Fragen zu einfachem LiPo Lade/entlademanagement

[Jürgen G.]

Frage an die LiPO-Spezialisten:
Ist es überhaupt notwendig bei einer Reihenschaltung von Lipo´s alle Zellen beim laden zu equalizen (Balancer)?
Hintergrund: Einsatz im Elektroauto. Bei Spannungen bis 120V werden ca. 40Zellen benötigt ==> Einsatz von Hochstom-Balancer aufwendig, großer Platzbedarf und teuer.
Beispiel:
Gegeben sei eine Reihenschaltung aus 10 Zellen LiPo´s.
Entladung:
Erreicht die erste Zelle eine Spannung <~2,7V wird die entnommende Batterieleistung gedrosselt.
********************************************************
Aufladung:
Wenn die erste Zelle 4,2V erreicht muß die Spannung an der Zelle begrenzt werden.
Möglichkeit a: Die Ladung wird für alle Zellen beendet.
Möglichkeit b: Der Ladestrom wird an dieser einen Zelle vorbeigeleitet (Equalizer)

Frage zu a: Wenn diese Zelle als erste voll ist, so ist diese doch als erste auch wieder leer?
Frage zu b: Was nützt es wenn die anderen Zellen auch voll geladen sind wo doch die schächste Zelle die Gesamtleistung des Systems bestimmt?
Schlußfolgerung:
Wenn eine simple Spannungsmessung (ohne Balancingsystem) aller Einzelzellen aureichen würde um einzelne Zellen vor Überladung und Tiefentladung zu schützen wäre dies doch eine kostengünstige Alternative?
Kann hier jemand meine These untermauern?


...

 

[R.M]

Hallo

Erste Frage mit welchen Strömen willst du laden, hohen Ladestrom an einer vollen Zelle vorbeizuleiten oder zu verbraten ist immer aufwendig, bei z.B. 10 Zellen und 100AH würde ich einfache PC Netzteile einsetzen und jede Zelle mit Konstantspannung einzeln laden, es ist lediglich ein kleiner Widerstand (einige milliohm) nötig um den Anfangsladestrom im dem Bereich zu halten in dem das Netzeil noch korrekt arbeitet. Aufpassen muß man nur ob bei den Netzteilen die Masse mit dem Gehäuse verbunden ist dann muß man die Netzteile voneinander isolieren. Die Überwachung der Spannungen an den Einzelzellen ist nach wie vor für das Entladen notwendig,

Für kleine Zellen mit Ladeströmen unter 2A kann man sich ein recht ausgefuchstes Lademanagement zusammenbauen, das volle Zellen erkennt die dann wegschaltet und gleichzeitig die Ladespannung reduziert. Positiver Nebeneffekt, das System erkennt eine defekte Zelle und schaltet sie weg,

Rentiert sich nur bei vielen kleine Zellen da du für jede Zelle eine kleine Platine brauchst und die kommen erst bei Stückzahlen über 500 in einen Bereich wo es preislich interessant wird.

Ander Möglichkeit Anfangs mit hohen Strömen laden und wenn die erste Zelle voll ist den Ladestrom soweit reduzieren das der Balancer damit fertig wird, je nach Differenz zwischen den Zellen kann das Laden dann relativ lange dauern.

Gruß

Roman

 

[Jens Schacherl]

[quote Jürgen G.]Frage an die LiPO-Spezialisten:
Ist es überhaupt notwendig bei einer Reihenschaltung von Lipo&#180;s alle Zellen beim laden zu equalizen (Balancer)?[/quote]
http://www.nabble.com/Is-BMS-needed-for-li-ion--to13931641s25542.html#a13933367
Zusammengefaßte Antwort: JA!

[quote Jürgen G.]Hintergrund: Einsatz im Elektroauto. Bei Spannungen bis 120V werden ca. 40Zellen benötigt ==> Einsatz von Hochstrom-Balancer aufwendig, großer Platzbedarf und teuer.[/quote]
Nein, wozu Hochstrom?
Ich würde, wie auch R.M. schon vorgeschlagen hat, den Ladestrom herunterregeln sobald die erste Zelle die Ladeschlußspannung erreicht hat.

