Frage zu Lipo-Batterien

[Marek Kernbach]

Hallo zusammen,

ich beobachte seit einiger Zeit die Ladungen meiner 16 Lipo-Batterien. Dabei ist mir aufgefallen, dass Zelle 1 beim Laden immer die höchste Zellspannung hat. Das ist dann die Zelle, die in der Ladeschlussphase am schnellsten mit der Spannung hochgeht.
Beispiel:
niedrigste Zelle: 3,48 V
Zelle 1: 3,67 V
Das ist beim Balancieren in der ersten Zeit auch so.
Komischerweise, leider habe ich den Zeitpunkt noch nicht beobachtet, wird die Zelle 1 zur Zelle mit der niedrigsten Spannung. Ungefähr nach geschätzte 10 Balancierzyclen.

Unter Last beim Fahren verhält sich die Zelle 1 bis ca 35 Ah entnommen sind "unauffällig". Will sagen, sie ist nicht die mit der niedrigsten Zellspannung. Ab ca 35 Ah-Entnahme ist die Zelle 1 unter Last die Niedrigste.

Gibt es dafür eine physikalisch/chemische Erklärung?

Grüße
Marek

PS: lade mit Theisen HF-Lader

 

[Sven Salbach]

wie viel Ah sind denn insgesammt noch ca drin?
Also ist nach den 35Ah auch bald Feierabend..alos sieht die Zelle leer aus..oder hast Du nach 60Ah immer noch nur den Effekt das die eine Zelle niedriger ist?

 

[Sven Salbach]

Du meinst also, wenn Du eine Zelle mit 9V dazwischen klemmst, wird diese mehr belastet als die anderen?
soso....das sollte man mal in den Brockhaus aufnehmen ;-)
Wohe hast Du denn diese Erkenntnis?
Haben gestern ein wenig zu viel gefeiert-wa? ;-)

 

[Multimegatrucker]

P = U mal I

Zelle N°1: 3,67V
Die schwächste 3,48V

Strom in der Reihenschaltung unter Last? Wir nehmen 50A an, OK?

P = U x I. 3,67V x 50A = 183,5 Watt
Die schwächste Zelle: 3,48V x 50A = 174 Watt

Noch FRAGEN, Sven?

Grüße
Johannes

 

[Sven Salbach]

ich hatte Arbeit durch Belastung ersetzt..dann siehst Du deinen Denkfehler vielleicht eher

 

[Multimegatrucker]

Ach Sven,

doch eher ein Rechtschreibfehler meinerseits , oder ?

Wattstunden Watt.

Grüße
Johannes

 

[SteWi]

Eine mögliche physikalische Erklärung (die hier aber nicht stimmen muß), ist die Betrachtung von Innenwiderstand der Zelle und/oder Übergangswiderstand an den Zellverbindern. Und diese schlagen ggf. bis auf das BMS durch.

Ein leicht erhöhter Übergangswiderstand von 0.02 Ohm treibt bei 10A Ladestrom die Zellspannung um 0.2V in die Höhe, das ist dann der Unterschied zwischen der niedrigsten Zelle mit 3.48V und Deinem Kandidaten Nr. 1.
Folge: das BMS bläst also Ladestrom ab, und obwohl die Zelle erst einmal bei meßtechnisch 3.67V liegt, wird sie im Endeffekt etwas weniger geladen als andere Zellen. Dank der flachen Entladekurven bemerkt man auf dem ersten Teilstück der Entladung nichts, und dann wird es mit zunehmender Entladung deutlich aufgrund der stärker nachlassenden Spannnung.

Wenn man es nicht so extrem berechnet, sondern nur Toleranzen der Innenwiderstände besieht, und sich vor Augen hält, dass der Spannungsanstieg beim Laden eigentlich erst auf den letzten 3-5% stattfindet, dann kann man das ganze auch mit Innenwiderstand begründen.

Andere möglicherweise begleitende Ursachen: leichte Kapazitätsunterschiede. Es ist relativ unwahrscheinlich, dass die Zellen nicht auch Toleranzen von 3-4% in der Kapazität haben oder entwickeln. Das dann kombiniert mit den gleitenden Innenwiderständen je nach Ladezustand ...

Fazit: trotz BMS werden wir nie einen identischen Füllstand aller Zellen erreichen, ein paar wenige Prozent Schwankung gibt es immer. Und darum sollte man seine Zellen auch nur zu 80% entladen, um Reserven zu haben. Einige Hersteller empfehlen für Einzelzellen max. 80% Entladung, und im Zellverbund max. 70% - eben aus solchen Gründen.

