Der ultimative Frankenstein Akku

Ich gebe zu, ich bin gerade auf Krawall gebürstet.

Der eigentlich Sinn dieser Beschreibung ist es, einer Anzahl von YT Märchen entgegenzusetzen.... wie ich das immer wieder tun muss.
Als da sind: (Beispiele - wird ggf erweitert)

  • je kleiner die Spannungsdifferenz je besser
  • Zellen müssen gematcht sein
  • Zellen müssen gleiche Kapazität haben
  • Je mehr balancerstrom umso besser

Daher beginne ich mal mit der Beschreibung eines Akkus, der seit.... 2 Jahren unter meinem Schreibtisch steht und als Powerbank für Handyladen und diverse andere Zwecke dient.

Ich werde das nicht an einem Stück schreiben können, daher werden immer mal Fortsetzungen kommen.

Die Vorgeschichte
Zwei Jahre ists her, da machte mein Blei- Handy-Ladeakku auf dem balkon die Grätsche. Geladen von einem 20 W panel, stellte der Sommers wie Winters die gelegenheit zum kostenlosen, umweltfreundlichen handyladen. Und notfalls für Notfunk fürs Funkgerät.
Als der Strom ausfiel, habe ich nur noch 8 Ah gemessen. Bisserl wenig.
Also musste auf die Schnelle ein Akku her. Ein BMS lag schon da - man plant ja schliesslich vor.
Aber ansonsten.... ein alter geschundener LiFePo Pedelec akku, zwei Litokaala Schrottzellen, mit denen man mich betuppt hatte. Und natürlich jede menge LiIon Laptopakkus.

Irgendwie hat es mich gereizt, daraus einen Frankenstein zu machen. Die Wahl fiel auf eine der prismatischen Schrottzellen (knapp 100 Ah), der Pedelec wurde geteilt und als 15p und 14p verschaltet (eine Zelle hatte viel Selbstentladung.)
Ja, und als letzte Zelle ein 24p Paket aus Liion Laptopzellen.
Was, geht nicht ? Geht doch. Werdet ihr sehen....

Der Aufbau
Tja, viel Zeit war nicht.... ein paar Reststücke Holz, alles draufgestellt und verdrahtet. Verbunden. Oder so.

Der prismatische hat sogar eine Pressplatte bekommen. Man gönnt sich ja sonst nichts. Mechanischer Aufbau ? Hinstellen. Fertig.

Ein Foto des Aufbaus folgt, aber erst, wenn ihr obige Beschreibung verdaut habt.

Hier mal die aktuellen Spannungen. Maximale Ladespannung, die oberste zelle ist etwas niedrig, der Balancer ist fleissig bei der Arbeit. Ist er immer bei Beginn des Frühlings, weil im Winter der Akku nicht voll wird. Und da die obere zelle mehr Selbstentladung hat..... fehlt ihr halt im Frühling etwas Ladung.
Was dann ein paar Wochen (!) dauert, denn 40 Ah mit 30 mA Balancer in der Spur zu halten bzw. dahin zu bringen , ist nach einem Winter garnicht so einfach.

Ich Fasse mal zusammen.
eine prismatische Zelle knapp 100 Ah
eine zelle aus 15 parallelen LiFePo Rundzellen, zusammen ca 40 Ah
eine zelle aus 14 parallelen LiFePo Rundzellen, zusammen ca 37 Ah
eine zelle aus 24 parallelen LiIon Rundzellen, ca 55 AH.

Die Kapazitätswerte sind grob geschätzt. hab sie mal gemessen, weiss aber nicht mehr. Messe jetzt als erstes mal nach.
heisst : Ich entlade, und messe dann die übrig gebiebenen Kapazitäten in den Zellen.

Platzhalter

So, ich mache auf, ihr dürft diskutieren und mitspielen.

naja gammlige laptopzellen verbrauch ich auch bis 3V runter, krieg ja immer genug Nachschub. 20Ah wird das Konstrukt haben.

Die laptopzellen waren zwischen 2500 und 3000, alle gemessen.
Die lifepo Rundzellen nicht, die haben aber weniger, wenn ich mich recht erinnere.

Es bleibt ja noch der unwesentliche Unterschied zwischen den Spannungsbereich der liion im vergleich zu lifepo. Die liion werden nicht in ihrem ganzen Spannungsbereich benutzt, aber auch nicht nur in dem der LiFePo.
Um genau zu sein, mit einem Schaltungstrick ist die Spannung der Liion immer um 0,59 V höher als die Spannung der LiFePo.

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Diode machts möglich, mache ich auch bei den 6 LTO zu 4 LFP.
Einzig LiIon gibts bei mir nicht dazu gepanscht. Dafür laufen NaIon mit.
Sind allerdings alles eigenständige 12-15 V Systeme parallel verkoppelt. Also harmlos.
Auffällig erhöhte Leckströme mag ich nicht im System.
Erhöhte Selbstentladung ist m.M. ein Anzeichen für einen Defekt, vor allem wenn sie ansteigt.
Eine LTO Zelle wurde daher mal ausgetauscht und gerade aus Anlass mal wieder nachgeladen, zum entsorgen noch zu schade. 20 mA Selbstentladung war halt lästig. Verwendung gibts auch nicht. Vielleicht hänge ich sie über Step up und down getrennt ans 12 V System.

