Hi, ich entwickle gerade einen Balancer mit dem LTC6802 Multicell Battery Stack Monitor, der auch Balancen kann. Der hat intern für jede Zelle einen FET mit Rdson=15Ohm. Wie viel Verlustleistung ich dem Chip bei gegebener die-Temperatur tatsächlich zumuten kann weiß ich nicht. Aber ich schätze schon, dass hier 100mA Balancerstrom dauerhaft drin sein könnten. Eventuell sogar bis zu 280mA bei entsprechender Kühlung. Ich möchte damit ein 6S-Akkupack mit 9Ah balancen. Geladen wird mit 4A/25,2V CCCV. Gewöhnliche Balancer, die nur jede Zelle einzeln überwachen, begrenzen einfach die Endspannung einer jeden Zelle auf 4,2V und müssen folglich im Worst Case auch den gesamten Ladestrom ableiten können. Mein Balancing-Verfahren sieht aber vor, dass sofort losgebalanced wird, sobald das Ladegerät aktiv ist. D.h. die Zelle mit der höchsten Spannung wird automatisch mit dem Balancerstrom belastet. Alle paar Sekunden wird dann neu gemessen und umgeschaltet. Das sollte schon während des Ladevorgangs dafür sorgen, dass die Zellspannungsabweichung so weit minimiert wird, dass bis zum Erreichen des Übergangs von der CC in die CV-Phase alle Zellen bis auf wenige mV Abweichung gleich auf sind. Vor allem, wenn das Akkupack schon von Anfang an gematched ist. Kritisch wird es allerdings, wenn der Balancerstrom aufgrund von ungleichmäßiger Zelldegradation irgendwann nicht mehr ausreicht und einzelne Zellen trotz dauerbelastung durch den Balancer am Ende des Ladevorgangs erheblich über 4,2V steigen, sofern man nicht geeignete Schutzmaßnahmen (Abschalten des Ladevorgangs) etabliert. Wie kann ich abschätzen, wie viel Balancerstrom ich für dieses Verfahren je nach Kapazität und Ladestrom benötige? Gibt es hier Erfahrungswerte? Habe leider noch überhaupt keine Vorstellung davon. Vor allem nicht wie weit ein anfangs gematchtes Lipo Pack im Laufe der Zeit auseinanderläuft. lg Paul
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Paul H. schrieb: > 100mA Balancerstrom dauerhaft drin sein > könnten. Eventuell sogar bis zu 280mA bei entsprechender Kühlung Im schlimmsten Fall wäre dann 0,28x4,2x5=5.88W. Es wäre zuviel für den (teuren) Chip, selbst mit Kühlung. :-) Ich würde mit ext. Mosfet bei hohem Balancerstrom machen. > Wie kann ich abschätzen, wie viel Balancerstrom ich für dieses Verfahren > je nach Kapazität und Ladestrom benötige? Der Balancerstrom ist meinst auf bestimmten Wert festgelegt, je größer desto wird schneller balanciert und geladen. Ich würde den Ladestrom auf Balancerstrom reduzieren, wenn eine der Celle die Ladeschlußspannung erreicht hat.
Paul H. schrieb: > Das sollte schon während des > Ladevorgangs dafür sorgen, dass die Zellspannungsabweichung so weit > minimiert wird, dass bis zum Erreichen des Übergangs von der CC in die > CV-Phase alle Zellen bis auf wenige mV Abweichung gleich auf sind. Vor > allem, wenn das Akkupack schon von Anfang an gematched ist. Was genau versprichst du dir davon? Oliver
Also ich habe ja bereits ein CCCV Netzteil, welches ich dann bequem weiterverwenden kann. Beim herkömmlichen Balancing (Zellspannung auf 4.2V begrenzen) wird am Ende des Ladevorgangs ziemlich viel Leistung frei, das finde ich unelegant. Außerdem muss ich mein Netzteil genau so einstellen, dass die Zellspannung von 4,2V im Schnitt exakt erreicht wird. Stelle ich es niedriger ein werden die Zellen nicht auf ihre vollen 4,2V geladen (sondern nur 4.19V z.b., was ja völlig verschmerzbar wäre). Stelle ich es nur ein bisschen höher ein komme ich gar nicht in den CV-Bereich hinein sondern verweile im CC während alle Balancer den Strom nur um die Akkus herumleiten. Weiterhin verwende ich nun mal den LTC6802 und der kann zum Balancen eben von Haus aus ein wenig Balancer-Strom. Da ich hier die Balancing-FETs beliebig digital ein- und ausschalten kann sehe ich keinen Grund, warum ich darauf verzichten sollte, schon während des Ladevorgangs zu balancen und damit die Gesamtenergie, die durchs Balancing frei wird auf einen größeren zeitlichen Bereich zu verteilen. Das macht auch die Balancer-Schaltung einfach kompakter, da ich hier keine großen Lastwiderstände brauche, die etliche Watt an Leistung verheizen können, die ohnehin nur in einem kurzen Zeitbereich frei würde.