[quote Jürgen G.]
Aufladung:
Wenn die erste Zelle 4,2V erreicht muß die Spannung an der Zelle begrenzt werden.
Möglichkeit a: Die Ladung wird für alle Zellen beendet.
Möglichkeit b: Der Ladestrom wird an dieser einen Zelle vorbeigeleitet (Equalizer)

Frage zu a: Wenn diese Zelle als erste voll ist, so ist diese doch als erste auch wieder leer?
Frage zu b: Was nützt es wenn die anderen Zellen auch voll geladen sind wo doch die schächste Zelle die Gesamtleistung des Systems bestimmt?[/quote]
Grundsätzlich sollen und können Balancer ein Auseinanderlaufen und Überladen einzelner Zellen verhindern, sie können aber keine defekten Zellen reparieren oder ausgleichen.
Eine Zelle, die so schwach ist, dass sie die Gesamtleistung des Systems merklich beeinträchtigt, ist kaputt.
Da helfen auch keine Hochstrom-Balancer mehr.

In einem funktionsfähigen Akkupack, egal ob mit Blei oder Li-Ionen, liegen die einzelnen Blöcke bzw. Zellen so dicht zusammen, dass die Balancer fast nichts zu tun haben.
Gut sichtbar an meinem neuen EVT-Akkusatz, die Powercheqs blinken allenfalls gegen Ende der Hauptladephase mal ganz kurz und in größeren Abständen auf.

Aber genau dieses wenige Ausgleichsarbeit reicht aus, um zu verhindern, dass sich geringste Differenzen im Laufe der Zeit immer größer werden.

Gruß Jens

 

[Jürgen G.]

Ich hab glaub meine Frage nicht genau genug formuliert:
Mir geht es darum ob ein LiPO Akkusystem mit Balancer leistungsfähiger ist, als ein System ohne Balancer.
Denn beim entladen wird ja auch die schwächste Zelle als erstes leer und anhand derer bestimmt sich die gesamte Leistung des Akkusystems (beim entladen wird ja auch nicht balancet)
Ob das jetzt bei 90,9Ah oder 99Ah passiert, ist garnicht relevant
Mein erdachtes Ladesystem ohne Balancer lädt bis die erste Zelle 4,2V erreicht und reduziert dann den Ladestrom für das gesamte Akkusystem - so daß keine Zelle über 4,2V kommt. Die Ladeströme sollen sich um die 50A bewegen.
Es soll also kein Ladestrom an der/den Zellen vorbeigeführt werden!
Dadurch gibt es logischerweise zwangsläufig Zellen die nicht ganz voll sind.
Die Frage ist nun beim entladen welche zuerst wieder 2,5V erreicht.
a.) die, die als erstes voll war (4,2V), oder
b.) irgendeine eine andere (die durch die einsetzende Strombegrenzung nicht 100% voll geladen wurde)

...

 

[inoculator]

Hallo Jürgen.

Gesetzt den Fall Dein System funktioniert.

Stelle Dir mal die Frage, was mit den Zellen im Laufe der Zeit passiert, welche nicht bis 4,2V geladen werden.

Die Antwort auf diese Frage, ist auch die Grundlage für die Antwort auf Deine Ausgangsfrage.

Gruss

Carsten

 

[Sven Salbach]

was soll passieren. Li ist es egal, bzw. sogar gesund nicht voll zu laden.
Allerdings zu Deiner Frage...
Es wäre besser einen Balancer zu ntzen.
Denn je nach Füllstand eiens Akkus hat er ja auch einen anderen Innenwiderstand.
Alsso ist das ganze System steifer.
Ich denke auch, irgendwann werden es immer mehr Zellen werden die nur noch zu einem kleinen Teil geladen werden,.
Und irgendwann bricht die Ladung dann immer schon nach wenigen % ab, so vermute ich und verlies das Forum

 

[R.M]

Hallo

Wenn du mit 50A lädst und eine volle Zelle balancieren willst dann werden im schlechtesten Fall über 200W verbraten, bei den Ladeströmen würde ich auf Einzellader ausweichen, da auch ein System das bei voller Zelle den Strom an der Zelle vorbeileitet die 50A schalten müßte.

