LiFePo4-Balancing / Neue Feststellungen

[STW]

Manchmal kommen ein paar gute Dinge zusammen, wie ordentliches Wetter, Urlaub, der kürzliche Erwerb eines Labornetzteils aus den 80ern vom Trödler (das ich mir damals finanziell leider nicht erlauben konnte), also dachte ich mir, nimm den Roller auseinander, bekämpfe den Flugrost und prüfe mal die Akkus.
Das eher uninteressante ist der Flugrost, der reichlich vorhanden war. Eine Dose H*mmerit, dazu Unterbodenschutz usw. habe ich dann verarbeitet. Das Hamm*rit hatte ich mal vor 5 Jahren auf eine geschenkte gußeiserne Gartenbank aufgetragen, die eckelig rostig aussah. Bis heute sind lediglich 3 kleine Stellen wieder aufgeplatzt, ansonsten ist die Bank noch tiptop. Das kann also für einen Rollerrahmen so verkehrt nicht sein.

Ansonsten sind noch ein paar Platten zur thermischen Isolierung der Batterien in den Roller gewandert.

Interessanter war das Thema Batteriecheck, zuletzt habe ich vor ziemlich genau einem Jahr und 3400km die Akkus geprüft. Ein bischen gehen sie ja auseinander, und mein bisheriger Ansatz, packe 4 seriell in einer Reihe, schmeiß 14.4-14.8V drauf und den Rest machen die Balancer hat leider erstaunlich schlecht funktioniert! Letztendlich ging die Stromaufnahme nach ein paar Minuten zurück, da 3 der Zellen voll waren und der Widerstand gegenüber dem Netzteil derart anstieg, dass an ein Laden der 4. Zelle so nicht zu denken war. Natürlich hätte ich die Spannung raufdrehen können, aber stundenlang die Balancerwiderstände zu heizen macht auch irgendwie keinen Sinn.
Also: Einzelladung der 3 von den 16 Zellen, die hinterher hinken. Erfahrungsgemäß sind die Zellen gut geladen, wenn sie oberhalb von 3.5V haben, danach steigt die Spannung derart rapide an, dass kaum Unterschiede im Ladezustand vorhanden sind. Das konnte ich auch nochmals feststellen. Wie gesagt dümpelten 3 der Zellen aber bei 3.3xV herum, also "dank" flacher Entladekurve der Lithiumakkus in einem unbekannten Zustand. Das Labornetzteil auf 3.7V Begrenzung eingeregelt, Stromstärke 2A und die erste Zelle geladen. Warten, warten, Kopfkratz, warten, nach etwas über 3 Stunden war es dann endlich soweit, die Spannung kletterte auf über 3.6V, die Stromstärke sank, das Balancerboard setzte mit der Arbeit ein.
Fazit: der Zelle fehlten ca. 7Ah, also gut 15% (!!!). Merde.
Die zweite Zelle war der weniger Anspruchsvoll, ca. 2Ah, die dritte Zelle lädt gerade noch. dürfte aber auch bei mehr als 5Ah liegen. Das ist nicht ok. Gut, dass ich seit einem Jahr keine Reichweitentests unternommen habe und min. immer 25-30% Reserve hatte, sonst gäbe es jetzt platte Zellen.

Fazit: trotz Balancer ist eine jährliche Kontroller der Zellen notwendig, notfalls muß manuell mit Labornetzteil nachbalanciert werden. Weiterhin werde ich wieder meine 3 eingelagerten Battery Optimizer einbauen, die zwischen je 4 Zellen einen Spannungsausgleich durchführen. In einem halben Jahr wird dann wieder nachgemessen.

[Martin-6pac]

Hallo STW,

da ich eine ähnliche Konfiguration mit meinen Sky Energy Akkus habe, möchte ich dir mal meine Erfahrungen mitteilen.
Meine Akkus haben jetzt ca. 3000km drauf und, werden auch mit den Balancer Boards auf gleichem Niveau gehalten und sind seit einem knappen Jahr verbaut. Vor ein paar Tagen habe ich auch mal wieder seit Monaten die Einzelspannungen gegen Ladeende überprüft und festgestellt, dass immernoch alle Akkus innerhalb von wenigen Minuten Balancereinsatz vollständig geladen werden. Wobei ich dazusagen muss, dass ich mein Ladegerät exakt auf die Akkus und die Boards abgestimmt habe. Die letzten 10 Minuten wird immer nur noch mit 1,3A geladen, sodass die Boards nicht überlastet werden, bis alle Akkus 16x3,65V erreicht haben. So funktioniert es bisher perfekt.

