balancing

[Michael Viebach]

meine "initialladung"
stand der dinge: es geht nicht weiter.
ich lade meine parallelgetüdelten 1500ah ja nur mit 6a = C250.
gestern 3.37v erreicht. fällt nach kurzen ladepausen aber so in ca 1h auf 3.31v zurück. neuerliches laden braucht dann 2..3h
um die 3.37v wieder zu erreichen.
das sagt mir, da ist irgendwo ein verlustmechanismus. da fliesst in einer oder mehrern zellen leckstrom.
schlechtes zeichen.
einzeln weiterladen? zum detektieren der schlechten?
das wird dauern...
ein 5a balancer ist geordert. ob der solche "abweichungen" noch händeln kann?

na ja, so schnell geb ich noch nicht auf.

 

[matzetronics]

einzeln weiterladen? zum detektieren der schlechten?

Besser ist das. Dauert zwar - Aufkleber nicht vergessen - aber dann weisst du, was Sache ist. So lassen ist ja keine Option.
Michael (buddhaschreibt.de) hat seine Methode mal beschrieben: Zelle auf 3,7V pushen und abtrennen. nach ein paar Stunden muss sie noch 3,45V oder so haben, sonst ist sie schlecht:

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www.buddhaschreibt.de

 

[Christian s]

ich würde weiterladen das abfallen auf 3,3 ist bei meinen Winson lifepo immer so wenn sie etwas stehen nach dem laden Du lädst ja sicher mit sehr geringem Strom du musst halt engamaschig messen zum schluss gehts dann recht schnell rauf . bei den Parallelgeschaltenen natürlich langsamer

 

[Sven Salbach]

jepp, sagt absolut gar nichts, und bei dem Mädchenstrom sowieso nicht
Lade alle einzeln und klemm die erst am Schluss zusammen, wenn du nur so wenig Strom zur Verfügung hast.
Oder besorg dir ein richtiges Männerladegerät.
Hab hier noch welche mit 3,6V 120-140A liegen, von Meanwell, falls du eines gebrauchen könntest, dann kannst du auch alle parallel laden.
Wenn du aber den verdacht hast, da da welche mit Zellschluss bei sind, würde ich die sowieso niemals parallel schalten, dann kann es passieren, das die, bei kurz vor voll, einen richtigen Kurzschluss machen und dir ALLE Zellen mitreißen

 

[Emil]

Die Thundersky heute WInston Zellen wurden vor 20 Jahren alle mit 4,2 V Ladespannung angegeben. Irgendwann sind sie dann auf 3,60 V zurück gegangen. Früher bekam man die Zellen aber auch direkt aus der Produktion ohne Formatierung des SEI Layers. Da sollten die Zellen vor der Nutzung erst Mal mit einer Spannung über 3,6 V geladen werden, damit sich das SEI Layer ausbildet. Heute kann man sich das alles sparen.

Bezüglich des Verpressens habe ich früher schon mal das Dokument "A123 Energy,Battery Pack Design, Validation, andAssembly Guide using A123 SystemsAMP20M1HD-A Nanophosphate® Cells" verlinkt und diskutiert.

Die haben ausführliche Versuche zum nötigen Pressdruck gemacht und folgendes Ergebnis gefunden:

Die optimalen 12 PSI entsprechen in etwa den 300 kgF die man auch in der EVE Spezifikation findet. Schon eine geringe Verpressung steigert gegenüber keiner Verpressung die Zyklenlebensdauer deutlich.

Ja, eine volle Zelle hat eine Leerlaufspannung je nach Temperatur von etwa 3,37 V/Zelle.

Deshalb lade ich nur bis 3,40 V/Zelle und stelle die Ladeerhaltung bei Solarladung auch auf etwa 3,35 V/Zelle ein, um unter den 100 % zu bleiben.

Meiner Meinung nach ist es in der heutigen Zeit nicht mehr nötig die Zellen nur wegen des Balancing über 3,40 V/Zelle zu quälen (auch hinsichtlich Ausdehnung und Lithium Plating).

Preiswerte aktive Balancer sogar mit Integration in das BMS gibt es für günstiges Geld.

Entweder Balancing erst ab 3,40 V/Zelle oder bei einer Abweichung größer 10 mV aktivieren. Dann wird beim Laden bis Zellanzahl x 3,40 V automatisch eine Zelle die die 3,40 V überschreitet in Ihrer Spannung gebremst. Und eine etwaige SOC Anzeige kann man auch beim Erreichen der Gesamtspannung bezogen auf 3,40 V zurücksetzen und muss nicht bis 3,60 V laden. Das BMS kann man ja ruhig bei 3,60 V abschalten lassen.