Wenn eine Zelle wesentlich weniger Kapazität als der Rest hat dann ist sie kaputt, die Differenz in der Kapazität sollte in einem Pack unter 2% sein.

Gruß

Roman

 

[Jürgen G.]

@RM:
Grade das Balancen will ich nicht machen! Überdenk mal wie aufwendig das bei 35 Zellen wird.

@inoculator
Genau das will ich ja wissen...
Ist es den Zellen egal? Werden sie schwächer? Gleichen sie sich den schwachen Zellen an?
Beispiel: Wenn Zelle 5von10 als erstes voll ist, so sind die Zellen 1-4 und 6-10 nicht ganz voll.
Die Frage war ja ob nun gerade die Zelle 5 wieder als erstes leer ist?
Wenn nicht, sind die Zellen 1-4 oder 6-10 als erstes leer?
Und wenn ja, wie pendeln sich Zellen nach mehreren Zyklen ein?
Oder bleibt die Abweichung konstant?
Einen Memory-Effekt gibt es ja nicht und eine Ladung auf unter 100% schadet ja auch nicht. Ebenso wird die Tiefentladung auch vermieden.
Werde wohl um einen Klein-Versuch nicht drumherumkommen um diese Frage für mich zu klären.

...

 

[R.M]

Hallo

Wo ist das Problem, es gibt fertige kaskadierbare Balancer mit 2A zu kaufen, auserdem 35 Zellen, willst du mit 120V fahren, je mehr Zellen desto kritischer wirds. Also mit 50A Laden bis die erste voll ist und dann über Balancer weiter mit geringem Strom bis alle voll sind wenn die gesamte Reichweite gebraucht wird.

Bei LiFePo4- Zellen kann man eventuell auf die Balancer verzichten, eine Überwachung ist aber trotzdem nötig und die haben die fertigen Balancer schon integriert, ich halte die Idee mit der Einzelladung der Zellen am sinnvollsten, bei 50A Ladestrom wären sonst über 6Kw Ladeleistung zu händeln, würde ich nur machen wenn schon ein Ladegerät vorhanden ist, das muß aber abgeschaltet werden wenn die erste Zelle voll ist, da ist dann der Zusatzaufwand mit kleinem Strom weiterzuladen und zu balancieren gering.

Ansonsten: die schwächste Zelle bestimmt die Reichweite und geht als erstes kaputt, welche das ist ob die die zuerst die Ladeschlußspannung erreicht oder die die nicht vollgeladen wird kann man nicht sagen. Jedenfalls wird diese Zelle am tiefsten entladen und altert damit am schnellsten,

Die Leute die ich kenne die ohne Balancer arbeiten ( sind momentan genau 2) selektieren die einzelnen Zellen nach Kapazität.

Gruß

Roman

 

[inoculator]

Ok, Jürgen.

nehmen wir also an, Du hast 3 Zellen.

Aufgrund bauteiltechnischer Unterschiede kommt Zelle A immer zuerst auf 4,2V und Zelle B immer zuerst an 2,5V
Zelle C schwankt zunächst ein wenig in der Mitte.

Auf Lithium hat eine Selbstendladung, welche abhängig ist von dem Ladezustand -je mehr Ladung, desto höher die Entladung.
Ebenso ist die Entladerate einer wenig geladenen Zelle höher als einer voll geladenen Zelle bei gleicher Last.
Beim Laden nimmt die Zelle mit der höheren Restladung schneller Ladung auf, als eine mit weniger Restladung.

Nimmst Du diese Faktoren zusammen, wirst Du ohne Balancer nach kurzer Zeit in einen Zustand der 0-Kapazität kommen.

Zelle A wird Voll sein, während Zelle B leer ist.

Beantwortet das jetzt Deine Frage?

Gruss

Carsten

 

[Jürgen G.]