[STW]

Ich gehöre ja zu den Mutigen, die noch mit dem eingebauten Bleilader an die Geräte gehen.
Wodurch die Abweichungen kommen, habe ich noch nicht heraus. Es kann durchaus sein, dass meine vorherigen Balancierunternehmungen, auch schon vor dem Einbau der Balancer, nicht zu dem gewünschten Ergebnis geführt haben und sich das Problem jetzt erst mit der besseren Ausstattung (Labornetzteil) offenbart. Hinzu kommt erschwerend, dass ich die Zellen als ausreichend voll bei wenig mehr als 3.4V aufwärts angesehen habe. Feststellung jetzt: da fehlen aber noch mehr als ca. 3Ah, bis sie die 3.6V-Marke kratzen. Ab 3.5V steigt die Spannung recht schnell, da fehlt dann nicht mehr viel, also sollte das nach Ladeende die Mindestspannung jeder Zelle sein, um noch in vertretbaren Toleranzgrenzen zu liegen. Ganz auf 3.65V komme ich mit meinem Ladegerät nicht, aber ein neues/zusätzliches ist im Zulauf

Was mich beruhigt: ich habe gestern nach einer 30km-Fahrt alle Zellen gemessen gehabt, auch unter etwas Last. Da lagen sie alle recht nahe beisammen, außer der Ausreißer, dem die ca. 7AH fehlten, der war bei 3.2V, während die anderen noch bei 3.3V waren. Im Leerlauf waren alle gleichauf, wenn ich mal von 0.02V plus/minus absehe. Also müßten die Zellen alle noch intakt sein, da ich micht noch immer auf dem flachen Teil der Entladekurve befunden habe.

Morgen wird dann mal eine längere Probefahrt gemacht und bei/nach dem Laden erneut gemessen.

[gervais]

Tröste Dich , die Sky, die wir testweise stationär in einem USV Projekt eingesetzt haben (1C max) sind trotz sorgfältiger Einzelladung (allerdings ohne BMS) in einem klimatisiertem Raum auseinander gelaufen. Aus meiner Sicht bedingt durch fertigungsbedingte (Prozess)Fehler, die in unterschiedlicher Alterung münden. Wenn dann noch mechanische Belastungen dazu kommen....

Und : Selbst bei teuren OPzS Batterien gibt es Chargen unterschiedlicher Qualität, die man nur durch Selektion perfekt matchen kann. Warum sollte sich das bei LiFePo4 Chemie anders verhalten ?

Auch auf die Gefahr hin, mich zu wiederholen : Es ist doch merkwürdig, dass bei TS &Co.im Gegensatz zu Zellen mit kleinen Kapazitäten (18650 Typen) keine B-Ware am Markt ist, alles wird gleichförmig als 40Ah, 60Ah usw. verkauft.... mir fällt es jedenfalls schwer zu glauben, dass Serien ausserhalb der Datenblatt Specs. vernichtet werden.

Insofern wäre es verfehlt, stets sich selbst die Schuld zu geben.

Aber es gibt Hoffnung. Erfreut uns derzeit ein Hannoveraner LiFePo4 Händler mit folgender Botschaft:

Geht man bei standard LiFePo4 Akkus davon aus, das sie etwa 3-5 Jahre halten (manche Hersteller nennen auch 10 Jahre), so wird die Lebenserwartung der LiFeYPo4 Akkus mit über 10 Jahren angegeben(Manche sagen sogar 30 jahre!).

[STW]

Tja, richtig traurig bin ich noch nicht. Ich werde mir den Spaß morgen nochmals nach einer längeren Fahrt ansehen und erstmal wieder auf quartalsmäßig Checks gehen - ein Jahr ohne Prüfung scheint doch ein wenig zu lang zu sein für die Zellen. Zwar habe ich dieses Jahr noch keinen Reichweitentest gemacht, aber ich denke anhand der Spannungslage des Akkupacks, dass die ca. 42km, die ich mal bei Vollgas erreicht habe, immer noch machbar sein sollten.

