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STK

Akku-Neuling

  • »STK« ist der Autor dieses Themas

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1

27.05.2014, 10:28

AGM Parallel-/Reihenschaltung

Hallo Akku-Profis,
mich erfreut die pragmatische Herangehensweise von Tom, sowie die Ausdauer von Martin bei der Suche nach Lösungen im Zusammenhang mit den guten alten Blei-Akkus.

Ich bin gerade dabei mir eine Solaranlage zu bauen, die nicht ins Netz einspeist, sondern nur für den Eigenverbrauch erzeugen soll. Dazu kam es, weil ich sehr sehr günstig an einige AGM-Akkus aus USVs gekommen bin. Diese möchte ich sinnvoll nutzen. Ich habe das ganz auch schon im Photovoltaikforum beschrieben, aber dort ist man zu meiner speziellen Frage eher geteilter Meinung.


Ich habe insgesamt 46 AGM-Akkus, davon sind einige defekt. Hierzu möchte ich auf diesen Beitrag verweisen: Photovoltaikforum

Die Akkus sollen so verschaltet werden, dass es ein 48V System wird.
Dabei ist die spannende Frage:
a) jeweils 4 Akkus in Reihe schalten und das ganze 10 mal parallel, oder
b) erst 10 Akkus parallel klemmen und dann 4mal die 10er-Gruppen in Reihe?

Intuitiv wäre ich gegen Variante a), denn dort ist die Gefahr, dass die Akkus auseinanderdriften größer. Andererseits kann ich gegen das Auseinanderdriften einzelner Zellen sowieso nichts unternehmen.
Variante b) hätte den Vorteil, dass die 10 parallel geschalteten Akkus die gleiche Spannung haben. Hier wurde mir aber gesagt, ein Zellenschluss ist dann nicht ganz ungefährlich, weil 1. der defekte Akku durch seine Kollegen gut knusprig wird und 2. die in Reihe geschalteten Gruppen dann beim Laden zu viel Spannung abbekommen, weil der Spannungsabfall in der Gruppe mit dem defekten Akku um 2V geringer ist.
Ich wollte für Variante b) jeden Akku einzeln absichern - macht 40 Sicherungen. Frage ist, ob die bei einem Zellenschluss überhaupt auslösen würden... Ich dachte an 40A-Sicherungen, die sollen ja nicht gleich fliegen, wenn der Wechselrichter (3kW konstant, 6kW Spitze) mal ordentlich zieht.

Weiterhin stelle ich mir die Frage, wie wahrscheinlich ist ein Zellenschluss bei AGM-Akkus? Und sind die Dinger vielleicht so konstruiert, dass die den überleben würden?

Im Original waren übrigens 32 der Akkus in Reihe verschaltet. Das 3 mal parallel an einer USV mit 50kVA.

Da bin ich mal auf Eure Meinungen und Ratschläge gespannt.

Viele Grüße
Steffen.
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Bandit1973

Akku-Meister

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2

27.05.2014, 11:43

Variante a und b macht Elektrisch keinen unterschied.

Du hast immer 48V also immer 4 Batterien in Reihe.
Wieviele batterien Parallel geschaltet sind (in deinem Fall 10) wirkt sich dann auf die Kapazität aus.

Gruppenschaltung ist und Bleibt Gruppenschaltung.
In welcher Reihenfolge du das Aufbaust bleibt dir überlassen.
Sobald du das letzte Kabel anschliesst (Stromkreis SchliessT) geht die Gruppe ans Netz.

ob 10x4
oder 4x10 macht im Ergebnis keinen Unterschied
Es kommt eben immer 40 raus :thumbsup: :thumbsup:

Hoffe das war Verständlich???

Tom

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3

27.05.2014, 13:18

Hallo,

wegen der Herkunft der Akkus sehe ich das etwas anders:

Akkus aus USV-Anlagen sind meiner Erfahrung nach oft ziemlich "taub". D.h. ihre Werte für Innenwiderstand und Kapazität liegen häufig in weit schlechteren Bereichen als die neuer Akkus. Das macht sie in Serienschaltung anfällig. Wenn dann noch Akkus mit stark unterschiedlicher Geschichte seriell zusammen geschaltet werden, kommt da oft nichts brauchbares mehr raus, weil die schwächste Zelle einer Serienschaltung deren Kapazität bestimmt. Darüber hinaus wird bei der normalen Zyklisierung im Betrieb auch noch die schwächste Zelle am stärksten belastet, was dann logischerweise dazu führt, dass sie schnell völlig zusammenbricht.

