Wo sind die fehlenden 2 kWh?? Li-Ion-Akku...

newman01 · 22. Oktober 2023 um 19:57

Hi Leute, ich bin grad stark am grübeln, da mein DIY-Speicher etwas "hinkt". ?

Folgende Basis. Ich habe mein BKW (1,7kWP) mit nem DIY-Akku ausgerüstet.

Dieser besteht aus 12 gebrauchten parallel geschalteten Li-Ion-Packs. Die Packs sind mit 39 21700er Zellen von Samsung 50T bestückt (4900mAh), verschaltet als 13S3P. Somit ergibt sich in der Gesamtkonfiguration ein 13S36P-Li-Ion-Pack, mit einer rechnerischen Kapazität von 8484,84Wh. Da es sich um gebrauchte Zellen handelt, habe ich die tatsächliche Kapazität mal gemessen. Bei einer Entladeschlussspannung von 32,6V hat mir das Messgerät nach 31h Entladung mit ~245W eine tatsächliche Kapazität von 7605Wh bescheinigt. Aufgrund des mir nicht bekannten Alters/Zustand der Zellen ein brauchbarer Wert.

Jetzt hab ich an diesen Akku einen Sun1000 Wechselrichter mit aktivirter "Nulleinspeisung" am laufen. Habe den Sun testweise auf 34V Cutoff und 54V Reboot eingestellt. Bei 54V ist die Ladeschlussspannung mit 99-100% Akkufüllstand erreicht. Cutoff liegt minimal über min. Entladespannung,... ist, wie schon gesagt, nur Testweise so!

Am AC-Ausgang des Sun1000 hängt ein Shelly 2.5PM zum Schalten des WR und messen der eingespeisten Energie. Weiterhin wird über ein Shelly EM nochmals die Einspeiseleistung über Messklammer mit geloggt. Und nun kommt mein Problem. Ich bekomme aus dem vollen Akku nur gute 5-5,5kWh raus! Das JK-BMS zeigt mir dann die rund 34V Akkuspannung an, gleichzeitig aber noch 32-35% SoC! Man sieht am Shelly, das die AC-Leistung des Sun langsam ausgeregelt wird, und immer weniger ins Haus eingespeist wird.

Meine Frage ist jetzt, wo sind die fehlenden 2kWh? Ich will jetzt nicht glauben, das der Sun1000 rund 25-30% Energie verbrät. Auch stimmt die vom JK-BMS angezeigte Akkuspannung nicht in Verbindung mit dem SoC...

Warum regelt der Sun schon "so Früh" aus? Mir ist bewusst, das der Sun nur max. 25A DC verarbeiten kann. 25A x 34V sind aber dennoch 850W, und nicht 30-50W, die er mir bei dieser Akkuspannung noch zugesteht! Irgendwie ist da der Wurm drin. ?

Normal wollte ich den Akku mit ner CutOff von 39-40V betreiben, in der Hoffnung, das ich dann noch ne halbe kWh Rest intus habe, mit 7kWh "Nutzlast". Da bin ich aber weit von entfernt. Warum? Ich finde 28% Regelverluste irgendwie sehr hoch....

MFG Andy

stromsparer99 · 22. Oktober 2023 um 20:32

Rechne nochmal nach

newman01 · 22. Oktober 2023 um 20:37

Sorry 8484,84Wh...nich kWh...

4,9Ah * 36P = 176,4Ah...

176,4Ah * 48,1V = 8484,84Wh...

13 * 3,7 (Li-Ion) = 48,1V

Hab ich...

newman01 · 24. Oktober 2023 um 17:47

Wat nun? Außer Hinweise auf Fehler kommt nix mehr? ?

stromsparer99 · 24. Oktober 2023 um 18:00

Bekommst du die 5-5,5KWh AC raus oder DC aus der Batterie.

Wenn das AC gemessen ist, dann sind das die Verluste von deinem Wechselrichter.

newman01 · 24. Oktober 2023 um 18:10

Habe 7,605kWh direkt am Akku gemessen, DC... Entladen bis 2,5V/Zelle

Die 5,5kWh habe ich AC gemssen, entladen bis 2,7V/Zelle.

Das wären 28% Regelverlust im WR. Das finde ich viel zu hoch,... da kann was nicht stimmen.

stromsparer99 · 24. Oktober 2023 um 18:19

Bei 245Watt ist der Wirkungsgrad eher gering, das kann schon stimmen.

Dein BMS kann doch AH zählen, wie viel hast du denn entnommen?

newman01 · 24. Oktober 2023 um 18:48

Du meinst die Cycle-Capacity? Steht bei 3015,4Ah bei 17 Zyklen, was wiederum 177Ah wären. Das könnte so schon stimmen (Passt mit den gemessenen 7,6kWh...), aber den 17 Zyklen trau ich nicht! Wenn ich das Teilladen/-entladen zusammen rechne, sind in 3 Monaten mehr als nur 17 Zyklen zusammen gekommen. Die 17 Zyklen würden allein für den August reichen. (Akku ging am 1.8. ans Netz) Inzwischen sind zwei weitere Monate um.

