Akkupacks manuell balancen

[stefanseiner]

Hi zusammen,

vor einiger Zeit hatte ich hier mal gefragt, wie man am besten bei der Packzusammenstellung die einzelnen Zellen balanced und danach die kompletten Packs, bevor man sie zu einem System zusammen baut.

Nun, nach einigem Testen habe ich eine, wie ich finde recht praktikable Lösung, die ich nun auch beim Bau meiner zweiten Powerwall anwende.

1. einzelne Zellen balancen:
Meine Zellen haben alle unterschiedliche Spannungen zwischen etwa 3,5 und 4,2V da ich sie nach dem Kapazitätstest manchmal erst zum Ende des Testzyklus' inkl. Wiederaufladen entnommen habe, manchmal auch während sie noch nicht wieder voll waren um den nächsten Schwung Zellen einlegen zu können.
Wie balance ich die nun? Im Prinzip gar nicht.

Ich stelle die Akkupacks so wie die Zellen geladen sind zusammen und löte nach und nach den Sicherungsdraht an (schmilzt bei 5A).

So gleichen sich die Zellen automatisch an.Den Ausgleichsstrom, der zwischen den einzelnen Zellen fließt habe ich noch nicht gemessen, aber ich habe bisher rund 1.500 Zellen auf diese Art verlötet und noch ist kein einziger 5A Sicherungsdraht durchgebrannt


2. Akkupacks balancen:
Hier wiederum sehe ich ein "richtiges" manuelles Balancen als sehr wichtig, damit vor dem Einbau (und der damit verbundenen Serienschaltung) alle AKkupacks auch wirklich dieselbe Spannung haben.

Hierzu habe ich mir 26 Stücke flexibles Litzenkabel (6mm² - hatte ich gerade rumliegen, 2,5mm² sollte auch ausreichend sein, z.B. Lautsprecherkabel) zurecht geschnitten und Krokoklemmen angecrimpt. Gab's bei Lidl mal als 80er Packung für 3,99€ inkl. farbiger Isolierungskäppchen

so kann man nach und nach, immer wenn man ein Akkupack fertig gelötet hat, dieses zum Rest dazu klemmen.

Eine Klemme habe ich mit einer Flachsicherung aus dem KFZ-Bereich ausgestattet, mit 10A. Falls der Ausgleichsstrom mal zu hoch ist brennen nicht gleich 120 Sicherungsdrähte durch sondern nur eine Flachsicherung. Ist mir bisher aber auch noch nicht passiert da bei meiner Vorgehensweise die Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen Packs nicht sehr hoch und im Nachkommabereich liegt (3,8 - 4,1V)

da ich aktuell meine Packs alle auf Gesamtkapazität teste und diese bis 3,3V entladen werden habe ich auch mal ein "leeres" Pack angeschlossen und es fließen rund 2A Ausgleichsstrom (die restlichen Packs liegen bei 4,07V)

hier die Spannung des "leeren" Packs

wobei ich auch dazu sagen muss, dass das Akkupack daneben auch ziemlich leer war und mit 3,6V angeschlossen wurde, so also ein leichtes Spannungsgefälle entsteht

hier das erste richtig volle Pack

und das daneben

Im Endeffekt schließe ich neue Packs immer zuerst mit der Kabelklemme mit 10A Flachsicherung an, warte kurz, und wenn die nicht durchbrennt kommt stattdessen eine normale Kabelklemme dran.
24h warten - fertig gebalanced.


Vielleicht hilft das ja dem einen oder anderen.

[manfred-p]

Hallo Stefan,
wenn dein Sicherungsdraht D=0,2mm hat dann brennt der bei ca.11A durch. Das haben einige Test hier ergeben. Es wird zwar immer wieder von der 5A Sicherung geschrieben aber das scheint so nicht richtig zu sein.
Gruß Manfred

[stefanseiner]

ok danke für den Hinweis.
Das werde ich mal bei Gelegenheit testen, wenn mein einstellbates Netzteil mal irgendwann ankommt..