Wenn man nun mehrere Batterien zu Gruppen parallel schaltet, bekommt man wenigstens eine halbwegs symmetrische Lastverteilung und eine statistische Verteilung der Wackelkandidaten. Das führt dann dazu, dass sie die Belastung eher zu den gesunden Zellen hin verlagert. 8o

Weshalb ich bei gebrauchten Batterien unbedingt Variante B empfehle!

Zellenkurzschlüsse kommen in parallelen Verbünden eher nicht vor, weil ihre Ursache mit Tiefentladungen zu tun hat. Und die werden durch eine Parallel- statt der Serienschaltung ja gerade vermieden.

Grüße, Tom

Bandit1973

Akku-Meister

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4

27.05.2014, 14:28

:?: :?: :?: :?: :?:

Hmm... es sind doch immer 4x10 !!!!
was macht da nun den Unterschied???

Durch die Verkabelung ist ja für den entsprechenden Ausgleich der Parallelgeschalteten akkus gesorgt.

WIE das ganau verkabelt ist, sollte doch unwichtig sein, oder????

STK

Akku-Neuling

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5

27.05.2014, 15:43

@Bandit: Ich habe es mal aufgemalt. In der Variante b) werden die 10 parallelen Akkus auf die gleiche Spannung von rund 12V gezwungen. In Variante a) immer nur die Summe aus 4 Akkus auf rund 48V. Die einzelnen Akkus in einem Reihenstrang könnten da spannungsmäßig auseinanderdriften.

@Tom: die Akkus sind keine 2 Jahre in der USV gewesen. Ausserdem messe ich alle durch, um zu ermitteln, welchen Zustand sie in etwa haben. So kann ich wenigstens ansatzweise eine vernünftige Grüppchenbildung anstreben.

Verstehe ich das richtig, wenn ich Tiefentladung vermeide, also die Entladeschlussspannung unter Last im Bereich von 11.8(47.2)V bis 12(48)V lege, dann ist ein Zellenschluss äußerst unwahrscheinlich. Dann kann ich mir auch die Sicherungen sparen (wenn die Verbinder ordentlich isoliert sind).

Noch ein Gedanke: Bei einem Zellenschluss würde in beiden Varianten 4,2% der Spannung wegbrechen, die verbliebenen Zellen würden also dann mit 4,2% zu viel Spannung geladen werden. Jeder Block bekommt dann also statt 14,4V gute 15V. Dies wären bei Variante a) 3 Stück, bei Variante b) 30 Stück. Klingt jetzt nicht so dramatisch, zumal ich ja an die 10er Parallelgruppen separate Spannungsmonitore anbauen kann. (richtig gerechnet?)

Eine andere Idee war noch, an jeder 10er Parallelgruppe einen separaten 12V-Laderegler (statt eines gesamten 48V Regler) anzuschließen. Diese müssten dann aber eine galvanische Trennung bieten, was vermutlich schwer zu bekommen/teuer ist...

Viele Grüße
Steffen.
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Tom

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6

27.05.2014, 17:49

Hallo,

Sicherungen zwischen den einzelnen Batterien, um ungesunde Ströme bei einem gedachten "plötzlichem Kurzschluss" einzelner Zellen zu vermeiden sind wirklich unnötig, wenn man nicht gerade vor hat, mit Schraubenschlüsseln auf das Batterieregal zu werfen. Denn lange bevor in einer Zelle ein echter Kurzschluss (also eine extreme "Niederohmigkeit") entstünde, würde dieser durch den auf die betreffende Zelle wirkenden plötzlich stark ansteigenden Ladestrom, der von den parallel geschalteten sechszellige Batterien mit deutlich höherer Spannung in die so entstandene fünfzellige fließen würde, entgegengewirkt. D.h., die Zelle mit der krankhaft erhöhten Selbstentladerate würde von der höheren Spannung der parallel geschalteten Blöcke ganz von selbst aufgefangen werden.

Darum ist es auch so günstig, wenn man sämtliche Zellen (natürlich nur die derselben Spannungsebenen) der Batterien, die parallel geschaltet sind, fest untereinander verbindet. Nur geht das leider bei den üblichen sechszelligen Batterien nicht, weil man an die Zellenverbinder nicht herankommt. Dann aber bitte wenigstens die EInzelblöcke miteinander verbinden, damit der Ausgleich wirken kann (also Schema B).

