Wie am besten einen Zellausgleich bei einer 12,8V LiFePo4 Batterie mit passivem BMS durchführen?
Ein freundliches Hallo in die Forengemeinde,
seit nun knapp einem Jahr habe ich bei meiner kleinen PV-Inselanlage von VRLA/Gel auf eine LiFePo4 mit passivem BMS umgestellt. Da im Winter nicht viel Sonnenernte drin ist, möchte ich daran nun manuell einen Zellenausgleich mithilfe eines kleinen Labornetzteils durchführen.
In der "helleren" Jahreszeit läuft die LFP an meinem PV-Laderegler normalerweise mit auf ca. 13,9 bis 14,0 Volt limitierter Ladespannung durchgehend.
Nur weiss ich nach ausgiebiger Recherche nun immer noch nicht ganz exakt, wie ein passives BMS dabei den Zellausgleich durchführt, selbst wenn seit Stunden bereits diese Stellspannung bei kaum noch messbarem Ladestrom < 100 mA an der Batterie anliegt. (Ohne Verbraucher)
Muss ich dann zum Ausgleich bei einem externen Netzteil die Ladespannung erhöhen, oder findet der Zellausgleich bei einem passiven BMS auch bereits über z.B. 48 bis 72 Stunden bei ca. 14,0 Volt Konstantspannnung und < 100 mA Ladestrom und < 100% SOC-Level ganz langsam statt?
Für Empfehlungen von User-/innen mit fundierten Grundlagenkenntnissen dieser Materie wäre ich sehr dankbar.
Ein Labornetzteil mit jeweils einstellbarer Spannungs- / und oder Strombegrenzung nebst mehrerer Multimeter zur Strom- / und Spannungsüberwachung zwischen Batterieklemmen und Netzteil wären bereits vorhanden.
MFG und Dank schon mal vorab für hilfreiche Infos.
1 Antwort
Man lässt mit Hilfe der Widerstände den Strom einfach an der jeweiligen Zelle vorbei fließen.
Hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Balancer
Der Akku wird aufgeladen, man erkennt dass die Zelle Nummer 3 schon voll ist, also lässt man den Strom mit Hilfe des Widerstandes an der Zelle #3 vorbei fließen, so dass diese nicht länger aufgeladen wird. Die anderen Zellen werden aber weiterhin aufgeladen.
Das System mit den Widerständen funktioniert aber oft nicht wirklich gut, weil der Ladestrom und der Wert des Widerstandes oft nicht stimmen, der Ladestrom ist oft zu hoch und der Widerstandswert ist oft zu groß, so dass dort ein zu geringer Strom an der jeweiligen Zelle vorbei fließt.
Besser sind kapazitive, aktive Balancer, die können die Zellen auch bis auf wenige Millivolt exakt ausgleichen.
Erst mal:
- Ein BMS ist nichts weiter als ein Schalter (MosFETs) und ein Mikrocontroller der die Spannungen der Zellen und den Strom misst. Wenn die Spannung einer Zelle zu hoch wird, dann wird der Ladeprozess unterbrochen oder der Balancer wird zugeschaltet.
- Ein Balancer macht nichts anderes als die Zellspannungen auszugleichen. Bei einem passiven Balancer muss man die Zellspannung kennen um die Widerstände aktivieren zu können. Bei einem kapazitiven Balancer kann man dumm einfach das Ding aktivieren und es gleicht sich automatisch aus.
Kannst du die Zellspannungen per Bluettooth oder UART-USB-Adapter vom BMS abrufen?
Es gibt ja ganz einfache BMS, die kosten 2,50€ und da befindet sich nicht wirklich viel drauf. Ein kleiner Chip, aber keine Ausgabe der Daten.
Dann gibt es noch die besseren BMS, die haben einen höheren Funktionsumfang, da kann man sich dann auch die Messwerte (Strom, Spannung jeder einzelnen Zelle) anschauen und auch neue Grenzwerte eingeben.
Normaler Weise wird der Balancer aktiv wenn der Akku gerade aufgeladen wird und zumindest eine Zelle eine Zellspannung von 3,45V überschritten hat. Das muss aber nicht bei allen so sein, da kocht jeder sein eigenes Süppchen.
Meine Batterie hat wie bereits geschrieben nur ein passives BMS. Dieses schaltet funktional erst im nahen Bereich der Ladeschlußspannung die Zelle(n) mit dem jeweils höchsten Ladestand während des Ladens über einen Wiederstandskreislauf quasi "kurz", damit dieser Zelle dann fortan im Ausgleichsprozess max ein paar Dutzend bis wenige 100 mA Strom zur Umwandlung in Wärmeenergie entzogen werden. Damit werden diese Zellen gebremst, damit die Zellen mit noch niedrigerem Ladestand entsprechend (langsam) aufholen können.
(Soweit habe ich das per Nachrecherche noch näher herausfinden können)
Über Nacht hatte ich meine Batterie zunächst mal bei eingestellten 14,0 Volt am Labornetzteil im CC-Modus bei 120 mA laden lassen. Per Multimeter an den Batterieklemmen lag die Klemmenspannung am Morgen dabei bei etwa 13,85 bis 13,9V.