Hinsichtlich der B-Waren: die Thunderskys bestehen innen aus vielen kleinen Tüten. Wenn die korrekt vor dem Verpacken in einem gelben Gehäuse schön durchgemessen und getestet werden, dann wäre zumindest Spreu von Weizen trennbar und die Zielparameter (Kapazität, Innenwiderstand) bei geringen Toleranzen erreichbar. Trotzdem wäre es interessant zu wissen, mit wieviel Toleranz bei der Kapazität zu rechnen wäre.

Die Lebensdaueraussagen des Händlers finde ich recht lustig - im Heise-Forum war gestern ein Artikel, da behauptet ein Forscher, innerhalb von wenigen Wochen anhand vom Messungen beim Entladen / Laden feststellen zu können, wie lange eine Chemie hält, nicht nur die Anzahl der Ladezyklen, sondern auch die kalendarische Lebensdauer. In 5 Jahren erinnert sich keiner mehr daran, das wird sein Glück sein.
Hinsichtlich der erwarteten Lebensdauer gibt es ja mittlerweile schon Datenblätter, bei denen bei der Anzahl der Ladezyklen schön unterschieden wird zwischen Einzellzelle und Zellenverbund. Man kann also auch seriösere Angaben bekommen, aber trotzdem bleibt der Einsatz von Lithium bis auf weiteres ein Lottospiel.

[Martin-6pac]

Das war das gute an meinem Piktronik Bleilader, der ist frei programmierbar und kann in 5 Ladephase bis 62Volt eingestellt werden. Das einzige was ich kaufen musste war der überteuerte Programmieradapter für 230€.

[STW]

So, Kontrollfahrt gemacht, ca. 32km auf Vollanschlag, und dann nachgemessen (im Leerlauf).
Die gute Nachricht:alle Batterien lagen bei 3.22V plus/minus 0.01V. Während des Ladevorgangs lagen ebenfalls alle Batterien gleichauf, eine war etwas schneller, hat sich dann aber gefangen.
Die eher schlechte Nachricht: ein Balancer ist wohl im Eimer, den werde ich nochmals überprüfen müssen. Die Zelle rannte gegen Ende des der Konstantstromladephase auf 3.9V zu, ohne dass der zugehörige Balancer warm wurde.
Nach Ende des Ladevorgangs lag die Spannung der Zellen zwischen 3.44 und ca. 3.52V, was ich für eine recht breite Streuung nach den gestrigen Messungen halte. Wobei zwei der manuell nachgeladenen Zellen im Mittelfeld lagen, die dritte war bei den 3.44V. Einmal Gas gegeben auf dem Ständer, und die Batterien lagen wieder beieinander mit max. plus/minus 0.02V und blieben auch dabei. Das sah also recht gut aus, wobei ich die 3.44V-Zelle jetzt mal genauer beobachten werde. Entweder will sie die Ladespannung nicht so recht annehmen, oder sie hat seit letztem Jahr ca. 7Ah an Ladung verloren, was dummerweise nur 20mAh täglich sind, so dass die Ursachenforschung recht schwierig wird.

Der ggf. defekte Balancer stört mich schon, da muß ich mir noch eine Lösung einfallen lassen.

Als weitere Aufgabe steht jetzt nochmals das Nachbalancieren an. Die Akkupacks sind ja seit gestern zusätzlich über die Battery-Optimizer verbunden, ich werde also daher mein Labornetzteil nehmen, knapp 30V draufgeben und die mittleren 8 Zellen dazwischen hängen. Dann warten, bis alle Zellen bei über 3.65V liegen.