[nick81]

Zum Sicherungsdraht. Das die nicht genau bei 5A durchbrennen hatte ich auch mitbekommen. Es gibt Berichte von 5-12A. Allerdings muss man beachten, welches Material (z.B. Kupfer), welche Länge und in welcher Dauer die durchbrennen (sollen).

Mein Bauchgefühl dazu. Im normalen Betrieb soll sich der Draht nicht erhitzen (wegen Verlust). Gehen wir mal inkl. Puffer von 1,5A normale Belastung und max. 3A aus. Er soll bei Kurzschluss durchbrennen (Kurzschlussstrom einer Zelle kann 40A erreichen). Wenn ich also wegen Verlust und wegen max. Kurzschlussstrom einen passenden Puffer einbauen möchte, ist eine Schmelzsicherung zwischen 5-15A sinnvoll. Und als praktischer Mensch, wenn der D=0,2mm Draht beim Kurzschluss zwischen Plus und Minus an einer Zelle "schnell genug" durchbrennt, ist das für mich OK.

[manfred-p]

Hallo Nick,
du schreibst:
" wenn der D=0,2mm Draht beim Kurzschluss zwischen Plus und Minus an einer Zelle "schnell genug" durchbrennt, ist das für mich OK. "
wie stellst du dir das vor, dass eine Zelle zur "Kurzschlusszelle" wird? Wie sieht die zeitliche "Wandlung" aus? Ich kann mir nicht vorstellen, dass dies in Stunden oder Minuten oder gar in Sekunden sich einstellt. Es ist doch ein chemischer Prozess der sich vermutlich beschleunigt aber in welcher zeitlichen Dimension
bleibt doch offen??? Wenn das eben länger dauert dann wird auch der Draht sich immer stärker erwärmen bis er dann nach(!!!) dieser Zeit durchbrennt.

[nick81]

Hi Manfred,
wann hat eine Zelle einen Defekt?
- Wenn sie sich selbst entlädt
- Wenn sie einen internen Kurzschluss hat (dann greift der z.B. der CID)

Gegen die Selbstentladung kannst du nichts machen, denn die ist u.U. so gering, das der Draht nicht durchbrennt. Also zieht die eine Zelle langsam aber sicher das Pack runter. In diesem Fall würde übrigens ein Balancer diese defekte Zelle/ das Pack ausgleichen und du bekommst es gar nicht mit. (das ist auch der Grund, warum ich persönlich keinen Balancer als Dauerlösung nehme)

Wenn die Zelle aber einen Kurzschluss hat, lösen die internen Sicherheitsmaßnahmen aus. Ich nutze aber gebrauchte Zellen und weiß u.U. gar nicht, ob in jeder Zelle ein CID verbaut ist und ob der auch gut funktioniert. Der Sicherungsdraht ist also "für mich" ein weiterer "CID", der auslöst, wenn die Zelle einen internen Kurzschluss hat. Ich habe also meinen Sicherungsdraht an einer Zelle zwischen Plus und Minus gehalten (mit verschiedenen Längen) und habe mit das "Schmelzverhalten" angesehen. Der Draht schmilzt bei einem Kurzschluss in wenigen Millisekunden durch. (Zeit geschätzt). Zudem "windet" sich der Draht nicht während des Schmelzens, also es wird nicht zu einer großen Hitzeübertragung auf andere Bauteile oder zu einem weiteren Kurzschluss kommen.

Es gibt noch einen weiteren Fall, wo der Sicherungsdraht auslöst. Wenn du versehentlich einen Kurzschluss zwischen mehreren Packs erzeugst, z.B. bei Wartungsarbeiten, oder ein Pack fällt auf ein anderes Pack, dann brennen der Draht auch durch. Das ist AverageJoe mal passiert.

