Dip-Schalter Einstellung am B2B 1230

Hallo Arri,

wenn alle LEDs blinken, dann drückt der Wandler damit die Mitteilung aus, dass es sich um eine ihm unverständliche DIP-Schalter-Einstellung handelt.

Es gibt zwei Versionen dieser Ladewandler, welche die Einstellungen der DIP-Schalter verschieden interpretieren. Die von dir genannte Anleitung gehört aber zur neueren Version der Ladewandler und entsprechend kennt dein älteres Gerät diese Einstellung nicht. Die ältere Version kennt nur die folgenden Einstellungen:

Um auf Dein "Batterieproblem" zurück zu kommen: Es handelt sich vermutlich nicht um ein wirkliches Problem, sondern einfach um das übliche Schema, dass bei vier Zellen in einer Reihenschaltung immer eine Zelle die erste ist, die voll wird. Das ist bei LFP-Batterien völlig normal. Jede Zelle unterscheidet sich von den anderen um eine Kleinigkeit und deshalb muss die schwächste Zelle auch immer diejenigen sein, die als erste voll oder leer ist und wegen der das BMS die Ladung bzw. Entladung dann abschaltet, um Über- und Tiefentladung zu verhindern.

Dieses Phänomen kann man auch nicht dadurch beseitigen, indem man die Ladespannung reduziert. Eventuell kann man es dadurch "verbergen", aber die schwächste Zelle bleibt ja nach wie vor die schwächste Zelle. Es ist aber wie gesagt kein Fehler oder Defekt, sondern bei LFP-Batterien genau der übliche Punkt, weshalb das BMS bei Lade- oder Entladeschluss eingreift und die Batterie abschaltet. Das ist auch nicht negativ zu bewerten, denn dafür ist das BMS ja da. Diese Punkte werden u.a. auch benötigt, um Lade- und Entladeschluss zu ermitteln, damit das BMS den SoC (State of Charge / Ladezustand) korrekt berechnen kann. Wenn man die Ladeschlussspannung der Ladestromquelle unter die Abschaltschwelle des BMS reduziert, nimmt man dem BMS damit u.U. zugleich die Möglichkeit, den Punkt des Ladeschlusses der Batterie zu registrieren, weil der Ladestrom vor Erreichen dieses Punktes abgeschaltet wird. Das kann dann dazu führen, dass die SoC-Anzeige ungenau bzw. unzuverlässig wird.

Ich rate deshalb dazu, den Wandler auf 14,4 oder 14,6V Ladeschlussspannung einzustellen. Dieser Wert hat sich für vierzellige LFP-Batterien als optimal erwiesen.

Grüße, Tom

Mich erreichen wirklich viele Hilferufe von Anwendern von LFP-Batterien, die ebenso versuchen, ihre LFP-Batterie zu schonen, indem sie die Lade- und Entladeschlussspannungen zurücknehmen. Im Prinzip ist das auch nicht verkehrt, nur führt das eben sehr oft zu unerwünschten Nebenwirkungen, die dann mein Telefon klingeln lassen:

1. Frage: Meine Ladezustandsanzeige will nicht mehr auf 100% ansteigen. Warum?

Antwort: Weil wegen ihrer zu niedrigen Ladesschlussspannung des Ladegerätes die Abschaltspannung des BMS nicht mehr erreicht wird, mit der zugleich die Kalibrierung der Ladezustandsanzeige auf 100% durchgeführt wird (bei manchen BMS liegt der Kalibrierungpunkt direkt auf der Abschaltspannung bei Ladeschluss, bei anderen BMS knapp darunter).

2. Frage: Meine vierzellige LFP-Batterie hat starken Kapazitätsverlust, seit dem ich den Ladeschluss auf 13,5V gesenkt habe. Was kann ich tun?

Antwort: Die Ladeschlussspannung auf 14,6V erhöhen. Aufgrund der stark unlinearen Spannungs-Kennlinie von LFP-Zellen bleibt die Zellenspannung zwischen 5 und 95% des SoC nahezu konstant, so dass sich kein sinnvoller Ladeschuss ermitteln lässt. Erst wenn die Zellenspannung zum Ende der Ladung der Zellen stark ansteigt, kann das BMS den passenden Ladeschluss ermitteln. Lässt man BMS oder Ladestromquelle durch eine Verminderung der Ladeschlussspannung früher abschalten, endet die Ladung oft weit vor Erreichen der Vollladung und es kann nur noch ein kleiner Teil der zur Verfügung stehenden Kapazität ausgenutzt werden.

