300-400kWh - Welche Zellen? Welches BMS

Akku, BMS und Ladegeräte
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das ist aber auch missverständlich :wink:
Der Grund warum am Ladeschluß bei LiFePo4 Akkus die Zellen sehr schnell auseinander driften ist

  • Temperaturunterschiede zwischen den Zellen
  • unterschiedliche Innenwiderstände der Zellen
  • unterschiedliche Kapazitäten der Zellen

Der SOC = State of Charge ist nicht die Ursache dessen sondern das Symptom was wir beobachten. Der SOC ist ein berechneter Wert in Prozent der die aktuelle Ladungsmenge im Akku darstellen soll. Messen tut der Balancer aber nur die Zellenspannungen.

Wenn die Zellen absolut perfekt gleich sind, gleiche Temperatur, gleiche Kapazität und Innenwiderstand dann wird man niemals balancieren müssen, noch nicht mal direkt nach der Produktion. Da sie ja absolut identisch sind in allen Parametern. Ich denke in diese Richtung geht deine Argumentation.

Nun die reale Welt ist nicht so. Die Zellen driften am Ladeschluß immer auseinander. Alleine schon auf Grund dessen das sie unterschiedliche Kapazitäten haben. Eine Zelle mit par Ah mehr an Kapazität wird in ihrer Spannung langsamer ansteigen als die andere Zelle mit weniger Kapazität.
Das Besondere an LiFePo4 ist nun das sie eine spezielle Ladekurve haben die in einem Bereich von 10% bis > 90% sehr sehr flach ist. Hat man zwei LiFePo4 Zellen mit 3.3V dann kann die eine Zelle fast leer sein die andere fast voll, übertrieben dargestellt.
Erst zum Ladeschluß zeigen sich die Unterschiede zwischen den Zellen (entladeschluß ebenfalls). Auf Grund der heutigen hohen Kapazitäten und dem Bedarf der Anwender mit hohen Strömen zu ent-/laden ist es nun sinnvoll das der Balancer im BMS möglichst schnell gegen den Spannungsdrift angehen kann. Denn so kann man die maximale Kapazität des Akkus raus holen obwohl es da Zellen gibt die weniger Kapazität oder größeren Innenwiderstand (= andere Temperatur beim Lade/Entladen) haben.

Ich meine die Zeit der passiven Balancer, die mit 20mA - 200mA balancieren ist vorbei. Mit solchen Systemen müsste man am Ladeschluß den Ladestrom massiv limitieren so das es Tage dauern kann ein unbalanciertes System auszugleichen.

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Ja auch das ist richtig, aber nur dann wenn man Dauer-Balanciert. Und das ist für LiFePo4 absolut kontraproduktiv da die gespeicherte Energiemenge in der Zelle nicht direkt proportional zu gemessenen Zellenspannung ist.

Benutzt man ein gutes BMS dann wird es ein Top/Bottom-Balancing machen (eine von beiden ist sinnvoll nicht beides zusammen) zu einem Zeitpunkt wenn es auch sinnvoll ist. Und das wäre exakt zu dem Moment wo der Spannungsgradient aller Zellen mit einem starken Delta ansteigt und die Differenzspannung zwischen den Zellen ein Maß übersteigt. Diese Deltamessung des Spannungsgradienten ist aber unüblich, da technisch aufwändiger umzusetzen. Statt dessen nimmt man eine feste Spannungsschwelle. Empfohlen wird sowas wie >=3.4 V Zellenspannung. Vorher wird nicht balanciert und es wäre, egal ob aktiv oder passiv balanciert, auch Energieverschwendung.

Alle meine Aussagen beziehen sich auf LiFePo4 Chemie, andere Chemie andere Regeln.

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Diese Vorschriften sind gar nicht so neu. Es gibt sie genau seit 1977 in der EltBauV für Batterieräume. In anderen Bundesländern bzw. der Musterbauordnung ähnlich. Sie stammen aus der Zeit der Bleiakkus. Tür nach aussen aufschlagend macht Sinn. Nicht wegen dem Fluchtweg nach der Versammlungsstättenordnung sondern bei Explosion fliegt die dann auf während es ansonsten den Rahmen aus der Wand reissen würde. Dahinter eine Fassade die auch nach aussen rausfliegt. Wenn es die Kellerdecke mal anhebt weil die das schwächste Element ist, wird das Gebäude statischer Totalschaden.

