Einstellungen (Strom/Spannung) bei LiFePo4 Ladung mit Balancern

[Andreas Friesecke]

Buggi und ich haben seit ein paar Tagen unser neues BMS am Start und jetzt stellt sich mir eine Frage, die ich mal in die Runde werfen wollte: Welche Strom/Spannungseinstellungen haltet ihr für sinnvoll um das Ladegerät optimal an das BMS anzupassen?
Es wird bei den Beispielen von 3,68V/Zelle als Ladeschlussspannung ausgegangen.

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Variante A:
1. Ladung mit hohem Strom bis der erste Balancer anspricht.
2. Strom reduzieren auf Balancer"verluststrom" bis alle Balancer an sind
3. Abschalten

Ergebnis -> sehr lang warten bis echtes Balancing stattfindet, da die Spannung der Zellen bei der Stomreduktion spannungsmäßig stark runtergehen. Nicht komplett ausprobiert, da zu langwierig.

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Variante B:
1. Ladung mit hohem Strom bis der erste Balancer anspricht.
2. Strom reduzieren auf ca. 3-fachen Balancer"verluststrom" bis ca 3,68V/Zelle im Strang erreicht ist (in meinem Fall 22*3,68V=81V Gesamtsapnnung).
3. Strom reduzieren auf Balancer"verluststrom" bis alle Balancer an sind
4. Abschalten

Ergebnis -> in Phase 2 arbeiten schnell einige Balancer. Phase 3 kommt nach ein paar Minuten. Es geht zügiger, bis alle Balancer an sind.

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Variante C:
1. Ladung mit hohem Strom und kontrollierter Ladeendspannung von 3,68V/Zelle im Strang (in meinem Fall 22*3,68V=81V Gesamtspannung). Laden bis alle Balancer an sind.
2. Abschalten

Ergebnis -> Nicht selber getestet. Theoretisch müsste der Strom am Ende der Ladung automatisch bis 0A runtergehen, wenn:
- alle Zellen gleich voll und komplett voll sind.
- eine Zelle zu hoch wird. Nun spricht aber dessen Balancer an und verbraucht Strom. Dadurch müsste der Strom im Strang wieder steigen und die noch nicht vollen Zellen weiterladen.
Risiko: eine Zelle ist weit vor den anderen voll und der Balancer kann diese nicht "retten", da noch zu hoher Ladestrom fließt.
Abhilfe: "Not"abschalten der Ladung bei Zellspannung von 3,8V.

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Ich habe momentan Variante B getestet, stelle mir aber C auch sehr effektiv vor.
Was meint ihr?


Gruß
Andreas

 

[wchriss]

Hallo Andreas,
also ich persönlich würde Variante 2 Vorziehen, ist einfach sicherer. Solange die Akkus von der Kapa her einigermasen gleich sind, wird wohl auch Varinate 3 gut funktionieren, da sich zu Ladeendehin der Strom automatisch reduziert. Wenn die Zellen aber älter werden stellt dies ein risiko dar, daß eine überladen wird.
Gruß
Christian

 

[RalfZ]

[quote Andreas Friesecke]Ich habe momentan Variante B getestet, stelle mir aber C auch sehr effektiv vor.
Was meint ihr?[/quote]
Ich würde zwei verschiedene Methoden wollen:
1) Normal-Ladung - ohne Balancing
2) Balancier-Ladung

Beim Balancing geht ja Energie und/oder Zeit verloren. Zum einen möchte ich diese Energie sparen, zum anderen laufen die Zellen nicht so schnell auseinander.

Variante A dauert ewig.
Variante B erscheint mir am sinnvollsten.

Für stark unbalancierte Batterien musst du deine Logik auf jeden Fall erweitern daß die höchste Zellspannung begrenzt wird - auch wenn noch nicht alle Balancer aktiv sind.

Wenn man die Ladung mit Balancing möglichst schnell machen will und man kann das Ladegerät voll kontrollieren, dann würde ich eine CC-CV-Regelung machen mit der jeweils höchsten Zellspannung als Regelgröße. Abschalten tust du dann wenn die Differenz der Zellspannungen klein genug ist.

