Schnelladen von LiFepo4 und Lipo nur bis 80%

[Sven Salbach]

Da ich ja immer wieder von Akkuvergewaltigungen in diesem Forum lese, und einige dann über ihren hohen Kapazitätsverlust nach wenigen Jahren klagen(Meine 160Ah haben nach 10 Jahren noch 164Ah (Thunder Sky Winston)
Wollte ich hier noch mal daran erinnern, das eine LAdung möglichst
niemals unter 0°C
je kühler es wird, immer langsamer (also unter 10°C schon deutlich drosseln)
und bei Schnelladung niemals über 80%(danach langsam laden)
geladen wird.

Das mit den 80% bzw 20% beim Entladen ist sehr wichtig.
Ihr könnt es sogar mit der Hand nachprüfen.
Ab ca 80% bzw 20% beim Entladen, wird der Akku spürbar warm(Was Stress bedeutet)

 

[Kamikaze]

Deshalb setze ich (abgesehen von den paar wirklich saukalten Nächten - blöder Auslegungsfehler im Heizsystem) auf ein einstellbares Ladegerät/Netzteil, das meine 12S-LiFePo4-Batterie "nur" bis etwa 40,7V (das entspricht etwa "80% voll) lädt, und das mit max. 20A (-> bei meinen 210Ah entspricht das etwa 0,1C, bzw. "voll in 10 Stunden" oder anders ausgedrückt "garantiert voll über Nacht").
Das sollte so ziemlich die schonendste Akkuladungsstrategie sein, die ich mir vorstellen kann.

Meinen Schnellader will ich aus ebensolchen Netzteilen zusammenbauen. Auch die werden dann auf 40,7V Ladespannung eingestellt (oder ein klein wenig höher, damit ich die Zellen auch zeitnah auf 80% bekomme - der Ladestrom wird ja gegen Ende immer geringer). Da werde ich noch etwas experimentieren müssen, aber so sieht der Plan aktuell aus.
Da der Schnellader aus 3 oder mehr solcher Netzteile bestehen wird könnte ich mir auch vorstellen, dass ich die Lader so einstelle, dass sie ab 40,7V nach und nach abschalten, bis der letzte bei etwa 43V abschaltet. Damit sollte der Ladestrom bis 80% SOC einigermaßen substantiell bleiben aber eine Überladung verhindert werden. Bin da für Vorschläge und Meinungen dankbar.

In den saukalten Nächten kommt dann morgens für ein paar Stunden ein 10A-Lader dazu, der die Batterie bis ca. 43,2V (~100% SOC) hoch drückt und so das Heizsystem etwas "boostet". So haben die Akkus bei etwa -10°C Außentemperatur (bzw. etwa -2°C in der Garage) wenn ich losfahre etwa 14°C.
Bei warmem Wetter werde ich das aber nur alle paar Wochen mal machen, damit das BMS hin und wieder die Gelegenheit zum Top-Balancing bekommt.

 

[Sven Salbach]

ja, das gelegentlich TOP laden, ist leider unvermeidlich.
Auch macht es bei niedrigen Temperaturen Sinn bis 100% zu Laden, da bei Kälte der Innenwiderstand bei Kälte erheblich höher ist, ist bei Kälte eine Hohe Belastung auch Stress.
Da kann es dann schonender sein auf 100%, da die Zellen obenrum, einen niedrigeren Innenwiderstand haben und de Akku dann wiederum dadurch weniger gestresst wird

 

[matzetronics]

TOP Laden ist ja auch nicht schlimm, wenn man dabei den Ladestrom reduziert (und Geduld hat, bzw. den Wagen nicht braucht). Das hat sich in den letzten Jahren sogar bis zu den Notebook- und Telefonherstellern durchgesprochen, leider mit der Konsequenz, das man da oft den Akku gar nicht mehr ohne Klimmzüge wechseln kann - denn 'sie halten ja jetzt so lange'.
Wir Bleisäure Benutzer kennen das ja schon lange, das die Ladegeräte eine 'Absorption' Phase durchlaufen, in der mit geringerem Ladestrom auch das letzte Couloumb in die Akkus gequetscht wird

 

