Konzept Li-Ionen-Batteriemanagement

Jens Schacherl

Aktives Mitglied
30.03.2004
1.069
Hallo,

ich habe mir mal ein paar Gedanken zu diesem Thema gemacht und die ersten Ergebnisse (in Text- und Schaltplanform) ins Netz gestellt unter
http://www.jschacherl.de/bms

Hauptfrage ist noch, ob das beschriebene Ladeverfahren mit den Thunder-Sky-Zellen tatsächlich so funktioniert.
Sobald das geklärt ist werde ich als nächstes ein paar Versuchsschaltungen aufbauen.

Tips, Ideen, Anregungen sind willkommen, entweder übers Forum oder direkt per Mail. Oder vielleicht hat auch jemand ein paar Thunder-Sky-Akkus zum spenden ;-):D ?

Gruß Jens
 

Wolfgang Jenne

Mitglied
07.12.2004
81
Hallo Jens,

ich hab mir in den letzten Monaten auch darüber Gedanken gemacht. Nur bei mir wären es ca. 100 Zellen in Serie. Die passenden Zellen hätte ich sogar gefunden, der Preis würde auch passen, aber das Batterienmanagement hat mir als Maschinenbauer am meisten Kopfzerbrechen gemacht.
Frage: Musst Du nicht eine Hardware-Ausschaltung des Stromkreises aus Sicherheitsgründen machen die auf den Messergebnissen jeder einzelnen Zellen basiert ?
Ist ein Bus System da sicher genug ?
Bei 100 Zellen kommen dann schon sehr grosse Spannungen zwischen den Controllern zusammen.
Ich habe auch das Gefühl dass das mit dem Laden funktionieren würde, man muss einfach irgendwie die Zellen ab und zu etwas überladen ohne dass sie Schaden nehmen. (So funktionierts im Twike).
Wieviel würdest Du denn an Kosten für 100 Deiner Module veranschlagen (inkl. Master ?)

Gruss,
Wolfgang
 

Jens Schacherl

Aktives Mitglied
30.03.2004
1.069
Wolfgang Jenne schrieb:
Hallo Jens,

ich hab mir in den letzten Monaten auch darüber Gedanken
gemacht. Nur bei mir wären es ca. 100 Zellen in Serie. Die
passenden Zellen hätte ich sogar gefunden, der Preis würde
auch passen, aber das Batterienmanagement hat mir als
Maschinenbauer am meisten Kopfzerbrechen gemacht.
Die 50Ah-Zellen von Thunder-Sky? Hab ich auch schonmal überlegt aber ich meine das gibt Probleme sowohl mit dem Gewicht (>150 kg!) als auch mit dem Platz :confused:.
Eine Reichweite von 200-300km wäre natürlich schon verlockend :D.
Frage: Musst Du nicht eine Hardware-Ausschaltung des
Stromkreises aus Sicherheitsgründen machen die auf den
Messergebnissen jeder einzelnen Zellen basiert ?
Ist ein Bus System da sicher genug ?
Der Master muß auch die Möglichkeit haben das Ladegerät ganz abzuschalten wenn er Probleme erkennt wie ausgefallene Clients, starke Spannungs-/Temperaturanstiege an einzelnen Zellen etc. Zusätzlich würde ja die Gesamtspannung + Strom vom Ladegerät überwacht.
Bei 100 Zellen kommen dann schon sehr grosse Spannungen
zwischen den Controllern zusammen.
Der CNY37 geht glaube ich "nur" bis 500V aber es gibt auch andere Optokoppler für höhere Spannungen.
Ich habe auch das Gefühl dass das mit dem Laden funktionieren
würde, man muss einfach irgendwie die Zellen ab und zu etwas
überladen ohne dass sie Schaden nehmen. (So funktionierts im
Twike).
Ja mit NiCd :rp: Aber ich fürchte das Überladen geht bei LiIon auf Kosten der Lebensdauer auch wenn die Zelle nicht gleich explodiert.
Wieviel würdest Du denn an Kosten für 100 Deiner Module
veranschlagen (inkl. Master ?)
Das ist momentan kaum zu sagen, dazu gibts noch zuviele offene Fragen. Z. B. wäre es am besten die Client-Platine oben auf die Zelle zu setzen, dazu braucht die Platine aber in der Mitte ein ziemlich großes Loch wegen dem Ventil! Auch der Master könnte entweder ein günstiger Palm-kompatibler PDA sein oder eine selbstgestrickte Mikroprozessor-Platine mit eigenem Display (zum Testen tuts erstmal ein alter Laptop).
Ganz grob würde ich mal von zusätzlichen Materialkosten von 15-25€ pro Zelle ausgehen.