Ralf

 

[Andreas Friesecke]

Hi Ralf,

Erste Beobachtung: Die Zellen sind nach paarmal Laden schon ganz gut auseinander gewesen (siehe Thread http://forum.mysnip.de/read.php?567,332651).

Das mit der Zeit ist meine Haupt"sorge". Energie vernichten unsere Balancer kaum, da sie diese in die anderen Akkus umladen (Eta ~70%).

Wenn man die Ladung mit Balancing möglichst schnell machen will und man kann das Ladegerät voll kontrollieren, dann würde ich eine CC-CV-Regelung machen mit der jeweils höchsten Zellspannung als Regelgröße. Abschalten tust du dann wenn die Differenz der Zellspannungen klein genug ist.

Da verstehe ich noch nicht ganz wie Du das meinst. Ich kann die Differenz der Zellen berechnen, habe aber nur wenig Kommunikation zum Ladegerät hin. CC/CV ist einfach eingestellt und ein "Event" kann ich noch extern antriggern.

Würdest Du jetzt den Strom in Abhängigkeit der höchsten Zellspannung regeln? Das ist prinzipiell das, was ich mir von Variante 3 automatisch erhofft hatte.

Gruß
Andreas

 

[hk12]

Hallo Andreas,

Temperaturdifferenzen machen sich stark bemerkbar. Du hast in dem anderen Thread geschrieben das die Zellen unterm Sitz (die ja eh eine andere Temperaturschwankung haben) auch noch die Wärme des Laders abbekommen.

Ich habe in meinem KEWET 17 x 180AH LiFePo alle vorne unter der Haube.
Sie sind verteilt in einen 9er einen 7er Block, und eine nachgerüstete Zelle habe ich hochkant liegend über den Blöcken montiert. Alle sind mit Einzelspannungsanzeige versehen.
Meine Beobachtung: Morgens, nach kühler Nacht befindet sich die liegende Zelle im Mittelfeld der Einzelspannungen. Das gilt sowohl unter Last als auch in Ruhe wobei die Differenzen in Ruhe marginal sind. Nach der Fahrt zur Arbeit (~60AH entnommen) ist das immer noch so. Das Fahrzeug steht dann auf dem Parkplatz und am Nachmittag kann ich die Wirkung der Sonne merken. Während der 9er und 7er Block keine großen Unterschiede im Verhalten der Zellen zueinander zeigen, ist die Einzelzelle auf einmal die Stärkste geworden obwohl sich am Energieinhalt ja nichts geändert hat. Diese Beobachtung ist absolut wiederholbar. In der Momentaufnahme sieht es also so aus als würde die Zelle aus dem Ruder laufen, längerfristig betrachtet stimmt das aber nicht.

Ich denke es macht jetzt absolut keinen Sinn diese Differenz jedes Mal herausbalanzieren zu wollen, da das Ergebnis sozusagen Tageszeitabhängig ist. Aus diesem Grund balanzier ich einmalig nachdem das Fahrzeug länger unter Dach gestanden hat und fahre dann erstmal bis mir die Zell-Drift wieder zu groß wird.

Gruß
Horst

 

[Andi aus Bad Essen]

Ich fahre noch nicht allzulange mit LiFePo4... gebe mal trotzdem meine Erfahrung zum besten:
Meine LiFePos sind bereits 2,5 jahre in einem Saxo gelaufen und haben daher eine gewisse Drift von 30 bis 150 mV mitgeliefert bekommen. Ist immer unterschiedlich.

Ich lade generell 0,02 je Zelle unter der Balancinggrenze mit 3,75V x 13. Daher springen bei mir nur wenig Balancer (77er)...meistens gar keine an, und wenn, dann immer dieselben beiden.

Und wenn ich meine, mal balancieren zu müssen, weil die Drift im Ruhezustand über 300mV beträgt lasse ich wieder, wie gehabt, unterdimensioniert laden und drehe den Lader bei Erreichen der engestellten Ladeschlusspannung langsam hoch, bis alle Baancer leuchten. da behalte ich einen Moment lang bei.

Danach abschalten.

Ich lade mit einem Benning TS 1700.