[Sven Salbach]

naja, schon.Auch wenn man langsam lädt ist eine Volladung immer Stress.
Deshalb werden E-Auto ja auch nicht vollgeladen.
Bei Handy und Laptops wird es gemacht, da sonst das Konkurrenzgerät gekauft wird das 1h länger läuft.
Und es da kaum jemanden interessiert, wenn der Akku nach 3 Jahren platt ist, die meisten kaufen sich dann sowieso ein neues Handy.
Ich benutze mein immer bis zum erbrechen ´, daher lade ich immer über eine Zeitschaltuhr, auch mein handy erreich selten die 100% und auch das nur mit 500mA LAdestrom, dazu nutze ich ein extra billiges Ladekabel von ebay, das so dünne Drähte hat, das da einfach nicht mehr Strom fließt
Mein Samsung Business Laptop hat im Bios aber eine 80% Ladeoption. Die macht dann eben genau das. Lädt den Akku immer nur bis 80% auf.
Bei LiFepO4 kannst du die mechanische Ausdehnung die letzten 20% sogar messen, der Akku ist tatsächlich dicker(steht sogar in manchen Datenblättern als * neben der Toleranzangabe bei den Abmessungen.
Und eben dieser mechanische Stress, führt zu kleinen rissen im Separator.
Wie ein Luftballon den zu immer nur von 20-80% aufpustest, der ewig hält.
Pustest du ihn aber immer bis 100% auf, schafft er es vielleicht 10 oder 20x und platzt.

Bei Blei ist es ja wieder was völlig anderes. Blei sollte wenn irgendmöglich immer vollgeladen bleiben bzw nur eine kurze Zeit leer sein, wohingegen LI den Schwebezustand nicht voll, nicht leer, liebt und mit bis zu 30Jahren Lebensdauer(Winston Angabe) dankt

 

[Emil]

Es gibt ja den alten Test von ev-power mit den Winston Zellen.

Zumindest die Winston Zellen haben mit 13.000 Zyklen in den oberen 10 % kein Problem mit dem Schnellladen.

Das sind ja auch nur 1.300 effektive Vollzyklen.

 

[Kamikaze]

Zumindest die Winston Zellen haben mit 13.000 Zyklen in den oberen 10 % kein Problem mit dem Schnellladen.
Das sind ja auch nur 1.300 effektive Vollzyklen.

Dann verhalten sich die Winstons anscheinend anders als "normale" LiFePo4-Zellen.
Mein letzter Stand diesbezüglich ist, dass die Zellen in den Bereichen 0%-20% und 80%-100% deutlich überproportional gestresst werden und damit viel schneller "verschleißen", als im Bereich dazwischen (20%-80% SOC).
Wenn ich mich nicht täusche hat da mal ein großer, chinesischer Zellfertiger Daten dazu veröffentlicht, die zeigten, dass Akkus, die zwischen 0% und 100% SOC zykliert wurden rund 1.500 Zyklen mit max. 20% Degradation verkrafteten, aber Zellen, die im Bereich 20% - 80% zykliert wurden kam über 6.000 solcher Zyklen ehe die Degradation bemerkbar wurde.
Leider fällt mir nicht mehr ein, wo ich diesen Test gesehen habe, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass die Daten entweder von CATL oder EVE waren.
Bei 13.000 Zyklen erwartbarer Lebensdauer wäre das vermutlich vernachlässigbar, aber der Unterschied zwischen 1500 und 6000 Zyklen kann den Unterschied zwischen "Zyklentod" und "Kalendertod" bedeuten, wobei letzterer dann hoffentlich deutlich länger auf sich warten lässt. (Und 20% Degradation sind ja im EL noch nicht zwangsläufig wirklich der Tod des Akkus...)

Zur Relation:
1500 Zyklen entspricht etwa 4 Jahren jeden Tag einen Vollzyklus, bzw. etwas realistischer 8 Jahre bei einem Vollzyklus alle zwei Tage.
6000 Zyklen wären schon fast 16,5 Jahre bei täglichem bzw. fast 33 Jahre bei 2-täglichem Vollzyklus.
13000 Zyklen entsprechen mehr als 35,5 Jahren täglichem Vollzyklus.
Normalerweise setzt die kalendarische Degradation nach etwa 10 Jahren ein.
Ich gehe daher davon aus, dass ein LiFe-Akku nach spätestens 30 Jahren das Zeitliche segnen wird - ganz egal wie viele Zyklen er bis dahin absolviert hat.

Inzwischen ist also wahrscheinlicher, dass die Zellen den Alterstod sterben, als dass sie wirklich "zu tode gefahren" werden können.
Nur bei ständigem Vollzyklieren von "normalen" LiFePo4-Zellen macht es vermutlich einen Unterschied. Dafür muss man aber entweder einen sehr kleinen Akku nutzen, oder sehr sehr viel fahren.
Sogar kleine Solarbatterien machen üblicherweise nur 200 Zyklen im Jahr. Das wären dann also 7,5, bzw. 30 bzw. 65 Jahre, bis die Zyklenzahl erreicht würde.

