WINSTON/THUNDERSKY Lifepo 200Ah 24V Balancer BMS Ja/Nein?

  • Früher hatte ich auch 3,45 V Ladespannung und Floatspannung von 3,35 V. Nachdem ich aber mit dem Batteriecomputer festgestellt habe dass an guten Tagen damit die Zellen zu 100 % geladen werden, habe ich die Ladespannung generell auf 3,40 V, und die Floatspannung auf 3,275 gesenkt. Damit wurden die Zellen bei PV Überschuss im Bereich von etwa 78-93 % gehalten und das reicht völlig aus.


    Mit der Kapazitätssteuerung durch den Batteriecomputer ist das einfacher. Diese trennt ab einem einstellbaren Wert die Module vom Regler und bei unterschreiten eines Wertes werden diese wieder dazu geschaltet. Da der Speicher für 5-7 Tage reicht kann ich im Sommer die obere Grenze auf 60 % und die untere Grenze ein paar % darunter setzten und nur den mittleren SOC-Bereich nutzen. Aber da bin ich noch am experimentieren. Im Frühjahr/Herbst muss ich weiter nach oben gehen um schlechte Tage überbrücken zu können.

    Mobile Insel: PV 2kWp (mono), Solarregler 2xMPPsolar PCM5048 (MPPT), LiFePO4 1000Ah/25,6V, Lichtmaschine 4,2kW, Netzladegeräte 2xPhilippi AL30 24V, 2xKosun 6kW Sinus-WR 24V, Mastervolt Batteriemonitor BTM-III

  • Zitat von egn

    Da der Speicher für 5-7 Tage reicht kann ...


    Das sind dann natürlich auch ganz andere Voraussetzungen und Zielsetzungen !


    Meine ca 8kWh LiFePO entsprechen +/- einem 24h Verbrauch (durchschnittlich ca 6kWh , max ca 11kWh in den vergangenen knapp 3 Jahren).
    Hätte ich die 5fache Kapa (+ entsprechend mehr PV) würde ich mit Sicherheit übers ganze Jahr autonom sein können - so sinds halt "nur" ca 80% Jahres-Autonomie. :)
    Allerdings stünden für mich die Investitionskosten für die letzten 20% auf eine Ganzjahresautonomie in keinem Verhältnis.

    LiFePO ist anders.

  • Zitat von egn

    Früher hatte ich auch 3,45 V Ladespannung und Floatspannung von 3,35 V. Nachdem ich aber mit dem Batteriecomputer festgestellt habe dass an guten Tagen damit die Zellen zu 100 % geladen werden, habe ich die Ladespannung generell auf 3,40 V, und die Floatspannung auf 3,275 gesenkt. Damit wurden die Zellen bei PV Überschuss im Bereich von etwa 78-93 % gehalten und das reicht völlig aus.


    Stimmt genau mit meinen Beobachtungen überein und zeigt auch meinem Entladetest bei dem anstelle der erwarteten 80% gegen 90% (auf AC-Seite gemessen + Verluste BAT-Wechselrichter) entnommen wurden.
    Daher habe ich auch das Thema Ladestrom in Relation zur Zellenkapazität eingebracht, da eine Ladesteuerung, die als Basis nur die Zellenspannung heranzieht, besonders bei Festlegung höherer Werte zu einer Überladung führen kann!
    Ich nehme an, dass von den Herstellern genannten SoC-Werte bei Ladung auf eine bestimmte Zellenspannung bei 0,3C ? liegen.


    Die Werte oben zeigen ja, dass die Zellen bei längerer Ladung mit in Relation kleinen Strömen (z.B. < 0,1C) höher als auf Grund der Zellenspannung erwartet aufgeladen werden und je nach Zeitdauer auch überladen werden können und dabei eventuell nie die im BMS eingestellten Abschaltespannung erreichen.