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Alles drei ist blanker Unsinn. Das kann ich theoretisch erklären, habs gemessen und ausprobiert. Habs auch schon gefühlte zehnmal erklärt.
Temperatur unterschiede: gibt es, spielen aber keine Rolle. Wenn, dann kannst du sie im flachen teil der kennlinie sehen. Da kannst du sie aber nicht wegbalsancieren. Also brauchst du es auch nicht im steilen Teil, weil sie so klein sind.
Unterschiedliche Innenwiderstande verursachen keine SOCunterschiede. Sondern nur verschiedene verluste. Die aus der spannung gedeckt werden, denn der Strom ist überall gleich....
Unterschiedliche Kapazitäten? Wenn sie voll in der steile Kennlinie gleiche Spannung haben, ist die zelle mit kleinerer Kapa zuwrst leer. Und nach dem laden genau mit fen anderen gleichzeitig voll.
Du hast noch nicht von meinem Testakku gehört? 100 Ah prosmatisch, 2 mal 40 Ah aus rundzellen parallel, alles lifepo. Und einmal 65 Ah aus rundzellen parallel als liion. Zusammen an einem bms. Mit schaltungstrick wird die liion zelle zu höherer Spanmung geladen. Balanciert einwandfrei. Muss es auch, denn die LiIons haben eine höhere Selbstentladung, und die muss wegbalanciert werden.

Nein. Es ist vollkommen wurst, welche Kapazität die haben. Wie sollten fenn sonst alter werdenden akkus überhaupt arbeiten können?
Absolut gleiche zellen aus der Produktion konnten den Vorteil haben, dass du auf die allererste Balancierung von hand verzichten kansst, und stattdessen einen brauchbar starken balamcer die arbeit machen lassen. Kann ein paar tage dauern.
Du weisst, dass die "gleichen zellen" ihre ladundund nach der formierung und in der prufmaschine bekommen? Gleiche ladung hat also nichtsit "neu" zu tun. Aufgearbeitete zellen bekommst fu auch aus der prufmaschine, auch alle mit praktisch gleicher Spannung.

Letztens habe ich mir die kurve genauer angesehen, beim Thema bottom balancing, die kurve wird unter 30 % wiefer steiler.

Theoretisch kannst du das machen. Wegen ein paar prozent Gesamtkapazität eine solche umladerei. In der praxis gehört eine zelle mit kleinerer Kapazität entweder ersetzt, weil sie defekt ist, oder man schaltet eon oder zwei Rundzellen passend parallel und hebt damit die GrdamtKapazität uber die Der anderen an. Schon auch die schlechte zelle. Wilst du im ernst einen balamcer bauen, der bei 280Ah zellen mit ,140 Ah umlafen kann? Sowas gibts nur suf YT.

Was die Temperatur da soll, weiss ich garnicht. Und fen höheren Innenwiderstand merkst du mur an weicherer Spannung, grossere Spannungsschwankungen durch strom, beim laden Und entladen.

In dem frankenstein Akku ist ein 30 mA balancer drin. Der reicht noch bei fen knapp 50 Ah trotz des hohen balancerbedarfs.
Ich stimme aber zu, dass in dem 280 Ah bereich 2 A balancerstrom nicht schlecht sind.
In einem 100 Ah habe ich ein 20 mA bms drin, das ich auf 600 mA aufgepeppt habe. Vollkommen ausreichend, weil ich den balancer die meiste zeit ausgeschaltet habe.
Mach das auch mal.
Ich sags nochmal deutlich, die einzige ernsthafte quelle für balancerbedarf ist Selbstentladung fer Zellen.
Sorry für die vielen Tippfehler.

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Das ist richtig.

Du musst nicht in energiemenge denken, sondern in Ladung. Und die ist bei gleichem strom immer gleich.
Das problem beim dauerbalancieren ist, das durch den Innenwiderstand mit dem Szrom die zellen andere spannung haben, mit hohem Widerstand höhere spannung sls andere zellen. Und das kann fen balancer starten, wenn die Differenz grosd genug wird. Was natürlich nicht zweckdienlich ist.

