Operation Hausspeicher – Serielles LFP-Topbalancing meintechblog-Style
Die Batteriezellen für ein initiales Topbalancing parallel zu schalten, ist zeitaufwändig und der Aufbau des Setup nervt gewaltig. Aber ist dieser Schritt in dieser Form überhaupt notwendig? Da ich zig Batteriepacks gebaut habe und das ätzende Topbalancing beschleunigen wollte, habe ich ein serielles Topbalancing “entwickelt”, um die lieferten Zellen mit wenig Aufwand auf einen gemeinsamen Stand zu heben. Ein Prozess, der sich bei meiner Installation bereits x-fach bewährt hat.
Im Endeffekt handelt es um gewöhnliches Topbalancing per aktivem NEEY-Balancer mit den passenden Ladesettings, die man eben kennen muss. Wie dieses serielle Topbalancing von LFP-Zellen im Detail funktioniert, welche Vorteile ich darin sehe und was ihr dabei beachten müsst, ist Inhalt des nachfolgenden Blogpost.
Warum überhaupt Topbalancing?
Man liest ja immer wieder, dass Leute die frisch gelieferten LFP-Zellen einfach zu einem Batteriepack zusammenschrauben (meist 16s) und direkt in Betrieb nehmen – mit teilweise katastrophalen Folgen, sofern kein BMS verbaut wurde. Denn auch wenn alle Zellen bei Anlieferung die selbe Spannung (meist 3,29V) aufweisen, heisst das noch lange nicht, dass der Ladestand (SoC) der Zellen identisch ist. Denn die Spannung – in diesem konkreten Fall die “Leerlaufspannung” – ist insbesondere bei LFP-Zellen nur ein Stück der Wahrheit. Welche Spannungen und Innenwiderstände meine zuletzt bei Shenzen Basen bestellten LFP-Zellen hatten, könnte ihr im Blog 108 Stück EVE 280k LFP-Zellen trudeln ein – Alle Details und offene Fragen nachlesen.
So kann es leicht vorkommen, dass die Zellen real um 20-30% SoC auseinanderdriften, obwohl sie die selbe Leerlaufspannung aufweisen. Schaltet man diese unterschiedlich geladenen Zellen dann in Reihe und lädt das Batteriepack auf, bekommt quasi jede Zelle die selbe “Energiemenge” ab – mit der Folge, dass die Zelle, die zu Beginn den höchsten SoC hat, auch als erste komplett voll ist. Man spricht dabei auch davon, dass die Zelle ihre “Ladeschlussspannung” erreicht, was bei LFP meist 3,65V entspricht. Mehr Infos zu den Spannungen im Blogpost Operation Hausspeicher – LiFePo4-Zellen und die richtigen Spannungseinstellungen.
Sobald diese Zelle also komplett “gesättigt” ist und der Ladevorgang an dieser Stelle nicht gestoppt wird, läuft man schnell in ein Problem. Denn bei einer seriellen Verschaltung ist auch diese Zelle weiterhin einer Ladespannung ausgesetzt, welche oberhalb ihrer Ladeschlussspannung liegt. Das hat schlicht und einfach damit zu tun, dass sich spätestens jetzt die gesamte Ladespannung nicht mehr gleichmäßig auf die seriell geschalteten Zellen verteilt. Die eigentlich volle Zelle versucht also weiterhin die bereitgestellte Energie aufzunehmen. Beim Versuch dies zu tun, erhöht sich relativ schnell ihre Zellspannung, da sie kaum noch Energie zusätzlich aufnehmen kann.
Je nach Ladeleistung kann binnen Sekunden eine Zellspannung über 4V erreicht werden, bei der die Zelle irreparablen Schaden nimmt und langsam expandiert. Wie das aussieht, hat Jens von meineenergiewende in diesem Video gezeigt: #DIY: Neue #LiFePo4 Zellen zerstört. Warum ? (YouTube-Link) Nachfolgend mal einige Bilder zur Abschreckung…
Gruselig, oder?
Wird der Ladevorgang dann fortgeführt, ist irgendwann die zweitvollste Zelle an der Reihe, usw. – siehe Bild oben. Das geht dann immer weiter, solange die angelegte Ladespannung höher als die Summe aller aktuellen Zellspannungen ist – was je nach Setup eine Weile dauern kann…
Im besten Fall passiert erstmal nichts weiter, außer dass die betroffene/n Zelle/n am A*sch ist/sind. Im schlimmsten Fall tritt dann jedoch giftiges Gas und giftige Flüssigkeit aus und es kommt zu einer exothermen Reaktion aufgrund entstehende Hitze durch die anliegende Ladeleistung – ein Brand ist dann unvermeidbar. Und das möchte sicherlich niemand…
Möglichkeit 1: Paralleles Topbalancing
Um diesem Problem aus dem Weg zu gehen, gibt es zwei Möglichkeiten. Die Zellen werden alle parallel geschaltet, also Pluspol an Pluspol und Minuspol an Minuspol. Durch diese Parallelschaltung der Zellen gleichen sich die Zellspannungen relativ schnell an. Das heisst jetzt aber auch wieder nicht, dass sich auch die SoC-Werte der Zellen angleichen – siehe oben.
Lediglich wird durch das Parallelschalten der Zellen sichergestellt, dass die Zellen beim Topbalancing per Labornetzteil (Affilate-Link) mit 3,65 Ladespannung alle gleichmäßig auf die gewünschte “Ladeschlussspannung” gebracht werden können. Also einfach Netzteil auf 3,65V einstellen und an die parallel geschalteten Zellen anschließen und abwarten…
Wichtig, wenn auch nicht kriegsentscheidend, ist dabei, dass man das Ladegerät “über Kreuz” anschließt. Also Minus an die Zelle links unten und Plus an die Zelle rechts oben (siehe Bild). Dadurch verteilt sich die Spannung gleichmäßiger auf alle Zellen.
Wer sich für diese Variante entscheidet, sollte die Zellen auch direkt jetzt komprimieren (so wie auf dem Bild gezeigt), da insbesondere die ersten Ladevorgänge entscheidend sind dafür, ob bzw. wie stark die Zellen bei ansteigender Zellspannung “einen Bauch bekommen”. Ich habe dafür einfach zwei dicke MDF-Platten auf beide Seiten gepackt und mit einem Spanngurt fixiert. Nicht übertreiben mit dem Zusammenzurren!