Nächster Punkt: die meisten BMS-Systeme / Balancer sind fehldimensioniert und setzen viel zu spät ein. Ich habe gerade ein System mit einer Balancerspannung von 3.8V verbaut (viele Grüße an meinen Vorposter ;-) ), bei dem mir von vornherein klar war, dass es zwar ein Überladen einzelner Zellen verhindert (recht erfolgreich), aber keinen dauerhaften Gleichlauf gewährleisten kann (etwas besseres war kurzfristig nicht zu bekommen, und mir reicht das System für einen E-Roller durchaus aus). Selbst wenn man die Zellen vorher toll manuell balanciert, hier und da haben wir leicht unterschiedliches Selbstentladeverhalten, die Innen- und Übergangswiderstandsproblematik, der Lader macht bei 58.2V den Schwenk auf CV (also bei im Schnitt 3.65V pro Zelle, obwohl der Balancer erst bei 3.8V einsetzen würde), und nach ein paar Wochen haben einige Zellen 3.79V und andere 3.38V am Ende des Ladevorganges. Nach einem Jahr sind dann nach meinen Feststellungen einige Batterien bis zu 10% weniger geladen als benachbarte.
Eine Balancerschwellspannung, die bei 3.60V anzieht in Kombination mit einem Ladegerät, dass bei 3.65V pro Zelle von CC auf CV wechselt scheint bislang das Optimum zu sein, zwei meiner E-Fahrzeuge sind derart ausgestattet und die Zellen sind nach 6 Monaten recht dicht beieinander (vielleicht 1-2% auseinander).

Nun tut mir das alles nicht weh, ein- bis zweimal im Jahr wird sowieso eine Sichtinspektion aller Zellverbindungen gemacht und dabei die nachhinkenden Zellen nachgeladen. Und in der Zeit dazwischen nur soweit gefahren, dass ich auf einen zellenbasierten Unterspannungsschutz verzichten kann.

 

[Sven Salbach]

nein..darauf will ich gar nicht raus..
Nimm drei 12V Batterien und eine mit 6V..
Beispiel El 42V...120A

Deiner Theorie nach müßten nun die 12V Batterien viel stärker belastet werden...richtig??
Wen Du jetzt aber wiederumbedenkst das sowohl die 12V aus 2V Zellen besteht als auch die 6V Zelle...somit hast Du egal wie die verpackt sind..dennoch 24x2V Zellen in Reihe.,..
Logischerweise leisten die 12V Blöcke mehr,ist ja auch als Block genommen logisch..im Detail (/6)aber leisten alle das gleiche....

Das jetzt auf die eine Li Zelle zu erklären ...boa..ich bin nicht gut im erklären,enk eifnach nochmal drüber nach, dann wirst Du es sehen

 

[Bernd_M]

Hallo Marek,
oder es ist der ganz "einfache" Fehler.
Ein erhöhter Übergangswiderstand an den Zellenverbinder würde erklären das
-beim Laden die Zelle eine ungewöhnlich hohe Spannung hat
-das beim Entladen mit erhöhten Strom,scheinbar die Zelle eine niedriger Spannung hat...

Probieren ob die Schrauben noch "fest" angezogen sind.Besser ist natürlich Zellverbinder reinigen und mit Vaselline bearbeiten.
Wenn die Zellverbinder nach der Fahrt schon "merklich" Wärmer sind,wird es allerhöchste Zeit ...

Bernd M

 

[Multimegatrucker]

Na dann gehen wir jetzt mal ins Eingemachte, lieber Sven .

Wir nehmen 16 Lipo Batterien, die alle die selbe Kapazität haben und belasten diese in Serienschaltung.
Jede Zelle hat bei Beginn die selbe Ladung, die selbe Spannung und es fließt durch jede Zelle der selbe Strom.

Was passiert?

Jede Zelle wird gleich Entladen, zu jedem Zeitpunkt ist in jeder Zelle die selbe Kapazität und die Spannung sinkt stetig bei jeder Zelle gleich, richtig?

Laden ist angesagt und jede Zelle nimmt (jetzt mal theoretisch) die selbe Ladung an und zum Schluß der Ladung sind alle Zellenspannungen gleich, ok?

Jetzt nimmst du eine Zelle aus dem Verbund und entlädst für 5 Minuten die verbliebenen 15 Zellen mit z.B. 50A und packst die "starke" Zelle wieder in den Serienverbund. Das ist jetzt die Zelle mit der höchsten Spannung aber immer noch mit der selben Nennkapazität wie die anderen.
50A lässt du fließen.

Was passiert. Die 15 Zellen mit (sagen wir 3,48V) geben 174 Watt ab. Ist das soweit richtig?
Die eine aber gibt 183,5 Watt ab und ist logischerweise früher leer als die anderen,- ODER?