Es gibt jetzt ja auch eine neue Studie die altbekannte Dinge hinsichtlich Einfluss auf die Lebensdauer von LFP als Neuheit verkauft.

Es gab vorher schon unzählige Studien zu diesem Thema, z.B. von Peter Keil, Evelina WIkener, Jens Groot.

Wer im Sommer genügend Kapazität hat, der kann auch nur bis 3,30 - 3,31 V/Zelle (Polspannung) laden und so das SOC Fenster unterhalb 50 % SOC nutzen. Das halbiert die kalendarische Alterung im Sommer bei hohen Temperaturen.

 

[Michael Viebach]

mädchenstrom... grins
sven, ja das stimmt schon alles. aber fast genau so hatte ich meine gebrauchten 18650er für meinen heimspeicher selektiert.
mit dem unterschied: allen parallel geladenen zellen hatte ich je einen 1ohm vorwiderstand verpasst. an dem konnte ich den leckstrom jeder einzelzelle easy messen. nachteil: das dauert...
selbiges habe ich auch hier als nächsten schritt vor. damit wird die harte parallelschaltung aufgehoben, ein runterziehen entschärft.
danke für dein angebot zum meanwell lader.
geht bei mir nur nicht so richtig. denn ich hab seit fast 5 jahren keinen netzanschluss mehr. nur noch meine 24v-insel-pv. (und seitdem keine stromrechnung mehr ;-)))
ja über wexlrichter würd das schon gehen.
nur strom rauf und runter - hin und her wandeln, is ja nicht so ganz sinnvoll.

aktuell trag ich mittels mobilen akkuschrauberakku versorgtem 6a/3.65v
dcdc die ladeenergie - wie die schildbürger - sozusagen eimerweise - in die garage...
siehe bild. ;-)))

nachdenklich macht mich, daß in so manchen lfp kennlinien im web, kleine knicke auftauchen. der messtechnik geschuldet?
temperaturabhängigkeiten?
vielleicht bin ich grad an so einer komischen unlinearität der kennlinie? mit höheren strömen würde sowas vermutlich gar nicht auffallen. jedenfalls wenn man wie ich nur mal alle stunde nachmisst.

langfristig möcht ich mein el aus meiner 24v-pv mittels 15x24v->3,54v isolierten einzelnen dcdc convertern laden. damit erübrigt sich eigentlich ein weiteres großartiges balancing. (in meines vaters atw (walter) 12x12v blei gel hatte sich sowas gut bewährt).
und doch ist ein daly 5a capazitiver active balancer bestellt. primär, weil der mittels bluetooth einzelzellspannungen am handy ablesbar machen soll? und für unterwegs bestimmt ein "nice to have"
den hf lader unterm sitz möcht ich als "unterwegslader" beibehalten.

bild 2 ist ein kleiner teil meines überall im haus verteilten pv-speichers. da wo früher mal der stromzähler im sicherungskasten montiert war.
verteilt, weil ich die alten 1.5mm² installations-leitungen weiter verwende.
der abstand zur nächsten batterie ist nirgends weit ;-)

 

[Michael Viebach]

oh @ emil,
das muss ich mir erstmal alles reinziehen.
aber vornweg, was ist ein sei layer?
da schein jemand besonders tief in der materie drinzustecken!
mein respect
viele grüße, michael

 

[Emil]

Die SEI Schicht bildet sich bei den ersten Ladevorgängen eines Li Akkus an der Anode aus Kompontenten des Electrolyten.

Wenn Du wirklich ins Detail gehen möchtest findest Du hier sehr viel Informationen.

Für den Nutzer ist das aber weniger wichtig. Er merkt dies nur dass ganz am Anfang die Degradation stärker ist, weil bei der Bildung auch Lithium verloren geht. Nach einigen Zyklen hört das dann aber auf.

Die Hersteller kaschieren das teilweise in dem sie mehr aktives Lithium einbringen, oder einfach eine geringeren Nennkapazität angeben. Mein 100 Ah Winston Zellen hatten z.B. beim allerersten Zyklus Kapazitäten von etwa 110 - 120 Ah. Heute nach 8 Jahren Nutzung haben sie noch 96 - 102 Ah.

 

[Sven Salbach]

naja, die Winston Zellen, werden wie wohl fast alle, mit Messprotokoll geliefert, die wurden also bereits Zykliert im Werk.
Meine 160Ah Zellen hatte nach 2 oder 4 Jahren und vielen km ,(Hatte das hier damals gepostet) noch 175Ah und haben heut noch um 155Ah in meiner Solaranlage, nach etwa 80.000km

 

[Emil]

Hier noch schöne Videos zur Funktionsweise von Li Akkus.

 

[Michael Viebach]

nochmal @ emil
und natürlich an alle.
deine links hab ich erstmal quergelesen.
aufgefallen ist mir die typische testdauer mit hoher zyklenzahl in kurzer zeit; unrealistisch für uns. du hast ja genau das auch in frage gestellt.
und ich frage mich, ob eine voll-ruhespannung, von einer voll-ladespannung abweichen kann - oder sogar muss! denn die lithium ionen brauchen ja irgend einen antrieb um den weg der interkalation (gibt es einen umkehrbegriff? sowas wie exkalation?) überhaupt anzutreten. ein minimales delta u, raus aus einer platte, rein in die andere.
kommt daher die differenzspannung mit meinem "mädchenstrom"?
wenn ich umgekehrt so minimal entlade, seh ich die gleiche differenz dann von 3.31v runter nach ca 3.25v - und "erhohlt" sich die zelle schnell wieder zurück auf nahe 3.31v?
es gibt viele verschiedene spannungsangaben für lfp... z.b.
4.5v kommt bei out of balance schonmal vor, ist aber jenseits von gut und böse.
4.2v lt factor, herr eisenbichler. das halten die yttrium dotierten lfp aus...
3.65v ist wohl standard datenblatt-consens der hersteller für volladezustand
3.54v hab ich vom andy downunder als seine obergrenze
3.4v oft empfohlener top-balancing startpunkt
3.37v lt eisenbichler 100% soc
3.31v aber 100% soc stromlos ?
...

zum lebensdauerthema aber wohl alles schon zu hoch?

da stellt sich mir die frage: ist ein bottom-balancing vielleicht die bessere lösung?
wir sind alle gewohnt herkömmliche batterien pb, nc durch überladen auszugleichen. (letztlich wurde wasser verkocht). nix anderes als ein top balancing.
bei lfp doch besser bottom balancing? weil ja offensichtlich hohe standzeiten mit hoher spannung der lebensdauer von lfp abträglich ist (elektrolytoxidation etc). umgekehrt ist wohl selbst weitgehend leeres rumstehen eher unproblematisch. - eben ganz anders als wir das von pb gewohnt sind (sulfatierung)...

das deckt sich auch mit meinen beobachtungen beim wiedererwecken von 18650 nmc zellen. selbst wenn die nur noch 2v hatten, die tun in meinem 2nd life homespeicher klaglos ihren dienst; - wenn auch vielleicht nicht mehr mit nennkapazität, und vielleicht deutlich erhöhtem innenwiderstand (auf den der andreas schmitz ja so viel augenmerk richtet).
spielt bei der anwendung keine große rolle.

andererseits ist ein bottom balancing vielleicht manchmal einfach ein no go.
dazu muss mensch das fahrzeug leerfahren. stehenbleiben ist aber scheisse. restenergie in der garage zu entladen... mit z.b... heizung oder licht einschalten?.... energieverschwendung...
vor der nächsten fahrt erstmal wieder aufladen zu müssen. irgendwie unpraktikabel. wieviel energie pack ich rein? das risiko es reicht doch nicht... und dann eine spontane ungeplante fahrt.
besten dank.

ich werd mal versuchen da einen guten kompromiss zu finden.

 

[Michael Viebach]

@ emil
deine links sind klasse!
die erklären so manchen fehlermechanismus. das wichtigste das ich daraus auf die schnelle gelernt hab: hohe spannungen x lange zeit x hohe temperaur stressen die zellen.
vielleicht lässt sich das mit dem x mit dem multiplikator verständlich ausdrücken. und über 3.37v wird es wohl quasi exponentiell...

hohe (lade)ströme x negative temperatur ist mit anderen mechanismen schädlich, dann ist die ionenbeweglichkeit zu gering um korrekt ins molekulare gitter der platten eingebaut zu werden. dann stauen die sich zuvor, und bilden z.b. die gefürchteten dendriten...

was mir bissl fehlt: was passiert bei unterspannung. ist das auch lebensdauerstress? sind da keine schädlichen reaktionen? sollte da wirklich wenig sein, spricht das doch eigentlich eher für bottom balancing.

gruß, michael

 

[Michael Viebach]

heute erste probefahrt.

hab das parallel laden heute bei 3.44v abgebrochen, wegen der erklärungen von emil, und den warnungen von sven.
nach ca 1h standzeit leerlaufspannungen der getrennten zellen zwischen 3.41v und 3.36v.

in der zeit hab ich die geputzten polbrücken wieder eingebaut.