 

[RalfZ]

[quote Andreas Friesecke]

Wenn man die Ladung mit Balancing möglichst schnell machen will und man kann das Ladegerät voll kontrollieren, dann würde ich eine CC-CV-Regelung machen mit der jeweils höchsten Zellspannung als Regelgröße. Abschalten tust du dann wenn die Differenz der Zellspannungen klein genug ist.

Da verstehe ich noch nicht ganz wie Du das meinst. Ich kann die Differenz der Zellen berechnen, habe aber nur wenig Kommunikation zum Ladegerät hin. CC/CV ist einfach eingestellt und ein "Event" kann ich noch extern antriggern.

Würdest Du jetzt den Strom in Abhängigkeit der höchsten Zellspannung regeln? Das ist prinzipiell das, was ich mir von Variante 3 automatisch erhofft hatte.[/quote]
Variante 3 regelt ja nach Gesamt-Batterie-Spannung. Ich würde nach der höchsten Zellspannung regeln. Damit wird automatisch sichergestellt daß die Maximal-Zell-Spannung nicht überschritten wird.
Ich würde also extern regeln, nicht im Lader:
Dein BMS ermittelt die höchste Zellspannung und stellt den Soll-Lade-Strom für den Lader entsprechend ein. Diese Regelschleife kann ja recht langsam laufen.

Ralf

 

[RalfZ]

[quote Andreas Friesecke]

Ich würde also extern regeln, nicht im Lader:
Dein BMS ermittelt die höchste Zellspannung und stellt den Soll-Lade-Strom für den Lader entsprechend ein. Diese Regelschleife kann ja recht langsam laufen.

Das kann ich leider nicht extern beeinflussen. Der Lader ist ein Brusa NLG4, der kann zwar viel, aber noch keine Echtzeit-Steuerung über eine Schnittstelle.[/quote]
Schade.
Es gibt heute doch so schöne Ladegeräte denen man per CAN Spannung und Strom direkt vorgeben kann - damit sollte sowas eigentlich funktionieren. Wäre mal interessant zum ausprobieren.

Ralf

 

[spunty]

Die gleiche Frage hatte ich mir auch schon gestellt. Leider powern meine Ladegeräte einfach mit maximalem Strom weiter, obwohl eine Zelle schon voll ist - und da helfen auch 3,4A-Balancer nichts.

Die Frage ist also:
Wie bringe ich dem Ladegerät bei, bei Alarm (Junsi Cellog mit Alarmausgang könnte ein Relais ansteuern....) den Strom auf ca. 3A zu reduzieren?
Mir fällt da nur die Abschaltmethode ein, aber dann werden die Zellen niemals richtig balanciert....
Irgendeine Idee? Habe leider versäumt, Elektrotechnik zu studieren...

Gruß
Dirk

 

[Andi aus Bad Essen]

Ich mach das balancieren mit meinem benning. Der setzt den Strom bei erreichen der eingestellten Gesamtspannung ja weit runter...wie weit weiß ich nicht, aber soweit, dass ich die Balancer die vollen Zellen stoppen können, während die anderen munter weitergeladen werden. Damit diese dann voll werden, drehe ich die Spannung von Hand langsam hoch. Der benning erhöht bei jedem Hochdrehen wieder die Stromzufuhr, so dass die anderen Zellen nachkommen können, die balancer aber nicht überlastet werden.

Wenn alle balancer arbeiten und alle Zellen 3,77 V + - 10 mV anzeigen halte ich diese Spannungslage noch etwa 10 Min. und schalte ab.
Danach stelle ich den Benning wieder auf die übliche Ladespannung unterhalb der Balancerschwelle zurück.

Die Bennings werden ja oft Der Link wurde entfernt (404). zu guten Kursen gehandelt.

Elektroniker bin ich auch nicht.
Ob es am ende vielleicht auch nicht gut ist, was ich mache, weiß ich nicht.
Aber es funktioniert gut.
ICh vermisse meinen HF Lader, der immer noch zum Umprogrammieren unterwegs ist, kaum.