Der zentrale Nachteil dieser Parallelschaltung der Zellen ist dabei, dass die Ladeleistung unterirdisch ist. Denn ein normales Labornetzteil schafft meist nur knapp 10A. Bei 3,65V sind das dann weniger als 40W. Bei einem Batteriepack mit 16 Stück 280Ah LFP-Zellen mit einer Nennkapazität von 3,2V muss man im schlimmsten Fall fast 14kWh in die Zellen pumpen, was maximal 350h dauern kann. In der Praxis sind die Zellen ca. 30-40% vorgeladen, aber dann dauert es immer noch knapp 8 Tage. Um das zu beschleunigen, kann man aber auch mehrere Labornetzteile parallel schalten…
Wichtig ist dabei, dass alle Netzteile VOR dem Verbinden mit den Zellen auf 3,65V eingestellt werden und nach dem Verbinden mit den Zellen nicht nachjustiert werden, auch wenn die angezeigte Spannung sinkt. Das ist ganz normal. Am besten mit einem Spannungsprüfer regelmäßig während des Topbalacing-Vorgangs die Zellspannungen checken. Diese müssen immer unterhalb der 3,65V-Grenze sein.
Irgendwann sinken die Ampere-Werte der Labornetzteile kontinuierlich auf fast 0,00A ab. Das bedeutet, dass die Zellen die Ladespannung erreicht haben und keine Leistung mehr fließt. Es bedarf also keiner weiteren Ladeelektronik oder sonstwas – das ist reine Physik. Wichtig ist ausschließlich, wie schon erwähnt, dass die Labornetzteile nicht mehr als 3,65V ausgeben, da dieser Wert auf Zellspannungsebene nicht überschritten werden darf.
Und ja, es reicht eigentlich auch auf 3,60V zu laden, da die Zellen hier bereits fast zu 100% gesättigt sind, sofern man ihnen eine gewisse “Absorption Time” gönnt. Das heisst einfach die Ladespannung weiter angelegt lassen.
Möglichkeit 2: Serielles Topbalancing meintechblog-Style
Kurz gesagt: Ich hasste paralleles Topbalaning von der ersten Sekunde an. Man muss die Zellen erstmal doof parallel Anschließen, braucht dazu extra Busbars und muss die Zellen danach nochmal in die Hand nehmen, um sie ins Batteriepack bauen zu können. Und am Ende springt der Balancer beim fertigen Batteriepack doch gleich wieder an – wenn auch nur kurz. Deshalb habe ich mal etwas anderes ausprobiert, was ich von Anfang an für mehr als naheliegend hielt. Was in dieser Form aber anscheinend noch kein Mensch praktiziert…
Die Zellen werden direkt in ihrem späteren Bestimmungsort, dem Batteriepack, verbaut und mit korrekt konfiguriertem JBD-BMS und NEEY-Balancer ausgestattet, wie kürzlich im Blogpost Operation Hausspeicher: BMS und Balancer mit Batteriepack verheiraten beschrieben. Vor der eigentlichen Inbetriebnahme im “Produktsystem” muss jetzt aber natürlich noch das eigentliche serielle Topbalancing durchgeführt werden – die Zellen sind also bereits in Reihe geschaltet.
In nachfolgendem Bild hängt der NEEY-Balancer noch vorne am Batteriepack. Mittlerweile werkelt bei jedem meiner Batteriepacks ein eigener NEEY im Inneren des Packs…
Grundsätzlich lässt sich zum nachfolgend beschriebenen Aufladen auch der Multiplus hernehmen. Aber ich wollte zu diesem Zweck ein separates Ladegerät haben, welches ich schnell zur Hand habe und bei dem ich auch kurz mal die Spannung bzw. Leistung einstellen kann. Insbesondere auch deswegen, weil bei mir die Multiplus weiter im operativen Betrieb arbeiten sollten mit bereits vorhandenen Batteriepacks, weshalb sie schon schlicht deswegen nicht zwecks Topbalancing zur Verfügung standen.
Um eine möglichst hohe Ladeleistung zu erreichen, habe ich mich für dieses Schaltnetzteil mit 60V und 20A (Affiliate-Link) entschieden. Um sowohl Spannung als auch Stromstärke individuell einstellen zu können, habe ich dann noch diesen Stepup-Converter (Affiliate-Link) erworben, der bis zu 15A durchreichen kann. Trotz der Bezeichnung “Stepup”, kann er auch eine geringere Spannung als 60V ausgeben. Aber eben auch eine höhere, um mein 18s-System mit 65,7V Systemspannung bei max. 3,65V Zellspannung versorgen zu können.
Ich hatte noch eine passende Plexiglasplatte als Rest eines Busbarverteilers – vorgestellt im Blogpost Operation Hausspeicher – Busbar-Verteiler selbst bauen – rumfliegen und so konnte ich den Stepup-Konverter direkt auf das Netzteil schrauben. (Die Haltebeine sind übrigens vom Inneren des Netzteils nach außen geschraubt und innen insoliert – hier ist zum Glück genug Platz, um keine elektronischen Bauteile im Inneren zu berühren.)
Als Berührungsschutz auf 230V-Seite habe ich dann noch ein Gehäuse mit Lüftungsschlitzen konstruiert und per 3D-Drucker angefertigt, welches nachfolgend als Download bereitgestellt wird:
Abdeckung DC Adapter v1.stl (114 Downloads)An den Stepup-Konverter habe ich dann noch einen Anderson-Stecker (Affiliate-Link) (in nachfolgendem Bild zu sehen in rot) gebastelt, um die Ladevorrichtung bequem mit dem zu balancenden Batteriepack verbinden zu können.
Das Vorgehen ist dann folgendermaßen:
Erstmal “nähert” man sich dem ganzen Topbalancing mit einer eingestellten Ladespannung von 3,35V/Zelle und voller Leistung (15A) an. Das entspricht dann bei einer 16s-Konfiguration 53,6V bzw. bei einer 18s-Konfiguration 60,3V. Cool an dem Stepup ist übrigens, dass man sowohl Spannung als auch Stromstärke im laufenden Betrieb feinjustieren kann.