Auch hier zur Relation: mein alter 50Ah-Akku im EL kam werktäglich auf rund einen Vollzyklus pro Tag (also rund 200/Jahr). Dafür musste ich aber mindestens einmal Zwischenladen, da der Akku so klein war, dass der Strom-Stress (>2C beim Anfahren) dafür sorgte, dass die Fahrdynamik ab ca. 60% SOC spürbar nachließ.
Ab Unterschreitung einer gewissen Akkukapazität wird also der Stromstress der ausschlaggebende Faktor und nicht die Zyklenzahl. Ich fahre jeden Werktag rund 45km. Bei den empfohlenen 100Ah-Akkukapazität (Anfahrstrom ~1C) müsste man also täglich (!!!) rund 90km fahren um einen Vollzyklus am Tag zu schaffen.

 

[Sven Salbach]

Das Ergebnis kann ich leider nicht glauben und die Frage ist wie weit es vergleichbar bzw relevant ist und würde gegen alle Grundsätze die in dem Bereich sind, sprechen
Erstmal werden die Zellen in der Paxis mehr als 10% entladen, sagen wir 20-30%
Die Frage ist, ist das dann noch im Ansatz vergleichbar?
Ich müsste es mal antesten.
Und jeder vorne auch kann das selber tun.
Und zwar..wenn ihr den Akku zu 10% entladet und dann wieder bis 4V ladet, wird er warm? Wenn nicht ist das Ergebnis unbrauchbar, weil wie gesagt wenn man ihn von tieferen SOC lädt, merkt man spürbar das er Akku ab 8=%ca sich spürbar erwärmt
Ob er dann von nur 90 auf 100 auch so stark tut, habe ich nicht beobachtet bisher, da eben kaum praxis relevant, das kommt bei mir einfach sehr selten vor, abgesehen davon das der Akku ja auch einige Zeit benötigt um überhaupt aufzuheizen, aufgrund seiner Masse.Dadurch kühlt er sich ja Anfangs selbst, also durch die Trägheit.
Man müsste dann also sehen, wie es sich verhält, wenn den den Akku ab ca 80% aktiv kühlt z.B. um eben zu verhindern das diese spürbare Erwärmung stattfindet

 

[Emil]

Bei dem Test waren es 13.000 Zyklen von 10 % und nicht Vollzyklen. Tatsächlich waren das nur effektive 1300 Vollzyklen, deshalb auch kaum Degradation gegenüber der angegebenen Nennkapazität, insbesondere da die anfängliche Kapazität bei Winston 10 - 20 % höher ist.

Und natürlich ist die Lebensdauer in Vollzyklen größer, wenn man nur in einem Fenster von 10 - 90 % oder gar 20 - 80 % nutzt. Bei 20 - 80 % dürfte die Zahl der Zyklen gegenüber 0 - 100 % etwa 4-8 fach höher sein.

Das darf hier nicht alles miteinander vermischen.

Bezüglich der Zahl der Vollzyklen im PV-Betrieb geht man bei uns von etwa 150 - 200 Vollzyklen pro Jahr aus. Man hat ja je nach Auslegung nur im Sommer tägliche Vollzyklen, im Frühjahr/Herbst halbe Zyklen, und im Winter praktisch keine.

Und bis 4 V Laden sollte man nur bei Schnellladung mit > 1C. Bei > 0,3C und < 1C kann man mit bis zu 3,60 V laden, und wie typische mit PV 0,1 C nur bis 3,45 V. Die Differenz ergibt sich durch den Spannungsfall an Leitungen, Verbindungen und Innenwiderstand, zwischen Ladegerät und Zelle. Manche Ladegeräte machen eine 4-Leitermessung, da kann man dann die Spannung beim Schnellladen auch auf 3,60 V reduzieren.

 

[Sven Salbach]

Es geht ja hierbei aber nicht um die 10% sondern um die OBEREN 10%
Da sich die Zellen eben in den OBEREN 20% anders verhalten als bei den 20% im mittleren Ladebereich um z.B. 50%
Im Bereich der 50% machen sich die 20% eben nicht durch besondere Erwärmung bemerkbar.
Im Bereich von 80-100% aber eben schon.

 

[matzetronics]

Bitte ladet eure LiFePo4 Zellen nicht bis 4V.

 

[Kamikaze]

Die Ladeendspannung für LiFePo4-Zellen liegt bei 3,6V.
Ab 3,65V drohen Schäden durch Überladung.

80% SOC entspricht rund 3,35 - 3,40V.
20% SOC entspricht ca. 3,0-3,1V.

Die Entladeschlussspannung liegt bei 2,5V.
Ab 2,0V drohen Schäden durch Tiefentladung.

 

[Emil]

Es geht ja hierbei aber nicht um die 10% sondern um die OBEREN 10%
Da sich die Zellen eben in den OBEREN 20% anders verhalten als bei den 20% im mittleren Ladebereich um z.B. 50%

Lies doch bitte den Text von dem Winston Test nochmal genau durch.