    Worts-Case-Beispiel:


    Zellen sind um 10:00 auf 98% SoC (hier der SoC laut BMS und nicht der Gesamtkapazität) und jetzt sinkt der PV-Ertrag --> Ladestrom <=0,1C.
    Die Zellenspannung sinkt auf Grund des geringeren Ladestroms von z.B. 3,43V auf unter 3,38V und jetzt wird stundenlang weiter geladen und dabei nicht die Ladeabschaltungs-Zellenspannung erreicht.
    Die SoC-Anzeige des BMS zeigt schon lange 100% an, aber der SoC auf die Gesamtkapazität steigt auf über 90% und erreicht irgendwann dann auch 100%.
    Obwohl die Zellenspannung nicht die festgelegt max. Zellenspannung für Ladeende erreicht erfolgt trotzdem eine schädliche Überladung!


    Genau diesen Worst-Case-Fall berücksichtigen die mir bekannten passiven BMS und PV-Laderegler (die ja nur auf Grund der Gesamtspannung, unabhängig von eventuellen Zelldriften arbeiten) nicht!
    Ich glaube das dürfte ein wichtiger Grund für die negativen Erfahrungen mancher Anwender (es wurde ja nur bis 3,4x geladen) sein.
    Es reicht da wahrscheinlich schon eine zu hohe eingerichte Floatspannung.


    Wenn man dieses Verhalten berücksichtigt, gibt es 2 Lösungswege für die Ladesteuerung:


    Variante 1: Wie von egn empfohlen, die Ladeendspannung und Floatspannung bei Blei-PV-Ladereglern entsprechend zu senken.
    Die genutzte Gesamtkapazität ist trotzdem höher (wie man oben sieht), als man aus den SoC-Diagrammen (die wahrscheinlich für 0,3C gelten) erwartet.


    Aufwändigere Variante 2: Es wird zusätzlich der SoC-Wert des BMS zur Ladesteuerung verwendet:
    Bei Erreichung der Ladeendspannung der Zelle oder SoC < 99% wird die Ladung gestoppt oder bei der Überschussverwertung sogar eine geringe Entladung vorgenommen.


    Der Haken bei der SoC-Ermittlung (z.B. durch BMS) ist allerdings folgender:
    Wenn lange Zeit nicht voll aufgeladen wird (bei Blei undenkbar, bei Lixxx optimal) und auch nicht entladen wird (SoC bewegt sich z.b. zw. 25 und 70%) wird der ermittelte SoC-Wert immer ungenauer.
    Zur Kalibrierung des SoC-Werts sollten daher sporadisch die unteren und oberen Grenzen erreicht werden!


    Die von egn empfohlene Variante lässt sich einfach auch mit den Blei-PV-Laderegelern realisieren und die Kritik (da werden ja nur 60-70% der Gesamtkapazität genutzt) ist damit auch widerlegt.
    In der Praxis werden 75 bis 90% genutzt!


    Zitat von photoenchen4me


    Ja, permanentes top-balancing während des Solar-Betriebs ist mMn recht ein Humbug.
    Die DC- Innenwiderstände - oder besser ausgedrückt der DC-sag - ist von Zelle zu Zelle unterschiedlich und lässt eine genaue Messung im mV Bereich nicht wirklich zu.
    Das seh ich sogar bei meinem Pack, auf dessen matching-Qualitäten ich grosse Stücke halte.


    Für sinnvoller hielte ich - wenn schon balancing, dann reserviert für "ruhige" Zeiten und dies nur in Abständen. Reicht bei der geringen Selbstentladung von LiFePO mehr als nur.



    Dazu meine Interpretation zum Balancing:


    Durch Balancing (Verminderung der Zellenspannungsunterschiede) soll eine maximal nutzbare Kapazität erreicht werden.
    Die Zelle mit der geringsten nutzbaren Kapazität oder/und größten Innenwiderstand bestimmt dabei die Grenzen.


    Bei ungeschädigten Zellen gibt es mMn 2 Gründe für Zellenspannungsunterschiede:


    Fertigungstoleranzen bei der Kapazität (Ah), die sich besonders bei großen Zellen (>200Ah) bemerkbar macht.
    Ich nehme an, dass das ein Grund ist, warum z.B. 2,4 kWh-Blöcke angeboten werden, die man dann durch Parallel-Schaltung skalieren kann.
    Der Nachteil ist hier der höhere BMS- und Komponentenaufwand --> Preis.