Gruß Jens
 
J

Jürgen Thiesen

Guest
Hallo Wolfgang,
hast Du von denen die Preise fuer die 100AH-Zellen? (Cityel)
An dem HF-Lader koennte man eine entsprechende Erweiterung machen, so dass er die Zellen haendeln kann...
Allerdings schreiben die Chinesen was von 5000 Ah total Minimum Order :-(
Fuer den CityEl waeren das 15 Zellen = 1500Ah, das heisst, es muessten sich mindestens nochmal zwei Mann finden :)
45-50 kg Batteriegewicht bei 7,5kWh waere etwa eine Reichweite von
100-150km !!!! (Mein alter Nebenschlussmotor hat ca. 4,5( - 6) kWh zu sich genommen (60km/h Durchschnittsgeschwindigkeit), bin gespannt, was der Scheibenlaeufer fuer einen Durst hat ;-) )

juergen
 

Wolfgang Jenne

Mitglied
07.12.2004
81
Hallo Juergen,

der Preis bei denen ist einfach 1.8 USD pro Ah, das heisst eine 100 Ah Zelle wäre dann 180 USD.
Was etwas stutzig macht ist die Zyklenanzahl die mit 0.3C angegeben wird

Gruss, Wolfgang
 
K

Karl

Guest
Hallo Wolfgang!

Ich bräuchte 54 Stück, 43 für den Saxi und 11 für den city-el macht dann 9720 $ ohne Überwachungselektronik!
Soviel Kleingeld hab ich derzeit nicht übrig- ich denke, ich warte noch ein wenig, Die Preise bei Saft sind aber noch saftiger!

sonnenelektrische Grüße

Karl
 

Jens Schacherl

Aktives Mitglied
30.03.2004
1.069
Hallo Karl & alle,

die Preise für Thunder-Sky-Zellen gehen inzwischen wohl eher in Richtung 1$/Ah. Für den Saxi immer noch etwas heftig, aber ein city-el-Versuchsfahrzeug mit 12x200Ah wäre damit sogar preiswerter als die SAFT-NiCd-Aufrüstung von CityCom.

Wenn sich der HF-Lader so erweitern ließe das sich der Strom in der CC-Phase über ein zusätzliches Interface beeinflussen ließe wäre schonmal eine offene Frage gelöst. Eine freiprogrammierbare Ladekurve ist ja glaube ich verfügbar( :confused: ) die man dann auf die Ladeschlußspannung/-strom für LiIon einstellen könnte.

Sobald ich aus meinem wohlverdienten :rolleyes: Osterurlaub zurück bin schaue ich ob ich evtl. ein Paar 100Ah-Zellen zum Testen des Ladeverfahrens bekommen kann.
Außerdem ist noch unsicher ob bei meiner Schaltung das Routing des 1-Wire-Bus über so viele Optokoppler funktioniert, der scheint doch recht kritisch mit dem Timing zu sein: http://www.atrox.at/1wire/opto/

Einige englische EMobilisten planen ebenfalls eine Gruppenbestellung bei Thunder-Sky, sie wollen umgebaute Zivans als Lader verwenden suchen aber auch noch eine BMS-Lösung:
http://autos.groups.yahoo.com/group/ev-list-archive/message/114

Diskussionen über und Entwürfe für BM-Systeme gibts auch im (relativ jungen) EVBMS-Forum bei Yahoo, Anmeldung erforderlich.