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Das beim aktiven balancieren nicht verschwendet, sondern mit kleinen Verlusten umgeschaufelt wird, hast du selbst gesagt.
Und dass man wegen kapazitatsausnutzung für eine zelle kleinerer Kapazität auch umschaufelt, hast du auch gesagt. Da isses dann keine Energieverschwendung ?

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Dem muss ich im Detail widersprechen.

Diese Aussage ist leider schlicht falsch.

Elektrochemisch entsteht der Spannungsanstieg beim Laden vorwiegend dadurch dass die Eisen-Phosphat Körner in the Kathode immer weniger Lithium enthalten.
Es wird also immer mehr Energie benötigt, um die letzten Lithium-Ionen aus den Körnern rauszuziehen.

Eine geringe Temperaturabhändigkeit gibt es zwar, die dürfte aber, wenn man Zellen nicht bewußt teilweise abkühlt bzw. erwärmt vernachlässigbar sein.
Noch schlimmer, wenn man auf diesen Effekt per Balancing reagieren würde, würde man ein Fehlbalancing vornehmen, weil die ausgeglichene Ladungsmenge nach dem Angleichen der Temperatur wieder rückgängig gemnacht werden müsste.

Unterschiedliche Innenwiderstände haben nun dann einen Einfluß, wenn das BMS/der Balancer diese nicht rausrechnet, also statt mit einem Schätzwert für die elektrochemische Zellspannung einfach mit dem gemessenen Rohwert arbeitet.

Bei Zellen mit stark unterschiedlicher Kathodenkapazität liegt ein unterschieldicher Gradient ( dU/dQ ) vor.
Bei einer Zelle mit deutlich kleiner Kathodenkapazität wird der steile Bereich später ( auf der Ladungs-Achse ) auftreten, dafür aber steiler sein.
Wenn ein BMS /Balancer hier eingreift, kommt es auch zu Fehlbalancing, weil zunächst zusätzliche Ladung wegen der zunächst geringeren Spannung zugeführt wird, die kurze Zeit später aber wieder entfernt werden muss.

Bei einem typischen Pack wird die Kathodenkapazität der einzelnen Zellen eher nur um wenige Prozent schwanken, so dass dieser Efekt vernachlässigbar sein dürfte.

Bei alternden Zellen kommt aber hinzu, dass die Strukur der Kathode degadieren kann und es dadurch zu einer frühzeitigen deutlichen Erhöhung der Ladespannung bei einzelen Zellen kommen kann.
Ein Balancer, der "naiv" darauf reagiert, führt ebenso ein Fehlbalancing durch.

"Echtes" Balancing wird vorwiegend wegen dieser beiden Phänomene benötigt:

1.) Unterschiedliche Selbstentladung der Zellen. ( Nach meiner Erfahrung liegt die typische Spannbreite bei LFP Zellen der 280 Ah Klasse bei wenigen 100 uA bis ~ 2.5 mA, also bis zu 60 mAh Unterschied pro Tag )
2.) Unterschiedliche Coulomb-Effizienz der Zellen. Die Zellen in einem Pack altern tendenziell alle leicht unterschiedlich, verlieren also auch unterschiedlich viel Kapazität pro Zyklus bzw. Zeiteinheit.
Aus der individuellen Coulombeffizienz läßt sich quasi direkt der zyklische Anteil der individuellen Zellalterung ableiten.

In der Entwicklung von Lithium-Zellen ( insbesondere bei der Optimierung der Zusätze im Elektrolyt ) werden hoch genaue Messungen der Coulomb-Effizienz eingesetzt, um schon nach wenigen Zyklen einen Effekt abschätzen zu können.

