Beiträge von Tom

Eines stellte ich bei längerer Betrachtung des Themas Kaltladung von LiFePO4-Zellen nach einer Weile fest: Zwar weiß fast jeder, dass Kaltladung von LiFePO4-Zellen nicht gut für deren Funktion und Lebensdauer ist und in der Folge dieses Wissens stellen viele Leute alles Mögliche an, um einer eventuellen Lebensdauerverkürzung ihrer LiFePO4-Batterien entgegen zu wirken. Aber keiner weiß wirklich Genaueres. Auch ich hatte nur das bekannte Temperatur/C-Raten-Diagramm von CATL als Wegweiser zur Hand, sowie das Video von EL-Cell, wo Ablauf und Folgen von Kaltladung und sogenanntem Lithium-Plating (Lithium-Ablagerungen an der negativen Graphit-Elektrode) bei hohem Ladestrom optisch gut erkennbar gezeigt wird. Aber darüber hinausgehende eigene Erfahrungen hatte ich zu dem Thema selbst keine.

Deshalb habe ich im Januar mit entsprechenden Versuchen an einer nutzlos herumliegenden "105Ah LiitoKala"-LiFePO4-Zelle (die aber tatsächlich nur knapp 80Ah Kapazität aufwies) aus einem größerem Haufen gleich nutzloser 80Ah-Zellen begonnen.

Schönen Dank auch an Aliexpress...

Als Tester hab ich meinen Kapazitätstester EBC-A40L genommen, der kam mir hier genau recht, zusammen mit einem alten Asus-Notebook mit Intel Atom-Prozessörchen, mit dem man heute sonst nicht mehr viel anfangen kann. Braucht sehr wenig Strom bei Dauermessungen und ist daher genau das richtige für energieintensive Kapazitätstests, die mit dem teuren Netzstrom nur die Umgebungsluft erhitzen.

Leider ist es diesen Winter in Deutschland relativ warm, so dass man bei Temperaturen zwischen -4 und +10°C kaum von richtigen "Kaltladungs"-Zyklen sprechen kann. Hier ein paar Messdiagramme, die ich mit dieser Zelle aufgenommen habe.

Der erste Versuch mit 40A Lade- und 40A Entladestrom musste scheitern, weil sich die Zelle bei einem Dauerstrom von 40A, was immerhin 0,5C entspricht, so deutlich aufheizte, dass man beim besten Willen nicht mehr von "Kaltladungen" sprechen konnte.

Zellentemperatur 8,7°C bei 40A-Ladestrom und 3°C Umgebungstemperatur, gemessen im Abluftstrom des Kapazitätstesters (der allerdings nur minimal wärmer ist als die Umgebungstemperatur) zur Zellenkühlung.

Daraufhin habe ich die Lade- und Entladerate auf 0,1C vermindert, also auf 8A. Damit ergab sich dann die folgende Zellentemperatur:

Schon besser: Nur noch 3,5°C Zellentemperatur.

Hier das Zyklendiagramm des Testers:

Da diese fünf Komplettzyklen immerhin schon fast viereinhalb Tage dauerten und die Temperaturen dabei nur um den Gefrierpunkt oder knapp darüber schwankten, kann man hier auch noch nicht wirklich von Kaltladungen sprechen. Die jeweils bei Entladung bis 2,5V entnommenen Kapazitäten waren:

1. 79,23Ah,

2. 79,14Ah (-0,114%),

3. 79,08Ah (-0,068%),

4. 79,04Ah (-0,051%) und

5. 79,00Ah (-0,051%)

Man erkennt hier immerhin die plausible Tendenz eines Kapazitätsverlusts. Ein Teil davon ist natürlich auf die ganz normale Kapazitätsabnahme bei voller Zyklisierung von 3,65V bis hinunter auf 2,5V zurückzuführen und nur der andere Teil auf Degradation durch Kaltladung. Allerdings ist ein Kapazitätsverlust von durchschnittlich 0,07% pro Vollzyklus eher unspektakulär. Da kann man ja problemlos viele Hundert Vollzyklen fahren, ohne sich erste Sorgen um seine Batterien zu machen.

