei Verwendung z.B. von nur 30 Zellen in Reihe? Werden die LifePo4 überhaupt vollgeladen, schaltet das Ladegerät auch ab?

Kann ich das verwendete Ladegerät verwenden?

Falls das so nicht klappt, ich habe noch einen Lithium-Polymer Akku mit ca. 50 ah 115 Volt, der dürfte wohl problemlos kominierbar sein, auch wenn die Li-Polys nur maximal mit 2c belastet werden dürfen, daher weiß ich noch nicht ob und wie ich den verbaue. Der Akku war vorher in meinem Twike drin, die Zellen sind noch gut, müssen also nur in Einsatz kommen. Zur Überwachung mache ich einfach eine Spannungsanzeige für jede Einzelzelle. Mühsam ist nur das konfektionieren, da ich an die Zellen relativ dicke Kabel dranlöten muß, hat man mir vorgerechnet.

Gruß, Dragan

Twike 143
Tazzari Zero 2010
Volta Camionette V1
Mein Volta auf Youtube:
[www.youtube.com]

Antworten:

rechne mit 3,2 max 3,3V..ok kurz nach der Ladung logischerweise 3,5-3,6V
Ganze Packs kann man sowieso niemals zusammenschalten :-( das wäre dann zu einfach, dann hätten wir eine ganze Reihe weniger Sorgen :-(

Und wenn dann nur mit entsprechend technischem Aufwand, so das es sich nicht mehr rechnet

von Sven Salbach - am 27.12.2015 11:02
Hallo Sven,

dass es nicht klappt woran liegt das? An der Endspannung?

Was für ein Ladeverfahren brauchen Lifepo4 Zellen, habe dazu auf die schnelle nichts gefunden.

Bernd Schlüter meinte mal, dass Li-Ions kombinierbar wären.

Gruß, Dragan

von omitreligion - am 27.12.2015 11:45
Das parallele Zusammenschalten von Akkupacks geht schon ohne größeren Aufwand. Da reicht für jeden der beiden Packs eine entsprechend dicke Leistungsschottkydiode zur Entkopplung sowie eine Gesamtspaunngsüberwachung beider Packs. Dann wird natürlich immer erst der Akkupack mit der höheren Spannungslage entleert. Das heisst die gewünschte Stützung des Li-Mn durch den LiFePO4 Akku würde erst nach teilweiser Entleerung desselbigen funktionieren. Ausserdem muss die Spannungsüberwachung den Li-Mn Akku wegschalten wenn dieser seine Entladeentspannung erreicht hat, da dann der LiFePO4 noch den Großteil seiner Kapazität hat.

Gruß, Uwe

von J_T_Kirk - am 27.12.2015 12:18
LiMn Zellen haben eine Nennspannung von 3,6V und eine maximale Ladespannung von 4,2V.

Mir ist nicht klar wie viele LiMn Zellen Du in Reihe geschaltet hast. Wenn man nach Deinen 4,1V bei 115 V geht dann wären das 28 Zellen.

Maximale Ladespannung LiMn: 28 * 4,2 V = 117,6 V
Zellenzahl LiFePO4: 117,6 V / 3,6 V = 32 Zellen
Nennspannung LiFePO4: 32 * 3,2 V = 102.4 V
Ruhespannung LiFePO4 (90 %): 32 * 3,33 V = 106,56 V
Ruhespannung LiFePO4 (100 %): 32 * 3,37 V = 107,84 V

Die Zellen passen also nicht wirklich gut zusammen. Eine Angleichung der Ruhespannung kann also nur erfolgen wenn Du mehr Zellen installierst, ansonsten werden die LiMn langsam entladen, und die LiFePO4 auf Dauer überladen werden.

LiFePO4 Zellenzahl: 115V / 3,37 = 34 Zellen.
Zellladespannung bei 117,6V = 3,46 V

Dies wäre für eine lange Lebensdauer nicht schlecht, allerdings bräuchtest Du dann Balancer die dann spätestens bei 3,50 V/Zelle zum Balancieren anfangen.

Dies könnte ein BMS mit einstellbarer Balancerspannung, oder reine aktive Balancer sein.

von Emil - am 27.12.2015 12:20
Hallo Emil, Hallo j.t. kirk

vielen Dank für die Antworten!

gibt es diese aktiven Balancer auch in Deutschland zu kaufen? Solche hatte ich immer schon gesucht, weil ich die besser finde als die passiven.

Ich sehe die Kombination ist wie erwartet problematisch wegen eventueller Ausgleichsströme. Und man bräuchte ein anderes Ladegerät, welches in erster Linie die lifepo4 zellen zufriedenstellt.

Ist schon nicht leicht, das!