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Wegen der Landesbauvorschriften hier noch ein Foto aus einer Tiefgarage. Die Türen öffnen vorschriftsmässig in Fluchtrichtung, aber die H2 Verpuffung war "auswärts" von einem Li-Ion Akku weil BEV Parkflächen ja nicht als Batterieraum gelten. Die Wände im UG sind aus 40cm Stahlbeton, so daß die Brandschutztüren das schwächste Element sind das als erstes nachgibt. Sie wurden gegen die Öffnungsrichtung wie Pappe aufgedrückt weil die Kräfte mit der Fläche eben quadratisch hoch gehen.

tuer
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@ZeroCool Markus bezüglich dem "CAN Gedönse" findest du meine Vorexperimente im BMS thread von Nimbus4. Ich habe auch den Pylon LV Hub und möchte dringend davon weg. Grundsätzlich sollte es mit CAN auch ohne Hub mit mehreren Master BMS und Aggregation auf Venus gehen aber ich bin auch erst an der Stückzahl 1 zum ausprobieren. X CAN Schnittstellen funktionieren aber schon über den Umweg eines billigen handelsüblichen USB 2 Hubs anstelle des leidigen LV Hubs so daß theoretisch nichts gegen eine fast beliebige Skalierung der Batterie sprechen sollte.

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Schöne Anlage, ich verstehe nur nicht, warum ihr euch nicht die Zeit genommen habt und die Victron/Pylontech Anleitung gelesen habt. Da steht Absorption 52V, Float 51V. Dann würden die Pylons noch leben.
https://www.victronenergy.com/live/battery_compatibility:pylontech_phantom

Du könntest auch 16S2P bauen, dann wären es nur 12 Akku Packs.
BMS z.B. REC mit Master.

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Haben wir später geändert.
Aber am Anfang lief die Anlage mit den Parametern von PYLONTECH.

Ich bin mir auch nicht sicher ob das alles war.
Die jüngeren aus 2021 sind wesentlich schlechter als die aus 2017.
Vielleicht war da auch die Charge einfach Kacke.
Wie gesagt wir sind da grad mit PYLONTECH dran.

Und selbst wenn...
warum hat das BMS von PYLONTCH die Akkus dann nicht abgeschaltet?
Selbst wenn wir mit 80V geladen hätten, hätte das so nicht passieren dürfen.
Die Zellen sind so dermaßen auseinander gedriftet... Ganz Ehrlich ich habe keine Ahnung wozu dieses BMS von PYLONTECH überhaupt verbaut wurde.

Wie alt sind deine?
Die unsere etwas besseren aus 2017 haben rund 1500 Zyklen.
Die neuen übel aufgebähten aus 2021 haben erst rund 500...

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Hat man bei den Pylos schon öfters gehört, das die aufblähen.

Wegen Dokument habe ich mein Kumpel angefragt der hat mir davon letztens erzählt. Arbeitet im vorbeugenden Brandschutz.

Am wichtigsten egal welche Konfiguration ob Batrium, JK oder sonstiges ist immer die Verbindung BMS zum Ladegerät also in deinen Fall zum Cerbo

Wenn ich das richtig verstanden habe, hast du 2x 90000W Ladeleistung/Entladeleistung, das ist auf Dauer für die 200kwh Pylos zu viel (fast 1C), am Besten ist immer 0,5C und weniger

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Ich selbst habe keine Pylontech, habe nur mehrere Anlagen mit Pylontech im Bekanntenkreis installiert.. Die laufen alle problemlos. Das Bms schützt die Zellen vor Überspannung (3,65V) aber nicht vor Überladung. Wenn du die Ladung mit 15A bei 3,65V beendest, sind die Zellen voll aber nicht überladen.
Lädst du die Zellen mit weniger als 15A bis 3,65V, dann werden die Zellen überladen. Du kannst deine Zellen mit 3,375V vollladen wenn du bis runter auf 1A lädst.

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Hi, so ganz habe ich das noch nicht begriffen.
Eine Frage um das besser zu verstehen:

Angenommen ich lege dauerhaft 3,4V an eine Lifepo4 Zelle.
Kann die dadurch überladen werden?

Das könnte theoetisch passieren wenn irgendwas bei der Kommunikation von Akku, bzw. BMS, Quattro oder MPPT streikt.
Aber selbst dann?
Wäre es in diesem Szenario denkbar die Akkus zu überladen?

mit >3,6V ja, aber mit 3,4V?

Danke!

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theoretisch ja aber praktisch sehr unwahrscheinlich

deswegen gibt es ja auch die float einstellung bei manchen bms oder ladereglern.
bei mir werden die zellen nachdem sie vollgeladen sind ca 1h auf 3,5v gehalten dann wird auf 3,4v abgesenkt

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Kannst du mir Punkt 2.) nochmal aus anderer Sicht erklären?