Daraufhin habe ich Lade- und Entladestrom auf 1A(!) gesenkt und noch mal 5 Vollzyklen durchlaufen lassen:

Nach viereinhalb Vollzyklen und gut einem Monat(!) Messdauer hatte sich dann der Notebook irgendwie aufgehängt (Bildschirm schwarz ), so dass ich nur die ersten vier Vollzyklen reproduzieren kann:

1. 79,70Ah,

2. 79,64Ah (- 0,075%)

3. 79,66Ah (+ 0,025%)

4. 79,63Ah (- 0,038%)

Die gemessene Kapazitätszunahme des dritten Zyklus lag an der zwischenzeitlich gestiegenen Umgebungstemperatur. Womit man feststellen muss, dass solche Messungen unter Bedingungen ungeheizter Lagerräume nur begrenzt aussagekräftig sind. Man erkennt bei der Messung mit 1A Messstrom im Vergleich zur Messung mit 8A übrigens einen gewissen Kapazitätsgewinn. Das war aber zu erwarten.

Wenn sich die Folgen von LiFePO4-Kaltladung unter winterlichen Bedingungen in Deutschland nicht wirklich gut an der Umgebungsluft demonstrieren lassen, muss man eben technisch runterkühlen! Also habe ich das Eisfach des Zweit-Kühlschranks leer geräumt, das Ding auf volle Leistung gedreht und die arme 80Ah-LiFePO4-Zelle oben ins Eisfach gelegt. Das sah dann so aus:

Der Rest kam natürlich auch noch raus, sonst wäre alles kaputtgefroren.

Nächstes Problem: Wie kriegt man dicke 6mm²-Kabel + Sensorleitungen so durch die Kühlschrankdichtung und des Gefrierfachdeckel, dass kein Durchzug entsteht? Naja, durch Verwendung spezieller Kabel. Also erst mal die Messkabel "gepimpt". Im Betrieb wurden die bei 40A dann aber etwas wärmer:

Kühlschrank mit Heizung...

Das war aber zum Glück eher kein Problem, denn der kleine Kühlschrank kühlte ordentlich runter. Jedenfalls das Kühlfach. So dachte ich mir das. Dann habe ich das 40A-Zyklenprogramm aufgerufen und war gespannt, was passieren würde.

Das Ergebnis waren diese "Rollercoaster"-Graphen. Nanu?

Des Rätsels Lösung war, dass die Temperatur im Eisfach zwischen -7 und -30°C schwankte. Der Kühlschrank-Thermostat befindet sich ja nicht im Eisfach, sondern in tiefere Gefilden des Kühlschranks, so dass dort die Temperatur gemessen wurde. Entsprechend stark schwankt die Temperatur im Eisfach. Muss man ja auch erst mal drauf kommen...

Nächstes Problem war, man erkennt es, wenn man die Graphen anschaut: Nach der ersten Ladung bei 40A brach der Ladestrom immer schon nach kurzer Zeit nach Ladebeginn zusammen. Beim ersten Ladeversuch war die Zelle noch nicht voll heruntergekühlt und die 40A Ladestrom heizten sie dann sehr deutlich auf, so dass die 40A Ladestrom weiterflossen. Nach der Entladephase mit nur 10A war die Zelle aber kalt, sodass der Ladestrom nach sehr kurzer 40A-Ladephaser schnell auf deutlich unter 10A abfiel. Klar: Bei Kälte geht alles deutlich langsamer.

So sah das Ganze am Ende aus. Immer wenn die Temperatur zu Beginn der 40A-Ladephase im Eisfach wegen der unvollkommenen Thermostatregelung gerade mal im einstelligen Minusbereich lag, floss ein höherer Ladestrom und die 40A brachten die Zellentemperatur hoch, so dass das Eisfach sie nicht stärker runterkühlen konnte. Dann flossen 40A fast bis zum Ende der Ladung. Lag die Zellentemperatur zu Beginn aber deutlich tiefer, brach der Ladestrom immer schnell auf Werte um 4A zusammen. Kaltladung mit hohem Strom ist also bei -20°C Zellentemperatur schon aus rein physikalischen Gründen gar nicht möglich, jedenfalls wenn man die Ladespannung nicht deutlich erhöht. Damit war dieser Kältetest dann fürs erste beendet und alles zog wieder ins Batterielager um.