Frohes Rum-Eiern Der Link wurde entfernt (404). wünscht
Jens :D
 
J

Jürgen Thiesen

Guest
Hallo Jens,
wenn schon, dann 15Zellen im Cityel, der HF-Lader kann das :)
Die erweiterung waer relativ einfach, da der Spannungsunterschied so gering ist (nur 60V ;-) ), dass es ausreicht, mit Multiplexern und OpAmp zu arbeiten, der Rest macht die Software im HF-Lader....

juergen
 
D

Daniel Messerli

Guest
Hallo Zusammen,

ich habe ein altes El gekauft, bei dem die Akkus langsam aber sicher abkratzen. Li-ion Akkus währen da eine Super Sache.
Ihr sprecht immer von Serieschaltung der Zellen. Das ist bei Li-ion Akkus definitiv sehr schwierig. Eine Überwachung würde zwar verhindern, dass Zellen zerstört werden, die Zellen werden aber schnell auseinanderlaufen!
Sobald die erste Zelle im Akkupack beim Laden 4.2V errreicht, muss der Strom abgestellt werden. Es kann dann sein, dass diverse andere Zellen noch nicht ganz geladen sind. Beim Entladen des Akkupacks muss man abschalten, wenn die erste Zelle 3V Erreicht hat.
Das grosse Problem ist nun, dass die fitteste Zelle den Ladeabschaltpunkt bestimmt und die schwächste Zelle den Entladeabschaltpunkt. Das ist sehr unangenehm, weil man oben und unten Kapazität verliert.
Die Lösung des Problems währe das Elektromobil mit nur einer Zelle zu betreiben! Mit einem riesigen DC DC Wandler werden dann die 3 bis 4.2 V auf die 36V Mini El Spannung gewandelt. Die grösste Zelle, die ich bisher gefunden habe hat 600Ah, das reicht für ein El noch nicht ganz währe aber einen Versuch wert.
Was meint ihr dazu?

Daniel Messerli (Zürich)
 

Jens Schacherl

Aktives Mitglied
30.03.2004
1.069
Daniel Messerli schrieb:

[...]
Ihr sprecht immer von Serieschaltung der Zellen. Das ist bei
Li-ion Akkus definitiv sehr schwierig. Eine Überwachung würde
zwar verhindern, dass Zellen zerstört werden, die Zellen
werden aber schnell auseinanderlaufen!
Sobald die erste Zelle im Akkupack beim Laden 4.2V errreicht,
muss der Strom abgestellt werden. Es kann dann sein, dass
diverse andere Zellen noch nicht ganz geladen sind. Beim
Entladen des Akkupacks muss man abschalten, wenn die erste
Zelle 3V Erreicht hat.
Das grosse Problem ist nun, dass die fitteste Zelle den
Ladeabschaltpunkt bestimmt und die schwächste Zelle den
Entladeabschaltpunkt. Das ist sehr unangenehm, weil man oben
und unten Kapazität verliert.[...]
Hallo Daniel,

woher hast Du diese Informationen? Hast Du schon selbst mit Thunder-Sky-Zellen in Serie ausführlich dokumentierte Lade-/Entladezyklen in ausreichender Anzahl gefahren?

Leider gibt es zu LiIonen sehr viele "urban legends", gerade neulich hat wieder jemand behauptet, Li-Ionen-Zellen würden grundsätzlich nach genau 3 Jahren kaputtgehen, das läge "an der Chemie" :rolleyes: .
Von Handy- und Notebook-Akkus auf große Zellen mit > 100Ah zu schließen ist meiner Ansicht nach sowieso nicht möglich.