[zerodown]

Hi Nick,

danke, gute Erklärung!
Ich sehe ihn auch als zusätzliche Sicherung. Desweiteren hat man ja noch die angesprochenen Themen: Spannungsverlust des ganzen packs, ist die Spannung immer niedriger als anderen, dann gehts in die Wartun.
Dann finde ich das Thema Temperaturkontrolle noch wichtig, wenn auch meist nur vom ganzen Pack möglich, aber ich hab auch schon überlegt ob und wie ich regelmäßig z.B. mit Wärmebildkamera prüfen kann.

Gruß
Marco

[manfred-p]

Hallo Nick,
musste erstmal Google bemühen CID. → current interrupt device
Ist ein CID vorhanden und löst er aus, ist die Zelle elektrisch nicht mehr vorhanden.
Gibt es keinen, hilft der Sicherungsdraht ... auch schon immer klar.
Was ich meine ist ... der Prozess bis hin zum durchbrennen zieht sich eine Weile hin.
der Draht wird erst warm, dann wärmer, dann heiß, dann glüht er und schließlich brennt er durch.
Ich wollte damit verdeutlichen, dass dies ein Ablauf von Minuten oder Stunden oder vielleicht sogar Tagen ist.
Ich hoffen, dass ich nun etwas verständlicher rübergekommen bin.

[nick81]

Hey Manfred,

bei einem Kurzschluss verglühte mein Draht in Millisekunden
Der Draht wird ja nur "warm", wenn du kontinuierlich Strom abgreifst, welcher kurz vor der max. Stromleitfähigkeit des Drahtes ist. Wenn du also kontinuierlich 5A (ca. 2C) aus der Zelle ziehst, dann kann der Fall eintreten.
Bei 1,5A wird da nix warm und bei 15A brennt er sofort durch. Es ist also in meinen Augen eher ein "theoretisches" Problem, das der Draht "lange" benötigt um durchzubrennen.
Der Sicherungsdraht ist in meinen Augen nur ein zweiter CID. Und der erste CID löst auch nicht aus, wenn eine Zelle sich selbst "langsam" entlädt.

@Zero:
Ja, das fehlt mich auch noch. Ich habe aktuell keine Flir-Cam. Wenn bei mir eine Zelle selbständig Spannung verliert erkenne ich das mittel/langfristig durch das BMS, da ein Pack die Spannung nicht mehr halten kann. Das ist mir bislang einmal passiert. Deshalb auch mein Hinweis zu den Balancern, da du das ohne Wärmekamera dann gar nicht mitbekommst.

[stefanseiner]

Es gibt noch einen weiteren Fall, wo der Sicherungsdraht auslöst. Wenn du versehentlich einen Kurzschluss zwischen mehreren Packs erzeugst, z.B. bei Wartungsarbeiten, oder ein Pack fällt auf ein anderes Pack, dann brennen der Draht auch durch. Das ist AverageJoe mal passiert.

auch beim Löten ist mir schon mindestens 5x der Sicherungsdraht durchgebrannt.
-> Lötperle in den Schlitz am Pluspol gekullert
-> Busbar zu stark erhitzt / Schrumpfschlauch geschmolzen / Kurzschluss

[manfred-p]

Ich gebe es auf.
Der chemische Prozess läuft demnach innerhalb von Sekunden / Millisekunden ab in der eine Zelle von "intakt" nach defekt wechselt so dass unmittelbar ein Kurzschluss statt findet. Ist mir neu, dass der "Wandel" in der Chemie derart reaktionsschnell abläuft. OK.

[zerodown]

Hallo Manfred,

nein, ich denke du bist schon auf dem richtigen Weg! Der chemische Prozess wird ein schleichender Prozess sein.
Ich denke die Antwort auf deine Frage wird am besten sein: Nein, der Sicherungsdraht ist das falsche Sicherungs-Instrument für diesen schleichenden Prozess

[nick81]

@Manfred

Ich habe deine Anmerkung dann wohl falsch verstanden oder im Zusammenhang mit dem Draht falsch interpretiert. Das eine Zelle langfristig "schlechter" wird ist klar.