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Üblicherweise differieren die Zellen nur sehr wenig untereinnder, aber wähend dem Ladevorgang 10%..95% SoC laufen die SoC/V Kennlninen der Zellen deutlich auseinander (Zellstreung, minime Temperaudifferenzen). Wenn Du da schon zu balancen versuchst, kannst Du die SoC Verteilung nur verschlimmern. Balancen bringt erst was, wenn SoC > 95% (ca.) nd man nahe der Ladeschlusspannung ist (CV-Phase). Dann steigen die Zellspannungen steil an, während der Ladestrom rasch ab nimmt. In diesem Bereich kann man in der Regel mit einem kleinen Balancerstrom die Zellen rasch ausgeglichen (C/20...C/50)
Paul H. schrieb: > Gibt es hier Erfahrungswerte? Wir die Erfahrung gemacht, dass die Gesetze der Elektrotechnik weltweit gelten. Wer diese Gesetze nicht kennt, sollte diese erlernen.
Mike schrieb: > aber wähend dem Ladevorgang 10%..95% SoC laufen die SoC/V Kennlninen der > Zellen deutlich auseinander Hm lass mich das kurz überdenken: also die Zellen unterscheiden sich ja dadurch, dass sie unterschiedliche Kapazitäten und unterschiedliche SoC haben. Die Ladekurven von LiPos müssten ja allerdings monoton steigend sein. Bei der Entladung eines vollgeladenen und gebalancten Akkupacks, in dem sich die Kapazitäten der einzelnen Zellen voneinander unterscheiden wird es eine Zelle geben, die irgendwann die Entladeschlussspannung als erste erreicht. Die ist dann am leersten, hat also die niedrigste Spannung. Wenn ich das Akkupack jetzt mit Konstantstrom beaufschlage (ohne Balancer) wird die Spannung aller Zellen wieder steigen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die im Verhältnis zur jeweiligen Zellkapazität steht. D.h. die schwächere Zelle wird zunächst schneller an Spannung dazugewinnen als die stärkeren Zellen, die allerdings bereits aufgrund ihres höheren SoC einen Vorsprung haben. Ganz ohne Balancing müssten sich die Zellen aufgrund der Tatsache, dass ihnen allen annähernd die gleiche Ladungsmenge bis zur vollständigen Ladung fehlt am ende der Ladezeit alle wieder nahezu gleichzeitig bei 4,2V treffen. Ok, wenn ich nun schon vorher mit dem Balancen beginne dann klaue ich den stärkeren Zellen ihre Ladung, d.h. die werden dann noch eher von der schwächeren Zelle überholt, woraufhin fortan diese wieder gebremst werden muss. Das bestätigt deine Aussage woraufhin das Balancing tatsächlich nur gegen Ende des Ladevorgangs Sinn macht. Die Ladekurve der Lipos scheint ja relativ linear zu sein und erst ab 4.0V etwas steiler anzusteigen. Ab welcher Spannung sollte ich dann balancen? 4.1V? 4.15V? ohweh schrieb: > Wir die Erfahrung gemacht, dass die Gesetze der Elektrotechnik weltweit > gelten. Ich will doch nur Lipos Balancen, keine Gesetze lernen! ?