Praktische Erfahrungen mit Serienladung, frisch aus USA in meine Mailbox gekommen:
I ran a test on 4 Li Ion cells belonging to Gary
Graunke, that makes me wonder if regs are really
necessary. [...]
I did series charging of 4 cells. CC of 12A, CV 17.1V
to a finish current of 1A. The cells balanced very
well
, the cell voltage varitation at the end of charge
only a little over 10mV. And none of the cells
exceeding 4.30V. It almost seems like something about
the cells wants to stay in the 4.25 - 4.30V range when
under charge.


Ich gebe jedenfalls nichts auf Hörensagen und Schauergeschichten, sondern warte bis ich meine eigenen Zellen zum Testen habe.

Gruß Jens

PS:
http://groups.yahoo.com/group/ev-list-archive
http://groups.yahoo.com/group/evbms
... da werden sie geholfen ;-)
 

Markus Borck

Neues Mitglied
07.04.2006
4
Das die Zellen ohne elektronische Schutzbeshaltung betrieben werden können, steht außer Frage. Das Problem ist hierbei nicht nur die Degenerierung der Zellen, sondern, daß sich a) durch Laden bei Spannungen von über 4,2V Lithium als metallisches Li abscheiden kann, das wiederum reagiert z.B. mit dem Elektrolyten.
Kommt es zu einem Ausfall der Zelle durch internen Kurzschluß, z.B. durch einen Fehler im Separator oder durch Dendritenbildung, die den Separator durchdringen, so kann es zu einer heftigen Reaktion kommen. Dies wird mit hoher Wahrscheinlichkeit beim Laden auftreten, also dann, wenn die Batterien auch viel Energie gespeichert haben.
Je nach Qualität der Batterie, die maßgeblich auch die interne Sicherheit bestimmt, kann das böse Folgen haben.

Man erkennt es nur leider nicht vorher.

Die Frage bei "Günstigen" Lithium-Akkus nach der Qualität und damit der Sicherheit der Produkte ist meiner Meinung nach auf jeden Fall gegeben. Zumal es eben Handy-Akkus von Resellern gibt, die nicht sicher waren. Die Gefährlichkeit nimmt bei größeren Zellen bestimmt nicht ab.

Grundsätzlich solltet Ihr, wenn Ihr euch Li-Akkus einbauen wollt evtl. einen Selbstentladetest durchführen, der sagt schon viel über die Qualität der Zellen aus. Liegt die Selbstentladung bei >5%/Monat, dann ist das Material auf jeden Fall nicht besonders gut und Ihr werdet wohl nicht sehr lange Freude an dem Akku haben. Außerdem ist dann auf jeden Fall eine Schutzbeschaltung der Einzelzellen angesagt.

Gruß,
Markus
 

Wolfgang Jenne

Mitglied
07.12.2004
81
Hi Markus,

ich glaube hier bestreitet keiner, dass jede Zelle eine Schutzschaltung braucht. Alles andere ist einfach schlicht zu gefährlich.
Ich glaube auch dass mit den Li-Ion eigentlich funktionieren müsste, mittlerweile werden auch Elektrofahrräder damit angeboten. (http://www.biketec.ch). Das Problem bei meinem Twike stellt aber die grosse Anzahl der Zellen dar, ich benötige 100 Zellen in Serie, was eine Vernetzung der einzelnen Ueberwachungsschaltungen über 430 Volt notwendig macht. Dabei sollte die Abschaltung hardwaregesteuert funktionieren, also nicht über ein Bussystem auf einen Zentralen Rechner der dann die Abschaltung verursacht. Schliesslich sitze ich da auf einer ziemlich grossen Energiemenge.
Die Qualität der Zellen ist schon zu berücksichtigen, allerdings neige ich zu der Ansicht das Zellen aus Fernost eher besser sind als Europäische, schon alleine wegen der hierzulande üblichen Ueberheblichkeit.

schöne Grüsse,
Wolfgang
 

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