    Top-Balancing versucht beim Ladeende die Zellen auszubalancieren, was keinen Sinn macht, da die schwächeren Zellen am oberen Ende gebraten werden und trotzdem die schwächste Zelle die untere Entlade-Grenze bestimmt!
    Aktives Balancing wird je nach Lade- und Entladestrom am unteren und oberen Ende für Ausgleich sorgen und damit die nutzbare Kapazität erhöhen.


    Verschieden großer Innenwiderstands (Toleranz oder später unterschiedliche Alterung oder Schädigung).
    Bei den oben beschriebenen 2 Varianten, und auch wenn die Zellen länger nicht voll geladen werden, erfolgt praktisch nie ein Top-Balancing.
    Bei den Zellen mit dem größten Innenwiderstand sinkt dann die gespeicherte Energie im Vergleich zu den anderen Zellen immer mehr.
    Hier wird es reichen, 1-3x im Jahr ein längeres Top-Balancing durchzuführen. Bei großen Zellen mit den dazu in Relation kleinen Balancern muss dann mit kleinen Ladeströmen sehr lange geladen werden und dazu muss man die Verbraucher abschalten und in der Nacht vom Netz laden.
    Man verliert damit einen großen Vorteil gegenüber Blei, ist jetzt aber auch kein Drama.


    Das ständige aktive Balancing in allen Ladezuständen dürfte dieses Thema aber auch erledigen!

    PV: 5 kWp Solaredge 6000SE, 2 kWp Steca Tarom 6000-M, 2x Studer XTH 6000, 25kWh LiFeYPO4, SMA-Smartload 6 kW Heizpatrone gesteuert mit Powerdog, KIA Soul EV, Opel Ampera (LEAF2 ab April 2018) mit 2 Ladestationen gesteuert mit Powerdog, Ökofen-Pellets-BHKW

  • Zitat von arminst


    Ich nehme an, dass von den Herstellern genannten SoC-Werte bei Ladung auf eine bestimmte Zellenspannung bei 0,3C ? liegen.


    Üblich für die Definition von 100% SOC - aber keineswegs eine Norm - ist mW Ladeende bei 0,1C bei 3V65 Ladeendspannung





    Ja, das "nachladen" auf meinen 3V35 (float) kann ich duchaus ebenfalls beobachten.
    Nur ist es halt so, dass auch wenn die blulk/ absorb phase bei Spitzenwetter bereits um 9h Vormittags beendet ist, diese den restlichen Tag über bei mir nur unwesentlich zu einem Auseinanderlaufen der Einzelspannungen führt (von ca 10mV auf ca 30mV bei Sonnenuntergang).
    Das heisst, dass keine Zelle meines (gut gematchten) Akku die 2V45 der bulk/ absorb Phase beim "Nachladen" erreicht, sondern alle Zellen deutlich unter 3V4 bleiben.
    Dies halte ich für völlig unkritisch.


    Man muss sich bewusst machen, dass SOC lediglich eine (handhabbare) Definition ist und keine Mauer.




    Der eigentliche Grund fürs balancen ist der Ausgleich von Drift.
    Diese beruht auf unterschiedlicher Selbstentladung der Einzelzellen.


    Die maximale Kapa eines Packs richtet sich immer nach der minimalen Kappa einer Zelle.
    Aktives balancing kann hier lediglich etwas rettend eingreifen - für meinen Geschmack zu einem nicht wirklich sinnvollen Kosten/ Nutzen Verhältnis.

    LiFePO ist anders.

  • Zitat von photoenchen4me


    Der eigentliche Grund fürs balancen ist der Ausgleich von Drift.
    Diese beruht auf unterschiedlicher Selbstentladung der Einzelzellen.


    Die maximale Kapa eines Packs richtet sich immer nach der minimalen Kappa einer Zelle.
    Aktives balancing kann hier lediglich etwas rettend eingreifen - für meinen Geschmack zu einem nicht wirklich sinnvollen Kosten/ Nutzen Verhältnis.