Wichtig ist, dass sowohl JBD-BMS als auch NEEY-Balancer korrekt konfiguriert sind. Welche Settings diese Komponenten haben sollten, ist im Blogpost Operation Hausspeicher – LiFePo4-Zellen und die richtigen Spannungseinstellungen beschrieben.
Kurzgefasst: Das JBD-BMS soll das Batteriepack trennen, sobald eine Zelle 3,65V überschreitet. Die mickrige Balancing-Funktion des BMS bleibt deaktiviert – für immer. Der NEEY-Balancer ist so eingestellt, dass er ab einer Zellspannung von 3,45V startet, sofern ein Zellunterschied von 0,01V erkannt wird. Er schaltet dann wieder ab, sobald 3,4V unterschritten wird. Bis auf die 3,65V sind alle anderen Werte nicht in Stein gemeiselt und sollten lediglich als Vorschlag verstanden werden. Mit diesen Werten klappt es jedenfalls – auch bei Bekannten, die ich remote per Chat “betreut” habe.
Also zurück zum Thema: Das Ladegerät ballert mit mehreren hundert Watt in den Batteriepack und die Zellen füllen sich relativ schnell – meist dauert das weniger als 12h. Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten:
Entweder waren alle Zellen SoC-technisch eeeinigermaßen nahe beeinander, sodass erst kurz vor Erreichung der Gesamtladespannung die vollste Zelle nach oben “abhauen” möchte. In diesem Fall schafft es der 4A starke NEEY-Balancer diese Zellspannung im Griff zu halten, sodass die 3,65V dieser Zellen nicht überschritten wird. Das ist dann der Best-Case und alle Zellen haben irgendwann die 3,35V erreicht.
Die zweite Möglichkeiten ist, dass die Zellen initial komplett unterschiedliche Ladestände hatten. Dann greift das BMS bei einer erkannten Zellspannung von 3,65V ein und trennt das Batteriepack ab, sodass die Ladespannung auf 0W sinkt. Jetzt hat der Balancer Zeit, um die Zellunterschiede ein Stück weit auszugleichen. Sobald die Ladespannung jedoch wegfällt, fallen auch die Zellspannungen langsam zurück auf ihre Ruhespannung und der Balancer stoppt vermutlich relativ bald. Unter 3,4V sollte er dann auf keinen Fall mehr balancen, da das sinnlos bzw. sogar kontraproduktiv ist. In diesem Fall sollte man das Ladegerät mit unveränderter Ladespannung weiterarbeiten lassen – aber unbedingt die Ladeleistung drosseln. Also die Stromstärke auf sagen wir nur 1-2A setzen. Denn dann sollte es der Balancer wieder packen, bis alle Zellen die 3,35V erreicht haben. Das BMS schaltet den Batteriepack übrigens automatisch wieder zu, sobald die definierten Schwellwerte wieder eingehalten werden.
Dieses ganze Spiel macht man dann noch einmal mit einer Ladespannung von 3,4V/Zelle mit voller Ladeleistung (15A) – bei 16s also 54,4V bzw. bei 18s geschmeidige 61,2V. Bei dieser zweiten Iteration sollte es der Balancer dann eigentlich direkt packen, ohne dass das BMS abschalten muss. Wenn nicht, einfach die Ladeleistung wieder auf wenige Ampere drosseln.
Bei 3,4V ist dann schon ein relativ hoher SoC von über 90% erreicht. Wenn die Zellen an dieser Stelle spannungstechnisch zusammengeführt sind, kann man die Ladespannung auf 3,6V/Zelle erhöhen – das sind dann also bei 16s 57,6V und bei 18s 64,8V. Als Ladestrom reicht es hier völlig auf 5A oder weniger zu gehen, da es jetzt ohnehin nicht mehr lange dauert, bis die Zellen komplett gesättigt sind.
Wer es jetzt auf die Spitze treiben möchte, kann gaaanz zum Schluss noch auf 3,63V/Zelle gehen mit einer Ladeleistung von nur 1A. Hier sollte man einfach einen Tucken Luft bis zu den 3,65V lassen, da das BMS sonst recht zeitnah auslöst und den Batteriepack trennt. Wichtig ist es jetzt noch, dass diese Ladeschlussspannung möglichst 1-2h gehalten wird, sodass die Zellen genug Zeit haben wirklich komplett zu laden, sodass sie 100% gesättigt sind.
Und das war es auch schon. Der Batteriepack kann in den operativen Betrieb übergehen. Sofern er jetzt parallel geschaltet werden soll mit einem/mehreren “gleichartigen” Batteriepack/s, muss man unbedingt darauf achten, dass maximal 1-2V Spannungsdifferenz auf Batteriepackebene vorhanden ist, da sonst zu hohe Ausgleichsströme zwischen den Batteriepacks fließen und das BMS relativ schnell auslöst. Also den vollgeladenen Pack erstmal einige Stunden stehen lassen, bis die Zellspannungen auf 3,4V sinken (das passiert automatisch). Und den/die bereits operativ genutzten Batteriepack/s vollladen – dann eben per Multiplus bzw. Ladereglern, sodass die Zellspannungen eben auch etwa auf diesen Wert angehoben werden. Es macht dabei gar nichts, wenn die SoC der Batteriepacks nicht matchen, es kommt lediglich auf die Batteriepackspannungen an. Bei der nächsten Vollladen an einem Sonnentag synchronisieren sich die parallel geschlateten Batteriepacks automatisch, was den SoC betrifft.
Aus meinem täglichen Leben
Jetzt werden vermutlich einige Leser aufschreien, dass man beim seriellen Topbalancing zusätzliche Ladehardware benötigt. Ja stimmt, aber dafür benötigt man bspw. auch kein Labornetzteil und insgesamt fallen die Kosten meiner Meinung nach auch nicht mehr wirklich ins Gewicht. Außerdem ist das Ladesetup auch echt praktisch, um einen Batteriepack nach einer Weile bspw. wieder flott topbalancen zu können.