anschliessend 2x um's dorf, insgesamt ca 5km. 2x den hügel rauf 2x39 höhenmeter.
mein boostech geht ja nicht, also während der fahrt keine batteriekontrolle.
nach der fahrt alle zellen ohne last nach 5min nachgemessen: eigentlich schön gleichmässig 3.28v und 3.27v
(mein multimeter hat keine bessere auflösung). wegen den batterien mach ich mir jetzt keine so großen sorgen mehr...

aber: das el fühlt sich an, als hätt es nicht 22.700km, sondern 122.700km auf'm buckl.
der km zähler hat ja nur 5 stellen.
ich hab es gekauft wie gesehen. und das ist kein vorwurf gegen niemand nicht... (bayerisch mehrfach verneint ;-)))
ich hab das so akzeptiert, alles andere ist jetzt mein problem:
die ausgeschlagene lenkung war mir klar, ist jetzt die wichtigste nächste baustelle.
irgendeinen bms ersatz brauch ich... wisst ihr ja.
batteriebefestigung...
einen pv-sonderlader brauch ich; ist halt meine besonderheit hier ohne netzanschluss.
das haubenschloss zickt.
das ritzel wollt ich eh gegen ein 17er tauschen.
gleich eine neue kette drauf.
bremsen mal nachschauen,
handbremse einstellen.
die stoßdämpfer rundrum... sind alle na ja, links hinten knarrt es.
der tacho geht nur bis 30, und auch drunter fehlen einige led's, die spannungsanzeige hat auch lücken...
die reifen zeigen zwar noch brauchbares profil, aber das el hoppelt (standplatten?)
und vermutlich sind die eh zu alt, zu hart.
...
und zuletzt braucht es etwas kosmetik ;-)

 

[Kamikaze]

einen pv-sonderlader brauch ich; ist halt meine besonderheit hier ohne netzanschluss.

Ich habe mir diesbezüglich vor einiger Zeit mal die MPPTs von Victron angeschaut.
Die 48V-Varianten kann man wen ich mich recht erinnere auf die Ladespannung des 12S-Systems anpassen.
Jedenfalls hat das beim Sinuswandler (in die andere Richtung) diese Jahr problemlos funktioniert.

 

[Michael Viebach]

ich werd erstmal abwarten bis der 5a daly balancer eintrifft. ob das mit der einzelzell-spannungsanzeige mittels handy-app funktioniert.
zum laden schwebt mir ein konzept mit 15 stück, isolierten, geregelten, einzelladern vor. 24v -> 3.37v wie ich ja jetzt gelernt habe.
alle in serie geschaltet, die zwischenabgriffe aber mit an die zellen geklemmt, letztlich 16 anschlüsse, genau wie das daly ding, genau wie jeder zentralbalancer.
vielleicht gleich in einem gemeinsamen kasten, dann kann ich die 16 drähte für laden und balancer gemeinsam nutzen. die müssen dann nur deutlich dicker ausfallen, besonders main minus, und main plus. in den zwischenabgriffen fließen ja nur die differenzströme.
damit wird jeder zelle ein eigener kleiner lader zugeordnet. = balancing intrinsisch enthalten. das daly ding ist dann primär nur noch zur überwachung zuständig.

die motorstrombegrenzung könnte eine alte begrenzerplatine übernehmen.
hat jemand eine rumliegen?
der stecker dazu baumelt unterm sitz lose rum. anstelle eines hauptschunts möcht ich da dran den vorhandenen lem-hall-sensor rantüdeln... - ohne busgedöns, maximal mit pegelwandler.

viele grüße, michael

 

[matzetronics]

irgendeinen bms ersatz brauch ich... wisst ihr ja.

Wegen der freien Konfigurierbarkeit habe ich mich für das Kewet Umbauprojekt auf LFP 20s/18kWh für ein BMS von ANT entschieden. Das hat Bluetooth und UART und ist in allen Parametern inkl. Balancing, Überspannung, Unterspannung, Überstrom usw. frei einstellbar. Der Kewet ist bloss ein Stromsauger und kann auch schon mal 200A aus den Zellen saugen.
Dank der Beiträge hier kann ich die Einstellungen nochmal durchgehen und anpassen. Zellen sind aber noch nicht eingetroffen.

@Michael Viebach: Welche Motorisierung hast du im EL? Oder hast du das schon irgendwo geschrieben?

 

[Michael Viebach]

@ matzetronics, den perm, aktuell noch 21er ritzel und duplex.