Ein wenig, ist aber nicht zufriedenstellend.
Vor allem der Bereich der "0 Kapazität" kann ich mir nicht vorstellen bzw. glaube ich erst wenn ich es erlebt bzw. gemessen habe.
Da mit dem Innenwiderstand könnte jedoch stimmen.
Aber letztendlich hat es noch keiner ausprobiert!
Ich beschaffe mir billige gebrauchte Zellen -sagen wir 3 Stück- und schalte die mit 1 Zelle niederer Kapazität zusammen in Reihe.
Das ist dann der Extremfall an Ungleichheit. Mal gespannt was passiert...

...:xcool:

 

[Sven Salbach]

Also, ich plane da ja auch was.....
Hoffe das ich bis März 48V 60Ah zusammen habe (Lithium)
Mein derzeitiger Gedankengang geht dahin einfach ALLE Zellen parallel zu laden.
Also mit Pc netzteilen 5V Ausgang (ab 14¤ 5V über 30A)
So spare ich mir die Balancer beim laden!!!
Und fürs Entladen werde ich einfach eine Tiefentladewarung vorsehen. Den auszubalancieren ist beim Fahren sowiso nicht möglich!!!

Werde wohl nächsten Monat testweise mal ca. 4 Lithium Akkus gewaltsam zerstören um sicherheitsvorkehrungen treffen zu können.
Also ab wann wird die Überladung gefährlich.
Wenn eine Zelle in Flammen aufgeht, was passiert mit den benachbarten oder gar daüber liegenden!!!
Was passiert bei Tiefentladung oder gar Umpolung!!!
etc pp
Wie stark ist die Flammenbildung falls es überhaupt eine gibt....
Erschüterungstests über mehrere Tage....
Verhalten bei Temp um 40° und hoher beanspruchung
Volladung mit darauffolgendem Kurzschluss!
etc etc etc
Fällt sonst noch jemandem was ein??

Ich werde eine ganze Batterie an Laptop Akkus zusammen schalten, dabei werden sehr viele ungleiche Zellen bei sein, so das da verscheidene Probleme auftreten werden.


Vielleicht schafe ich das ganze Programm doch nicht mir nur 4 Zellen, schade um die Zellen :-(
Aber ich will das schon ein wenig besser einschätzn können.
Werde es auch hochauflösend Filmen, flls also wer Interesse hat....

 

[R.M]

Hallo

Wenn du alle Zellen parallel lädts und eine bekommt Kurzschluß dann geht die garantiert hoch da alle anderen Zellen sich über diese Zelle entladen, je mehr du parallel schaltest desto höher das Risiko.

Gruß

Roman

 

[Sven Salbach]

also, natürlich sind sie beim Laden über Dioden getrennt, ist schon wegen der 5V notwendig da man so schon gesichtert 4,3V hat und damit zumindest ein Risko minimiert ist.
Der Rest der Stänge ist natürlich parallel geschaltet.
Die einzelnen Stränge könnte man vielleicht nur durch dünnere KAbel verbinden, die somit wie eine Sicherung wirken und verglühen und das schlimmste verhindern.
Da die Ströme bei Lipo soiwso moderat sein solten, wird der Spannungsabfall hier recht gering sein. Dachte an Max. 2,5²mm.
Damit habe ich mit meinem 30A Lader gute Erfahungen gemacht und auch damals als ich testweise auf 48V gefahren war mit einer Autobatterie im Heck.
Und das flossen kurzzeitig über 100A
Ich hoffe bei Lithium so zwishcen 40-60A max zu liegen
Somit ist auch das Problem der Kurzschlusses keins mehr - So hoffe ich zumindest

 

[andreas Andreas]

Au Backe, das sind ja gefährliche Ideen.
1. Eine Diode hat keinen konstanten Spannungsabfall. Er ist Bauteilabhängig, Temperatur und Stromabhängig. In der Praxis schwankt er zwischen 0,3 und 1 Volt.
2. Dünne Leitungen als Sicherung zu verwenden ist ein Abenteuer. Bevor die Litze durchbrennt entledigt sie sich ihrer Isolation.
3. PC-Netzteile liefern keine sehr stabile Spannung.
4. Würde ich die Versuche noch nicht mal auf einem Balkon machen.
5. Unbalancierte Zellen testen...was soll dabei herauskommen? Dass es nicht geht?