Die Zelle hatte nach der Kaltladung übrigens einen ordentlichen Bauch bekommen: Statt der ursprünglichen Dicke von 37mm war sie 45mm dick geworden.

Nun ging es um die Frage, wie es um die Zellengesundheit nach den Kaltladungen bestellt war. Dafür wurde ein Zyklenprogramm mit Lade- und Entladestrom von 8A, also 0,1C, verwendet.

Das Ergebnis:

1. 59,15Ah

2. 59,40Ah (+ 0,42%)

3. 59,56Ah (+ 0,27%)

4. 59,68Ah (+ 0,20%)

5. 59,81Ah (+ 0,22%)

Die Zellenkapazität hatte sich also gegenüber dem Zustand vor der Kaltladeorgie kräftig vermindert, nämlich um ca. 25%: Statt knapp 80Ah waren jetzt nur noch knapp 60Ah speicherbar. Man wird also akzeptieren müssen, dass die Ladung von LiFePO4-Zellen bei unter -10°C Zellentemperatur nicht wirklich ratsam ist, wenn man nicht einen starken Kapazitätsabfall riskieren möchte. Allerdings war auch feststellbar, dass die Kapazität im Gegensatz zu den oben gezeigten Zyklendiagrammen nun mit jedem Zyklus zunahm. Das war nach der Theorie aber auch zu erwarten, da bei der Entladung bei Normaltemperatur ein Teil der Lithium-Ablagerungen wieder in Lösung geht und in den Arbeitsprozess zurückgeführt werden kann. Die Zelle legt durch normale Zyklisierung also wieder an Kapazität zu. Die Geschwindigkeit mit der das geschieht, liegt knapp bei der zehnfachen Geschwindigkeit der vorherigen Degradation durch die Zyklisierung bei Temperaturen knapp über 0°C. Allerdings ist zu erwarten, dass dieser Effekt sich nach einer Weile verlangsamt, um dann irgendwann zum Stillstand zu kommen. Danach wird die Degradation durch normale Zyklisierung dann wieder überwiegen.

Hier nun noch eine Reihe abschließender Testzyklen mit 40A Lade- und 40A Entladestrom:

1. 58,60Ah

2. 58,58Ah (- 0,034%)

3. 58,56Ah (- 0,034%)

4. 58,32Ah (- 0,410%)

5. 58,25Ah (- 0,120%)

Es ist nachts wieder deutlich kälter geworden als am Tage zuvor, was den (vermutlich nur temporären) Kapazitätsverlust der Zyklen 4 und 5 gegenüber 2 und 3 begründen könnte. Es kann aber natürlich auch andere Gründe haben. Der Kapazitätsverlust aufgrund der Kaltladungen scheint jedenfalls irreversibel zu sein.

Grüße, Tom

Jupp, genau so ist es richtig.

Grüße, Tom

Ich hoffe nicht, dass Du den Schalter zwischen Batterie-Minuspol und dem dicken blauen Kabel des BMS eingebaut hast. Falls doch kann ich nur dazu raten, diesen Fehler schnell zu beheben, weil im Fall einer offenen Verbindung zwischen Batterie-Minuspol und blauem BMS-Kabel das schwarze Balancer-Kabel die Minusverbindung übernehmen muss.

Und dabei brennt dann leider schnell die hinter dem Balancer-Stecker des BMS sitzende Elektronik durch.

Grüße, Tom

Das hatte ich schon verstanden, aber die BMS der Batterien können nur einen gewissen Maximal-Ladestrom durchleiten und der beträgt z.B. bei den 100Ah-Ultimatron-LiFePO4-Batterien 100A, daher kam ich auf diesen Wert. Wird dieser überschritten, schaltet das BMS aus Sicherheitsgründen ab.