Paul H. schrieb: > ... allen annähernd die gleiche Ladungsmenge bis > zur vollständigen Ladung fehlt am ende der Ladezeit alle wieder nahezu > gleichzeitig bei 4,2V treffen. Ok, wenn ich nun schon vorher mit dem > Balancen beginne dann klaue ich den stärkeren Zellen ihre Ladung, d.h. > die werden dann noch eher von der schwächeren Zelle überholt, woraufhin > fortan diese wieder gebremst werden muss. Richtig. Nur durch unterschiedliche Selbstentladung und Nebeneffekte klappt das nicht zu 100%. Balancing während der "Hauptladephase" klappt wegen deiner Überlegung oben nicht wirklich. Dazu kommt: Die schwache Zelle hat meist einen höhereren Innenwiderstand, damit auch höhere Temperatur. Der Ladestand erscheint dann sowohl wegen der Temperatur als auch wegen des Innenwiderstands höher als er ist. Die Temperatur beeinflusst aber wieder den Innenwiderstand ... Alles nicht gut quantifizierbar. Die schlechte warme Zelle beeinflusst dann auch noch die Temperatur der Nachbarzellen und damit deren Spannung ... Paul H. schrieb: > Ab welcher Spannung sollte ich > dann balancen? 4.1V? 4.15V? Kommt drauf an. Vor allem ob mit/ohne Ladestrom gemessen wurde. Beispiel-Akku: - 2.2Ah - Laderate 1C = 2.2A - Innenwiderstand je Zelle (neu): 5mOhm - Innenwiderstand je Zelle (1 Jahr): 10mOhm - Innenwiderstand je Zelle (Schrott): 20mOhm - Spannung@100%: 4.20V - Spannung@95%: 4.15V - Ladezeit 95%>100% @1C: 180sec - Spannungsabfall (1 Jahr) @1C: 22mV Eigentlich reicht's wenn die erste Zelle 4.20V (unter Ladestrom) erreicht. Dann aber auch gleichzeitig den Ladestrom runterschalten (z.B. *0.95, nach 5-15 Sekunden neu prüfen) Bei reduziertem Strom wird auch die kritische Zelle erst mal wieder unter 4.20V liegen. Ladestrom ab 4.15V auf 80% und ab 4.18V auf 50% reduzieren ist auch kein Fehler für ein Selbstbauprojekt. Sicherer und die Temperaturen kommen schon mal runter. Zur Optimierung kann man z.B. den Innenwiderstand berücksichtigen (Spannung mit und ohne Ladestrom messen), oder die Kapazität der Zelle aus dem Verlauf der Ladespannung schätzen (in Bezug zu Ladestrom, Innenwiderstand, ...). Und evtl. zusätzlich den Ladeverlauf gen Ende prognostizieren. Die 4.2V sind ja der Grenzwert für die Leerlaufspannung (ohne Ladestrom). Normalerweise ist nicht mehr als 1% der Kapazität zu balanzieren. Wenn es deutlich mehr wird (>5%) wird der schlechte Akku öfters mal "tiefentladen" und ist eh schnell Schrott. Bei Packs mit vielen Zellen stärker.
Paul H. schrieb: > Kritisch wird es allerdings, wenn der Balancerstrom aufgrund von > ungleichmäßiger Zelldegradation irgendwann nicht mehr ausreicht und > einzelne Zellen trotz dauerbelastung durch den Balancer am Ende des > Ladevorgangs erheblich über 4,2V steigen, sofern man nicht geeignete > Schutzmaßnahmen (Abschalten des Ladevorgangs) etabliert. Typischerweise reduziert man dann notgedrungen den Ladestrom soweit daß der Balancer noch mithalten kann bzw. auch die höchste Zelle nicht über 4.2V kommt. Dann dauert es halt einmalig besonders lang bis die Batterie voll geladen und balanciert ist. beim nächsten Mal nicht mehr denn dann wird sie immer noch fast vollständig balanciert sein. In der Praxis kannst Du eine Batterie die von selbst(!) nach nur einmal entladen und laden so ein extremes Ungleichgewicht aufbaut daß das Balancen beim Laden zum Problem wird getrost in die Tonne treten denn mindestens eine Zelle ist kaputt.
Also ich gehe mal davon aus, dass ich ein Akkupack verwende, welches schon von Haus aus relativ gut gebalanced ist. D.h. in dem Fall muss mein Balancer vermutlich gar nicht mehr machen. Ladestrom reduzieren ist leider aufgrund des Netzteils nicht ohne weiteres möglich. Abschalten geht aber. Ich werde mal eine Variante implementieren die ab 4.15V Zellspannung anfängt, zu balancen und mal Versuche fahren. Ich werde das Balancing mitloggen und nach einer Weile Nutzungsdauer mal die Entlade- und Ladekurven auswerten. Dann sehe ich ja, wie sich der Chip verhält und wo es noch Optimierungspotenzial gibt.
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