Da würde ich an Eurer Stelle tatsächlich das Balancieren bleiben lassen, die Ladeschlussspannung auf z.B. <4V/Zelle legen und alle paar Zyklen von Hand nachmessen und dabei >4V/Zelle vollladen. Dazu kann man sich ja eine 4mm Buchse an jeden positiven Batteriepol machen und gemütlich die Spannung an jeder Zelle nacheinander Durchmessen. Darüber führt man dann Bücher. Man bastelt sich eine ganze Menge von Hochlastwiderständen, die wiederum 4mm Stecker/Buchsen haben. Diese kombiniert man dann so, daß man für jede Zelle zeitweise den richtigen Beipass hat.
So kann man dann Sinnvoll seine Zeit vertreiben und den lieben Zellen beim laden zuschauen.

Kennt ihr BattEQ? Balanciert beim Laden, entladen und rumstehen und lässt sich abschalten. Braucht keine einzige Messung durchführen. Kostet für 40 Zellen Schätzungsweise 1800$. Für 15 Zellen 600$ plus Versand. Braucht/Hat keine Kommunikation zum Ladegerät.


Gruß
andreas

 

[Jürgen G.]

@SSalbach:

Du wirst wohl nicht umher kommen jede einzelne Zelle zu überwachen - beim entladen musst Du das ohnehin machen - warum also auch nicht bein laden?
R.M. hat da einen Vorschlag gemacht der weiterverfolgt werden sollte:
Laden mit Vollgas bis die erste Zelle die kritische Spannung erreicht und dann den Ladestrom reduzieren oder umschalten auf Einzelladung. Dabei kannst Du das balancen auch über n-DC-DC Wandler machen - so in etwa wie hier der Manuel das schon mit seinem Bamas gemacht hat: http://e-mobility.blogspot.com/
Also je Zelle einen DC-DC Wandler.

...

 

[Sven Salbach]

naja, also 1. kann man das PZ Netzteil im kleinen rahmen regeln, das soll ja auch nicht die Regelung oder sonstwas sein, sondern lediglich vermeiden das die Zellen aufflammen.
Kaputt würden sie natürlich dennoch gehen wenn man weiter nichts machen würde.
2. Logo das die Isolierung wegschmilz, es soll ja auch eine Notsicherung sein die das aufplatzen der Zellen verhindern soll! ob das Kabel anfängt zu brennen ist völlig belanglos! es wird ja nicht in Holz verbaut.
3. Wird eine Abachaltung sowiso vorgesehen.
Nur schalter die dann bei erreichen einer max Schwelle ALLE Zellen/Ladung ab!
Wobei selbst eine Einzelabschaltung recht einfach möglich wäre, das die Ladeströme moderat sind

 

[R.M]

Hallo

Hallo den vorgeschlagenen Balancer finde ich deutlich zu teuer, vernüftige Zellen vorrausgesetzt wird man nicht mehr als 2 bis 4 % balancieren müssen, wenn man jetzt von 100 AH-Zellen ausgeht ist maximal 2h zu balancieren wenn man Standart Balancer mit 2 A verwendet, die Kommunikation mit dem Ladegerät ist derart einfach daß es eigentlich nicht der Rede wert ist, jeder Balancer der anfängt zu arbeiten gibt ein Signal auf eine gemeinsame Leitung mit der am Ladegerät der Strom auf den maximalen Balancerstrom umgeschaltet wird, das System muß auch nicht dauernd eingesetzt werden, sondern nur wenn eh längere Ladepausen zur Verfügung stehen.

Die Idee mit dem Kabel das durchbrennt halte ich gelinde gesagt für eine Schnapsidee, statt des Kabels bitte eine einfache Glassicherung verwenden, die trennt sauber und kostet nur ein paar ct.

Im Modellbaubereich gibts viele Bauanleitungen für einfache Balancer die dujrchaus bis auf 5A Balancerstrom erweitert werden können.

Gruß

Roman