 

[Andreas Friesecke]

Nachtrag zum Balancen:

nach ein paar gefahrenen Kilometern (ca 3x 20km) und drei Nachladungen hat sich das Balancen mittlerweile auf max. 4 Minuten (bis alle Akkus balancen) reduziert.

Dabei wid folgendermaßen geladen:

30A bis:
- der erste Balancer anspricht (3,68V Schwelle)
oder
- der Strang 80V hat (3,64V/Zelle)

Dann 5A bis 80,4V erreicht sind (3,655V/Zelle) - Wert empirisch ermittelt

Dann 1,5A bis der letzte Balancer balanced

Dann aus.


Gruß
Andreas

 

[Andreas Friesecke]

Nochmal Nachtrag - auch weil Johannes um einen Erfahrungsbericht gebeten hat.

Die im letzten Eintrag beschreibene Ladevariante scheint optimal zu sein!

Balancing findet nicht immer statt. Manche Ladevorgänge schließen in der Hauptladephase ab. Das heißt konkret, dass der Strang nicht über 80V (3,64V/Zelle) geht, der Strom auf Null runter geht und kein Balancer angegangen ist.
Den Effekt habe ich mittlerweile mehrfach beobachtet und das spricht dafür, dass die Zellen sehr gut gesynct sind.

Wenn Balancing stattfindet (inzwischen unterschiedlich von 90% / 70% / 50% / 30% SOC ... aus geladen), dann nie länger als 2-5 Minuten. Dann war jeder Balancer einmal an und die Ladung wird beendet.

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NIcht verschweigen möchte ich ein komisches Problem, dass ein Modul meines und 5 Module von Buggis bauugleichem BMS betroffen hat:
Der DCDC-Schaltfet hatte eine dauerhaft leitende (kein Kurzschluss) Verbindung Drain-Gate bekommen und dadurch die Module mit wenig Strom "rückwärts" versorgt. Der Fehler ist bei Buggi aufgetreten, nachdem er lange (30 min) gebalanced hat, bei mir komischerweise 2 Tage später, ohne dass ich überhaupt gebalanced habe (Module waren an, aber DCDC nicht)
Wir hatten in der Woche jedoch ein heftiges Gewitter (???) in der Nähe. Oder die FETs sind kalendarisch abgegrätscht
Woher der Fehler nun genau gekommen ist, ist bis heute nicht klar. Komisch ist auf jeden Fall dass ein identischer Fehler nahezu zeitgleich bei mir und bei ihm aufgetreten ist, obwohl meine DCDC-Wandler definitiv nicht gearbeitet haben...

Gruß
Andreas

Hinweis: Strang = 22xLifePo4 (Thundersky)
BMS: Eigenbau mit DCDC Wandlern http://26373.foren.mysnip.de/read.php?567,335798,page=1

 

[spunty]

Nachtrag zum Balancen:

nach ein paar gefahrenen Kilometern (ca 3x 20km) und drei Nachladungen hat sich das Balancen mittlerweile auf max. 4 Minuten (bis alle Akkus balancen) reduziert.

Dabei wid folgendermaßen geladen:

30A bis:
- der erste Balancer anspricht (3,68V Schwelle)
oder
- der Strang 80V hat (3,64V/Zelle)

Dann 5A bis 80,4V erreicht sind (3,655V/Zelle) - Wert empirisch ermittelt

Dann 1,5A bis der letzte Balancer balanced

Dann aus.


Gruß
Andreas

Die 5A bis 80,4V halte ich für gefährlich: Da kann doch eine Zelle wegrennen und keiner merkts, oder?
Ich lade immer nach Methode A, wobei ich selten balanciere (einmal im Monat ca.) und immer manuel, also ich drehe den Ladestrom des Ladegeräts auf halben Balancerstrom (also 1,7A) und überwache den Vorgang, bis die Zellendifferenz wenige Millivolt beträgt (also quasi alle 3,60V haben). Dauert eine halbe Stunde maximal. Halber Balancerstrom damit die Viecher nicht so warm werden - außerdem kann immer mal einer ausfallen (zwei pro Zelle).