"Richtige" Zellenkurzschlüsse sind in der Tat sehr unwahrscheinlich, wenn Tiefentladungen vermieden werden, denn die Ursache von Zellenkurzschlüssen sind meist mechanischer Natur: Durch Tiefentladung verbogene Gitter mit zerstörten Separatoren, mechanisch durch Korrosion völlig zusammenbrechende Gitter bzw. Zellenverbinder, oder äußere mechanische Einwirkungen. Nur Dendritenbildung innerhalb der Separatoren (durch Fällung von im Elektrolyten gelöstem Bleisulfat bei der Aufladung) nach Tiefentladungen wären eine nichtmechanische Ursache. Jedoch führt Dendritenbildung nicht direkt zu Kurzschlüssen, sondern zunächst zu einer erhöhten Selbstentladerate, bei deren weiterer Verstärkung dann zu Feinschlüssen und erst bei längerer Lagerung einer so völlig entladenen Zelle zum handfesten Kurzschluss. Aber dazu muss die Zellenspannung eben sowieso nahe Null liegen, was Sicherungen in diesem Fall entbehrlich macht.

Man könnte jetzt noch eine Art Balancer anschließen, aber das ist bei Bleiakkus wegen der sowieso selbsttätig einsetzenden Gasung bei Überladung im Gegensatz zu Lithium-Akkus nicht nötig.

Das größte Problem bei Bleiakkus im stationären Betrieb ist und bleibt die Säureschichtung und deren negative Folgen (Sulfatierung bei gleichzeitiger Überladung, einseitige Zyklisierung der Platten und Kapazitätsverlust). Die Säureschichtung ist bei AGM-Akkus zwar weit weniger ausgeprägt wie bei Zellen mit flüssigem Elektrolyten, aber leider nicht nicht aufhebbar.

Grüße, Tom

STK

Akku-Neuling

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7

28.05.2014, 09:12

Hallo Tom,

vielen Dank für die ausführliche Antwort. Dann werde ich alles nach Schema b) verkabeln und spare mir die Sicherungen.

Viele Grüße
Steffen.

STK

Akku-Neuling

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21.05.2015, 19:51

Hallo zusammen,

ich wollte mal ein Feedback zur Anlage geben und im Rat fragen bezüglich eine Phänomens, dass ich mir nicht recht erklären kann...

Ich habe alle Akkus durchgemessen und jeweils die Kapazität bestimmt. Die Akkus sind alle miteinander verbunden und die Anlage läuft schon seit Monaten recht zufriedenstellend. Es hängt ein Solarladeregler und Module mit 1500Wp am System, sowie ein Wechselrichter mit 3kW Dauerleistung (3,5kW/5 min; 4,5kW/10s). Seit die Sonne einigermaßen scheint, versorge ich damit meine "Residenz".

Nun zum seltsamen Phänomen:
Die Akkus sind zu 10 Stück parallel verbunden, und 4 dieser Verbünde in Reihe geschaltet. Dabei habe ich die Akkus so zusammengestellt, dass die Verbünde annähernd die gleiche Kapazität haben. Das war auch nicht schwer, die Kapazität war bei allen Akkus ziemlich ähnlich.
Ich habe mir einen Spannungsmonitor gebaut, um leicht zu sehen, ob die Verbünde Spannungsmäßig auseinanderdriften. Machen sie bisher nicht, auch nicht bei starker Belastung. Die Voltmeter sind nicht geeicht und zeigen rund 0.1V zu wenig an, aber das ist für den Vergleich nicht relevant.

Akkus aufgeladen:
Bild 3: Spannung, wenn die Waschmaschine heizt: es gehen rund 48A aus den Akkus.
Bild 4: Nach Beendigung der Heizphase; Bezug noch rund 8A.

Wie gesagt, die Spannungen driften nicht, mit einem Multimeter habe ich beim Verbund unten rechts 0,05V mehr gemessen als bei den anderen. Das ist konstant über alle Ladezustände so.
Jedoch nicht, wenn die Akkus geladen werden UND der Laderegler den Strom begrenzt, also Absorption mit rund 14,2V, bzw. Floating mit 13,8V. Dann liegt die Spannung an dem Verbund um 0,5V niedriger als bei den anderen, statt 0,05V höher.

Bild 5: Akkus Floaten, Ladestrom noch rund 3,5A, also weniger als 100% der Gesamtkapazität von 400Ah.

Ich kann regelrecht beobachten, wie das Spannungsverhältnis kippt. Habe den Verbund unten rechts mit einem externen Ladegerät sehr kurz auf geladen (<1min, denn Akkus eigentlich alle voll), dann das externe Ladegerät abgeklemmt und den PV-Lader zugeschaltet. Binnen 2 Minuten verkehrt sich das Spannungsverhältnis.
Hier ist ein Video davon:
https://youtu.be/NKCAtoMtTaE
Bei 1:30min herrscht etwas Gleichstand.

Ich habe keine Idee, woran es liegt. Hat der Verbund unten rechts eine höhere Kapazität und ist nicht so voll wie die anderen? Warum hat er dann bei Entladung eine minimal höhere Spannung?
Da bei dem Versuch der Ladestrom unter 4A (1%) lag, vermute ich keine größere Auswirkungen. Ob die Spannung auch so wegdriftet, wenn der Ladestrom noch höher ist, weil Akkus nicht voll, kann ich erst am Wochenende schauen. Jetzt sind die Akkus immer schon voll, wenn ich nach Hause komme.

Hat jemand eine Idee oder ist das nicht weiter beachtenswert?
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Tom

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21.05.2015, 20:58

Hallo,

da wird man wohl die Spannungslage der Akkus unter Lade- oder Entladestromeinwirkung einzeln messen müssen, um die kaputten Akkus zu finden. Das ist bei Parallelschaltung von 10 Stück natürlich nicht möglich. Was sind das eigentlich für Akkus? Neue? Oder ausgesonderte aus irgendwelchen Notversorgungs-Anlagen? Falls es bereits längere Zeit gebrauchte sind, wird man um eine sorgfältige Leistungs-Inventur kaum herumkommen.

:!: Btw: Dieses Späßchen mit den Bleiakkus im Baumarktregal lass mal lieber bleiben. Ich glaube diesen Typ zu kennen, der trägt gerade mit Mühe sich selbst. Allerunterste Qualität! Ich habe davon vor Jahren mal einige gekauft um meine Modellhubschrauber reinzustellen und wollte danach OBI auf Rücknahme und Schmerzensgeld verklagen, weil ich mir beim Aufbauversuch prompt die Flossen an den messerscharfen Streben kaputtgeschnitten und das ganze Zimmer vollgeblutet hatte. :cursing: Ich hab sie überdies nicht mal richtig aufgebaut bekommen, die Dinger sind immer wieder in sich zusammen gefallen. :motz: (wer sie haben möchte, kann sie sich gerne umsonst bei mir abholen...) Andere sehr ähnliche Regale baue ich dagegen regelmäßig ohne jedes Problem auf. Die Tragfähigkeit liegt übrigens bei 50kg pro 6mm-Pressspan-Regalboden. Du hast aber 280kg pro Boden + Verkabelung reingestellt!! Das sind bei zwei Böden über 550kg! Meiner Meinung nach grenzt es an ein Wunder, dass der ganze Haufen schon seit Monaten so da steht wie auf den Bildern gezeigt. Mir steht noch immer der Mund offen. Aber wenn das Ding zusammenbricht, dann gnade Dir Gott...

Grüße, Tom

PVT

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10

21.05.2015, 22:14

Auf dem einen Bild sind Kanthölzer unter dem Boden zu sehen. Die dürften für ordentlich Stabilität sorgen :thumbsup: Trotzdem schauts tatsächlich etwas schwächlich aus. :whistling:

STK

Akku-Neuling

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22.05.2015, 07:26

Hallo Tom,

das Regal ist tatsächlich von OBI, es gab aber keine Fleischwunden beim Aufbau. Die von OBI angegebenen 250kg Tragkraft je Boden sind wirklich ein Witz, das war schon beim Aufbau klar.
Daher ist das Regal mit Kanthölzern verstärkt: auf den Böden in Längsrichtung; von unten mit den originalen Metallschienen verschraubt. Unter den Böden sind weitere Kanthölzer in Querrichtung angebracht. Weiterhin stehen die Akkus auf Schalbrettern (12mm), denn die Presspappe biegt sich schon durch, wenn man einen Schrabendreher drauf legt. Das Regal ist mit der Wand verschraubt und die Stützen nach unten sind auch noch mal mit Kanthölzern verstärkt.
Wenn ich das so lese, hätte ich das Regal auch komplett selber bauen können. :rolleyes:
In der graueren Jahreszeit werde ich das Regal ersetzen, hast Du einen Tipp, was empfehlenswert ist?

Zu den Akkus: Sie stammen aus einer USV, waren dort 2 Jahre im Standby. Sie wurden nicht mehr gebraucht, weil die USV durch eine größere ersetzt wurde.
Danach standen sie noch 1 Jahr bei mir rum, während ich sie alle aufgeladen und durchgemessen habe. Alle haben etwa die gleich Kapazität (rund 20Ah bei Entladung mit 2A auf 11,85V). Natürlich kann ich nicht ausschließen, das der eine oder andere Akku inzwischen schlechter ist.

Ich bin nur verwundert über das auseinanderdriften der Spannungen, wenn fast kein Ladestrom mehr fließt, weil die Akkus voll.
Ich schaue am Wochenende noch mal wie es aussieht, wenn noch ein hoher Ladestrom fließt, aber der Laderegler schon die Spannung begrenzt.