3. Frage: Mein BMS ist offenbar defekt: Es schaltet unvermittelt die Batterie ein und aus. Was ist da los?

Antwort: Wenn man die Ladeschlussspannung des BMS zu stark reduziert (z.B. um die Batterie zu schonen), spielen die unvermeidlichen Spannungsabfälle an Leitungen, Anschlüssen und Akkuzellen bei größeren fließenden Strömen plötzlich unerwünscht eine erhebliche Rolle bei der Ein- und Abschaltung der Batterie, denn das BMS kann nicht unterscheiden, ob bestimmte Spannungsgrenzen durch Zellenspannungen oder Spannungsabfälle an elektrischen Widerständen von Leitungen, Klemmen oder Zellen ausgelöst werden. Es schaltet einfach stur ab, wenn solche Spannungsgrenzen über- oder unterschritten werden.

Gemessen an dem kleinen Gewinn, eine LFP-Batterie statt nur 20 Jahre vielleicht 25 Jahre benutzen zu können, wiegen die o.g. Nachteile meist so schwer, dass wer einmal damit zu tun hatte, ganz schnell und reumütig wieder auf 3,65V Zellen- bzw. 14,6V-Batteriespannung zurückgeht.

Grüße, Tom

Wenn der D+ Eingang nicht mehr auf 12V angehoben wird, arbeitet der Ladebooster nicht mehr. Dann wird vom Ladebooster also auch nicht mehr geladen.

Zitat

...dann springt die Zelle 3 auf über 3,6 V und der Akku schaltet mit "cell overvoltage" ab. Und das geht dann auf einer Fahrt von 2 Stunden bis zu 30 mal so. Ich weiß jetzt nicht, ob das für den Akku bzw das BMS sinnig ist

Das Problem ist immer der genaue Wortlaut einer Meldung. Ich vermied schon in diesem Satz das Wort Fehlermeldung, weil auch hier schon der Ton sehr stark die Erwartung des Empfängers prägt, bevor er die eigentlich Nachricht überhaupt erhalten hat. "Cell Overvoltage" klingt deutsch nach "Zellenüberspannung" und hört sich für mich so an, als sei da etwas ins Wasser gefallen, das nicht nass werden darf. Da ist also ein Übel bereits eingetreten, das man üblicherweise zu vermeiden trachtet. Um es mal gestelzt auszudrücken.

Aber was ist tatsächlich passiert? Passiert ist doch nur, dass die Ladeschlussspannung erreicht wurde. Das ist genau die Spannungsschwelle, welche bei der Ladung nicht überschritten werden sollte. Würde das BMS jetzt nicht den Ladestrom abschalten, bestünde die Gefahr, dass diese Spannungsschwelle aber doch überschritten würde, was, laut Datenblatt der in den LFP-Batterien eingebauten Akkuzellen für die Zellen schlecht wäre. Also schaltet das BMS den Ladestrom pflichtgemäß ab, da es ihn nicht anders begrenzen kann. Es wäre aus technischen Gründen natürlich ebenfalls möglich, den Ladestrom zu vermindern, um einen weiteren Anstieg der Zellenspannung zu vermeiden, anstatt ihn gleich ganz abzuschalten Nur kann ein BMS das leider nicht, denn es besitzt nur Schalter, aber keine Regler. Regler wären deutlich komplizierter und teurer und könnten im Verbund mit deren Reglern ggf. zu unerwünschten Regelschwingungen führen. Also schaltet das BMS ab.

Ist der Ladestrom abgeschaltet, sinkt die Ladespannung der Zelle wegen des internen Cellbalancings recht schnell wieder auf den Wiedereinschaltwert ab und das BMS schaltet den Ladestrom wieder ein. Genau so ist das Spiel geplant und so wird es dann auch gespielt: Die Zellenspannung darf 3,65V dauerhaft erreichen, aber nicht überschreiten.

Jetzt kann man sich natürlich fragen, ob es für eine LFP-Zellen in Ordnung ist, dauerhaft auf 3,65V gehalten zu werden, wenn 3,651V ums Verrecken auch nicht für 1 Millisekunde erreicht werden dürfen. Nur dass die Frage falsch gestellt wäre. Denn wenn man auf einer Straße 60kmh fahren darf, dann sind dort ja auch dauerhaft 60kmh kein Problem (außer es herrscht Glatteis...) , aber 61kmh sind nun mal verboten. Über gut oder schlecht steht dazu nichts in der Vorschrift.