Diode ist das stichwort. In der Plus-zuleitung des bms. Chapeau!

ok dann geht mehr

Und Aktiv Dioden für die Entkoppelung sind auch nicht schlecht.

Welche Entkopplung? Da ist nichts entkoppelt. Das ist eine zelle, 14 parallele, 15 parallele, und 24 parallele. Mit eine Diode in der Plusleitung des balancers. Sorry ich hab den schaltplan nicht greifbar, folgt morgen.

Nö, nur wenn man das Chaos weiter betreibt wird es sinnvoll.
Ich habe ja mehrere unterschiedliche parallel die nicht unbedingt auf der gleichen Spannungsebene laufen. Enladestart mit LTO NaIon später klinkt sich LFP dazu. Kann man drauf verzichten. Andererseits kann ich so x beliebige Ladezustände der 12 V Packs dran knipsen und es wird anfangs immer der höchste entladen, die anderen klinken sich dann passend ein. Ladung wird dann aber auch komplex.
So wird einfach LTO auf U LFP + D geladen.

oh mei. Und ich dachte, mit meinen mittlerweile glaub 18 gammligen Autobatterien hätte ich den Vogel abgeschossen :rofl:

Ich hätte noch zwei , die habe ich nicht mal probeweise in den Verbund aufgenommen. Dabei stehen sie direkt darunter.

Ein Kapazitätstest wäre allerdings doch interessant bevor ich sie entsorge :wink:

Grübel auch nicht schlecht.
Siamesische Frankensteins...
Du bringst mich auf neue ideen.....
Erstmal der schaltplan:

Hier sind Zellen mit verschiedener chemie in Reihe (!).
Die oberste zelle ist ein liion, die anderen sind LiFePo.
Durch die Diode bekommt das bms eine Spannung von der zelle, die um 0,59 V kleiner ist als die echte Zellenspannung.
Hätte die Zelle 4,1 V, sieht das bms nur 3,5 V davon. Usw.

Gerade noch ein weiteres bild gefunden, welches ich vor 2 jahren gemacht habe.

Aufgetragen sind die Spannungen der zellen beim Entladen.
5 kurven sind es deswegen, weil die oberste zelle ( die LiIon ) zweimal drin ist: einmal mit fer spannung, die das bms sieht, einmal mit der Spannung, die sie wirklich hat.
Was man hier sieht ist, dass das wort " Differenz " suchtbar für nur eine einzige stelle bedeutung hat: bei "voll", in diesem fall als 3,44 V/Zelle definiert.
Das selbst diese Definition eine frage der Betrachtung ist, zeigen die fakten:
Die drei Lifepo gelten mit 3,44 als ziemlich :wink: voll. Die Liion hat gerechnet 3,44 + 0,59 , also 4,03 V.
Nach liion kurve ist das ca 15 % unter Voll, was wede die Zelle, noch das BMS, noch den balanciervorgang stört. Letzteres deswegen, weil die LiIon Ladekurve an dieser Stelle nicht flach ist.
Dass sie nicht so steil ist wie die LiFePo kurve ist auch egal.... Was einen zur genauen Erkenntnis bringt, was das balancieren macht. Es sorgt dafür, dass alle Zellen wiederholbar auf einen bestimmten Vollzustand gebracht werden können, ab dem sie (wieder) "gemeinsam arbeiten können".

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Mal zum Thema Differenz. Man sieht, das Zelle 1 eine anscheinend flache kurve hat
2 und 3, rot und gelb, fallen dagegen irgendwann gemeinsam ab, da erkennt man, wenn man großzügig ist, die lifepo entladekurve.
Warum sieht man das bei zelle 1 nicht? Weil diese zelle doppelt soviel Kapazität hat. Sie ist ja erst halb leer, wenn die anderen leer sind.

Man merke: spannungsdifferenz unterhalb von voll (und ohne strom) ist nur Kapazitätsunterschied. Und hat NICHTS mit Balancierung zu tun.

Ist das schädlich? Nein, denn nach dem laden funden alle sich gleichzeitig bei voll wieder

Ist das Lästig? Naja, wenn in einem 16 s eine zelle mehr kapa hat, die nicht genutzt wird, dann isses eben so. Hat eine zelle weniger kapa als die anderen, so bleibt in allen anderen ladung ubrig, die man wegen einer nicht rauskriegt. Also ist eine mit weniger kapa schon lästig.

Man merke: Deswegen tauscht man die.... oder schaltet eine kleine Zelle parallel.

