12V 100Ah LiFePo Batterie nimmt nur ca 70Ah an - Zelle Überspannung - was tun?

Hallo Matthias,

ich vermute dass hier eine starke Unbalance zwischen den Zellen vorliegt, die in der Praxis so wirkt wie in diesem animierten Bild erkennbar ist:

Bei Dir stößt Zelle 1 als erste an die bei der Ladung maximal zulässige Zellenspannung und Zelle 3 bei der Entladung an die minimal zulässige Zellenspannung. So bleibt also die nutzbare Kapazität auf den Bereich beschränkt, wie er in der Animation zu sehen ist und ein gewisser Teil der Zellenkapazität kann nicht genutzt werden, weil dann die zulässigen Spannungsgrenzen der betreffenden Zellen über- bzw. unterschritten würden. Es handelt sich also in erster Linie um eine Zellen-Unbalance.

Normalerweise sollte der (passive) Balancer des BMS dieses Problem beseitigen, jedoch gibt es bei passiven Balancern unter bestimmten Bedingungen Probleme dies zu bewerkstelligen. Dazu muss man wissen, dass passive Balancer nur dann arbeiten, wenn

1. Ladestrom fließt und
2. die Zellenspannungen zugleich einen gewissen Spannungswert überschreiten. Zugleich besitzen passive Balancer
3. nur einen kleinen Ausgleichsstrom, weil sie bedingt durch Ihre Bauart nur die spannungsstärksten Zellen dämpfen, also Leistung in Wärme umwandeln, die natürlich abgeführt werden muss. Dadurch können passive Balancer immer nur mit kleinen Strömen arbeiten.

Alles zusammen führt in Deinem Fall vermutlich zu dem Problem, dass das Zellenbalancing dauerhaft schlecht ist.

Man muss jetzt aber nicht das Batteriegehäuse aufsägen, um einen aktiven Balancer (auch "Equalizer" genannt) einzubauen, sondern man kann das Problem durch gezieltes Entladen und möglichst langsames Aufladen lösen. Langsames Aufladen deswegen, damit der passive Balancer genügend Zeit findet, um die Zellen mit der höchsten Spannung genügend zu dämpfen. Das dauert! Wenn z.B. wie von Dir ermittelt 30Ah Kapazität fehlen, muss man davon ausgehen, dass man dem Balancer die Zeit geben muss, diese fehlenden 30Ah durch Dämpfung der Zellen mit der höchsten Spannung zu vernichten, damit man in der Zwischenzeit die Zellen mit der niedrigsten Spannung entsprechend weit aufgeladen bekommt. Wenn nun aber der Balancer z.B. nur einen Ausgleichsstrom von 0,1A schafft, würde das logischerweise mindestens(!) 30 Stunden effektive Ladezeit bei aktiviertem Balancer dauern. Bitte an Punkt 1. und 2. denken, dass Ladestrom fließen muss und alle Zellen eine gewisse Mindestspannung aufweisen müssen (die bei Deiner Belluna-Batterie vermutlich unbekannt ist, aber meistens bei 3,3 bis 3,4V pro Zelle liegt), bevor der passive Balancer überhaupt wirksam werden kann.

In der Praxis würde man das folgendermaßen anstellen:

1. Batterie vollständig entladen und unmittelbar nach der Abschaltung des BMS wegen leerer Batterie die Zellenspannungen ablesen und notieren.
2. Dann die Batterie mit geringem Strom (ich empfehle einen Strom zwischen 0,5 und 1A) aufladen. Das wird aber mit einem normalen Ladegerät kaum gehen, weshalb ich dazu ein Netzteil mit einstellbarer Stromregelung wie z.B. mein Labornetzteil 0-30V/max. 10A, Artikel-Nr. 2030 empfehle. Das Netzteil auf eine Spannung von 14,7V und 1A Strom einstellen und damit dann die Batterie ganz langsam aufladen. Um 100Ah einzuladen wird das wenigstens 100h dauern, also gute vier Tage. Danach sollten die Zellenspannungen sich durch das Arbeiten des Balancers deutlich besser angepasst haben. Nach erfolgter Vollladung die Batterie nochmals wenigstens 24h weiterladen lassen, während der Balancer weiterhin die Zellenspannungen ausgleicht. Dabei wird das BMS den Ladestrom immer wieder für eine bestimmte Zeit ab- und dann wieder einschalten, sobald sich die Spannung der Zellen mit der höchsten Spannung der zulässigen Spannungsgrenze genähert hat und dann wieder etwas abgesunken ist. Man muss da schon etwas Geduld mitbringen.
3. Ich würde nach erfolgreicher Vollladung die Batterie nochmals entladen und dabei die entnehmbare Kapazität messen und danach mit 14,6V und 2A nochmals voll aufladen.