Viele Grüße
STK

Tom

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12

22.05.2015, 10:53

Wenn die Böden mit 250kg angegeben sind, dann ist das doch ein anderes Regal als meine, die sind nur mit 50kg angegeben. Für Deine Anwendung sollten es besser "ordentliche" Schwerlastregale sein, so ab 1t Traglast pro Boden. Die Isolierung bereitet aber Kopfzerbrechen. Vielleicht stellt man die Akkus auch lieber gleich auf den Boden.

Ich kann mir das Auseinanderdriften nur mit einer Änderung der Gruppen-Parameter erklären: Kapazitätsverlust, Änderung des Innenwiderstandes, Änderung der Schwebespannung. Nach zwei Jahren USV sind die meisten Akkus so gründlich korrodiert, dass sie zu gar nix mehr taugen. Man denkt immer, USV-Betrieb wäre ja so schonend, aber die Praxis spricht da eine deutliche Sprache. Ich schmeisse alle drei Jahre die Akkus meiner (bereits optimierten) USV weg. Weil sie definitiv hin sind. -|-

Grüße, Tom

PVT

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13

22.05.2015, 21:21

Servus Tom,
was ist denn eine bereits optimierte USV? Keine APC von der Stange?

Grüße,
Thorsten

Tom

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14

22.05.2015, 21:41

Ich verwende seit längerem zwei 750VA Yunta-USVs für unsere Computer. Das sind billige Dinger. Nach knapp zwei Jahren waren die zwei 12V/4,5Ah-Akkus pro Gerät jeweils mausetot. Die Ursache war, dass sie mit 13,8V dauerversorgt wurden und ständig zwischen 25 und 30°C im USV-Gehäuse herrschten. Dafür ist die Versorgungsspannung natürlich viel zu hoch. Ich hab dann die Ladespannung auf 13,5V gesenkt und die Belüftung verbessert, was die Lebensdauer der Akkus wenigstens auf 3 Jahre verlängert hat. Das ist alles. Im Grunde müsste man die Ladespannung nur zeitweilig anlegen, dann würden die Akkus viel länger halten. Aber das ist den USV-Herstellern wohl irgendwie zu aufwändig.

Grüße, Tom

PVT

Akku-Meister

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15

22.05.2015, 23:43

Im Grunde müsste man die Ladespannung nur zeitweilig anlegen, dann würden die Akkus viel länger halten. Aber das ist den USV-Herstellern wohl irgendwie zu aufwändig.

Grüße, Tom
Nicht unbedingt zu aufwendig. Es garantiert eher einen guten Ersatzteildurchsatz. Geplante Obsoleszenz :cursing:

Denis_O

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16

28.05.2015, 09:08

Von Wegen zu aufwendig. Als IT-Consultant kann ich es nur
bestätigen, es handelt sich wirklich um geplante Obsoleszenz. Mein
Lieblingsbeispiel: bei den neuen APC Symmetra Datacenter USV’s sind die Akkus
(natürlich mit schönem APC-Aufkleber) fest in vernieteten Spezialeinsätze
integriert, die man natürlich nicht öffnen kann/darf. Laut
Wartungs/Haftungsvertrag müssen diese Einsätze regelmässig ausgetauscht werde.
Beziehen kann man die aber nur direct von APC…





Zum Thema Optimierte USV:





Ich habe schon überlegt, an meiner USV 2 separate
Batteriestränge zu verkabeln, zwischen denen man einfach umschalten könnte. Das
würde auch die Wartung (Batterieersatz) vereinfachen. Und im Notfall (wenn die
Netzspannung weg ist) könnte man beide Batteriestränge gleichzeizig betrieben…

Tom

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17

28.05.2015, 11:04

In diese Richtung gingen meine Überlegungen auch schon. Die Akkus wären dann auch deutlich kühler und würden vermutlich erheblich länger halten. Zudem könnte man größere verwenden, was wiederum der Lebensdauer zugute käme. Problematisch wäre nur der Drahtverhau unterm Tisch...

Grüße, Tom

Denis_O

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18

28.05.2015, 13:42

Das geht schon. Bei kleineren USV's hab ich das auch schon demacht (bis ca. 1400VA). Die Kabel lassen sich recht professionnel mit Schrumpfschlauch zusammenbinden, das sieht sauber aus. Problem ist nur bei den grossen USV's, weil da oft 15 oder 20 Batterien in Reihe geschaltet sind. Aber das ist auch sicher lösbar. Ich kann mal bei Gelegenheit ein paar Bilder posten.

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