Karl Weippert schrieb:
Eine zweite Überwachungsmöglichkeit der Einzelspannungen ist
m.E. daher zwingend erforderlich und ja auch teilweise schon
vorgesehen.
Eine zweite Überwachungsmöglickkeit ist sicherlich wünschenswert. Ab man dabei den Aufwand wie Viktor betreibt oder aber einfach wie von Jens vorgeschlagen sowas wie den DS2436 verwendet und die komplette Batterie zentral überwacht das ist letztlich eine Kostenfrage. 100 mal 50 EUR oder 100 mal 5 EUR sind schon ein gewaltiger Unterschied.
Übrigens kommt es bei der Überladung einer Lithiumzellen nicht gerade zur Katastrophe. In http://www.metricmind.com/data/liion_safety_reports.pdf wurden die Zellen auch darauf getestet und es ist nichts ausgewöhnliches passiert. Man muss halt die Zellen dann auch in einem einigermassen sicheren Behältnis unterbringen damit eine kaputte Zelle nicht zum Problem wird.
Das wesentliche Problem ist ja das Laden. Da das Ansetzen bei der Zelle selbst bei hohen Zellzahlen sehr teuer wird, ich schätze mal dass man derzeit mindestens 20-50 EUR pro Zelle ausgeben muss um sie einzeln zu schützen, stellt sich auch die Frage ob man mit der individuellen Absicherung der Zellen nicht am falschen Ort ansetzt. Wenn man die 20-30 Eur/Zelle in ein spezielles Ladegerät und zusätzliche Verkabelung steckt das die Zellen einzeln lädt dann ist man unter Umständen besser bedient. Die Ladezeiten müssen dann nicht unbedingt länger sein. Einmal kann man statt konstant mit 0.3C auch mit bis zu 10C in Pulsladung laden. Wenn man bei einer durchschnittlichen Ladung von 0.3C bleibt dann kann man 30 Zellen in der gleichen Zeit laden. Wenn man jetzt pro 30 Zellen eine Ladeschaltung hat dann dürfte das viel billiger sein als für 100 Zellen eine Einzelüberwachung.
Grundsätzlich hast Du natürlich immer ein Problem wenn sehr viele Komponenten vorhanden sind dass die Ausfallswahrscheinlichkeit für das Gesamtsystem steigt. Dies stellt ihr mit den Bleizellen ja auch fest. Immerhin braucht man doppelt soviele Bleizellen wie Lithiumzellen um die gleiche Spannung zu erzielen. Eigentlich bräuchte man für die Bleizellen die gleichen Vorkehrungen wie für Lithium und zwar für jede 2 V Zelle wenn man einigermassen ausfallsicher sein will. Wie hoch der Ausfall bei Bleizellen im Dauerbetrieb ist sieht man bei verschiedenen Studien die Zyklentests mit Batterien gemacht haben:
http://www.hta-bi.bfh.ch/~mik/download%5CSchlussbericht.pdf
http://www.ctts.nrel.gov/BTM/pdfs/evs_17paper.pdf
http://www.ctts.nrel.gov/BTM/pdfs/EVS17pres.pdf
Es gibt immer wieder einzelne Batterien die vorzeitig ausfallen weil eine der 2 V Zellen den Geist aufgegeben hat. Da damit der ganze 6 V oder 12 V Block ausfällt ist der Leistungsverlust deutlich merkbar und der Austausch teuer. Hier hätte man mit Einzelzellen die Chance den Verlust durch den Austausch von Einzelzellen zu begrenzen. Ideal wäre eine Schaltung die jede Zelle einzelne nach Überspannung, Unterspannung und Temperatur überwacht und bei kritischen Parametern die Zelle dann aus der Serienschaltung herausnimmt.
Für Überspannung funktioniert das ja noch ganz gut, für Unterspannung und Temperatur müsste jedoch die Batterie ganz aus der Serienschaltung genommen werden. Dies geht nicht ohne dass mindestens je ein Schaltelement pro Zelle im Hauptstrompfad vorhanden ist was je nach Strömen zu beträchtlichen ohmschen Verlusten führen kann wenn keine der Zellen ausgefallen ist. Wenn man an einfach mal einen Strom von 100 A annimmt dann ergibt sich bei einem Schalter mit einem Widerstand von 3 mOhm (mit anderen Verlusten schon fast zu niedrig) ein Leistungsverlust pro Schalter von 30 W. Bei 100 in Serie geschalteten Lithiumzellen sind das dann rund 3 kW Verlustleistung bei einer Nennleistung von 36 KW alleine durch die Schalter.
Ein völlig anderer Ansatz, der auch schon desöfteren vorgeschlagen wurde, ist auf die Reihenschaltung von Zellen mit geringer Kapzität ganz zu verzichten und den Aufwand für die aufwändige Einzelüberwachung in einen leistungsfähigen DC-DC Wandler zu stecken der aus der Spannung von einzelnen oder parallelgeschalteten Zellen mit hoher Kapzität die Nutzspannung erzeugt. Die Komponenten für die Powerelektronik (Kontroller und MOS-FETs) sind heute in durchaus erschwinglichen Regionen und Wirkungsgrade deutlich über 90 % die Regel. Dies hätte auch noch den Vorteil, dass die Fahrtleistungen mit dem Absinken der Batteriespannung nicht abfällt. Hinzu kommt noch dass man mit DC-DC Wandler gleichzeitig den Fahrtregler ersetzen kann. Beim Laden reicht dann wegen der parallelgeschalteten Zellen eine einzige Überwachungsschaltung im Ladegerät und einen internen Kurzschluss einer einzelnen Zelle kann man mit je einer Schmelz-Sicherung an jeder der Zellen abfangen.
Ihr seht also, es gibt viele Wege nach Rom.
Welcher der Beste ist wird man wohl nicht herausfinden können ohne zu experimentieren. Leider sind wir als Hobbyiesten nicht in der Lage die nötigen Summen zu investieren und die Großunternehmen haben das noch nicht so richtig ernst genommen weil der Markt noch zu klein ist. .
Gruß,
Emil