Danach wieder alle Zellenspannungen notieren und mit den vorherigen Werten vergleichen, um den Erfolg der Maßnahme zu überprüfen. Meistens funktioniert diese Methode und bringt eine einwandfreie Batterie zurück.

Bitte daran denken, dass ein passiver Balancer nur während der Ladung arbeitet, es bei BMS aber immer einen bestimmten Mindest-Ladestrom gibt, unterhalb dessen das BMS den Strom nicht mehr korrekt messen kann und deshalb fälschlich einen Strom von Null annimmt - und den Balancer abschaltet. Deshalb bringt es meistens nichts, mit sehr kleinen Strömen von 0,1A aufzuladen, weil das BMS dann keinen Stromfluss erkennt und den Balancer gar nicht erst einschaltet. Um hier auf der sicheren Seite zu sein, helfen BMS mit Bluetooth viel, deren Apps den Strom und oft sogar die Balancer-Tätigkeit anzeigen. Auf diese Anzeigen kann man sich verlassen, wenn das BMS dauerhaft einen Strom von oberhalb 0A anzeigt.

Danach sollte sich das Zellenbalancing deutlich verbessert haben und die Kapazität der Batterie der Nennkapazität entsprechen.

Falls das Zellenbalancing danach in Ordnung ist, aber die Batterie trotzdem nur eine Kapazität deutlich unterhalb der Nennkapazität aufweist, handelt es sich um einen Garantiefall und ich empfehle sie beim Händler zu reklamieren.

Dasselbe gilt, wenn diese massive Unbalance nach gewisser Zeit immer wieder auftritt. Dann liegt es in der Regel daran, dass eine der vier Zellen eine gegenüber den anderen Zellen erhöhte Selbstentladerate aufweist. Diese Zelle entlädt sich also von selbst deutlich schneller als die anderen drei und sackt deshalb immer wieder in der Spannung gegenüber den anderen Zellen ab. Auch das wäre, jedenfalls soweit dieser Effekt ein gewisses Maß überschreitet, ein Reklamationsfall.

Grüße, Tom

Hallo Matthias,

es geht natürlich auch mit 2 oder 3A Ladestrom, nur kann es dann eben sein, dass ein kompletter Durchlauf nicht ausreicht. Einfach mal ausprobieren, notfalls zwei oder drei Durchläufe machen.

Je niedriger Du den Spannungs-Schwellenwert zum Start des Balancers einstellen kannst, desto hilfreicher ist das bei dieser Kur. Wenn er auf 3,2V Zellenspannung eingestellt ist, arbeitet der Balancer fast von Beginn der Ladung an.

Bei der Differenzspannung zwischen den Zellen, ab welcher der Balancer mit seiner Arbeit beginnen soll, braucht man nicht allzu ängstlich vorgehen. Für die Kurz stellt man sie so niedrig wie möglich ein. Im Normalbetrieb sind 20 bis 30mV aber auch ausreichend.

Grüße, Tom

Hallo Tom,

Ich habe ein ähnliches Problem, aber was ich nicht ganz verstehe. Warum sollte ich den Akku kpl. entladen, wenn der passive Balancer erst bei 3,4V balanciert. Es würde doch reichen, wenn ich soweit entlade, dass die höchste Zelle unter 3,4V fällt und dann könnte ich mit dem geringen Ladestrom, wie Du es oben beschreibst, mit 2A laden. Oder habe ich einen Denkfehler.

Vielen Dank

Grüße, Martin

Ja, wenn man weiß, ab welcher Spannung der Balancer zu arbeiten beginnt geht das natürlich auch.

Grüße, Tom