Wegen des kleinen 5A-Laders wird das BMS natürlich nicht wegen Überstrom abschalten, aber wenn in der Leitungsverbindung der beiden parallel geschalteten Batterien sich z.B. ein Wackelkontakt befindet, dann kann das dazu führen, dass die Batterien stark unterschiedliche Spannungen und Ladezustände annehmen. Liegt dann Ladestrom auf den Batterien und "schnappt" die Verbindung zwischen beiden dann plötzlich wieder zu, kann es zu sehr hohen Umladeströmen kommen, wegen der das (oder die) BMS dann abschalten. Diesen Mechanismus sollte man vielleicht in der Fehlersuche auch noch mit einbeziehen.

Grüße, Tom

Zitat von AFA-Autobatterien

Ich lade zur Zeit eine „Reklamation“ eines Autohauses. 44 Ah, 3 Monate alt, völlig leer. Versuchte Ladung des Kunden mit Automatiklader führte nicht zum Erfolg. Bei mir hatte sie schon wieder 11,4 V.

Anfangsladung mit ungeregeltem Ladegerät etwa 8 Stunden ca. 30 Ah eingeladen (erforderlich: 52 Ah). Spannung steigt über 16 V, deshalb Umstieg auf ein kleineres, ungeregeltes. Letzteres arbeitet sehr gut mit 15,5 V und 300 mA. Volladung erreicht nach

50 Stunden mit 52 Ah eingeladener Energie (120 % wegen Wirkungsgrad). Mit einem Automatiklader (z. B. Ctek) bräuchte es 6 Tage.

Mit einer reinen Stromladung von 4 A wäre die Batterie innerhalb von 12 Stunden voll. Dabei steigt die Spannung aber bis auf 18 V, die Batterie gast lebhaft und es müßte Wasser nachgefüllt werden, was bei einer verschlossenen, sogenannten „wartungsfreien“ Batterie halt nicht geht. Also: Langsamer laden mit erheblich längerer Ladezeit.

Na dann viel Erfolg!

Mir blieben nachhaltige Erfolge mit verschlissenen oder defekten Bleibatterien leider bis zum heutigen Tage verwehrt. Nicht, dass sie nicht wieder Spannung und Ladung angenommen hätten, aber bis auf einen einzigen Fall einer offenbar neuwertig im Keller vergessenen und extrem sulfatierten Starterbatterie (der perfekte Aspirant für eine Behandlung mit dem PowerPulsar ) waren die allermeisten Erfolge entweder nur Strohfeuer, oder es lag ein systemisches Problem mit den Betriebsbedingungen vor, so dass man regelmäßig eingreifen musste (also ein Fall für den Ladewutzel). Eine wirklich lang anhaltende Genesung war bis auf diesen einen Fall leider nie dabei.

Grüße, Tom

Zitat von Krumelur

2. Die neue Batterie hat sich beim ersten Laden dermaßen anders verhalten als die erste (ließ sich immer nur in 10% Schritten laden, dann zeigte das Ladegerät voll, während die erste sich am Stück durchladen ließ) und meldet nun "CUV". Das gibt mir zu denken und das letzte was ich unterwegs brauche, ist ein Ausfall.

Das ist komplett abnormal. Wenn man nicht mit so hohem Strom lädt und bei einer so hohen Temperatur, dass das BMS den Ladestrom aus Sicherheitsgründen unterbricht (Ladestrom > 100A, Temperatur > 60°C), muss die Batterie in einem Rutsch laden, bis entweder die Ladeschlussspannung der Batterie erreicht wird, oder die Ladeschlussspannung einer Zelle. Beides sollte über die App erkennbar sein und entsprechend dokumentiert werden (Screenshot), wenn der Verdacht besteht, dass hier etwas nicht in Ordnung ist.

Zitat

3. Die Batterien im Verbund scheinen je nach Lust und Laune die Lade- und Entladeschalter zu ändern (ich weiß jetzt leider nicht mehr, welche der beiden das macht). Auch das scheint mir ungewöhnlich.

Nach "Lust und Laune" dürfen sie das nicht tun, sondern nur dann, wenn sie entweder

• voll sind (dann wird der Ladezweig abgeschaltet),
• oder leer (dann wird der Entladezweig abgeschaltet),
• oder der zulässige Strom überschritten wird,
• oder die Batterie sich außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs befindet.