Gruß, Dragan

von omitreligion - am 27.12.2015 12:33
Hallo


Solange man die Teile getrennt lädt und erst zusammenschaltet wenn die beiden Spannungen gleich sind gehts, die Zellenzahl sollte so dimensioniert sein daß die Entladeschlussspannungen übereinstimmen



Gruß

Roman

von R.M - am 27.12.2015 17:12
Hallo Roman,

danke für den Tipp.

32 lifepo4 zellen x 2,8 Volt wenn leer = knapp 90 Volt.

Das ist auch in meiner Spannungsanzeige die unterste Grenze. Den Li-Mn Akku entlade ich nicht unter 95 Volt, da der Spannungseinbruch unter Last dann unter 90 Volt geht.

Bei 90 Volt sind 28 Zellen in Reihe Li-Mn bei 3,21 pro Zelle.

Ich tendiere eher dazu entweder weiter li-mn akkus dazuzukaufen oder aber eben ausreichend große lifepo4 Zellen mir zu besorgen, mal sehen. Und die li-mn nur noch im Twike zu verwenden.

Getrennt laden ginge wahrscheinlich nur, wenn man die beiden Akkus per Relais trennen würde und mit einer Anlaufschaltung miteinander verbindet.

So eine habe ich mir anfertigen lassen, weil der Volta-eigene Not-Aus-Schalter für den Akku (Trennung von Akku und Motor) beim Betägigen wegen der Kondensatoren im Curtis-Controller immer knallte. Irgendwann gehen entweder die Kontakte kaputt oder die Kondensatoren im Curtis. Und dann ist guter Rat teuer bei einem alten Fahrzeug ohne Ersatzteile.

Man müßte dann im Fahrbetrieb die Akkus per Knopfdruck zusammenführen wenn die Spannungen sich gleichen, nicht sonderlich praktikabel, aber gehen würde es.

Gruß, Dragan

von omitreligion - am 27.12.2015 17:34
Einfach auf gleiche Spannung laden und dann parallel schalten geht natürlich nicht.
Grund: Unter Belastung sinken die Zellspannungen der beiden Typen unterschiedlich ab, so dass zwischen den prallelgeschalteten Zellen sofort sehr hohe Ausgleichsströme fließen (daher auch die von einem Vorredner erwähnten Entkoppeldioden).

von E. Vornberger - am 27.12.2015 18:21
Hallo

Das mit den Ausgleichströmen ist kein Problem da der Innenwiderstand der Zellen die Ausgleichströme eliminiert.

Die Ströme teilen sich einfach im Verhältnis des Innenwiderstands der Akkus auf.

Ist ein weit verbreiteter Irrtum das bei belasteten Zellen Ausgleichsströme auftreten, solange die Ruhespannung der Zellen gleich ist passiert nichts.

Gruß

Roman

von R.M - am 27.12.2015 19:39
Naja..der Ri ist das Problem..
Das Spannungssteifere PAck trägt einen erheblich größeren Teil der Last...
Beim Anfahren werden die besseren Zellen erheblich belastet, die anderen Ziehen dann irgendwann nach...
Beim Gas wegnehmen dann pumpen die mit weniger Ri wieder Ströme in die mit neidrigerem RI, also den besseren Zellen, die beim Anfahren ja schon heftig beansprucht worden...somit werden die noch mehr gestresst..und werden irgendwann extrem hei durch die ewige Umladerei..

Hatte das damals mit 100Ah HiPower Zellen und 16Ah Headway PArallel getestet...
Tomfe hatte damals ja auch dieses Akkupack für die Dänemarkfahrt von mir bekommen

von Sven Salbach - am 27.12.2015 19:48
Mein Tipp,
lass die Finger von diesem Expiriment. Lifeop4 und Li-Mg Zellen haben vollkommen andere Entlade- und Ladekurven. Das wird nie was fernünftiges.
In meinem TWIKE habe ich einen Block Panssonic 18650erCG und einen Block Panasonic 18650CH
verbaut. Die Zellen sind von der Entadekuve identisch, lediglich der Innen wiederstand ist anders.
Selbt in dieser Kombination habe ich zwischen 20 und 40% unterschiedliche Ströme, und auch kleine im "Leerlauf" Umladeströme.
Gruß
Christian

von wchriss - am 28.12.2015 07:48
Zitat
E. Vornberger
Einfach auf gleiche Spannung laden und dann parallel schalten geht natürlich nicht.
Grund: Unter Belastung sinken die Zellspannungen der beiden Typen unterschiedlich ab, so dass zwischen den prallelgeschalteten Zellen sofort sehr hohe Ausgleichsströme fließen (daher auch die von einem Vorredner erwähnten Entkoppeldioden).