Was ist die Konsequenz wenn durch die Alterung die Coloumbeffizienz der Zellen zueinander sich verändert? Deine Antwort darauf -> unterschiedliche Kapazitäten der Zellen, korrekt?
Welche Folge haben nun unterschiedliche Kapazitäten der Zellen wenn man sie in einem Pack in Serie verschaltet? Was sieht der Balancer der die Zellenspannungen misst? Besonders zum Ende des Ladeprozesses?

Danke für deine Antworten.

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Zyklische Alterung bei Li-Ionen Zellen passiert dominant dadurch, dass Lithium-Ionen im SEI ( Solid Electrolyte Interface ) eingebaut werden und dann nicht mehr zur Speicherung zur Verfügung stehen.

Die Coulomb-Effizienz ist quasi das Verhältnis von Lithium Ionen die beim Entladen wieder in der Anode ankommen zu den Ionen, die beim Laden aus der Anode extrahiert wurden.
Beschreib also im wesentlichen, welcher Anteil von Lithium pro (Ent-)Ladevorgang verloren geht

Ein Zelle, die 8000 Zyklen auf 80% Restkapazität schafft, muss deswegen eine Coulomb-Effizienz > ( 1.0 - ( 1.0 - 0.8 ) / 8000 = 0.999975 haben.
Dieser Wert ist bei den Zellen natürlich nicht bis auf die x-te Nachkommastelle identisch.

Die unterschiedliche Coulomb-Effizienz ist also die Ursache für unterschiedliche zyklische Alterung.
Zudem wird die Coulomb-Effizienz mit der Alterung der Zelle auch schlechter werden, insbesondere gegen EOL der Zelle.

Außerdem gibt es natürlich auch in der Anode und Kathode noch Alterungsprozesse, die die eigentliche Anoden- und Kathoden-Kapazität reduzieren.

Die nutzbare Kapazität einer Lithium-Ionen Zelle ist also elektrochemisch kein eindeutiger Zustand, da sie von Anoden- und Kathoden-Kapazität und verfügbarem Lithium beinflußt wird

Wenn bei einer Zelle nur Lithium verloren gegangen ist, die Kathode aber noch "sehr gesund" ist, ist zwar die nutzbare Zellkapazität reduziert, wenn die Zellen aber top-gebalanced sind, würde eine solche Zelle gegen Ladeende praktisch keine Auffälligkeiten in der Spannungskurve zeigen, weil der zeitliche Verlauf des Lithiumkonzentration in den Kathode gegen Ladeende nicht von einer gesunden Zelle abweicht. Erst wenn die Kathoden-Kapazität reduziert ist, verändert sich dieser.

Um das mal einzuordnen:
Wenn bei einer Zelle die QE um 0.000001 abweicht und man 280 Ah pro Tag ein-/ausspeichert reden wir von 0.28 mAh pro Tag.
Dieser Effekt ist so gering, das er meines Erachtens nur dann möglicherweise eine Relevanz hat, wenn man den Unterschied der Selbstentladung der Zellen schätzen und kompensieren möchte ( was ich tue ), weil es dann ein Fehlerterm ist, der von der bewegten Ladungsmenge im Beobachtungsintervall abhängt.

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Danke für diese Background-Infos.

Könntest du noch meine Fragen beantworten ?

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Welche meinst Du?

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Diese alle.

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Die elektrochemische Zellspannung ergibt sich als Differenz von Anoden- und Kathoden-Potential:

LFP_spannung_kathode_vs_anode
LFP_spannung_kathode_vs_anode666×993 168 KB

(aus How to create SOC vs OCV chart for LFP cell ? | Page 2 | DIY Solar Power Forum)

Diese Potentiale wiederum hängen von der jeweiligen Lithium-Sättigung ab.
Deswegen ist "unterschiedliche Kapazitäten" ein unbestimmter Begriff. Du mußt zunächst mal die Zustandsvariablen Anoden- und Kathoden-Kapazität und verfügbares Lithium benennen.
Dann kann man daraus die Potentiale ableiten.

Für ein Beispiel habe ich das oben diskutiert: