@Akkulader Danke dir nochmal für deine Rückmeldung und insbesondere für die Info, dass Änderungen der BMS-Parameter tatsächlich übernommen werden und Auswirkungen haben. Ebenfalls danke für den Hinweis, dass der Betrieb über Batt-V grundsätzlich möglich ist. Das eröffnet mir für die weiteren Versuche noch eine zusätzliche Möglichkeit.
Ich habe heute Morgen einmal gezielt das Verhalten meiner drei Packs im unteren Bereich getestet. Dabei sind ein paar interessante Dinge herausgekommen.
@Ironmaster @carolus
Ihr hattet mit einem Punkt tatsächlich recht: Die 3,0-V-Freigabe kann dazu führen, dass im unteren Knie balanciert wird. Das konnte ich heute praktisch nachvollziehen.
Ich habe zunächst alle drei Packs mit etwa 60–65 A pro Pack entladen. Im normalen bzw. flacheren Bereich lagen die Zellspannungen dabei trotz dieses relativ hohen Entladestroms sehr eng zusammen.
Ein paar Messpunkte:
Bei ca. 15 % SOC und ungefähr 3,15 V/Zelle lagen die Spreads der drei Packs bei nur etwa 4 / 6 / 10 mV.
Bei etwa 13 % SOC und ca. 3,13 V/Zelle praktisch unverändert bei etwa 4 / 6 / 10 mV.
Erst unterhalb von etwa 10 % SOC begann sich das Bild deutlich zu verändern. Bei rund 64–65 A Entladestrom pro Pack lagen die Spreads zunächst bei etwa 11 / 26 / 23 mV und stiegen beim weiteren Entladen im unteren Knie schließlich auf ungefähr 50–80 mV an.
Und hier wurde es interessant:
Während der Entladung blieben die Balancer bei allen drei Packs trotz 50–80 mV Spread komplett aus.
Damit hat sich auch die Aussage von @Akkulader praktisch bestätigt: Zellspannung oberhalb der eingestellten 3,0 V und >30 mV Spread reichen alleine nicht aus. Der Balancer arbeitet nur während des Ladevorgangs bzw. bei entsprechend positivem Ladestrom.
Anschließend habe ich direkt wieder geladen, zunächst mit etwa 22 A pro Pack und später mit etwa 31–32 A pro Pack.
Bei weiterhin >30 mV Spread sind die Balancer unmittelbar angesprungen.
Damit ist zumindest bei meinen Packs ziemlich eindeutig nachgewiesen:
Zellspannung oberhalb der Freigabeschwelle + entsprechender Cell-Spread + vorhandener Ladestrom = Balancing.
Beim Herausladen aus dem unteren Knie liefen die Zellspannungen dann kontinuierlich wieder zusammen. Die Balancer blieben jeweils so lange aktiv, bis der Spread unter die eingestellten 30 mV gefallen ist.
Die aufgezeichneten Balancierzeiten lagen ungefähr bei:
Pack 1: 648 Sekunden
Pack 2: 846 Sekunden
Pack 3: 557 Sekunden
Besonders interessant fand ich, dass der Spread nach dem Abschalten der Balancer trotzdem weiter deutlich gefallen ist.
Bei ungefähr 10 % System-SOC und 51,9 V Packspannung lagen die Spreads trotz weiterhin 31–32 A Ladestrom pro Pack anschließend nur noch bei:
Pack 1: 7 mV
Pack 2: 10 mV
Pack 3: 6 mV
Für mich zeigt der Verlauf ziemlich deutlich, dass die 50–80 mV Spread unten tatsächlich erst im unteren Knie entstehen und beim Verlassen dieses Bereichs weitgehend von selbst wieder verschwinden. Der 110-mA-Balancer kann diese Veränderung in der kurzen Zeit schon rein von der Größenordnung her nicht verursacht haben.
@Ironmaster Damit ist dein grundsätzlicher Einwand gegen die 3,0-V-Freigabe also durchaus berechtigt: Ja, bei ausreichend großem Spread wird beim anschließenden Laden tatsächlich im unteren Knie balanciert.
Was wir allerdings nicht wissen: Ob dabei überhaupt dieselben Zellen balanciert werden, die später am oberen Knie voreilen. Wir können deshalb momentan weder qualitativ sagen, ob dieses Balancing unten die spätere Top-Balance verbessert oder verschlechtert, noch erscheint mir die dabei umgesetzte Ladungsmenge bei 110 mA und den gemessenen Laufzeiten quantitativ besonders relevant.
Bei meinen Packs tritt dieser Zustand außerdem erst unterhalb meiner normalerweise verwendeten 10-%-SOC-Grenze auf. Diesen Bereich habe ich im normalen Betrieb nicht genutzt. Als Ursache für meine bestehende Disbalance am oberen Ende halte ich diesen Effekt deshalb weiterhin für sehr unwahrscheinlich.
Eine Konsequenz ziehe ich aus dem Test aber trotzdem:
Die Balancer-Startspannung werde ich von 3,0 V auf 3,4 V anheben.
