Monitoring von 32 HEADWAY-Rundzellen Typ 38120

[I.C.H.]

Ich denke nicht, dass einige Zellen 11Ah und die anderen 10Ah haben - ok, vielleicht doch, aber das Hauptproblem wird sein, dass die mit unterschiedlichen Ladezuständen ausgeliefert worden sind. Die typischen BMS-Lösungen mit ihren paar Milliampere Balancerstrom kommen dagegen nicht an. Die reichen gut aus, um wenige % Unterschied zu heilen, aber bei mehr als 5% versagen die kläglich, weil die Spannungskurve der Zellen auf den letzten % einfach zu steil nach oben geht.

Jetzt wird's aber kompliziert! OK, unterstellen wir folgenden Sachverhalt:

Die HEADWAY-Zellen sind perfekt und haben KEINE Kapazitätsunterschiede.

In dem Fall würden UNTERSCHIEDLICHE Ladezustände dazu führen, dass die Zelle mit der geringsten Ladung auch diejenige ist, welche ZUERST die 2,5V-Grenze erreicht. Da es ja keine Kap.-Unterschiede gibt kann sie auch nicht spannungsmäßig von einer anderen Zelle bei der Entladung "überholt" werden (gleicher Ri, gleiche Kennlinie). Nach dem folgenden Ladevorgang und (wie von mir vorgeschlagen) KONSEQUENTER Ladegerät-Abschaltung bei Erreichen der ersten Zelle >= 3,7V müßte jetzt diejenige Zelle die GERINGSTE Spannung haben, welche die 2,5V-Grenze zuerst erreicht hatte. DIES IST ABER REGELMÄßIG NICHT DER FALL! Vielmehr ist es nach meinen Beobachtung so, dass diejenige Zelle, welche bei Entladung zuerst 2,5V erreicht hat auch diejenige ist, welche bei der folgenden Aufladung zuerst die 3,7V erreicht; und das nicht als Zufallserscheinung sondern reproduzierbar!
Somit wirken sich auch unterschiedliche Ladezustände m.E. eher marginal aus und sind in meinem Fall wohl nicht das Hauptproblem...

Denn unterstellte man den Fall (16s1p), 15 Zellen hätten exakt 10,0Ah und eine Zelle hat fertigungsbedingt nur 9,5Ah, so wird es auch bei VÖLLIG IDENTISCHEN (Anfangs-) Ladezuständen stets so sein, dass die 9,5Ah-Zelle diejenige ist, welche regelmäßig die 2,5V-Abschaltung auslöst. Umständliche Ausgleichsladung spielen dann KEINE Rolle und helfen auch nicht weiter, da 100% Ladezustand bei der 9,5Ah-Zelle spannungsmäßig auch 100% Ladezustand bei den 10Ah entspricht. Es ergibt sich aber (kapazitätsbedingt) eine völlig andere Lade-/Entladekurve, wobei sich im Reihenverbund der 16 Zellen alles nach der Zelle mit der geringsten Kapazität richtet!

[STW]

Die Frage ist, "wohin" man Balancieren möchte. Ich halte ein Top-Balancing für Mittel der Wahl, also auf die obere Ladespannung hin. Wenn jede Zelle bei 3.60-3.65V Leerlaufspannung liegt, dann ist jede mit ihrer "individuellen" Kapazität voll. Beim Entladevorgang ist klar, da müssen wir uns nach der Zelle richten, die zuerst die 2.5V bzw. die gewählte Untergrenze erreicht.
Beim nächsten Ladevorgang würden im Idealfall alle Zellen gleichzeitig die 3.6xV erreichen, wenn sie den perfekten Gleichlauf hätten - aber spätestens hier schlagen die unterschiedlichen Innenwiderstände zu. Die Zelle mit dem höchsten Innenwiderstand gewinnt das Rennen, zumindest solange Ladestrom anliegt. Um alle Zellen wieder auf ihre jeweiligen 100% zu bringen (und um keine Streuung zu unterstützen), müssen wir daher alle Zellen wieder an die 3.6xV heranführen.

Aus der Praxis: die ersten zwei Jahre hatte ich Balancer verbaut, die gemessen an der Ladespannung zu spät ansprachen - so ca. bei 3.7V (59.2V bei 16 Zellen), aber bei einer Ladespannung von lediglich 58.2V im Maximum. Folge war, dass die Balancer zwar ein Überladen einzelner Zellen erfolgreich verhindert haben, aber innerhalb von einem Jahr zwei Zellen "nach unten" ausgebüchst sind, ca. 2-4Ah, also 10% bei den 40Ah-Zellen. Ich habe jetzt Balancer mit 3.6V Schaltschwelle verbaut, so dass ich bei jedem Ladevorgang leicht in die Sättigung fahre und der Gleichlauf jetzt erheblich besser eingehalten wird. Der Schwund ist hochgerechnet bei vielleicht 0.25Ah bei meiner übelsten Zelle (jetzt 70Ah-Klötze) gegenüber dem Rest.