The cycle definition:
A) Discharge the battery with 130A current (1.5C) for 250 seconds
B) Relax for a short period (up to 250 seconds)
C) Charge the battery with 130A current (1.C) until 4.0V and then reduce
the current (up to 350 seconds)
D) Relax for a short period (up to 100 seconds) and start discharge A) again

Die Zellen wurden 100 % voll geladen und dann 10 % entladen, also genau das bei dem Du irgendwelche Probleme siehst. Das wurde dann 13.000 mal wiederholt.

@matzetronics @Kamikaze
Wenn die Spannung am Ladegerät gemessen wurde oder sogar an den Anschlüssen, dann heißt das nicht dass bei 1,5C 4V tatsächläch direkt an Kathode und Anode anliegt. Wegen es Spannungsfalls und des Innenwiderstands liegt die Spannung weit darunter. Was anderes wäre es wenn die Zellen mit 0,1C geladenen würden.

Tatsächlich werden LiFePO4 Zellen auch mit 3,40 V nahezu voll, wenn man sie lange genug lädt, und bei etwa 3,45 V sind sie dann 100 % voll.

Die Kurve wurde aus den Messwerten dieses Tests erzeugt.

Übrigens hat Thundersky/Winston vor 20 Jahren sogar noch das Laden mit bis zu 4,2 V angegeben, allerdings bei 0,5C. Das wurde aber mittlerweile auf eine Maximalspannung von 4,0 V bei 0,5C reduziert.

Die meisten Leute lesen nur die Ladespannung, ignorieren aber die angegebene C-Rate. Das heißt hier auch Laden bis die Spannung an den Zellpolen erreicht wurde und dann Abschalten! Misst das Ladegerät die Abschaltspannung am Ausgang des Ladegerätes so ist der Spannungsfall zwischen Ladegerätmesspunkt und Polspannung zu berücksichtigen.

Jede Spannung oberhalb der Ruhespannung für 100 % SOC führt zu einer Überladung. Welche Ruhespannungen LiFePO4 Zellen bei verschiedenen SOC und Temperaturen haben kannst Du hier sehen. Insofern erfolgt auch bei 3,60 V eine Überladung der Zelle, wenn die Differenz zur Ruhespannung nicht vom Spannungsfall bei höherem Strom kommt. All diejenigen, die mit passiven Balancing bei 3,60 V und kleinem Strom laden, schädigen letztlich die Zellen durch Überladung.

Also bitte immer die Ladespannung in Bezug zur C-Rate sehen, und bei kleinen C-Raten deutlich unter 0,5C die Ruhespannung für den gewünschten SOC berücksichtigen.

 

[Sven Salbach]

Ja, wie gesagt. Lies meinen Text noch mal durch.;-)
Dort werden immer die oberen 10% geladen, ich rede von den oberen 20%
"Tatsächlich werden LiFePO4 Zellen auch mit 3,40 V nahezu voll, wenn man sie lange genug lädt, und bei etwa 3,45 V sind sie dann 100 % vol "

Das Elektroauto Tazzari ZEro lädt die Zellen leider auch immer bis 4V

den Satz hast du aber von mir geklaut, oder;-) Das ist das was ich JEDEM Kunden mitteile, der sich von mir am Telefon oder Mail beraten lässt;-)
Aber ansonsten ist es richtig, wie du es sagt.
Steht aber auch so im Datenblatt.. Laden bis Strom 0,1C erreicht oder so und habe ich in den Jahren hier immer und immer wieder so wiederholt

 

[Emil]

Die oberen 10 % bei Schnellladung sind weit schlimmer als die oberen 20 %.

Man muss sich das so vorstellen wie es der EV pioneer Jack Rickard (RIP) mal erklärt hat (sinngemäß):

Man muss sich die Interkalation der Li Ionen so vorstellen wie in einer Bar die immer voller wird. Ist sie noch leer dann findet jeder schnell einen freien Platz. Je voller es wird desto schwieriger wird es noch irgendwelche Lücken zu finden. Es staut sich am Eingang, es entsteht Reibung was zu immer stärkerer Erwärmung führt, bis wirklich nichts mehr hinein geht. Je höher die Rate der Leute durch den Eingang, desto schwieriger wird es auch überhaupt noch eine Lücke zu finden, obwohl vielleicht noch welche vorhanden sind. Und wenn eben schon 90 % gefüllt sind ist das weit schwieriger als bei 80 %.

Ich habe übrigens noch nie mit Dir telefoniert , und die Wahrheit kann auch unabhängig voneinander mitgeteilt werden.