Was tun, wenn der Ladezustand falsch angezeigt wird?

  • Die Masse an Problemen der Benutzer mit den Smartfon-Apps bei LiFePO4-Batterien beziehen sich auf 1. Nichtfunktion und 2. eine falsche Anzeige der Restkapazität.


    Wenn der Ladezustand falsch angezeigt wird:

    Was der Batterie-Laie in der Regel nicht weiß: Eine "Messung" der in einer Batterie enthaltenen Energiemenge ist schlechterdings unmöglich! Es gibt hierzu einfach keinen Weg. Man kann zwar die Klemmenspannung einer Batterie messen und darüber gewisse Rückschlüsse auf die enthaltene Energiemenge ziehen, aber das ist eine äußerst ungenaue und unzuverlässige Methode, dazu noch abhängig von Akkutyp, Temperatur, Akku-Alter und jeweiligen Lade-, Entlade- oder Lastzustand. Ganz so einfach ist es also nicht. Zugleich vermitteln die Apps aber durch die meist verwendete Ziffernanzeige (teilweise bis zur zweiten Stelle hinter dem Komma...) den Eindruck, als wüssten sie ganz genau, wie viel oder wenig Ah sich noch in der Batterie befinden. Ja nee, is klar... 8o Man lasse sich bitte nicht bluffen: Sie "wissen" es nicht, sie können nämlich bestenfalls "schätzen", auch wenn sonst alles einwandfrei funktioniert.


    Denn anders als das Kraftstoff-Messsystem im Tank eines Autos, in dem sich ein einfacher Schwimmer befindet der den Füllstand abtastet und so ein Signal an die Benzinuhr im Kombiinstrument des Fahrzeugs liefert, arbeitet die Ladezustandsanzeige einer Batterie nach dem Prinzip der Saldierung: Das BMS misst Ladestrom und Entladestrom und errechnet aus eingeladener und entnommener Energie den jeweiligen Ladezustand. Klingt einleuchtend und einfach, nicht wahr? ;) Wenn eine Stunde lang mit 30A geladen wurde steigt der Ladezustand eben um 30Ah. Wird 15 Minuten mit 100A entladen, sinkt der Ladezustand um 25Ah. Klingt gut und genau und soweit ist das alles leicht nachvollziehbar.


    Allerdings ist eine wirklich genaue Messung der fließenden Ströme in der Praxis meist gar nicht so einfach, weil Lade- und Entladeströme selten über längere Zeit konstant bleiben. Zudem fließen sehr hohe Ströme oft nur für sehr kurze Zeit (z.B. der Startstrom eines Motors) und sehr sehr kleine Ströme oft über sehr lange Zeiträume (Uhren, kleine Radios, LED-Lampen...). Dazu muss man wissen, dass der Microcontroller im BMS immer nur ganz kurzzeitige Strommessungen (Mess-Dips) vornimmt und dann wieder einen Moment bis zur nächsten Messung abwartet. Je nach Hersteller sind das vielleicht eine Messung pro Sekunde, oder auch eine Messung alle 10 Sekunden. Änderungen der Ströme zwischen diesen Mess-Dips bleiben dem BMS daher ebenso verborgen, wie Ströme, die außerhalb der Messauflösung liegen, was ganz besonders für kleine Ströme unter 0,5A zutrifft. Je nach Anwendung können sich diese kleinen Messfehler zu teilweise ganz erheblichen Fehlergrößen aufaddieren, weil jede Messung auf der vorherigen aufbaut und Messfehler daher immer die Tendenz haben, sich aufzusummieren. Deshalb ist es wichtig, dass die Batterie in gewissen Zeitabständen voll durchzyklisiert, also voll entladen und direkt danach und möglichst mit konstantem Strom wieder voll aufgeladen wird, denn nur dann erkennt das BMS die genauen Daten der Batterie und kann den Ladezustand zukünftig erheblich genauer abschätzen.


    Gerade bei fabrikneuen Batterien, die noch nie voll durchzyklisiert wurden, zeigt die Ladezustandsanzeige des BMS daher oft stark von der Realität abweichende Ah-Werte an. Dieses Verhalten verbessert sich meist schlagartig, wenn wenigstens ein Mal ein 100%iger Zyklus bis zur Abschaltung der Batterie an den Leer/Voll-Grenzen durchlaufen wurde. Dabei sollten die Ströme möglichst einigermaßen konstant sein, damit das BMS sie korrekt erfassen kann. Danach erkennt man seine Ladezustandsanzeige meist kaum wieder, so genau zeigt sie die enthaltene Kapazität an. <3 Das hält aber in der Regel nur einige Wochen, bis sich wieder ein zunehmender Offset zwischen angezeigtem und tatsächlichem Ladezustand einstellt.


    Die einzeln erhältlichen universellen BMS (Battery Management Systems) wie z.B. das bekannte Daly Smart-BMS-System, an die ganz unterschiedlich große Batterien angeschlossen werden können, müssen vor der Verwendung vom Benutzer erst einmal konfiguriert werden, damit sie wissen, wie groß die Kapazität der angeschlossenen Batterie ist. Denn ohne diese Information kann eine saldierende Messung natürlich nicht vernünftig funktionieren. Aus diesem Grund sollte als erste Maßnahme nach Anschluss des BMS an die Batterie die Konfiguration des BMS stehen. Dabei sollte man sich nicht von der Vielzahl der einstellbaren Parameter erschlagen lassen, sondern außer der korrekten Batteriekapazität am besten gar nichts anderes einstellen, jedenfalls so lange nicht, wie man nicht genau weiß, was man eigentlich tut und es hierfür keine Notwendigkeit gibt. Andernfalls "zerkonfiguriert" man das System mit einiger Wahrscheinlichkeit. Von mir über den MicroCharge-Webshop gekaufte Batterien mit Daly-Smart-BMS wurden schon von mir auf die jeweilige Kapazität der Batterie eingestellt, so dass der Kunde damit keine Mühe mehr hat.



    Grüße, Tom

  • Tom

    Hat den Titel des Themas von „Was tun, wenn die Momentankapazität falsch angezeigt wird?“ zu „Was tun, wenn der Ladezustand falsch angezeigt wird?“ geändert.

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