Grüße
Johannes

 

[RalfZ]

Nächster Punkt: die meisten BMS-Systeme / Balancer sind fehldimensioniert und setzen viel zu spät ein. Ich habe gerade ein System mit einer Balancerspannung von 3.8V verbaut
<...>
Eine Balancerschwellspannung, die bei 3.60V anzieht in Kombination mit einem Ladegerät, dass bei 3.65V pro Zelle von CC auf CV wechselt scheint bislang das Optimum zu sein<...>

Ich habe das BMS von GKA in meinem Saxo. Da kann man die Spannungs-Schwelle für die Balancer zentral verstellen. Ich habe diese Spannung typischerweise auf 3,48V stehen - für meine LiFePO.
Oberhalb dieser Spannung geht kaum noch zusätzliche Kapazität in die Zellen und die Spannungskurve der Zellen ist in diesem Bereich schon ausreichend steil um ein gutes Balancing hinzubekommen.
Meine 200Ah Sinopoly funktionieren damit sehr gut.

Eine einstellbare Schwelle für den Balancer ist meiner Meinung nach sehr sinnvoll.

Ralf

 

[SteWi]

Das Zeugs von Johannes will ich auch mal rauchen ...

Das ist so, wie wenn ich 10 Eimer mit 10l habe, lasse pro Minute einen Liter pro Eimer ab, nehme nach fünf Minuten einen Eimer für zwei Minuten raus aus dem Verbund, und dieser ist dann trotzdem als erster leer. Das ist, sagen wir mal so, copperfieldmäßig toll.

 

[Sven Salbach]

das sicher ist die Zelle eben nicht eher leer..so,ich gehe jetzt schlafen
Anstelle der Theorie kannst du es ja einfach mal mit zwei Zellen aufbauen und testen..
Aber um nochmal Dein beispiel zu nehmen..

eine Zelle voll 5V 20Ah die andere leer 1V 20Ah..

Und jetz denkst Du wirklich das die volle Zelle schneller leer ist als die leere? Wenn Du die jetzt belastest?

....Gute Nacht ;-)

 

[Multimegatrucker]

Wir nennen das jetzt mal die "Kadus" Regel. Kadus ist mein zweiter Vorname :rp:.

Das Loch vom Eimer den du raus genommen hattest,- wird nicht größer,- aber der DRUCK und auch die Fließgeschwindigkeit, da der Potenzialunterschied ein anderer ist als bei den anderen.

Grüße
Johannes-Kadus

Ich rauche Marlboro

 

[Sven Salbach]

der Druck währe Strom..der ist aber überall gleich...so, jetzt aber gute NAcht..da drehe ich mich ja im Bett um wenn ich sowas lese ;-)

 

[Multimegatrucker]

Gute Nacht, Sven.

Aber der Druck (Potentialunterschied) wäre die Spannung und was sich durch das Loch zwängt ist der Strom :spos:.

Grüße
Johannes

 

[Philipp aus Reutlingen]

Kann ich bestätigen war bei mir auch so!
Zieh man die Zellverbinden nach am Besten mit einerm Drehmomentschlüsse! und der richtigen krafteinstellung.

Grüsse
Philipp

 

[Philipp aus Reutlingen]

Hallo Johannes,

ich habe grosen Respekt vor Leuten mit viel Wissen. Aber ich muss dem Sven beipflicheten

Du hast da einen kleinen Denkfehler... meiner meinung nach.

Die Reihenschaltung (je nach Anwendung auch Spannungsteilerschaltung genannt) beschreibt in der Elektrotechnik und Elektronik die Hintereinanderschaltung zweier oder mehrerer Bestandteile in einer Schaltung.

Zwei Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, wenn deren Verbindung keine Abzweigung aufweist. Damit werden beide vom selben Strom durchflossen. Die Reihenschaltung kann auch als Hintereinanderschaltung bezeichnet werden. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Elemente ist beliebig.

Strom ist der Durchfluss und Die Spannung der Druck. So weit Korrekt!
Aber der Druck wird durch die Gesamtspannung aufgebaut und nicht durch die Einzelzellen.

Gürsse aus dem Süden

Philipp

 

[alklex]

Hallo,

vielleicht hilft es ja daran zu denken, das die Kapazität einer Zelle in Ah angegbene wird und nicht in Wh....
Beim Entladen ist der Stom entscheidend, nicht die Leistung.
Und der Strom ist bei allen in Reihenschaltung gleich...

Im Übrigen denke ich auch das wir hier ein Problem mit Übergangswiuderständen haben.
Hatte ich auch - nochmal Verbinder festziehen und gut ist....

Gruß Alex

 

[Multimegatrucker]

Hallo Philipp,

ich nehme gerne Lehre an.
Wir haben im Serienverbund Einzelspannungen. 15 mal besagte 3,48V (jetzt mal theoretisch) und eine einzelne Spannung mit 3,67V.
Wie hoch ist die Gesamtspannung? Richtig. 55,87V, resultierend aus den Einzelspannungen.

Es fließ ein Strom von 50A.

Welche Zelle muss mehr leisten,- oder anders ausgedrückt,- welche Zelle leistet mehr?
Jede Einzelzelle hat nur eine beschränkte Kapazität.

Die starke Zelle wird bei 35Ah den Knick zur schwächsten machen. Wie von Marek beschrieben.

Beweise mir des Gegenteil.

Viele Grüße in den Süden
Johannes