Die Abschaltung der normalen Hauptladephase erfolgt immer bei Erreichen von 3,65V in einer beliebigen Zelle. Ich hatte auch schon mal überlegt, dann automatisch das Balancing mit reduziertem Strom zu starten, sehe darin aber mehr Nachteile als Vorteile, besonders wenn danach nicht sofort losgefahren wird.

Gruß
Dirk

 

[Andreas Friesecke]

Hi Dirk,

wie gesagt - "Wert empirisch ermittelt". Die 5A sorgen dafür dass noch akzeptabel schnell zu Ende geladen wird, wenn eine Zelle zu früh über die 3,68V geht. In dieser Phase ist noch nie eine Zelle zu hoch gelaufen. Die Beobachtung ist vielmehr, dass bei der Reduktion des Ladestroms die Zellspannung runtergeht und die Zellen sich spannungsmäßig "sammeln". Wenn is dieser Phase ein Balancer angeht, dann ist der Strom meist schon runter auf 2A (wie gesagt, 3,655V/Zelle) und es dauert nur Minuten und der ganze Spuk ist komplett rum.

Gruß
Andreas

 

[Bernd Schlueter]

Der neue Lenovo-Aufdemschoß hat da einiges Neue zu bieten: Es gibt verschiedene Lade-Entlademodi:
Am längsten halten die Akkus, wenn sie weder voll geladen, noch ganz entladen werden, was eine gewisse Kunstfertigkeit voraussetzt. Schon der Professor Sauer der Aachener TH, er hielt auf der Dreiländerfahrt uns einen Lithiumvortrag, machte uns mit dem Verhalten von Lithiumbatterien bekannt, sie sollen möglichst im Bereich 1/3 bis 2/3 Ladung gehalten werden.
Sprich, es kommen ein ganze Menge Programmiermöglichkeiten für den Atmel hinzu. Also, es kommen eine ganze Menge Aufgaben für Andreas hinzu, wenn er nicht gerade Musike macht.
Eine Kunst ist es bekanntlich, einen 1/3 Ladezustand sicher zu erkennen...
Johannes beherrscht inzwischen die Technik, wenn er nicht gerade Fehler macht. Duisburg war so ein Fehler.

 

[Multimegatrucker]

sie sollen möglichst im Bereich 1/3 bis 2/3 Ladung gehalten werden.

Daumen hoch, Bernd :spos:.

Eigentlich könnte ich deinen gesammten Beitrag mit hoch gestelltem Daumen zitieren :spos:.

Am längsten halten die Akkus, wenn sie weder voll geladen, noch ganz entladen werden, was eine gewisse Kunstfertigkeit voraussetzt.

Es werden sich hier einige fragen,- was bleibt dann noch zum Fahren übrig? Richtig :rp: !!!
Wer nur [sup]1[/sup]/[sub]3[/sub] der Nennkapazität nutzt, kommt mit seinen Lithium ewig und drei Tage, nennen wir es mal anders,- mehrere Autoleben lang, aus .
Der Professor hat Recht und das ist immer schon mein Reden.

Eine Kunst ist es bekanntlich, einen 1/3 Ladezustand sicher zu erkennen...

Na ja, sind wir nicht alle irgendwie Künstler ?

Johannes beherrscht inzwischen die Technik, wenn er nicht gerade Fehler macht. Duisburg war so ein Fehler.

Duisburg, ein Jahr her, <big>der Fehler</big> und einige Leser hier wissen nicht mal was passierte, war der Non Plus Ultra Fehler überhaupt :spos:. Zum Glück gibt es eine Suchfunktion hier im Forum . Suchbegriff: Duisburg Johannes
Dieser Fehler hat jedenfalls dazu geführt, meine Sinne zu schärfen lieber Bernd.

Die 1/3tel Ladetechnik (im alltäglichen Leben) zu realisieren und zu fahren, ist oft schwierig, zahlt sich aber aus, bedarf genügend Nennkapazität oder aber eine Menge Ladehalte.
Auf Touren, die nicht alltäglich sind, darf man auch mal außerhalb dieser "Optimal" [sup]1[/sup]/[sub]3[/sub]tel Ladetechnik unterwegs sein.

Viele Grüße
Johannes