Hallo Zusammen,
Für den Aufbau einer (kleinen) Halbinsel muss ich LiFePo4 Akkus zusammenschalten.
Die Systemspannung beträgt 24V, es kommen dafür also jeweils 8 Zellen in Reihe.
Soweit kein Problem.
Um auf eine ausreichend große Kapazität zu kommen, werde ich Zellen oder Blöcke parallel schalten müssen.
Bei der Parallelschaltung beginnen aber meine Probleme. Denn hier habe ich zwei (sinnvolle) Möglichkeiten zur Verschaltung (siehe Bildchen unten), welche zwar die gleiche Spannung und Kapazität liefern, im Betrieb aber unterschiedliches Verhalten zeigen (können):
1.) 8s2p - mein Favorit - oder: warum nicht?
Also 8 Zellen in Serie und nochmal 8 Zellen in Serie.
Diese beiden Blöcke werden (mit Sicherungen) Plus zu Plus und Minus zu Minus parallel geschaltet.
Vorteil: ich kann ohne Änderung des vorhandenen Aufbaus zur Erweiterung später ein oder zwei weitere 8er-Blöcke parallel dazuhängen.
Klar ist (und das gilt für jede Konfiguration), dass ich nur Blöcke mit exakt gleicher Spannung parallelschalten darf:
Schon bei nur wenigen Zehntel Volt Unterschied fließt bei nur 0,3mOhm Innenwiderstand/Zelle ein gigantischer Ausgleichsstrom.
Nach Initialladung der Einzelzellen würde ich die beiden 24V-Blöcke erstmals über einen dicken Lastwiderstand zusammenschalten, bis sich die Blöcke auf wenige mV angeglichen haben.
Für den Betrieb bekäme dann jeder 8er-Block eine ausreichend dimensionierte NH Sicherung, erst danach würde ich die + Pole verbinden.
Sicherheitsvorteil beim Ausfall (Zellschluss) einer Zelle: Der Ausgleichsstrom würde durch Auslösen einer der Sicherungen den Block mit der defekten Zelle vom intakten Block abtrennen und weiteren Schaden (hoffentlich) verhindern.
Nachteilig bei dieser Verschaltung: Die schwächste Zelle bestimmt die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems. Damit könnte ich aber leben. Bei einem extremen Ausreisser würde ich die schwächste Zelle gegen eine Neue austauschen.
Nun lese ich ständig, dass man diese Verschaltung so auf gar keinen Fall machen darf, denn damit killt man die Zellen.
Ohne Balancing stimmt das: Der stärkere Akkupack würde den schwächeren ständig laden und die schwächste Zelle von allen würde deutlich schneller altern.
Da ich aber eh für jede Zelle einen Balancer einplane und mit einem Cell-Log 8s je Block die Spannungen aller Zellen überwachen möchte, verstehe ich nicht, warum so zwingend ein Schaden entstehen soll.
OK, der Balancer der schwächsten Zelle arbeitet häufiger als die anderen und "vernichtet" damit etwas Energie. Wenn ich diesen Effekt beobachten sollte, könnte ich durch Tausch zweiter Zellen zwischen den Blöcken diese besser aufeinander abstimmen.
Gibt es noch weitere Nachteile, die ich übersehen habe?
Kommen wir zur zweiten Variante:
2) 2p8s - ich habe Zweifel!
Hierfür würde ich jeweils zwei (später: drei, vier...) Zellen zu einem "großen" 3V-Block parallel schalten und dann 8 dieser Blöcke in Serie zu einer 24V Batterie verbinden. Diese Konfiguration wird generell empfohlen, wenn man google befragt.
Klarer Vorteil: Ich brauche weniger Balancer und Spannungsmonitore, weil zwei (oder mehr) parallel geschaltete Zellen nicht auseinander driften können.
Als großen Nachteil dieses Aufbaus sehe ich den Sicherheitsaspekt:
Was passiert, wenn von zwei (drei, vier..) "hart" (also durch dicke Kupferschienen, ohne Sicherung) parallel geschalteten Zellen eine kaputt geht, z.B. durch internen Zellschluss.
Die "Bruderzelle(n)" entleeren sich über die defekte Zelle binnen Minuten, werden ebenso tiefentladen und gehen kaputt. Bei einem satten Zellschluss wird also in kürzester Zeit die gesamte Energie zweier (dreier, vierer..) zusammengebundener Akkus in Wärme umgewandelt.
Was beim (erzwungenen) Kurzschluss von nur einer Zelle abgeht, kann man eindrucksvoll in diversen YouTube Videos sehen. Zwar sind die LiFePos (anders als LiPos) praktisch sicher gegen Selbstentzündung, der Sekundärschaden in einem Schaltschrank wäre aber doch sicher erheblich.
Eine "Lösung" wäre es, diese Zweier/Dreier/Viererpacks jeweils an einem Pol jeder Zelle mit einer knapp bemessenen Sicherung auszustatten. Am Ende hätte ich dann aber 8 Sicherungen in Serie. Den Spannungsabfall bei hohen Strömen brauche ich gar nicht zu berechnen, der ist inakzeptabel.
Ein weiterer praktischer Nachteil dieser Verschaltung: Will ich später die Kapazität erhöhen, muss ich den ganzen Pack erst auseinander nehmen und neu aufbauen.
Fazit: Ich möchte lieber die erste Variante (8s2p) realisieren, also ganze 24V Blöcke zusammenschalten.
Bitte helft meinen Gedanken auf die Sprünge. "Darf" ich 8s2p verschalten, oder mache ich damit einen großen Fehler?