Lithium Zellen, Batterien, Balancing, Management, Batteriespeicher usw.

  • Ich fange mal den Thread hier an, da es durchaus interessante Erkenntnisse zu den Themen gibt.

  • Habe hierzu eine recht interessante Seite gefunden, auf der die Planung und Installation eines selbst gebauten Hausspeichers beschrieben wird.


    Hier der Link


    VG

    Kein Vormarsch ist so schwer wie der zurück zur Vernunft!


    Es ist nicht Deine Schuld dass die Welt ist wie sie ist. Es wäre nur Deine Schuld wenn sie so bleibt!

  • Aufgaben eines Batterie Managment Systems

    - Verhinderung unzulässiger Betriebszustände der einzelnen Zellen


    Im einfachsten Fall mindestens:

    - Unterbrechen der Ladung, wenn die erste Zelle die Maximalspannung erreicht hat *)

    - Unterbrechen der Entladung, wenn die erste Zelle die Minimalspannung erreicht hat *)

    - Unterbrechen der Ladung oder Entladung wenn eine Temperatur überschritten wird

    - Unterbrechen der Ladung oder Entladung bei Überstrom

    Zusätzlich sollten eine Schmelzsicherung und eine irreversible Thermosicherung enthalten sein (falls die Elektronik versagt)


    Für diese Aufgaben gibt es spezielle ICs, aber auch Prozessorlösungen mit guten AD-Wandlern sind denkbar. Zu beachten ist, dass die Ruhestromaufnahme sehr gering sein sollte, da sich diese Elektronik aus der Batterie versorgt.


    Die Abschaltung der Ladung bzw. Entladung erfolgt üblicherweise durch zwei antiseriell geschaltete MOSFETs in der Minusleitung.

    Die maximalen Sperr-Daten der MOSFETs begrenzen die Wirksamkeit der Abschaltung insbesondere bei hohen (Über)Spannungen.

    Es ist daher durchaus möglich, ein Batteriemanagement zu zerstören und in Folge unsichere Betriebszustände mit möglichen "pyrotechnischen" Effekten zu bekommen. Deswegen sind eine Schmelzsicherung und eine Thermosicherung (im Kontakt mit den Zellen) im Stromkreis wichtig.


    *) bei einer Batterie mit mehreren Zellen in Serie ist die Spannung zellenweise zu überwachen und die erste Zelle, welche eine Grenze erreicht, bestimmt die Abschaltung der gesamten Batterie!

  • Habe hierzu eine recht interessante Seite gefunden, auf der die Planung und Installation eines selbst gebauten Hausspeichers beschrieben wird.


    Hier der Link


    VG

    Klasse Link, sehr empfehlenswert!

  • Aufgaben einer Balancierung und warum die meisten garnicht funktionieren können!
    Balancer sollen unterschiedliche Spannungs- und damit auch Ladezustände einzelner Zellen angleichen, weil sonst ja die Zelle mit dem niedrigsten Spannungswert die Entladung abbricht und die Zelle mit dem höchsten Spannungswert die Ladung abbricht.

    Dadurch kann die verfügbare Kapazität der Batterie sogar unter die Kapazität der schlechtesten Zelle fallen.


    Alle Balancer, welche ich bisher gesehen habe, arbeiten wie folgt:


    Individuell, pro Zelle, ist es eine "Zenerdiode", meist dargestellt durch eine Referenzspannungsquelle (z.B. TL431) welche dann bei Erreichen der maximalen Ladespannung einen Widerstand parallel zur Zelle schaltet und damit einen Teil des Ladestroms dieser Zelle entzieht und diese damit etwas langsamer weiter geladen wird. Die Anschaltung der Ladung soll damit verzögert werden, so dass die anderen Zellen noch etwas länger geladen werden können.


    Diese Idee klingt zunächst gut, funktioniert aber praktisch nicht wirklich.


    1. die Spannung, ab der der Widerstand zugeschaltet wird, muss deutlich unter der maximalen Ladespannung liegen, da sonst trotzdem die Gesamtabschaltung der Ladung (eben wegen dieser einen Zelle) durch das BMS erfolgt. Dann fliesst aber, zum Ende der Ladung hin, durch alle Widerstände ein Strom.


    2. der Widerstand beträgt überlicherweise einige 47-100 Ohm, der Strom durch ihn ist daher auf wenige 80..40 mA begrenzt. Bei einem Ladestrom von z.B. 2A ist das fast nichts. Die Gesamtabschaltung wird kaum herausgezögert.


    3. liefert das Ladegerät mit IU Kennlinie garnicht genug Spannung, weil es z.B. auf Batterie schonende geringere Spannung eingestellt ist, dann erfolgt NIE eine Balancierung.


    Gute Balancierer balancieren während des gesamten Ladevorganges. Das ist aber schon deutlich aufwändiger und deshalb bei üblichen Batteriepacks nicht zu finden.


    Viele Batteriepaks haben nicht einmal einen Balancer. Deren verfügbare Kapazität nimmt dann unter Umständen nach Dutzenden von Ladezyklen schnell ab, obwohl alle Zellen für sich noch deutlich mehr Kapazität hätten.

  • fanhistorie sehr schöne Abhandlung!


    Die aufwändigen Methoden sind schon bekannt, aber eben auch mächtig aufwändig. Es gibt dafür sogar fertige IC's. Aber es braucht eben generell für fast alle Methoden diese "Schalter".


    Ich kenne noch eine technisch einfache, aber trotzdem teure, Methode mit bidirektionalen DC/DC Wandlern pro Zelle. Und zwar von der Gesamtbatteriespannung auf Zellenspannung und umgekehrt (ich habe jetzt ehrlich gesagt nicht die ganze Abhandlung im Detail durchgesehen, vielleicht ist diese Methode auch schon dabei.

  • Guten Tag

    Reinhard


    Nein, die DC/DC Wandler Methode ist bei der Abhandlung nicht dabei,

    das gepostete sollte auch nur etwas beitragen zu dem Thread,


    Das technische Problem ist auch nicht das Laden/ Endladen der einzelne Zellen, sonder die Reale Erkennung bzw. der Ist Zustände,

    auch z. b. der Alterungsprozess, Prozess Intervalle, Stromnutzungskennlinie Abnutzung, Legierung des Anodes Materials, Interne Zersetzungen, usw. beeinflussen die Lebensdauer, Haltbarkeit, Einsatzfähigkeit,



    Anbei noch als Diskussionsvorlage ein Datenblatt einer Zelle,

    Zusammen mit den Sicherheitsvorschriften, mögliche Gefahren, Einsatz, Verwendung,

    aber auch hier sollte man bei solchen umfangreichen Selbstbauprojekten ggf. sich erkundigen, oder ein Akku System mit angepasster BMS erwerben,

  • Guten Abend

    Reinhard


    Das was du wohl meinst ist die Möglichkeit Einsatz eines DC/DC converter Systems


    Anbei von NXP eine An von 2012, wo solch ein System beschrieben wurde,


    entspricht zwar nicht mehr dem aktuellsten Kenntnisstand bei der Kennwertermittlung, da sollten wir uns dann eher bei den aktuellen Produkten von TI oder AMS uns umschauen


    Anbei noch zwei Blockschaltbilder Screens von EEpower,