Danke Zero für die Übersetzung
Sehe ich genau so. Der Draht ist für die Degration einer Zelle keine Sicherheit.

[stefanl]

Hallo,
ich habe in Kürze auch das Problem Packs zu balancen.
Ich habe folgende Idee.
Nachdem ich mit dem OPUS-Gerät die Kapazität ermittelt habe, sind die Akkus ja "leer".
Jetzzt kann ich sie doch zusammenstellen, nachdem ich den Plan mittels "repacker" ermittelt habe.
Dann die 14 Packs in Serie zusammenverbinden und dann Laden.
Ist der Gedankengang richtig?

Gruß
StefanL

[nick81]

Hallo Stefan, das "könnte" funktionieren, aber das sollte unter Aufsicht erfolgen. Mit repackr sollten die Packs ja jeweils die gleiche Gesamtkapazität haben und somit sollten die gleichmäßig laden. Es kann aber durchaus sein, dass die Kapazitäten nicht gleich sind (falsch zusammengestellt, falsche Kapazitäten aufgeschrieben, etc), dann könnte es zu einer Überladung eines Packs kommen. Also immer zwischendurch messen. Ansonsten kannst du das aber machen.

Lädst du dann mit einem Wechselrichter oder Laderegler?

[stefanl]

Hallo nicki81
womit ich lade ist noch nicht klar.
Ich habe erst gestern die Batteriehalter bestellt.
Liefertermin ist Mitte März bis Ende April.
Ich könnte einen Tipp gebrauchen weil es meine erste DIY-Powerwall ist.
Wenn es mit einem Wechselrichter alleine geht hätte ich den Laderegler gespart.

[zerodown]

Hallo,
ich habe in Kürze auch das Problem Packs zu balancen.
Ich habe folgende Idee.
Nachdem ich mit dem OPUS-Gerät die Kapazität ermittelt habe, sind die Akkus ja "leer".
Jetzzt kann ich sie doch zusammenstellen, nachdem ich den Plan mittels "repacker" ermittelt habe.
Dann die 14 Packs in Serie zusammenverbinden und dann Laden.
Ist der Gedankengang richtig?

Gruß
StefanL

Ich hab auch 5 der OPUS Lader, direkt nach dem entladen lädt er die wieder auf 4,2V.
Danach bleiben sie bei mir ein paar Wochen liegen und dann wird Spannungsabfall geprüft!

Das Lade-/Entladekonzept ist das wichtigste an der Powerwall, da sind alle Rahmenbedingungen wichtig. Ich z.B. kann nur AC Laden, da ich eine EEG Anlage habe. Andere betreiben das als (Teil-)Inselanlage und haben Hybrid WR.

Gruß
Marco

[stefanseiner]

Jetzzt kann ich sie doch zusammenstellen, nachdem ich den Plan mittels "repacker" ermittelt habe.
Dann die 14 Packs in Serie zusammenverbinden und dann Laden.
Ist der Gedankengang richtig?

beim Zusammenstellen der einzelnen Packs balancieren sich die einzelnen Zellen innerhalb des Packs automatisch aus, soweit OK.
Aber vor dem seriellen Verschalten der 14 Packs musst Du die vorher unbedingt auch noch balancieren sonst bekommst Du beim Laden uU gleich schon die ersten Probleme.


schau dazu hier im Topic am besten nochmal die ersten zwei, drei Beiträge an

[stefanl]

Hallo Stefanseiner,
entschuldige meine Unkenntnis, ich bin zum ersten Mal in einem Forum.
Was meinst Du genau mit Toppic?
Gruß
StefanL

[stefanseiner]

kein DIng.

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