    Zellenspannungsunterschiede = Drift --> Ergebniss von:
    Die unterschiedliche Selbstentladung über längere Zeit entsteht mMn hauptsächlich durch die verschiedenen Innenwiderstände --> mit den Kapazitätstoleranzen (vor allem bei großen Zellen) die Ursache für die Drift



    Bei meinen Beobachtungen konnte ich folgendes feststellen:
    Wenn der Ladestrom von z.B. 0,25C auf 0,1C heruntergeht sinkt sehr schnell die Zellenspannung von z.B. 3,44V auf unter 3,38V und die Drift verschwindet bzw. wird wesentlich geringer. Die Zellen sind zu diesem Zeitpunkt auf SoC 98% aufgeladen (SoC laut BMS und nicht bezogen auf Gesamtkapazität).


    Wenn jetzt über längere Zeit mit <= 0,1C weiter geladen wird, werden die Zellen weiter aufgeladen und nähern sich SoC 100% der Gesamtkapazität und die Zellenspannung bleibt bei den geringen Ladeströmen unter den 3,45V!
    Daher gehe ich davon aus, dass die Zellen dabei überladen werden können, bzw. wenn dieser Zustand oft erreicht wird die Lebensdauer der Zellen merkbar verringert wird, obwohl keine kritischen Zellenspannungen überschritten wurden!


    Feststellen kann man eigentlich diese hohe Aufladung nur durch Messung einer Entladung bis zur unteren Grenze.
    Wenn dann anstelle 80% >90% der Gesamtkapazität entnommen werden kann.

    PV: 5 kWp Solaredge 6000SE, 2 kWp Steca Tarom 6000-M, 2x Studer XTH 6000, 25kWh LiFeYPO4, SMA-Smartload 6 kW Heizpatrone gesteuert mit Powerdog, KIA Soul EV, Opel Ampera (LEAF2 ab April 2018) mit 2 Ladestationen gesteuert mit Powerdog, Ökofen-Pellets-BHKW

  • Zitat von arminst

    Zellenspannungsunterschiede = Drift --> Ergebniss von:
    Die unterschiedliche Selbstentladung über längere Zeit entsteht mMn hauptsächlich durch die verschiedenen Innenwiderstände --> mit den Kapazitätstoleranzen (vor allem bei großen Zellen) die Ursache für die Drift


    Sorry aber du würfelst hier mehreres durcheinander.
    :wink:


    a) Wie gesagt versteht man unter "Drift" nur und ausschliesslich das "auseinanderdriften" von Zellen in einem Pack über längere Zeit bzw mehrere Zyklen hinweg. Dies hat zur Folge, dass die SOC Bereiche der einzelnen Zellen sich gegeneinander verschieben. Eine weitere Folge davon ist, dass uU dem Pack auch nicht einmal mehr die Kapa der schwächsten Zelle entnommen werden kann bzw eine aus dem Ruder gelaufene Zelle in schädliche Spannungsbereiche "gedrückt" wird.
    Dies, sowie der Notwendigkeit (bei Solar dz immer noch üblich :sic:) mit der Gesamtspannung des Packs das Ladeende bestimmen zu müssen, erfordert - zumindest in Abständen - ein balancing.


    b) Die Selbstentladung hat mit dem sogenannten "Innenwiderstand" einer Zelle überhaupt keinen Zusammenhang, sondern ist vor allem ein zelleninterner Leckstrom, welcher nie ganz vermieden werden kann.
    Je kleiner dieser Leckstrom desto kleiner auch die fertigungstechnisch bedingten Unterschiede und desto geringer auch die Erfordernis zu balancen. Nicht nur LiFePO sondern auch Li-xxx Qualitätszellen sind in dieser Hinsicht - auch ohne permanentes balancen - inzwischen praktisch sorgenfrei.
    Nicht unwesentlich ist in diesem Zusammenhang die relativ hohe Temperaturabhängigkeit der Selbstentladung.
    Es ist also darauf zu achten, dass keine Zellen einer um einige Grad höheren Temeratur ausgesetzt sind als die anderen.
    Dies wird beim selberbasteln gern übersehen. Schlecht, da nicht nur der Leckstrom sondern auch die Alterung eine relativ hohe Temperaturabhängigkeit aufweist.


    c) "Drift" hat mit dem Einfluss unterschiedlicher Einzelzellen Kapa überhaupt nichts zu tun (obgleich viele dem aufsitzen). Dass die Einzelspannungen an den SOC Enden mehr oder weniger auseinanderlaufen - bei bottom balancing am oberen Ende, bei top-balancing am unteren Ende - ist je nach kapa-matching notwendigerweise immer der Fall.