Den NEEY-Balancer braucht man auch nicht zwingend permanent verbauen – deswegen hatte ich auch die NEEY-Adapterplatte gewählt (siehe vorhergehender Blogpost). Man braucht also nur zwingend einen NEEY, auch wenn man mehrere Batteriepacks topbalancen möchte. Und nehmt keinen anderen Balancer – der NEEY ist mit Abstand der Beste auf dem Markt!
Und wer keinen Bock hat auf dieses inkrementelle Vorgehen hat – also erst 3,35V, dann 3,4V etc. -, kann das Ladegerät auch direkt auf 3.63V/Zelle einstellen. In diesem Fall trennt das BMS eben im Verlauf mehrmals, bis alle Zellen durch den Balancer zusammengeführt werden konnten. Dieses Vorgehen würde ich aber nicht empfehlen, da es im schlimmsten Fall viel viel länger dauert. Wie in obigem Vorgehen beschrieben, hatte ich übrigens jeden meiner mittlerweile sechs Packs in max. zwei Tagen startklar. Teilweise hat es auch nur einen Tag gedauert.
Insgesamt ist das serielle Topbalancing auch deswegen praktisch, da man direkt mal die korrekte Trennfunktion seines BMS unter kontrollierten Bedingungen testen kann, was für den späteren Live-Betrieb schon mal ein gutes Gefühl gibt. Man bekommt auch ein viel besseres Gefühl dafür, wie sich die Zellen im “Verbund” verhalten, wenn sie bis an die Ladeschlussspannung gebracht werden. Das half mir persönlich sehr die Prozesse nachvollziehen zu können und die Spannungsbereiche besser abstecken zu können.
Alles in allem sehe ich das serielle Topbalancing auch deshalb als überlegen an, da das Batteriepack-Setup an dieser Stelle bereits final zusammengebaut ist und jetzt beim Topbalancing genau so arbeitet, wie später im Live-Betrieb auch. Denn was hilft es, wenn die Zellen fein säuberlich per parallelem Balancing zusammengeführt wurden und dann beim finalen Setup der Balancer leichte Messungenauigkeiten aufweist und dann doch wieder balanced – so war es jedenfalls bei mir, als ich noch paralleles Topbalancing genutzt habe.
Aber auch so kann der Balancer im Live-Betrieb die ersten paar Ladevorgänge anspringen, so war es auch bei mir. Nachdem sich alles “eingegrooved” hatte, ist jetzt aber bereits seit Monaten komplett Ruhe im Stall. Alle Zellen bleiben beim täglichen “Vollladen” auf 3,45V/Zelle komplett zusammen – keine Zelle haut nach oben ab, was oberhalb von 3,4V meiner Meinung nach nicht selbstverständlich ist.
Was haltet ihr vom seriellen Topbalancing ala meintechblog-Style? Eigentlich recht trivial, wenn man mal darüber nachdenkt, oder?
46 Kommentare
Ich schätze das ist fast genau das, was z.b. GobelPower mit seinen Rack Batterien mit eingebautem extra 5A Balancer macht/anbietet.
Eigentlich nix neues.
Ah ok, spannend. Hatte ich bisher eben noch nirgendwo aktiv gesehen. Jeder Channel, den ich verfolge, spricht immer nur von parallelem Topbalancing – bisher… 😂
Hallo Jörg,
genau so wie du es heute ausführlich beschreibst, habe ich mein erstes 16s Pack vor 2 Monaten gebalanced und kann deine Erfahrungen absolut bestätigen.
Habe beim topbalancing bei 3,6V Schluss gemacht und seitdem driften sie beim täglichen Laden bis 3,45V sauber mit kurzzeitig max. 0,03V Zelldiffferenz, bevor der Neey sie wieder einfängt und die Absorption beginnt.
Hätte ich mich nie getraut, wenn du nicht über so gute Erfahrungen berichtet hättest, danke dafür!
Hi Uli,
danke für deine Feedback! Immer gerne…
Viele Grüße
Jörg
Ich habe mir auch schon immer überlegt, warum die Initialladung nicht im eingebauten Zustand erfolgen soll. Ich bin allerdings beim Thema DIY Batteriepack auch ein Newbie 🤓
Besten Dank für die (wie immer) nachvollziehbare Anleitung.
Gerne! 😘
Abend Jörg, super Beitrag. Ich habe ebenso direkt seriell Balanciert mit einem RD6024 und 1200A Netzteil sowie NEEY. Das hatte super gut und schnell geklappt. Auf das parallele TB hatte ich von Anfang an keine Lust da es viel zu lange dauert. Außerdem bekommt man so doch ein gutes Gefühl für das Verhalten der Zellen und Sprunghaftigkeit bei Sättigung.
Ein negativer Erfahrungsbericht: Ich hatte (aus welchen Gründen auch immer) die NEEY’s (in jedem Pack ein eigenes verbaut) auf 3.4v Start und 3.37v Sleep gestellt. Macht das nicht! Das hat mir das schöne Top Balancing im Betrieb wieder ordentlich kaputt gemacht. Konnte es wieder in den Griff bekommen aber das braucht man nicht.
Grüße
Hi Dirk, danke für dein Feedback!
Ja, der NEEY sollte erst ab frühestens 3,45V zuschalten…
Hallo,
ich habe meinen s16 Akku direkt mit dem Muliplus bis 3,45v geladen, hatte ein 5A Aktive Balancer mit angeschlossen. Der Rest bis 3,6v habe ich dann mit einen Labornetzteil gemacht. Ging wirklich gut und in kürzester Zeit.
Habe an dieser Stelle jedoch noch zwei Fragen.
Habt Ihre eure Akku verspannt?
Kann man an das JBK- BMS einen externen Ein/ Ausschalter anschließen, wenn ja wo.
Die Zellen werden in dem von mir entworfenen Batteriepack leicht gepresst. Das sollte ausreichen, um die sich beim Vollladen etwas expandierenden Zellen ein Stück weit zu “halten” – was meiner Meinung nach ausreichend ist. Dazu gibt es bald auch noch mehr Inhalte…
Die neuen JBD-BMS kann man leider nicht mehr so einfach per Schaltet zum ein-/ausschalten bewegen. Ein Leser hatte da mal ein eigenes Board mit 20 parallelen Relais gebaut, um alle Balanceleads auf einmal zu trennen. Erst damit ist das BMS dann wirklich stromlos. Habe ich aber selbst noch nicht umgesetzt…
Viele Grüße
Jörg
Als allerersten Schritt bitte ein BMS (oder eine BMS-Anbindung) verwenden, das/die bei der Berechnung der Maximalspannung die einzelnen Zellspannungen berücksichtigt! DBus-Serialbattery kann das inzwischen von Haus aus, wenn man es richtig konfiguriert. Damit ist schonmal die Gefahr gebannt, dass eine Zelle so aussieht wie auf den Bildern oben und/oder das Relais des BMS auslöst – was im Normalbetrieb nicht passieren sollte. Schon gar nicht, wenn man “nur eine” Batterie hat.