OK. Dann widmen wir uns eben der Frage, ob eine Zellenspannung von 3,65V für LFP-Zellen gut ist oder schlecht:

Lithium-Ionen-Zellen unterliegen schädlichen Einflüssen über die Zellenspannung, wenn diese sich oberhalb oder unterhalb eines bestimmten zulässigen Spannungsfensters befindet. Zwar wird die Zelle bei Über- oder Unterschreitungen auch nicht sofort Schaden nehmen, aber die Lebensdauer der Zelle sinkt, je länger eine zu hohe oder zu niedrige Spannung anliegt und je weiter die Über- oder Unterschreitung geht.

Nun ist die Spannung mit Blick auf die Schädlichkeit aber kein digitaler An/Aus-Prozess nach dem Motto "3,65V sind dauerhaft völlig unbedenklich" bzw. "3,651V wirken bei LFP-Zellen augenblicklich tödlich". Es ist nur so, dass je höher die Spannung einer LFP-Zelle ansteigt, die unerwünschten inneren Zersetzungsvorgänge unweigerlich zunehmen. Aus diesem Grund wäre es natürlich sehr wünschenswert, wenn die Zellenspannung stets auf thermostatisch geregelten, zellenkomfortablen 3,3V bliebe, welche die optimale Wohlfühlspannung der Zelle ist. Nur scheidet dann eine mit Blick auf die Lebensdauer schädliche Verwendung als Batterie mit ihren ständigen Spannungsschwankungen wegen Ladungen und Entladungen wohl aus.

Aber das würde aber wohl auch keinen Sinn ergeben.

Grüße, Tom

Nein, gar nicht. Das ist im Gegenteil völlig normal.

Alle Zellen unterscheiden sich minimal: Eine Zelle hat vielleicht genau die vom Hersteller angegebene Nennkapazität, eine andere etwas mehr, wieder andere vielleicht etwas weniger. Da aber der Ladestrom in einer Reihenschaltung zu jeder Zeit gleich ist, bekommen alle Zellen dieselbe Ladungsmenge. Entsprechend bilden sich dann, abhängig von der Spannungskennlinie von LFP-Zellen, auch verschiedene Spannungsverläufe bis zum Erreichen des Ladeschlusses.

Auch ist das Cellbalancing bei LFP-Zellen,allein gesteuert anhand der Zellenspannungen, nicht so genau möglich, dass alle Zellen gleichzeitig den Vollladepunkt erreichen. Also erreichen einzelne Zellen die Ladeschlussspannung früher als andere und sobald die erste Zelle die Ladeschlussspannung muss die Ladung zwangsläufig beendet werden, damit die Zellenspannung nicht in den unzulässigen Bereich gerät. So einfach ist das.

Bei Bleibatterien ist es übrigens ganz genauso, nur dass man es dort in Ermangelung einer Zellenspannungsanzeige nicht sehen kann.

Grüße, Tom

Solche Effekte tritt nicht so selten, sondern eher häufig deutlich unter 14,6 Volt an vierzelligen LiFePO4 Akkus mit integriertem BMS auf, dann wird der Ladepfad zum BMS (auch bei kleinen Ladeströmen) schlagartig unterbrochen.

Lagert ein LFP Akku beispielsweise über längere Zeit, dann kann die Sicherheitsabschaltung (aufgrund größerer Unbalance) sogar schon deutlich unter 14 Volt erfolgen, vor allem wenn der Ladestrom etwas höher ist.

Das ist aber auch keinesfalls dramatisch, allerdings kann man dann die mögliche Speicherkapazität nicht vollständig ausschöpfen.

Ich möchte mit dem folgenden Diagramm niemanden langweilen, weil das hier mindestens schon 10 Mal gepostet wurde. Aber es erklärt so wunderbar, weshalb die Zellenspannungen bei Lade- und Entladeschluss immer so stark auseinanderlaufen:

Im mittleren Ladungsbereich, wo die Kurve nahezu horizontal verläuft, ändert sich die Zellenspannung über einen langen Zeitraum fast gar nicht.

Sobald sich aber die erste Zelle des Zellenverbunds im senkrecht verlaufenden Teil der Kurve befindet, ändert sich deren Spannung in kurzer Zeit sehr stark. Das ist dann genau der Punkt, an dem die Zellenspannungen sich auseinanderbewegen. Dabei handelt es sich aber nicht um das überall gefürchtete "Driften" der Zellen, sondern nur um die praktische Folge des im Diagramm gezeigten Verhältnisses zwischen Ladezustand und Zellenspannung.