    LiFePO ist anders.

  • Haleluja - Ihr strotzt ja vor Insiderwissen und vor allem - eigenen Erfahrungswerten! :danke:


    Dass die passiven Balancer im Top-balancing kaum bis nichts bringen, ist jetzt weitgehend geklärt oder gibt es noch gegenteilige Meinungen?
    Die analogen unsmarten aber dafür aktiven Chinabalancer stellen aktuell wohl den besten Preis-/Leistungs-Kompromiss für höherkapazitive PV-Speicher dar.
    Kann mal einer so ein Teil nur an 3V halten und den Eigenverbrauch messen? Mich interessiert, ob die 50mW-Angabe einigermaßen passt. Logisch, dass das nur die halbe Wahrheit sein wird, da bei dieser Messung nicht balanciert wird.


    Das neue aktive Joulie-Autarctech-BMS sieht dagegen nahezu perfekt aus - ist aber zukünftig wohl OEM's vorbehalten. Ev. ergibt sich dennoch eine Quelle. Anbei mal echte technische Infos aus der manual von deren website. Da gibt es auch einen Abschnitt, wie dort der SoC errechnet wird.
    Oh blöd - upload geht nur bis 1MB.
    hier der link -> Joulie Dokumentation:
    http://www.autarctech.de/index…e&id=5&Itemid=181&lang=de


    Bei mir sitzt im übrigen zwischen (passivem) Chargery-BMS und Lader/Inverter noch ein PLC (Atmega2560), der die BMS-Infos zunächst auswerten soll (inkl. Anzeige), um dann die eigentlichen Sicherheitsfeatures (Reduktion Ladestromstärke bis zum Abschalten Lader per bistabilem Relais bzw. umgedreht) vom PLC aus zu steuern.
    Wenn ich nun das passive Topbalancing des BMS deaktiviere und statt dessen die unabhängig arbeitenden aktiven China-BMS-Module einbaue, bleiben alle Überwachungsfunktionen erhalten.
    Das müsste dann ähnlich wie bei Dir arminst funktionieren, wo das EMUS-BMS auch alle Einzelzellenspannungen kontrolliert und man die Effekte der Dauerbalancierung durch die aktiven China-Einzelmodule sieht.
    Dass die SoC-Berechnung eine separate Baustelle ist und mehr eine Schätzung darstellt, stört mich aktuell nicht - solange der Akku nicht geschädigt wird.


    Prinzipiell gefällt mir Joulie besser, da es smart ist (kommunizieren kann), aber es scheint auch noch sehr neu und das Hauptproblem - aktuell nicht frei verfügbar zu sein.


    VG iot

  • Zitat von photoenchen4me

    Die Selbstentladung hat mit dem sogenannten "Innenwiderstand" einer Zelle überhaupt keinen Zusammenhang, sondern ist vor allem ein zelleninterner Leckstrom, welcher nie ganz vermieden werden kann.


    Dieses Information hat mir zu diesem Thema bisher gefehlt und daher war für mich bisher nur der Innenwiderstand eine dürftige Erklärung zu diesem Thema. :danke:


    Zitat von photoenchen4me

    Drift" hat mit dem Einfluss unterschiedlicher Einzelzellen Kapa überhaupt nichts zu tun (obgleich viele dem aufsitzen). Dass die Einzelspannungen an den SOC Enden mehr oder weniger auseinanderlaufen - bei bottom balancing am oberen Ende, bei top-balancing am unteren Ende - ist je nach kapa-matching notwendigerweise immer der Fall.