Übrigens kann ein aktiver 5A-Balancer bei der Beschaltung, wie sie hier im Bild ist, problemlos das BMS durcheinanderbringen, weil die Innenwiderstände der Zelle plus die der beiden Anschlußkabel ausreicht, um die am BMS gemessene Spannung der aktiv nachgeladenen Zelle um 0.2V anzuheben. Dann arbeitet der aktive Balancer und das Balancing im BMS gegeneinander … und wenn man Pech hat, dann misst das BMS währenddessen >3.65V und schaltet ab. Nicht wirklich zielführend, das. Daher: wenn man denn einen aktiven Balancer anschließen will, dann bitte mit separaten Kabeln zu den Busbars.
Bei mir kann der passive Balancer 1A. Das reicht dicke. Ich verzichte inzwischen komplett auf das “manuelle” Balancen. Das erledigt sich von selber, sobald die Mittagssonne die Zellen vollknallt (wobei “voll” bei mir 3.55V sind). Der ganze Aufwand, nur um ein paar Tage mit leicht reduzierter Kapazität zu vermieden, ist’s mir nicht wert. Den stecke ich lieber in ordentliche Verspannung …
Jep, das mir den Spannungssprüngen wurde auch bereits im vorhergehenden Blogpost diskutiert. Ist etwas unschön, funktioniert bei mir in der Praxis jedoch seit Monaten ohne Probleme. Zur Not könnte ich auch noch die Balancingleistung reduzieren, damit das BMS weniger austickt.
3,55V ist im täglichen Betrieb schon recht viel finde ich. 3,45V reichen da meiner Meinung nach völlig aus. Mit etwas Absorption Time werden die Zellen ohnehin komplett gesättigt. Aber solange man irgendwo unter den max. 3,65V bleibt, sollte man langfristig auf der sicheren Seite sein.
Moin Jörg, ich habe mir jetzt den ersten Satz Catl 304 kommen lassen. jk-BMS ist unterwegs, gleich für beide geplanten Kisten. Habe gestern das erste Paket geöffnet und die Zelle neben einander gestellt. Sie sind leider etwas bauchig, keine Ahnung ob da jetzt schon ein Problem ist. Wenn ich eine Seite zusammendrücke, habe ich am anderen Ende fast 10mm Spalt.
Könnte ich den Pack auch komplett verbauen und dann mit der 3,65V x 18S und einem Strom von 5A laden? dann eine Woche Stehen lassen und dann in Betrieb gehen?
Schreibe hier, weil ich nicht ganz sicher war, wo es besser passte.
Hallo,
zunächst ein Dankeschön für das Teilen der Informationen und Erfahrungswerte. Da ich gerade meinen Speicher von 8S auf 16S umbauen möchte, sind diese Informationen sehr nützlich für mich. Für das Topbalancing hatte ich ebenfalls vor dies in Serienschaltung mit BMS (JKBMS + Neey) und Labornetzteil durchzuführen. Insofern ist es gut zu lesen, dass dies offensichtlich gut funktioniert und praxiserprobt ist.
Ein Frage hätte ich noch zum Punkt Abschaltung des BMS als Schutzfunktion. Zwar arbeitet das JKBMS bis jetzt ordentlich, aber mir ist immer etwas unwohl bei dem Gedanken, sollte ein MOSFET einmal „sterben“ und dauerhaft leitend bleiben. Da gefällt mir die Lösung des JBD mit mechanischem Relais schon besser. Gibt’s dazu Erfahrungswerte, ob das Relais unbeschadet und sicher unter Last trennt. Falls dem so ist, würde ich ein solches Relais (gibt’s evt. als Ersatzteil) zusätzlich verbauen. Mit Node Red (VenusOS Large) eine zusätzliche Überwachung der Batteriezellen und im Fehlerfall, am besten mit etwas niedrigeren Werten, vor dem BMS das Relais abschalten.
Hatte jetzt glaub noch keine Abschaltung bei Lasten ab 100A+, aber Abschaltungen darunter hat das JBD-Relais bisher ohne Probleme überstanden…
Viele Grüße
Jörg
10mm Unterschied? Das ist heftig… Habe keine Erfahrung mit CATL-Zellen, aber bei EVE hatte ich bisher max. 1-2mm Differenz. Und du kannst die Seite der Zelle “zusammendrücken”? What? Die sollte eigentlich recht stabil sein…
Also insgesamt kann ich dir leider keine sinnvollen Tipps dazu geben, da mir hier schlicht die Erfahrung mit solchen “bauchigen” Zellen fehlt. Ich würde jedenfalls alles sehr genau monitoren… und natürlich beim Lieferanten nachhaken, ob das so normal sein kann.
Viele Grüße
Jörg
Hi Jörg, merci vielmal für deine superhilfreichen Beiträge in deinem Blog, das hat mir den Aufbau meines Victron-Systems mit 3x MultiPlus-II 5000 und 2×17 EVE-Zellen sehr erleichtert.
Möchte auf etwas aufmerksam machen und noch eine Methode erwähnen:
a) U.a. gemäss diesem Artikel (insbesondere die Grafik beachten) kann man die Zellen mit Laden mit einem Strömchen von ein paar Ampère überladen, wenn bis auf 3.65V geladen wird: https://nordkyndesign.com/charging-marine-lithium-battery-banks/
Die 3.65V Ladeendspannung gelten wohl für relativ hohe Ströme (siehe Datenblätter), nicht aber für ~1 Ampèrchen o.ä.
b) Ich habe mein Pack mit ein paar Lastwiderständen und zwei Netzteilen händisch-aktiv balanciert :-). Das hat insgesamt nur ca. 1h gedauert und war für mich einfacher, als alles wieder auseinanderzubauen und parallel zu verschalten. Mit den Netzteilen immer auf die Zellen mit den tiefsten Spannungen, mit den Lastwiderständen auf diejenigen mit den höchsten Spannungen. Vielleicht etwas abenteuerlich, da man etwas aufpassen muss, dass man keinen Fehler beim permanenten Umhängen macht.