Beim Entladen finden keine Ausgleichsströme zwischen den Zellen statt, sondern aus jeder der Blöcke fließt Strom entsprechend des jeweiligen Innenwiderstands. Das ist auch gar nicht schädlich. Die Batterien werden mehr oder weniger proportional entladen.

Sind die Batterien unbelastet, so wird ein geringfügiger Ausgleichsstrom zwischen ihnen fließen bis sich die Leerlaufspannung angeglichen hat. Ich halte das für völlig unkritisch.

Man kann natürlich Dioden einbauen. aber diese sorgen nur für einen zusätzlichen Verlust ohne einen wirklichen Nutzen. Ich betreibe z.B. schon seit mehr als einem Jahr eine Lithium und eine Bleibatteriebank parallel. Der meiste Strom kommt erst mal aus den Lithiumzellen bis die Spannung auf 25,6 V abgesunken ist. Danach kommt immer mehr Strom aus den Bleibatterien.

von Emil - am 28.12.2015 08:01
Hallo,

fahre im TWINGO auch ca. 30Ah LiMg (3p28s) parallel zu einem alten "Bleihaufen".
Die Pedelec-Accus sind da schon schnell gestresst, müssen am Anfang ziemlich schuften.
Und bei Rekuperation bekommen sie fast alles ab was zu noch schnellerer Erwärmung führt.
In meinem Falll ist alles umsonst daher gehe ich das Risiko ein (abfackeln wär trotzdem blöd).
Hab auch kein BMS für die Zellen, ab und an manuelles Balancing, dabei wird auch meißt eine defekt Zelle mit getauscht:o

Gruß
Martin

von Martin Heinrich - am 28.12.2015 08:49
Sorry, diesen Beitrag bite erst mal ignorieren. Bin zu früh aufs Knöpfchen

von E. Vornberger - am 28.12.2015 09:22
Seht Euch mal das Ersatzschaltbild an. Man sieht sehr schnell, dass außer direkt nach dem Laden wo beide Spannugsquellen die gleiche Leeerlaufspannung haben sehr wohl Ausgleichströme zwischen den Zellen fließen. Nach einer Belastung ist die Quelle mit der höheren Spannung nur damit beschäftigt, über die geringen Innenwiderstände mit einem entsprechend hohen Strom die andere Quelle nachzuladen. Szenario: Quelle 1 hat nach einer Belastung 100 V Klemmenspannung, Quelle 2 90V, Innenwiderstände sagen wir mal 2x50 mOhm, macht immerhin 100 A. Das gleicht sich natürlich recht schnell aus, aber die Strombelastung über Augleichsströme ist einfach da.
Wer ein Simualtionswerkzeug (z.B. dSpice) hat kann es für sich selbst auch leicht nachvollziehen.
[attachment 1686 I.jpg]

von E. Vornberger - am 28.12.2015 09:33
Moin, Moin!

Grundsätzlich hatte ich über so etwas auch schon nachgedacht. Wie wäre es denn mit einer solchen "Diode" [pdf.datasheetcatalog.com]
Geht natürlich nicht bei Reku. :(

elektrische Grüße
Peter

von hallootto - am 28.12.2015 09:50
Hallo

Ihr geht immer davon aus daß sich die Ruhespannungen unterscheiden beim entladen, das tun sie meiner Erfahrung nach nicht und ich kombiniere Blei Nicd und Lithium, eben alles was da ist.
Funktioniert seit Jahren.


Gruß

Roman

von R.M - am 28.12.2015 09:53
wenn überhaupt würde ich hier nur über eine aktive Diode nachdenken, sonst macht so ein Extension Pack noch weniger Sinn

von Sven Salbach - am 28.12.2015 09:57
Geht theoretisch schon, aber man muss dann lt. Datenblatt bei 100A imerhin 130W Wärmeleistung abführen. Auch reicht es, die Diode in den Zellstrang einzufügen der mit Sicherheit immer die niedrigere (Leerlauf)-Klemmspannung hat. Dann geht Reku auch noch. Aber wie auch schon Vorredner angedeutet haben wäre der Aufwand sehr stark abhängig von den verwendeten Zellchemien. Und ob das unter allen Betriebsbedingungen so funktioniert sollte man vorher mal simulieren (wenn man entsprechende Simulationsmodelle für die Akkus hat).
[attachment 1688 CCF28122015_00001.jpg]

von E. Vornberger - am 28.12.2015 10:06
Hallo,

habe da noch ne Frage, ich habe einen Tazzari Zero 2010.
Der fährt mit Winston LFP - noch ohne Yttrium, es sind 24 Stück verbaut.