    Sehe ich auch so.
    Top-Balancing versucht aber am oberen Ende hauptsächlich die durch "kapa-matching" versursachte Drift auszugleichen?


    Zitat von iot

    Das neue aktive Joulie-Autarctech-BMS sieht dagegen nahezu perfekt aus - ist aber zukünftig wohl OEM's vorbehalten.


    Danke für den Link. Werde ich mal genauer durchlesen. Dieses BMS ist scheinbar auch bei Studer integrierbar.
    Mich interessiert halt auch, was es zu diesem Thema neues gibt und wie ich so ein System heute realisieren würde.
    2013/14 gab es da viel weniger Produkte und Lösungen und da war mir auch eine für private voll zugängliche Administration und Dokumentation wichtig.
    Soweit läuft mein autarkes System seit 2 1/2 Jahren aber sehr gut und problemlos.


    Die aktiven China-Balancer waren für mich aber eine preislich akzeptable Ergänzung. Durch meine Wahl von 18 Zellen in Serie passen BMS-Systeme mit 16 Zellen halt auch nicht.
    Werde das Verhalten dieser Balancer aber weiter verfolgen und im Urlaub auch dazu Messungen durchführen.
    Erst nach längerer Beobachtung und Messungen ist eine brauchbare Beurteilung möglich.


    Bei einer neuen Realisierung würde ich mich auch mit dem Joulie näher beschäftigen, weil natürlich 1 BMS mit allen Funktionen wesentlich sinnvoller ist. Offen ist halt hier die Verfügbarkeit, Preis und Support.


    Zitat von iot

    Das müsste dann ähnlich wie bei Dir arminst funktionieren, wo das EMUS-BMS auch alle Einzelzellenspannungen kontrolliert und man die Effekte der Dauerbalancierung durch die aktiven China-Einzelmodule sieht.
    Dass die SoC-Berechnung eine separate Baustelle ist und mehr eine Schätzung darstellt, stört mich aktuell nicht - solange der Akku nicht geschädigt wird.


    Sehe ich genau so. Wenn man SoC zusätzlich für Steuerungen verwendet, sollte man dieses Verhalten mit berücksichtigen!


    l.G.
    Armin

    PV: 5 kWp Solaredge 6000SE, 2 kWp Steca Tarom 6000-M, 2x Studer XTH 6000, 25kWh LiFeYPO4, SMA-Smartload 6 kW Heizpatrone gesteuert mit Powerdog, KIA Soul EV, Opel Ampera (LEAF2 ab April 2018) mit 2 Ladestationen gesteuert mit Powerdog, Ökofen-Pellets-BHKW

  • Zitat von arminst


    Top-Balancing versucht aber am oberen Ende hauptsächlich die durch "kapa-matching" versursachte Drift auszugleichen?


    kapa -mismatching meinst du vermutlich.



    Jein.
    "Drift" ist im Zusammenhang mit Akkus ein "terminus technikus" und kein umgangssprachlicher Begriff, das muss man sich immer vor Augen halten.
    Die Kapa verändert sich in aller Regel nicht von einem Zyklus auf den anderen. Wenn ein Pack erstmal zB top-gebalanced ist, gibts iA kein Auseinanderlaufen der Spannungen am oberen Ende. Daher ist hier der Begriff "Drift" fehl am Platz.
    Laufen die Spannungen (nach ordentlichem balancing) auseinander war das (erst-) balancing nicht ok.
    (Es gibt noch andere Gründe, aber das gehört nicht wirklich hierher)


    Andererseits:
    In einem theoretischen Scenario könnte man allerdings mal annehmen, dass eine Zelle - sagen wir aufgrund eines Produktionsfehlers oder weil sie möglicherweise permanent erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist - unverhältnismässig schnell an kapa verliert. In so einem Fall würde das auseinanderlaufen der Spannungen am oberen Ende als "Drift" zu bezeichnen sein. (da hätte man dann aber auch ein gröbers Problem, welchem mit balancen allein nicht beizukommen ist)

    LiFePO ist anders.