Dein angedachtes Verfahren würde bewirken, dass eine Zelle zwischen 100% und 10% genutzt wird, die andere (bei vorausgesetzt gleicher Kapazität) zwischen 95% und 5%. Allerdings könnte Zelle 2 "abrutschen", was zwar bei einer Überwachung der Unterspannungsgrenze nicht zu deren Tod führt, aber insgesamt die entnehmbare Kapazität aus dem Akkupack reduziert.

[elfo27]

Ich halte ein Top-Balancing für Mittel der Wahl ... dann ist jede mit ihrer "individuellen" Kapazität voll.

Wozu soll das gut sein, wenn dann eh gilt:

Beim Entladevorgang ist klar, da müssen wir uns nach der Zelle richten, die zuerst die 2.5V bzw. die gewählte Untergrenze erreicht.

Die Schwierigkeit diese eine Zelle zu ermitteln und auf eben diese zu reagieren, kann man doch durch Bottom-Balancing umgehen. Alle Zellen haben als Maximal-Ladung eben nur das, was die Zelle mit der kleinsten Kapazität schaffen kann und kommen dafür mehr oder weniger gleichzeitig bei "leer" an - ohne Schnickschnack

Ähh, bitte ignorieren, ich wollte ja eigentlich meine Klappe halten

Gruß

[STW]

Auch das Bottom-Balancing hilft nicht, den Akkupack im Gleichlauf zu halten. Dann muß jede Zelle nach unten auf Entladeschlußspannung gemonitort werden, und nach oben hin muß ich jede Zelle beim Laden auch sichern. Ich würde nicht davon ausgehen, dass die Zelle eines neuen Akkupacks, die zuerst bei 2.5V liegt bzw. bei 3.7V dauerhaft ihre Vorreiterstellungen behält. Die Dinger driften.

[I.C.H.]

Ich sehe zwei Themenkomplexe: Zellensymmetrierung UND Zellenmonitoring.

Wie die Beiträge zeigen, gibt es dazu unterschiedliche Ansichten. Ich dachte bislang, dass das BMS den Potentialausgleich übernimmt. Irgendwas macht das BMS bei mir auch, denn wenn ich das Ladegerät abhänge (nach Erreichen 58,4V) fließt ein Strom aus dem Akku heraus, was am Wattmeter ablesbar ist. Wenn die Drift kurz VOR Ladeende > 300mV war so geht diese nach 30Min. auf < 100mV zurück. Nach 6 Std. konnte ich nicht mehr als 8mV an Zellendrift nachweisen. Heißt für mich, dass das BMS arbeitet und langsam aber sicher für einen Ausgleich sorgt.

Folge war, dass die Balancer zwar ein Überladen einzelner Zellen erfolgreich verhindert haben, aber innerhalb von einem Jahr zwei Zellen "nach unten" ausgebüchst sind, ca. 2-4Ah, also 10% bei den 40Ah-Zellen.

Das ist auch meine größte Sorge. Hattest Du denn damals Entladevorgänge ab 2,5V Zellenspannung abgebrochen oder Dich auf das BMS verlassen und bis zu 2V alles ausgereizt? Möglicherweise steigt die Lebensdauer wenn konsequent max. bis an die 2,5V-Grenze (od. höher) entladen wird.

Dein angedachtes Verfahren würde bewirken, dass eine Zelle zwischen 100% und 10% genutzt wird, die andere (bei vorausgesetzt gleicher Kapazität) zwischen 95% und 5%. Allerdings könnte Zelle 2 "abrutschen", was zwar bei einer Überwachung der Unterspannungsgrenze nicht zu deren Tod führt, aber insgesamt die entnehmbare Kapazität aus dem Akkupack reduziert..

Naja, wie ich oben schrieb, erreiche ich MIT MEINER METHODE z.Zt. bei > 1C Entladung (22A) eine nutzbare Kapazität von > 100% der deklarierten Nennkapazität. Aber auch mit einer Drift von > 800mV kurz vor Entladeende, was nicht so schön ist und auch Dir Bauchschmerzen macht. Solange das jetzt so bleibt wäre ich damit zufrieden. Aber wie Du es ausdrückst "die Dinger driften", eben darin liegt die Unsicherheit, zukünftig doch nach und nach Kapazitätsverluste realisieren zu müssen. Aber ich behaupte ja nicht das MEINE Methode jetzt so toll ist. Ich folge irgendwie nur den bisherigen Erkenntnissen, immerhin beschäftige ich mich erst seit wenigen Wochen mit dieser Materie. Und: ich möchte KEIN neues-irgendwie-intelligentes-BMS erschaffen. Ich denke hier über Notfallmaßnahmen zur Gefahrenabwehr nach - und dazu brauche ich eure Tipps.

Offensichtlich ist hier noch einiges an Arbeit nötig. Es wird wohl darauf hinauslaufen, dass es nicht ratsam ist mehr als 80% DOD zu entladen, um eine akzeptable Zellen-Lebensdauer zu erreichen. Mir schwant, dass alles was über diese 80% hinausgeht, ein wenig mehr an der Zellenkapazität nagt und sich lebensdauerverkürzend auswirkt...