 

[Emil]

Bitte bei den Ladespannungen beachten dass dies nur direkt an den Polen gelten, eigentlich sogar intern an den Elektrodenanschlüssen.
Wenn Du also ein Ladegerät auf eine bestimmte Spannung einstellst dann wird diese wegen des Spannungsfalls zwischen Ladegerät und Elektroden so lange noch ein Strom fließt immer etwas zu niedrig sein. Ich habe bei meinen PCM5048 von MPP Solar eine Vierleitermessung welche den Spannungsfall kompensiert.
Hat man das nicht, braucht man eine längere Nachladephase bis der Strom auf weniger als 1% der Kapazität gesunken ist.

was mir bissl fehlt: was passiert bei unterspannung. ist das auch lebensdauerstress? sind da keine schädlichen reaktionen? sollte da wirklich wenig sein, spricht das doch eigentlich eher für bottom balancing.

Ganz generell sollte man den Vorgaben der Zellhersteller folgen. Meist sind 2,5 V das untere Limit. Der Betrieb am unteren Ende des SOC Bereichs hat sich sogar als vorteilhaft für die Lebensdauer herausgestellt, da dadurch die kalendarische Alterung noch etwas geringer ist und den Bereich nutzt in dem die geringsten Volumenänderungen stattfinden.

Zu Spannungen unterhalb von 2,5 V findet man viele Angaben dass dies zu Schäden führen "kann". Viele Berichte in Foren die die Zellen teilweise in Fehlersituation auf unterhalb 1,0 V entladen haben, nach einer Ladung immer noch die volle Kapazität hatten. In vielen Fällen wurden die Zellen dann mit kleinem Ladestrom wiederbelebt.

Mir selbst ist das auch schon passiert und nach der langsamen Ladung konnte ich nach einem Kapazitätstest keinen Kapazitätsverlust feststellen. Und es scheint auch keine merkbaren Langzeitfolgen zu geben.

 

[Michael Viebach]

@ emil
voltage drop auf leitungen ist mir klar. senseleitungen würden abhilfe schaffen,
ist aber erhöhter aufwand.
ob das bei mir nötig ist?
zumal ich bei meinen 24 hausnetz und den alten 1.5² leitungen eh nur 16 a ziehen kann.
24v x 16a = 384w
384w x ~0.8 (wirkungsgrad in den lademodulen bei der keinen spannung) / 15 stück = 20.48w / zelle = max ladeleistung.
20.48w / 3.37v = 6.077a max ladestrom.
angenommen ich hab je 1/2 m 2.5² ladeleitungen...
max ~6a x ~17mohm/m bei cu/mm² x 0.5m / 2.5² = 20.04 mv max drop an den zwischenabgriff-ladeleitungen, nur die tragen doch nur ausgleichsströme.
dann noch main plus und minus mit 10² =
5.01mv max bei vollem ~6a ladestrom.
der ladestrom sinkt aber doch gegen ladeende gegen null. und damit auch sämtliche spannungsabfälle auf den leitungen.
sollte doch funzen.
emil, du kannst diese rechnung sicher nachvollziehen.
und du verstehst jetzt bestimmt auch warum ich meinen einzellader dcdc auf 6a eingestellt hatte.

ist mir klar, eine 0% -> 100% volladung würde damit min 16.66h dauern. realistisch eher 24h... und länger. mehr gibt meine pv eh nicht her.

und ich denk halt: die einfachsten lösungen sind die besten.

viele grüße, michael

 

[Michael Viebach]

@ emil
zum thema unterspannung.
für meinem pv speicher hatte ich solche "tiefentladenen" 18650 nmc zellen mit kleinem strom auch wieder hochgepäppelt.
jede für sich mit 1ohm vorwiderstand.
18 stück parallel an einem auf cc 3a und cv 4.23v eingestellten lader.
das dauert...
die zellen die nicht hochkamen hab ich verworfen. nur diejenigen die am ende deutlich unter 1mv drop = 1ma reststrom/leckstrom gesunken sind hab ich verwendet. und da waren durchaus welche dabei die ich ursprünglich mit unter 2v restspannung aus den notebookakkus gepopelt hatte.
bis heute ist mir keine heaterzelle untergekommen, keine neu ausgefallen.
aber halt auch max nur 16a bei 60p = max .266a/zelle.
und auch jede mit 1 ohm vorwiderstand für gleichmäßige stromverteilung. an dem widerstand kann ich auch gleich ausreisser schnell detektieren. mit dem drop an dem widerstand muss ich halt leben.
das ist mir diese sicherheit aber wert.
im extremfall hoffe ich, sollte eine zelle mal durchgehen, daß nur der zugehörige widerstand abbrennt, und nicht gleich meine ganze bude. (hatte ich mit brutalem zell- kurzschluss mehrfach getestet).

gruß, michael