Viele Grüsse
Oksana
Wenn das BMS brauchbar ist und eine Zelle 3.65 V hat, dann sagt das BMS dem System, dass die aktuelle Batteriespannung exakt das Maximum ist. Und bei gleichen Spannungen kann kein Strom fließen. Auch kein Strömchen.
> Die 3.65V Ladeendspannung gelten wohl für relativ hohe Ströme (siehe Datenblätter), nicht aber für ~1 Ampèrchen o.ä.
Die 3.65V gelten, egal welcher Strom fließt. Dass über 3.4V der Ladestrom zu reduzieren sei, um die Zellen zu schonen, ist ein davon unabhängiges Problem.
Die Aussage auf der verlinkten Webseite “any voltage from 3.40V/cell up will eventually fully charge and then overcharge a lithium iron phosphate battery” ist physikalisch einfach nur hanebüchener Unsinn. LiFePo4-Zellen sind über 3.65V überladen und mit einer Ladespannung, darunter ist, kommt man da schlicht nicht hin. Wie auch??? Sorry, aber wenn ich so einen Satz lese, beende ich das Lesen der betreffenden Seite …
Die Probleme liegen woanders. (a) die Zellen sind selten 100% perfekt gebalanct. Das BMS muss dynamisch sicherstellen, dass die Grenze nicht überschritten wird, und darf dem System nicht einfach eine feste Ladespannung vorgeben. (b) Messfehler. 0.1% Messfehler im BMS und im Ladegerät ergeben, wenn man Pech hat, 0.11V zu viel – das ist dann eine mit 3.75V ausreichend überladene Zelle.
Ja da kann ich Matthias – wie so oft – nur beipflichten. Wenn die 3,65V auf Zellebene nicht überschritten werden, kann bei einer ordnungsgemäß arbeiteten Zelle rein gar nichts passieren… Alles andere ist Bullshit.
Viele Grüße
Jörg
Hi Jörg,
Ich habe mittlerweile fast 1 Dutzend Packs gebaut,
Das pralelle Topbalancing ist (wie du schon herausgefunden hast) nicht nur in den allermeisten Fällen (die Zellen kommen relativ gleich geladen aus China) sinnlos, – sondern auch sehr gefährlich. Sollte bei all den Zellen ein faules Ei sein, wird sich die Energie von allen andern über diese Zelle entladen -gnade dir Gott. Noch schlimmer ist es wenn dir ein Netzteil druchgeht, das wird dann nicht bei 3.65V abschalten -der Gau ist garantiert wenn du nicht daneben stehst. Ausserdem sollte der Pack unterschiedliche qualitative Zellen haben muss es hinterher sowieso der Balancer richten, paralleles Top Balancing wäre nur eine einmalige Schminkaktion! Einzig in dem Fall von sehr unterschiedlichen SOC ‘s könnte das Sinn machen, aber dann ist beim Laden größte Vorsicht geboten!
Hallo, ich habe oben mein Problem geschildert, könntest du mir für meinen Akkubau einen guten Weg empfehlen. Ich bin verwirrt von den ganzen unterschiedlichen Ansätzen.
Hi Walter,
gute Argumente von dir, die tatsächlich insgesamt gegen ein paralleles Balancing sprechen… In diesem Sinne: serielles Topbalancing 4thewin! 🙂
Viele Grüße
Jörg
@Roy: Bitte versuche die “ANTWORTEN”-Funktion korrekt zu nutzen. Sonst werden deine Nachrichten an der falschen Stelle eingereiht…
Also, besonders die CATL Zellen die Ich für meine Packs bisher in den Fingern hatte waren extrem gleich (vorgeladen). Ich würde folgendes machen:
Messe die Spannungen der Zellen, die sollten nicht mehr als 3 mV auseinander liegen, das allein ist natürlich kein Beweis für gleichen SOC der Zellen aber schon ein sehr gutes Indiz.
Bau den Pack ganz normal seriell Zusammen (natürlich mit dem JK-BMS!), dann lädst du seriell ganz normal *mit eingeschaltete Balancer des JK*, das kann 2A) bis die ersten Zelle(n) so 3,4V haben. Im JK immer wieder mal Prüfen ob die Zellen “Auseinanderlaufen”. Das ganze Geheimniss ist dass Du dann den Ladestrom soweit herunterregulieren musst dass der Balancer “mitkommt”. Wenn du noch einen externen Balancer zusätzlich mit dranhast kannst mit dem Ladestrom entsprechend höher gehen. Ich Lade meine Zellen generell nicht über 3.45V weil die Menge an Energie darüber sehr klein wäre.
Irgendwann kommst du dann mit allen Zellen so bei 3.45V an und gut ist.
Allen “Parallelfetischisten” hier muss klar sein, dass auch das beste TopBalancing keine Unterschiede in den Zellkapazitäten heilt! sollten da größere Unterschiede sein würde das Initiale Topbalancing im Parallelmodus nur ein “Pflaster” über das Problem kleben, beim nächsten Zyklus wäre es wieder da und einzig und allein der Balancer muss es im Dauerbetrieb “Richten”.
Also Zusammengefasst: Beim ersten Mal Laden ist Nichts Anders als beim späteren Betrieb, der Balancer muss in der Lage sein Unterschiede Auszugleichen!. Einzige Ausnahme: stark unterschiedlich vorgeladene Zellen, dort könnte paralleles Top Balancing Sinn machen, aber das erkennt man bei gleichem Hersteller an dann doch Unterschiedlichen Spannungswerten. (>5mV)
Sind tatsächlich Zellen dabei die immer deutlich die ersten sind die “voll werden” kann man versuchen die fehlene Kapazitä durch Paralleschalten von z.b. 32700er Zellen auszugleichen. Das “heilt”. Balancing initial – oder im Betrieb – hilft nur!