Nun habe ich einen Schnelllader von Tazzari, es ist ein NG7 der mit dem Balancing vom Tazzari während der Ladung kommuniziert. Deswegen erreicht er aber leider nur einen Bruchteil seiner Ladeleistung. (nur 3kw/h statt mindestens 5,4 kw/h)

Könnte es nun helfen den Winston - Zellen einige A123 Zellen parallel zu schalten um den Innenwiderstand abzusenken?

Z.B. diese hier: [www.modellbaufuchs.de]

Da die so klein sind, könnte man 3-4 Stück pro Winston-Zelle parallel schalten und damit den Innenwiderstand senken.

Was meint Ihr?

Gruß, Dragan

von omitreligion - am 28.12.2015 15:02
Wie viel Kapazität haben denn die Winston Zellen?

Natürlich wird durch Parallelschaltung der Innenwiderstand geringer werden, weil auch die Kapazität ansteigt. Aber bei der geringen Kapazität wird es nicht lang dauern dann werden die Zellen voll sein und der Lader wieder ab regeln.

Wenn der NG7 ab geregelt wird dann liegt es wohl daran, dass die Spannung einzelner Zellen oder die Gesamtspannung schon zu hoch ist.

Kannst Du die Spannung der einzelnen Zellen während des Ladens überwachen?

Ich würde erst Mal prüfen ob nicht irgendwelche unnötigen Übergangswiderstände vorhanden sind und diese gegebenenfalls beseitigen.

von Emil - am 29.12.2015 05:58
Da ist mit Sicherheit viel Aufwand zu treiben, wenn man beide Zelltypen einigermaßen gleichmäßig belasten will. Aufladen und Ausgleichsströme: keinerlei Probleme, wie auch Roman sagt. Auch der Innenwiderstand ist vergleichbar. Was aber nicht gleich ist, die Spannung des manganhaltigen Akkus gibt mit wachsender Entladung stärker nach, Genau, wie Wchris sagt, zu unterschiedliche Entladekurven. Anfangs sind dadurch die Belastungsströme im besten Fall gleich, doch die nehmen dann schnell bei Lithium-Mangan stark ab, sodass erst die Lifepos voll belastet und voll entladen werden, bis die Lithium-Mangans wieder eingreifen. Sprich, alle leiden darunter, vor allem die Lifepos, die zu 100% entladen werden und beide Pakete werden zeitweise praktisch allein mit dem vollen Strom belastet.
Du müsstest schon durch eine ziemlich schlaue Schaltung die Ströme angleichen mit dem Problem, dass dabei eine Menge Wärmeleistung anfällt, wie E. Vornberger beschreibt. Ein Aufwärts- oder Abwärtswandler könnte das aber leisten. Den könntest Du über einen Strom-Differenz-Verstärker (= billiger Operationsverstärker) so steuern, dass beide Pakete immer gleich belastet werden (relativ zur Kapazität)
200 Ampere , das ist schon eine Menge Holz und Aufwand. Problem ist nur die Entladung, Ausgleichsströme gibt es nicht.
mal rechnen, 100 Volt , schätzungsweise bis zu 5 Volt, also etwa 500 Watt sind auszugleichen.
Könnte man von Hand machen, indem passend bei LiFepo Widerstände zwischengeschaltet werden. Beide Entladespannungen müssen kontrolliert werden, und beide Ströme.

Andere Vorgehensweise: man kombiniert so, dass die Endentladespannungen gleich sind. Dann müssen die unterschiedlichen Ladespannungen zum Ende hin kontrolliert werden. Das Stromausgleichproblem bleibt.

Vorschlag: besser die automatische Lösung, mit Stromverbraten: als Stromshunts dienen zwei Kupferzuleitungen zu den beiden Paketen, die Differenz weniger Millivolt auf einen Operationsverstärker, der 5 billige, parallelgeschaltete Powermosfets auf großer Kühlfläche steuert. Dazu das zweite Vorgehen mit unterschiedlicher End-Ladespannung.
Keine Widerstände, allenfalls Sicherungen.
Wie Ihr mich kennt, würde ich die Transistoren überreden, mir während der Fahrt Kaffee zu kochen, statt mich mit sperrigen und heißen Kühlflächen zu ärgern. Für Sven Tee und warmes Bier.
Sagt was dazu, das können einige gebrauchen, ich auch. Dann denke ich mir einen Schaltplan aus. Kosten: 5 Euro + Kaffee + geeignetes Metallgefäß mit Transistoradapter.
Transistoren: 5 mal billige IRF 1405 oder wie die heißen. Mist, hat Infineon IRF aufgekauft?

Reichelt ist nicht auf dem Reifenberg und zu teuer

von Bernd Schlueter - am 30.12.2015 22:50
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