Danach habe ich auf CV-Modus umgestellt und mich in 1/10V - Schritten noch ein paar Stunden langsam immer zwischen etwa jeweils 200 mA Anfangsstrom fallend bis auf etwa 100 mA bis an 14,4 Volt heran getastet. Im letzten dieser 100 mV - Schritte schaltete das BMS dann bei ca. 15,0 Volt Klemmenspannung ab.
Ich danke Dir daher vielmals für Deine hilfreiche Begleitung. :-)
Den Stern bekommst Du, sobald diese Bewertung freigeschaltet wird. ;-)
LG
15V Klemmspannung? Das sind dann aber 3,75V pro Zelle. 3,65V ist aber das absolute Maximum.
Ich habe hier ein eigenes System gebaut um die Spannung ganz genau messen zu können. BMS hatte ich damals auch gekauft, aber es ist eigentlich so einfach, dass man es selbst bauen kann und eben auch besser.
Ich habe hier ein einfaches ESP32 board mit dem ich die Webseite darstelle und die Messwerte dort aufliste. Das schiebe ich aber vielleicht auf den RaspberryPi, da ist mehr möglich. Die Messwerte lasse ich mir über ein STM32 Modul ermitteln und das schaltet dann auch alles in den Energiesparmodus (DeepSleep) wenn es ein Problem gibt.
Die Spannungen sehen in meinem Fall so aus:
Spannung LiFePO4 Akku mit 16 Zellen in Reihe:
2,5V*16=40V (rest entleert)
3,0V*16=48V (leer)
3,2V*16=51,2V (idealer leer-zustand)
3,3V*16=52,8V (Nominale Spannung)
3,45V*16=55,2 (idealer voll-zustand)
3,65V*16=58,4V (voll - sollte nicht zu lange erreicht bleiben)
15V Klemmspannung? Das sind dann aber 3,75V pro Zelle. 3,65V ist aber das absolute Maximum.
Richtig, das absolute Ladeschluss-Maximum liegt bei LFP je nach Zellenarchitektur zwischen 3,6 bis 3,7V. Von daher schaltete mein passives BMS auch vollkommen zu recht bei 15.0 Volt gemessener Batterieklemmenspannung während des Ladeprozesses ab. Diesen Punkt konnte ich halt erst genau mit dem Labornetzteil finden, da mein (günstiger) PV-Laderegler dafür zu ungenau arbeitet.
Mein BMS führt halt (wie schon länger von mir vermutet) den Zellausgleich nur im Bereich des Top-Level Balancing kurz vor Erreichen der Ladeschlußspannung aus. Bei mir beginnt dieses Balancing bei etwa 14,2 bis 14,3 Volt im laufenden Ladeprozess. Das konnte ich dann ganz gut an einer leichten Erwärmung an einigen Stellen des Batteriedeckels messen. (waren nur etwa 1-2 Grad mehr)
Das passive BMS ist ab Werk innerhalb meiner LFP-Batterie enthalten, aber die Batterie selbst kann ich halt nicht öffnen. Nun weiss ich aber, wie und wann das Balancing bei meiner Batterie funktioniert.
Derzeit messe ich in meiner Batteriezuleitung eine Ruhespannung von ca. 13,38 bis 13,39 Volt mit meinem kleinen Multimeter. Der Laderegler zieht im Standby etwa 50 bis 60 mA aus der Batterie, aber seit gestern ist dieser Regler ohne Input. Würde aber vermutlich noch etwas weiter auf etwa 13,32 bis 13,33 Volt fallen, wenn ich den Regler weiter ohne Input im Standby lassen würde.
Inselchen ist jetzt voll, Batterie ausgeglichen, und daher geht alles an PV-Ertrag auf den Ongrid-Wechselrichter. Inselchen macht in diesem Zustand jetzt erst mal Winter-Bubu.
Zur PV-Nachladung meiner Insel habe ich an meinem Controller 13,9 Volt eingestellt, was dann bei wechselhaftem Wetter an den Batterieklemmen zwischen etwa 13,8 bis 14,0V meandern kann. (ist halt nur ein günstiger ReVolt MPPT 10A)
Cutoff habe ich bei mir auf 12,6 Volt gesetzt.
Die Batterie lässt sich leider nicht öffnen, aber ein einstellbares Labornetzteil ist halt bereits vorhanden. Derzeit hängt die Batterie im CC-Verfahren bei einem Ladestrom von ~ c/100 an diesem Netzteil. Der Solarladeregler ist elektromechanisch derzeit nicht mit der Batterie verbunden.
Derzeit liegt das ganze bei festgelegten 0,07A bei etwa 13,9 Volt eingependelt am Labornetzteil. Spannung messe ich per gesondertem Multimeter noch zusätzlich direkt an den Batterieklemmen dabei. Maximalspannung am Labornetzteil ist derzeit auf 14,3 Volt limitiert, Ladestrom auf 0,07 Ampere max.
Ladespannung messe ich bereits kontinuierlich mit einem gesonderten Multimeter direkt von den Batterieklemmen.