Weiss nicht ob man hier Bilder hochladen kann ? .. dann zeig Ich euch mal die Spannungsverläufe bei Guten vs Schlechten Packs … aus der Praxis!
Danke für deine schnelle Antwort. Mit den 3,45V pro Zelle bin ich dann so bei ca. 90%, wo sich die Zelle als max noch wohl fühlt?
Was meinst du zu der leichten Bauchigkeit, wenn ich sie an einer Seite zusammen Stelle, ist die andere Seite ca. 8-10mm auseinander.
Wie stark spannst du die Zellen im Paket? Und wo ist dein Minimum pro Zelle, wo das BMS abschaltet?
MfG Wobser
Die Zellen zu verspassen, macht gerade am Anfang sinn. Man muss es aber nicht übertreiben. Im Blog habe ich ja beschrieben, wie ich das mache – z.B. hier. Und die Spannungseinstellungen inkl. Abschaltschwellen sind im Blogpost hier erklärt.
Viele Grüße
Jörg
Also wenn eine perfekt gebalancter Akku 3.55V (oder wieviel auch immer) pro Zelle hat … dann ist es wurschtegal, ob die Batterie parallelverschaltet oder seriell oder eine-Zelle-nach-der-anderen auf diese Spannung gebracht wurde.
Klar, Topbalancing heilt keine Zellenunterschiede, aber was hat das mit “Parallelfetischismus” zu tun?
Ob es in der Praxis wirklich passiert, dass eine neue Zelle sich kurzschließt und dann die 15 anderen darüber entladen … ich weiß nicht. Egal, ich stehe eh auf dem Standpunkt, dass separates Balancen nur dazu dient, das eigentliche Problem (vorsintflutliches BMS und so … ich wiederhole mich) zu übertünchen.
Danke Jörg für Deinen Kommentar zum Trennrelais des JBD. Das hört sich gut an und da ich mit den Lade- Entladeströmen deutlich unter 100A bleiben möchte werde ich das so umsetzen. Das Trennrelais kommt dann allerdings in die Plusleitung, um somit auch das Trennen der Minusleitung, aus nachvollziehbaren Gründen, weitestgehend zu unterbinden. Zwar habe ich einen galvanisch getrennten RS485 Wandler zwischen JKBMS und Raspi, aber es ist dann der bessere Lösung.
Viele Grüße
Heinz-Dieter
Jep, klingt plausibel… Viel Erfolg!
BTW: Vom Relais gibt es glaub mehrere Variante. Also nicht nur bezogen auf die Stromstärke, sondern auch auf die max. Spannung gemünzt. Hier unbedingt darauf achten die Variante zu nutzen, die mind. für 60V+ ausgelegt ist.
… danke für den Hnweis mit der Spannungsfestigkeit, so was hat man schnell mal übersehen. Meine Bedenken beim Relais waren, ob evt ein Lichtbogen den Stromfluss aufrecht erhält oder gar den Kontakt „verschweißt“. Aber nach Deinem Praxistest scheinen die Bedenken unbegründet. Außerdem ist das Schalten ja nicht der Regel- sondern der Ausnahmefall, was der Haltbarkeit zugute kommen dürfte.
Grüße
Heinz-Dieter
@Matthias
das mit dem Parallelfetischismus war nur gemeint dass es sehr viel Youtuber gibt die alle Initial Parallel Top Balancen; und wir stimmen ja überein dass das eigentlich in den meisten Fällen nichts bringt.
Ich habe einen Kollegen der konstruierte 10 Jahre lang professionell Schaltnetzteile, und von dem kam der Hinweis das SN sehr leicht defekt sein kann und man es erstmal gar nicht merkt, weil der Akkupack letztendlich die Spannung bestimmt. Erst wenn er voll wird (und man vielleicht gerade nicht anwesend ist) können dann sehr schnell Spannungen weit höher als gedacht am Pack anliegen. Mir gruselt es richtig wenn ich Videos sehe wo Leute drei, vier Netzteile aus der Kiste kramen und die alle zum TOP Balancing in Parallelschaltung anstöpseln. Und zum Thema “defekte Zelle”: ja klar nicht besonders wahrscheinlich .. aber Ich garantier dir dass wenn dir das im Haus passiert du diesen Tag nie vergessen würdest. Seriell haben wir wenigstens das BMS und hoffentlich noch eine Zusatzsicherung, aber parallel ist genau Null Schutz enthalten.
Ach ja noch zum Thema Verpressen: Als ich noch Parallel Top gebalanced habe hatte Ich mal 32 Zellen dicht aneinandergestellt und die Ausdehnung gemessen, das war über die ganze Länge etwa 0.2mm. Final verpresse Ich meine Packs mit Gewindestangen “Nach Gefühl”. Und wie gesagt das Initiale Balancen spare Ich mir komplett .. Ich betreibe selber 6 Packs mit insg. 90Kwh Speicher, nur einen davon würde Ich als ‘schlechter’ Bezeichnen, (den hatte Ich damals noch Parallel gebalanced, wie gsagt das bringt nichts). Wer mehrere Packs parallel schaltet muss auch wissen dass EVE und CATL Zellen wohl leicht unterschiedliche Chemie haben … im Zweifelsfall würde Ich Stand heute CATL nehmen die sind imho einen Ticken besser.
Zum Thema LiFePo Kompression bin ich über dieses Video gestolpert:
https://youtu.be/63-Nx75_xXM
Da wir vermutlich keine Zellen direkt ab Werk kaufen können und die entscheidenden ersten Ladevorgänge deshalb nicht kontrollieren können, ist das Thema wohl relativ entspannt zu betrachten…
Und bei den Labornetzteilen wird leider auch viel Mist angezeigt, da sollte man grundsätzlich nochmal nachmessen, bei Meinem sind es bei angezeigten 3,45 V in “echt” 3,66 V. Das kann schiefgehen…
Woher stammt die Information dass die Zellen mit 3.65V bis runter bis 0A geladen werden dürfen? Damit schädigt man seine Zellen von Anfang an. Die Ladenendpunkt hängt nicht nur von der Spannung ab, sondern auch vom Ladestrom.