Bleibt als Fazit bislang festzuhalten:
a) es gibt Zelldrift, wird die nicht "behandelt", wird es für die Akkus schlimm ausgehen. Die Zelldrift mit zunehmender Tendenz hatte ich schon bei neuem Akkupack.
b) die Mär von selbstbalancierenden Akkupacks, die manche Händler verkünden (bzw. verkündet haben und schon pleite sind), kann man nicht glauben.
c) von den Lithium-Akkupacks 12V (bestehend aus 4 internen Lithiumzellen) kann ich nur abraten - falls jemand daran denkt, damit eine Rollerumrüstung durchführen zu wollen ...
d) der Verkauf von Rollern ohne ein BMS ist fahrlässig. Für den typischen Kunden, der von Technik nichts wissen will, ist darüber hinaus ein zellbasierter Unterspannungsschutz erforderlich
e) die Balancer alleine bringen es nicht - es sei denn, man nimmt ein speziell konfigurierbares Ladegerät, dass auf die Balancer abstimmbar ist (siehe Beitrag von Martin-6pac). Mein Bleilader ist zu kurz auf einer Spitzenspanng von 58.2V, um effektiv wirken zu können, und schaltet danach auf Konstantspannungsladung um, die darunter liegt. Sie schützen bei mir die Zellen vor Überladung, das klappt immer noch, aber es reicht nicht, um den Pack in enger Balance zu halten.
f) die Zellen müssen alle paar Monate kontrolliert werden. Wenn es irgendwo ein "Leck" mit nur 1mA kontinuierlich Verlust gibt (Leckstrom im BMS, innerhalb der Batterie, Salznebel auf den Zellen, ...), und das BMS nicht effektiv genug arbeitet, dann fehlen nach einem Jahr rund 8Ah.

[Martin-6pac]

Wenn die Balancer nicht richtig ausgenutzt werden wirst du wohl immer das auseinanderdriften haben, da hilft wohl echt nur ein neuer Lader, oder halt immer wieder nachkontrollieren und einzelne Zellen manuell laden.
Du hast doch auch die Thundersky Lastmodule verbaut? Den defekten kannst doch für ein paar Euro bei lipopower.de nachkaufen.
Als Ladegerät kann ich dir meins echt nur empfehlen, man kann wirklich sehr viel einstellen und auch geladene Ah etc. auslesen.
Habe das KOP 601 von Piktronik, war bei meinem EVT dabei.
Wenn du eins davon kaufen möchtest kann ich dir auch gerne mal den Programmieradapter ausleihen und/oder dir meine Ladedaten auf deinen draufladen. Hab nur keine Ahnung was die für einen Lader verlangen, ist wahrscheinlich kein Schnäppchen.
Gruß Martin

[STW]

Ein weiteres Ladegerät mit 15A ist im Zulauf - das war ein "Notkauf", weil das Ladegerät für den Blei-Roller meiner Frau endgültig abgeraucht ist, da mußte ich bei der Ersatzbeschaffung nicht lange diskutieren. Das werde ich erstmal testen. Wenn es ein lediglich modifizierter Bleilader ohne Floating-Phase ist, wird es das Bleiladegerät meiner Frau bleiben, ansonsten wird es (auch) meinen Roller beheizen dürfen.

Ich habe die 4-fach Boards verbaut, weil das platzmäßig und finanziell günstiger war, wobei ich natürlich eine defekte Einheit durch ein Einzelboard substituieren kann. Da das ganze heute aber erst mal nur ein oberflächlicher Test war, sehe ich mir den Spaß nochmals an - evtl. setzt das Board durch falsche Toleranzen zu spät ein, kalte Lötstelle oder sonstiger Fehler, mal sehen. Es hat mal funktioniert, das ist sicher.

Das Piktronic wäre sicherlich super - Google schmeißt leider keine deutsche Bezugsquelle raus, eine per Zufall entdeckt (vorprogrammiert für Inno-Lithiumbatterien) für 499€. Aber ich werde mal die Augen offenhalten. Wo hast Du denn Dein Zubehör (Programmieradapter) her?

[Martin-6pac]

Den Programmieradapter hab ich direkt vom Hersteller aus Slowenien, hab ihn leider nirgendwoanders gefunden.
Mir war es dann das Geld trotzdem wert, denn für ein neues gutes Ladegerät hätte ich mind. genausoviel gezahlt und vollprogrammierbar hat halt auch was. Zudem kann man den Adapter auch für die anderen Ladegeräte nutzen, falls man mal nachrüsten möchte.
Anscheinend sind die Lader dieses Anbieters identisch mit den von Piktronik, vielleicht hilft dir das weiter:
http://www.eurobatterietechnik.de/index2.php