Zum Thema Spannungsunterschied/matchen.
Wenn diese Zellen mit ständig 0,6 V Differenz zueinander normal arbeiten können, sind die beim matchen betrachteten Unterschiede so wichtig wie die farbe vom Aufkleber.
Man Merke:
Matchen ist nett. Etwa so wichtig wie Haargel für die Locke.

Zum Thema Balancierung. Es gibt einen Unterschied in diesem Akku, der perfekt demonstriert, was die Hauptursache für Balancerarbeit ist.
Das ist die Selbstentladung.

Alle Zellen geben beim Entladen die gleiche Ladung - Einheit Ah / Amperestunden - ab. Und nehmen beim Laden die gleiche Ladung auf:
Weil sie In Reihe geschaltet sind und überall der gleiche strom fliesst.
(Die verluste zwischen laden und entladen ergeben sich durch eine unterschiedliche Spannung der zellen)
Wie kann aber dann für eine Zelle Ladung verloren gehen?
Dazu gibt es eine Haupthrund: die Selbstentladung.

Bleibatterien sind dafür bekannt: Ein halbes Jahr stehenlassen, dann gleich wegwerfen.

Alle Lithium Varianten sind da vieeeeel besser. Einen guten Akku ein Jahr stehenlassen? Egal.

Was aber lästig werden kann, sind Unterschiede der Selbstentladung, speziell wenn eine/wenige Zellen deutlich mehr selbstentladung haben als die anderen. Das bringt das Gesamtpaket "aus dem Takt", und man muss es beim nächsten Volladen durch "Balancieren" wieder ausgleichen.

Man Merke: unterschiedliche (!) Selbstentladung ist Die Hauptursache für Notwendiges Balancieren.
(Warum "unterschiedliche" ? Na, wenn alle gleichviel Ladung verlieren, wird der akku zwar leerer, aber die Zellen bleiben im "Takt")

Ich erwähne noch :
Selbstentladung ist ein "schleichender Defekt" . Er kann langsam schlimmer werden, muss aber nicht.
Selbstentladung betrifft etwa 5 bis 10 % aller Zellen. Auch neue konnen das haben, und auch alte können gut bleiben. Selbstentladung wird als weder durch alter noch durch Zyklen noch durch hohen Strom verursacht.

Und was ist in diesem Akku?
Der liion Akku hat mehr Selbstentladung als die drei Lifepo Zellen. Das ist zwar höchst interessant, muss aber keine generelle Aussage sein.

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Ah, darum. Wollte schon sagen hau Zelle 4 raus da ich an eine komische LFP dachte.
Deine Konfiguration ist die bessere, allerdings perfekt frankenstein, da bei mir die Diode im Lade (Entlade) Stromkreis sitzt und durchaus ordentlich heiß wird und gekühlt werden muß. 4 LTO 14,8V - Diode - 4 LFP 14,0V
Entladen wird vereinfacht über die LFP bzw. über 2 Aktivdioden.

Bei mir sind immer einheitliche Zellen im jeweiligen ca. 12 V Strang. Also zivilisiert.

Die Ladung wird aber durch 2 (eigentlich 3 wegen Ladestrom) unterschiedliche Ladegeräte realisrealisiert wodurch der Diodenstrom und Verlust sich in Grenzen hält da jedes Ladegerät hauptsächlich seinen eigenen Akku behandelt.
Extrem könnte ich sogar auf 16 V für die NaIon hoch gehen die dann als erstes entladen werden.

Eigentlich wollte ich den Sauhaufen schon mal aufräumen bzw. vor allem die kleine Zellen entfernen, sind aber auch ca. 1 kWh, und auf 24 V umstrippen.
Und die LTO bräuchte ich eh wo anders da hier da die Temperatur hier nicht unter 10 Grad fällt.
Oder ich bestell mir überhaupt 4 300Ah Blöcke und bleibe bei 12 V.

Ich habe da noch A123 Zellen im Verbund, die liefen ohne Balancer. Da habe ich nur die Mittenspannung überwacht. Gab nie eine Abweichung.
Sollten aber spezielle Zellen gewesen sein. Habe leider keine einzelne um sie mal zu vermessen ob die eine spezielle Ladecharakteristik, balancierung intern haben.
Die 3500 mAh NaIon machen das scheinbar. Über 4 V werden sie warm.

Nene, das war ja genau der Gag an diesem Akku. Verschiedene Chemie mit verschiedener Spannung in Reihe... Am gleichen BMS. Hat mich ziemlich lange gekostet, den Trick mit der Diode zu finden. Das geht nur bei der obersten, und vielleicht noch bei der untersten Zelle.

Die Motivation ist eigentlich gewesen: für einen direkten Ersatz eines Bleiakku in einem Fahrzeug durch Lifepo ist die erlaubte Maximalspannung der Lifepo um ein paar 100 mV zu niedrig.
( Max im Fahrzeug 14,8 für Blei, 4 mal 3,6 V LiFePo 14,4 V plus Raum für Balancierung)
Und die max Spannung ist bei diesem Frankenstein um 600 mV höher....
Vielleicht mache ich das nochmal.