Grüße, Tom

Es ist wie ich schon schrieb: Die Batteriespannungen müssen direkt an den Batterieanschlüssen gemessen und mit den Spannungsanzeigen der Apps verglichen werden. Die Spannungen an den Batterieanschlüssen sollten ohne Stromfluss exakt gleich groß sein. Wenn nicht, liegen Kabelprobleme vor!

Optimalerweise sollten die Batterie-Apps dann auch gleiche Spannungen der Batterien anzeigen, wobei wenige mV Unterschied in den Bereich der Messgenauigkeit fallen und keine Rolle spielen.

Alles andere, also wo gerade Strom aus welcher in welche Batterie fließt und hier eventuell zu Umladungen führt, kann man getrost außer Acht lassen, das verwirrt nur. Ebenso die Ladezustandsanzeigen der Batterien. Diese werden von den allermeisten Anwendern in ihrer Aussagekraft ohnehin bei weitem überschätzt. Es gibt eine Menge "schwierige Betriebsbedingungen", unter denen die Ladezustandsanzeigen (SOC) naturgemäß nur Blödsinn anzeigen, weshalb man diese zur Fehlerdiagnose auch nicht heranzieht.

Grüße, Tom

Weiß ich nicht. Mir ist zumindest kein Merkmal zur Unterscheidung bekannt.

Diese Bluetooth/WLAN-Transceiver habe ich auch am Lager. Sie lassen sich leider nicht mit älteren BMS betreiben, sondern man benötigt dazu die aktuellen Versionen.

Grüße, Tom

Davon, dass Daly sowas im Programm hätte weiß ich jetzt nichts. Aber über einen externen LTE/WLAN-Access-Point wie z.B. D-Link DWR-932 sollte das trotzdem problemlos möglich sein. Stromversorgung und Stromverbrauch des Routers müssen natürlich berücksichtigt werden.

Grüße, Tom

Zitat von Krumelur

Noch eine krude Theorie Tom : wenn ich "Falsch" verschalte, hängt die Last an Batterie A. Diese Batterie A wird aber von Batterie B sofort wieder "nachgeladen", denn diese bietet ja konstante Spannung an. Somit würde das BMS von Batterie B eine Entladung anzeigen, während der Level in A konstant bleibt?

Zumindest sollten sich in Ruhepausen, in denen kein Strom fließt, die Batterien wieder insofern ausgleichen, dass beide BMS dieselbe Spannung anzeigen. Das ist der kleinste gemeinsame Nenner, der in jedem Fall gegeben sein muss. Ob sich die Ladungen beider Batterien dabei wieder exakt ausgleichen, kann zunächst mal dahingestellt bleiben. Nur ist ja noch nicht mal die Spannungsgleichheit gegeben, womit man dem Rest auch nicht weiter nachzukriechen braucht.

Grüße, Tom

Gegen diese gute Idee kann man nichts einwenden.

Genau. Und in Pausen, in denen nichts fließt, müssten die Batteriespannungen sich entsprechen.

Um zu ermitteln, wo genau der Fehler liegt, brauchst Du nur die Spannungen an den beiden Batterien zu messen und mit den Anzeigen der App vergleichen. Wenn die Spannungen von der App verglichen mit den Messergebnisse korrekt angezeigt werden, muss es zwangsläufig ein Probleme mit der Verbindung beider Batterien geben.

Grüße, Tom

Was man alles so liest oder hört...

Natürlich ist es richtig, dass die Verdrahtung bei Parallelschaltungen von Batterien so einigermaßen symmetrisch ausgeführt werden solle, da es bei grob asymmetrischer Auslegung unvermeidlich auch zu Last-Asymmetrien kommt. Dann fließen also unterschiedlich große Ströme durch die Batterien.

Wie gesagt: Unter Last!

Wenn da aber kein Strom fließt, dann müssen natürlich beide Batterien bei einer Parallelschaltung dieselben Spannungen aufweisen, andernfalls liegt logischerweise ein Defekt vor. Entweder an Kabeln, Anschlüssen oder zumindest an einer der beteiligten Batterien.

Grüße, Tom

Ein Schalter macht auch durchaus Sinn, insbesondere um eine Anlage längere Zeit sich selbst überlassen zu können, genau aus dem Grund, den Du schon genannt hast, damit die Batterie immer schön geladen bleibt.