[Klappstuhl]

Ich sehe zwei Themenkomplexe: Zellensymmetrierung UND Zellenmonitoring.

Wie die Beiträge zeigen, gibt es dazu unterschiedliche Ansichten. Ich dachte bislang, dass das BMS den Potentialausgleich übernimmt. Irgendwas macht das BMS bei mir auch, denn wenn ich das Ladegerät abhänge (nach Erreichen 58,4V) fließt ein Strom aus dem Akku heraus, was am Wattmeter ablesbar ist. Wenn die Drift kurz VOR Ladeende > 300mV war so geht diese nach 30Min. auf < 100mV zurück. Nach 6 Std. konnte ich nicht mehr als 8mV an Zellendrift nachweisen. Heißt für mich, dass das BMS arbeitet und langsam aber sicher für einen Ausgleich sorgt.

Das ist ganz normal bei LIFE die gehen immer auf etwa Nennspannung zurück. Wieviel Spannung hattest Du dann auf den Akkus? 3,35 ca?

[STW]

Mein "BMS" besteht nur aus Balancern. Der Controller des Rollers piept ein paar mal heftig wenn eine Strangspannung erreicnt ist, die ca. 2.75V pro Zelle erreicht ist, und er soll (nie ausprobiert) irgendwo zwischen 38-40V abschalten, also etwas weniger als 2.5V pro Zelle. Der Unterspannungsschutz ist also auf intellektuelle Basis gestellt

Ich bin im ersten Sommer einmal bewußt in den Reichweitengrenzbereich gefahren, da lag anschließend die Ruhespannung der ersten Zelle schon bei unter 2.5V, hat ihr aber nicht geschadet. Von der ausgereizten Reichweite sind 80% das neue Maximum für mich gewesen, damit bin ich dann auch sicher, dass bei unbemerkter Zelldrift nicht sofort etwas kaputt geht.
Im Winter bei -10°C sieht das noch anders aus, der hohe Innenwiderstand setzt das Reichweitenlimit. Da habe ich auch keine Bauschmerzen, mal 10km bei Strangspannung 40-44V zu fahren.

[I.C.H.]

Das ist ganz normal bei LIFE die gehen immer auf etwa Nennspannung zurück. Wieviel Spannung hattest Du dann auf den Akkus? 3,35 ca?

Mit LIFE meinst Du vermutlich LiFePo4...
OK, hier meine Aufzeichnungen (5 auffällige HEADWAY-Zellen während / nach Aufladen):

---> 5 STd. Dauerladen: U_zelle= 3,428V / 3,639V / 3,722V / 3,546V / 3,641V
30 Min. NACH Ladeende: U_zelle= 3,358V / 3,415V / 3,394V / 3,384V / 3,408V
9 Std. NACH Ladeende: alle 16 (eigentlich 32 da 16s2p) HEADWAY-Zellen im Bereich 3,323...3,338V

NUR: ich glaube nicht das sich die Zellen von ganz allein auf dieses Spannungsniveau einpendeln, zumindest nicht nur. Denn je größer die Drift nach Abklemmen des Ladegerätes ist, desto größer der Strom der aus dem Akku wieder herausfließt (und den ich am Display des Wattmeter ablesen kann). Für diese Ströme muß das BMS regulativ verantwortlich sein, denn ausschließlich über das BMS fließen diese Ströme...

[STW]

Die Zellen "beruhigen" sich von allein, d.h. ob kurz oder lang pendeln die sich auf ca. 3.32 - 3.38V, auch ohne das extern nachgeholfen wird.
Die Standard-BMS-Lösungen fangen normalerweise erst ab 3.6V an, eher mehr, mit dem Balancieren. Nur ganz wenige Systeme gehen eher daran und versuchen, die besten Zellen auf die untersten Zellen abzusenken.
Dein Wattmeter müßte doch eigentlich zwischen Akkus (inkl. BMS) und Controller bzw. Rest des Rollers hängen, da sollte es von BMS-internen Umschichtungen nichts mitbekommen.

[I.C.H.]

Dein Wattmeter müßte doch eigentlich zwischen Akkus (inkl. BMS) und Controller bzw. Rest des Rollers hängen, da sollte es von BMS-internen Umschichtungen nichts mitbekommen.

No Sir. Selbstverständlich befindet sich mein Wattmeter zw. Akku und BMS. Und dafür gibt es auch einen technischen Grund: sollte nämlich das BMS irgendwann auf ein Ereignis hin mal den Akku über die MOSFETs hochohmig schalten, so bleiben mir die Werte im Speicher des Wattmeters erhalten und können ggf. für eine Fehlersuche hilfreich sein (Überstrom, Unterspannung, etc.). Würde - wie von Dir vermutet - das Wattmeter HINTER dem BMS hängen, wären auch die gespeicherten Langzeitdaten gelöscht! Und aus diesem Grund "sehe" ich auch die Ausgleichströme des BMS - und tatsächlich (wie von Dir geschrieben) oberhalb dieser 3,6V-Grenze.