Nicht weil damit bewiesen wäre, dass das Balancing unten schädlich ist, sondern gerade weil wir das nicht wissen. Ich kann momentan nicht sagen, ob unten dieselben Zellen gebremst werden, die später oben voreilen. Im ungünstigsten Fall könnten die Balanciervorgänge im unteren und oberen Knie also sogar gegeneinander arbeiten.
Mit 3,4 V als Freigabeschwelle schließe ich dieses mögliche Gegeneinander aus und beschränke das Balancing auf den oberen Bereich, in dem es für das eigentliche Top-Balancing relevant ist.
Und damit komme ich zur eigentlichen Fragestellung dieses Threads: Wie bekomme ich die bestehende Disbalance am oberen Ende besser in den Griff?
Dafür wird für mich jetzt die zweite Einstellung interessant: die derzeitigen 30 mV Balancing-Differenz.
Mein ursprünglicher Gedanke war, diese auf 10 mV zu reduzieren, um dem mit nur 110 mA und maximal vier gleichzeitig balancierten Zellen ohnehin sehr schwachen Balancer oben mehr Arbeitszeit zu geben.
Die Einwände gegen die 10 mV habe ich verstanden. Es wurde ja bereits darauf hingewiesen, dass eine Absenkung von 30 auf 10 mV das tatsächlich nutzbare Balancierfenster möglicherweise nur geringfügig erweitert und 10 mV deshalb als zu niedrig angesehen werden.
Ich möchte es trotzdem nicht unversucht lassen.
Der Hauptgrund dafür ist, dass sich die Nachrüstung eines aktiven Balancers bei diesen Packs eben nicht mal schnell erledigen lässt. Nach dem bisherigen Stand wäre dafür ein Workaround mit einer zusätzlichen Platine notwendig. Selbst bei den vorhandenen Flachbandkabeln ist noch nicht geklärt, welche Signale dort überhaupt nach vorne geführt werden und ob sie sich dafür sinnvoll nutzen lassen.
Bevor ich also anfange, zusätzliche Hardware in die Packs einzubauen, möchte ich zunächst die Möglichkeiten des vorhandenen BMS ausschöpfen.
Und genau dafür finde ich die Kombination aus einer höheren Startspannung und einer niedrigeren Delta-Schwelle interessant:
Mit 3,4 V Balancer-Start schließe ich den unteren Bereich aus. Dadurch kann ich anschließend eine niedrigere Delta-Schwelle ausprobieren, ohne dass der Balancer aufgrund der großen Spannungsunterschiede im unteren Knie dort ebenfalls aktiv wird.
Bevor ich etwas ändere, lasse ich den aktuellen Ladevorgang allerdings zunächst mit den unveränderten 30 mV weiterlaufen. Dabei dokumentiere ich jetzt genau, ab welcher Zellspannung der Spread oben erstmals 10, 20 und 30 mV überschreitet, wann das Balancing einsetzt und wann das BMS mit dem Tapering des Ladestroms beginnt.
Danach entscheide ich anhand dieser Messwerte, mit welcher Delta-Schwelle ich den nächsten Versuch starte.
Wenn sich meine bisherigen Beobachtungen bestätigen und die 10 mV tatsächlich erst oberhalb von 3,4 V auftreten, möchte ich auch die 10 mV zumindest einmal gezielt ausprobieren. Ob das nutzbare Balancierfenster dadurch am Ende tatsächlich ausreichend größer wird oder beispielsweise 15 bzw. 20 mV die sinnvollere Einstellung sind, wird sich anhand der Messungen zeigen.
Ich möchte die 10 mV jedenfalls nicht allein deshalb verwerfen, weil der zusätzliche Zeitgewinn möglicherweise klein ist. Bei einem Balancer mit nur 110 mA und maximal vier gleichzeitig balancierten Zellen kann für mich auch zusätzliche Balancierzeit interessant sein.
Den restlichen Ansatz möchte ich anschließend über die Ladeparameter bzw. Spannungen im Batt-V-Modus verfolgen. Ziel wäre dabei, dem passiven Balancer am oberen Ende möglichst viel sinnvolle Arbeitszeit zu geben und gegebenenfalls über die Ladeparameter dafür zu sorgen, dass einzelne Zellen nicht so schnell nach oben weglaufen.
Erst wenn sich zeigt, dass sich die Disbalance mit den vorhandenen Möglichkeiten des BMS und entsprechenden Ladeparametern nicht ausreichend in den Griff bekommen lässt, würde ich mich ernsthaft mit dem deutlich aufwendigeren Weg einer Nachrüstung eines aktiven Balancers beschäftigen.
Jetzt dokumentiere ich aber zunächst den weiteren Ladevorgang bis zum oberen Knie. Dann habe ich einmal den kompletten Verlauf von unten bis oben und kann auf dieser Grundlage entscheiden, welche Einstellungen ich als Nächstes teste.