Ich empfehle meinen Kunden aber der Einfachheit halber, einfach das BMS der Batterie über die App-Schaltfunktion auszuschalten. Das erzielt denselben Zweck wie ein externer Schalter, bietet aber nicht dieselbe Sicherheit, weil es z.B. bei Daly-BMS oft unerwartet zur Wiedereinschaltung kommt, wenn man sich mit der Smartfon-App mit der Batterie verbindet. Solche Überraschungen erlebt man mit manuellen externen Schaltern natürlich nicht.

Grüße, Tom

Hallo, um diese Frage beantworten zu können müsste ich den Hintergrund der Frage kennen: Was genau soll mit einem externen Schalter (bzw. überhaupt mit einem Ein/Aus-Schalter) erreicht werden? Sicherheit? Mehr Sicherheit? Und wenn Sicherheit, dann wovor?

Zur Sicherung, weil das etwa in dieselbe Kerbe schlägt: Lithium-Batterien besitzen immer ein BMS, dass üblicherweise auch eine elektronische Überlast- und Kurzschlusssicherung besitzt. Diese spricht äußerst präzise und insbesondere ultraschnell an. Macht man nur einzelne Kurzschlüsse, bleibt dabei sogar oft das BMS selbst heil. Diese ultraschnelle Reaktion der Kurzschlusssicherung im BMS führt dazu, dass zusätzlich in den Stromkreis geschalteten thermischen Sicherungsautomaten oder auch Schmelzsicherungen gar nicht die Zeit bleibt, um im Kurzschlussfall auszulösen. Sie sind hinter einer LiFePO4-Batterie mit elektronisch abgesichertem BMS also nutzlos. Schlimmer noch, denn sie sind oft sogar schädlich! Sicherungsautomaten und Schmelzsicherungen bringen nämlich, besonders wenn sie nur mit einem niedrigen Nennstrom ausgelegt sind, überraschend hohe Übergangswiderstände mit, durch welche bei hohen Leistungen beachtliche Spannungsverluste entstehen. Zudem kosten sie Geld, müssen montiert und mit herumgeschleppt werden und stellen ebenso ein gewisses Ausfallrisiko dar. Einziger Vorteil könnte die Auslösetaste eines Sicherungsautomaten sein, welche einen Ein/Ausschalter - zumindest notdürftig - ersetzt.

Also kann eine Kabelsicherung nahe des Batterie-Pluspols bei LiFePO4-Batterien üblicherweise entfallen, weil die im BMS selbst schon enthalten ist und alles weitere nur nutzlos bis schädlich wäre. Die Unterverteilung muss aber natürlich weiterhin abgesichert werden, weil dort ja schon kleine Ströme zu Überlastung von Kabeln führen würden, so dass dieser Fehlerfall von der Sicherungsfunktion des BMS nicht abgedeckt werden kann.

Grüße, Tom

Zitat von EmptySoft

(was ist Stromspannung, kenne ich nicht)

Bei Stromspannung krieg ich auch immer lang anhaltende Schreikrämpfe. Denn da könnte man ja auch von Stromwiderstand oder Stromingenieur sprechen.

Grüße, Tom

Messen ist immer die richtige Vorgehensweise, um die Ursache solcher Probleme aufzuspüren.

Bei einer der beiden Batterien ist der Ladestromzweig abgeschaltet. Das erklärt zwar den o.g. Fehler nicht, aber: Soll das so sein?

Es kann auch sein, dass bei der betreffenden Batterie der Balancer nicht richtig arbeitet bzw. arbeiten kann. Um das zu klären wären die genauen Betriebsbedingungen und die Zellenspannungen von Interesse.

Grüße, Tom

Wenn ich den Angaben der App glaube, dann hat die eine Batterie eine Spannung von 13,58V und die andere eine von 13,2V. Auch die Schalter von Lade- und Entladezweigen helfen bei der Erklärung dieser Abweichungen nicht weiter. Bei einer Parallelschaltung sollten beide Batterien aber gleiche Spannungen aufweisen.

Kann es möglich sein, dass Deine "harte Parallelschaltung" nicht so hart ist, wie Du glaubst?

Grüße, Tom