Das bedeutet für dich folgendes: Wenn Du eine Batterie haben möchtest, bei der die Zellen alle symmetrische Verläufe ihrer Spannungen aufweisen, muss Du "gematchte" Zellen verwenden, also Zellen, die vermessen und auf gleiche Kapazitäten selektiert wurden. Vier Zellen, die genau gleiche 100Ah Kapazität aufweisen, werden, korrekt balanciert, auch parallele Spannungsverläufe aufweisen und dann zeitgleich die Ladeschluss erreichen. Wenn im BMS die maximal zulässige Zellenspannung auf 3,65V eingestellt ist, erreicht man auf diese Weise, dass eine Ladeschlussspannung der Gesamtbatterie von 14,6V erreicht wird (4 x 3,65V = 14,6V).

Allerdings stellt sich die Frage, welchen Vorteil man damit erhält. Denn kapazitiv gematchte Zellen sind schwer zu bekommen und sehr teuer, da sollte man im Betrieb ja einen Vorteil gegenüber normalen Zellen bekommnen, sonst lohnt sich der Aufwand des Selektierens ja nicht. Und es ist natürlich auch fraglich, wie lange die Zellen so gleich bleiben, wie sie bei der Selektierung waren. Denn der normale Zellenverschleiß hat auch nicht bei allen Zellen dieselbe Wirkung in Form eines Kapazitätsverlusts. Manche Zellen verschleißen eben schneller als andere. Das ist bei Kugelschreibern und Gummibändern ja auch nicht anders.

Ich hoffe, ich konnte die Problematik etwas anschaulicher darstellen.

Grüße, Tom

Ich installiere öfter bei diversen Optimierungen an alten Mopeds oder kleinen Motorrädern, kompakte vierzellige LiFepO4 Energiespeicher, weil dort eher selten ausreichend Platz für angemessene 12V >5Ah Bleiakkus vorhanden ist. Auf der anderen Seite gibt es viele Leute welche immer noch sinnlose 12V <1 bis max. 2Ah kleine AGM Bleiakkus montieren, welche dann häufig nicht mal ein Jahr nutzbar und vor allem die meiste Zeit weitgehend leer bis annähernd tiefentladen sind. Siehe ein zeitgemäßes Beispiel zu einem kleinen japanischen Cult-Roller aus den späten 70er Jahren.

Weil in dessen kleinen Batteriekasten nur eine 6V 2Ah Nassbatterie hineinpasst, bieten sich kompakte vierzellige LiFePo4 Energiespeicher mit quadratisch angeordneten 32700 Zellen als hervorragende Alternative an und können gleichzeitig bis zu 6 mal mehr elektrische Energie speichern.

Weil aber dieser deutlich überdimensionierte Energiespeicher bei dem einfachen Fahrzeug nur das Bremslicht die Hupe (und manchmal das Telefon) mit Gleichstrom versorgen muss, ist dieser LFP Akku naturgemäß immer weitgehend vollgeladen. Der Laderegler erreicht abhängig von den Bauteiltoleranzen und Umgebungstemperatur eine durchschnittliche Ladeschlußspannung zwischen 14,2 bis 18,8 Volt, folglich muss das BMS vom LFP Akku nicht selten die Notbremse ziehen und den Energiespeicher hochohmig schalten.

Damit bei diesen hochohmig geschalteten Vorgängen auch eine einigermaßen ordentliche Gleichspannung (anstelle von nur unbrauchbaren postitiven Spannungsspitzen) am DC Bordnetz anliegt, muss man zwingend einen ausreichend großen Elko parallelschalten. Montiert man dann für lange Probefahrten ein Voltmeter im Sichtfeld des Fahrers, dann steigt die Spannungsanzeige anfangs sehr langsam allmählich bis über 14,3 Volt und springt dann schlagartig auf 14,7 Volt (Ladeschlußspannung vom DC Laderegler) hoch. Nach weiteren gefahrenen Kilometern fällt die Spannungsanzeige wieder deutlich unter 14 Volt ab (weil das BMS den Ladpefad wieder automatisch einschaltet und der Energiespeicher weiter Ladestrom ziehen kann), diese Schaltintervalle werden aber mit der Zeit immer kürzer weil der LFP Akku dann irgendwann wirklich vollgeladen ist.

Bleiakkus ziehen auch nach erreichen ihrer Ladeschlußspannung immer kleine Ladeströme, aber LFP Verbraucherbatterien schalten häufig schon deutlich vor dieser Grenze in den hochohmigen Zustand, falls deren Einzelzellen nicht wirklich exakt ausbalanciert sind!