Jo… Wenn du eine einzelne 280Ah-LFP-Zelle dauerhaft mit 280A bis 3,65V lädst, stimme ich dir zu. Das wären dann aber auch knapp 1kW – pro Zelle. Das musst du erst mal schaffen. 😂😂😂
Wenn du, wie hier beschrieben, maximal 10-15A anlegst per Ladegerät, langweilt sich die Zelle komplett. Das ist gerade mal eine Rate von 0,05C…
Davon unabhängig: Sobald die einzeln angeschlossene Zelle die eingestellte Ladespannung von 3,65V erreicht hat, geht der Ladestrom automatisch bis auf 0A runter – die Zelle ist dann komplett gesättigt.
Bei 3,38V permanenter gehaltener Spannung ist die Zelle voll. Wenn du über lange Zeit mit niedrigem Strom bis auf 3,65V lädst, schädigst du die Zelle.
Kann deine Aussage in keiner Weise nachvollziehen…
Nein, bis 3,65V kann man eine Zelle schon laden. Generell gilt je geringer der Lade/entladestrom ist desto besser, bzw. alles was unter 0.1C ist ist generell völlig Unkritisch. Imho geht die wirkliche Schädigung erst so ab 3.75V los (war mal ein sehr gutes Detailvideo bei zerobrain). Die Frage ist allerdings ob es sich lohnt jede Zelle immer bis genau 3.65V zu Laden, schaut man sich die Ladekurven an dann ist die Energiemenge die zwischen 3.55 nd 3.65 V gespeichert wird verschwindend gering. Ich lade meine Packs (90KWh, 6 parallele Einzelpacks 2xEVE, 4xCATL) bis 3.51V und gut ist. Das ist sicher noch kein Stress für die Akkus, im Sommer ist es völlig egal, da bekomme Ich den Pack eh nie auch nur halb leer und im Winter würde dann das kleine Fuzzelchen mehr an Energie das Kraut nicht mehr fett machen.
Ich lade im normalen Betrieb auch nur auf 3,45V. Hier im Blogpost geht es ja primär um die initiale Ladung im Rahmen des Topbalacing bis auf 3,65V, um die Zellen einmal zu “synchronisieren”…
Die Zelle ist per Definition bei 3.65V Zellspannung “voll”.
Die im Netz gelegentlich aufploppenden Aussagen, dass niedrigere Spannung die Zelle irgendwann auch vollpumpen, wenn sie lang genug anstehen, sind schlicht Unsinn. Wenn das System um die Zelle herum 3.5V liefert und die Zellspannung 3.5V beträgt, dann fließt kein Strom, das ist elementare Physik. Und wenn kein Strom fließt, kann die Zelle nicht weiter geladen werden.
Wer das nicht versteht oder verstehen will, der sollte von Bastelei mit Strom echt die Finger lassen.
Ahh, sorry .. also wenn paralleles Top Balancing dann würde Ich das schon zumindest in die “Nähe” von 3.65V machen, aber wie gesagt verlasst euch nicht auf eure Netzteile und/oder deren Anzeige der Spannungen!
Hi Jörg,
danke für deine ausführliche Beschreibungen! Ich habe mein 16s Pack mit JBD BMS seriell bis 3,55 auf bis 1mv diff ausbalanciert (funktioniert mit dem NEEEY ja super).
Mein Problem: Nach dem 2. oder 3. Vollzyklus laufen mir die Zelle 1 und 2 “davon”, sprich haben wieder ein Unterschied von 15-20 mV. Nach dem 10 Zyklus sind 14 Zellen bei approx 3,45V und Zelle 1 und 2 bei 3,60V. Meine Beobachtung ist, dass der JBD-Balancer die Abweichung einfach nicht packt (der startet ab 3,45V).
Bei Ankunft der Zellen habe ich alle vermessen: Alle gleicher Innenwiderstand (20 mOhm) und selbe Zellspannung – äußerlich auch alles top und lt. Aufkleber von Shenzen Basen alle zw. 290-293 Ah Kapazität.
Also nochmal das Pack aufgeschraubt und die Innenwiderstände getestet (ohne den Busbar Verbund aufzuheben). Zelle 1 und 2 haben ca. 20 mOhm, die Übrigen warn zw. 35-40 mOhm –> Überall auf der Busbar gemessen, sprich Zelle + Verbindung am Terminal.
Habt ihr mir einen Tipp, was ich machen kann? Ohne dauerhaft einen NEEEY zu verbauen (weil dann müsste ich die Verkabelung alles neu machen).
Mein erstes Pack läuft seit einem Jahr tadellos ohne einmal einfassen (mit einer Zell Diff von 20mV bei 3,48V) –> Konstant…
Danke,
Holger
Einfache Lösung: Etwas früher die Ladeleistung drosseln – bspw. schon bei 3,43V. Darüber ist eh kaum mehr Kapazität nutzbar und eine etwas geringere Zellspannung bei “100%” ist auch nicht verkehrt.
Ansonsten einen NEEY dauerhaft verbauen.
Den Innenwiderstand würde ich immer nur direkt an den Zellpolen messen – konkret ganz am Rand der Zellpole. Alles andere verfälscht die Messung, da bei so geringen Werten jeder kleine Pups einen enormen Messunterschied erzeugt.
Viele Grüße
Jörg
Moin, ich habe da Mal gerade eine Frage, vielleicht passt sie hier nicht wirklich, möchte sie trotzdem loswerden. Habe meinen Speicher jetzt ein paar Tage stehen lassen und schaut alles Recht fit aus. Nun muss ich die Batteriekonfiguration ändern am Victron, kann ich das machen über den MK3 im Verbund in 3 Phasen oder muß ich die alle einzeln anstecken und von AgM auf Lifepo umstellen.
ich glaube zu meinen die Konfiguration jedes einzelnen ändern zu können ohne die Geräte Kabel-technisch trennen zu müssen. Glaube ich das richtig?
Wie man ein dreiphasiges System konfiguriert, wird bspw. in diesem Video erklärt: https://meintechblog.de/2023/03/08/operation-hausspeicher-victron-multiplus-ii-als-3-phasen-ess-konfigurieren/
Viele Grüße
Jörg
Danke für die schnelle Antwort, der Akku läuft seit gestern. kann jetzt mit dem zweiten Pack anfangen.