Vom 1ten August bis jetzt hatte ich laut Shelly und zweiten Energiemessgerät 243kWh Ertrag aus dem Wechselrichter. Das würden 44 Vollzyklen entsprechen, bei 5,5kWh Energiegehalt. Was ich bei den 243kWh Ertrag nicht explizit raus rechnen kann, weil ich da keine Messmöglichkeit habe, wieviel vom Wechselrichter produziert wurde, wo der Akku parallel geladen wurde. Quasi das, was von den Modulen direkt abgenommen und verbraucht wurde. Dieser Wert sollte aber ebenfalls recht klein sein, da wärend der Akkuladezeit ein weiteres BKW mit Volleinspeisung die Grundlast im Haus bedient und sogar noch eingespeist hat. Die programmierte Nulleinspeisung des WR sollte diesen hier zu 95% abgeregelt haben.

Ich muss mir mal tatsächlich die Cycle-Capacity-Werte vor und nach Entladung notieren. Habe ich bisher versäumt.

Das war nur die Last des Kapazitätsmessers.

Im normalen Betrieb liegt die Last bei 400-900W. Und wenn da der Wirkungsgrad besser sein sollte, müssten ja erst recht mehr als 5,5kWh nutzbar sein. ?

Mir erschließt sich das alles noch nicht so recht.

newman01 · 29. Oktober 2023 um 08:19

Soooo,

heute mal eine Antwort nach dem Test. Gestern war der Akku bei den letzten Tagen ausschließlichen Regenwetters endlich voll. Habe mal viele Bilder in den Anhang geworfen, die meine Verwirrung weiter unterstützen.
Habe mal das BMS VOR und NACH dem entladen ausgelesen. Vor entladen stand der Wert "Cycle Capacity" bei 3015,4 Ah, nach der Entladung bei 3130,7Ah. Das sind 115,3Ah entnommener Energie. Macht bei 48,1V mittlerer Systemspannung 5,545kWh...
Der Shelly EM zeigt mir einen Ertrag von 4,69kWh für den letzten 24h-Zeitraum an.
Der Shelly Plus2PM zeigt mir einen ertrag von 4,9kWh für den letzten 24h-Zeitraum an. Den Unterschied zum EM halte ich für eine Messtolleranz, da der Shelly PM den Wert errechnet, und nicht wie der EM über eine Klammer misst.
Der Sun1000 zeigt mir leider nur den Wert ab 0:00 Uhr an. Dieser liegt bei 1,9kWh Ertrag. Deshalb hab ich zum Vergleich DIESE Daten parallel nochmal von Shelly EM (Heute) = 2,1kWh und Shelly Plus 2PM (Heute) = 2,19kWh anzeigen lassen.
Zu guter letzt nochmal das externe Energymeter. Vor Entladung 273,94kWh... Nach Entladung 278,62kWh... Macht einen Ertrag aus dem Akku von 4,68kWh, was sich mit dem gemessenen Ertrag vom Shelly EM nahezu deckt!
Die Tolleranz zwischen den Daten aus dem BMS (5,545kWh) und dem Shelly EM/Energymeter (4,68kWh) würde ich als System-/Regelverluste ansehen, was einem Wirkungsgrad von 84,4% entsprechen würde.
Das ganze ist mit einer "Dauer"-Last von 250W ermittelt worden.
Jetzt die alles entscheidende Frage... Wo sind die fehlenden 2kWh, die mir der Akkutester mehr entladen konnte?
Ich versteh es einfach nicht...
MFG Andy

u-f-o · 29. Oktober 2023 um 21:24

Kann sein das ich falsch liege und verstehe aber Bild 1 nach meinem Verständnis:

5 Watt werden gerade verbraucht bzw. wird es so angezeigt, in Wirklichkeit aber werden aber gerade 234V x 0,277A = 64,8 Watt verbraucht und somit auch aus dem Akku gezogen. 0,07PF sollte für Power Factor stehen und ist also mega schlecht. 64,8 Watt x 0,07 = 4,54 Watt also in etwa das was auch angezeigt wird.

Ich gehe davon aus das die angezeigten Kwh aus der angezeigten Leistung und dessen Zeit addiert werden der Power Factor also nicht mit berechnet wird.

Was zeigt das Teil denn für einen Power Factor bei größerer Last und wieviel Ampere, in deinem Fall die 250 Watt?

newman01 · 30. Oktober 2023 um 05:45

Ne, die 5W zieht er nur aus dem Netz, wenn der WR im "StandBy" ist. Das ist die Ruhestromaufnahme, und die wird nicht aus dem Akku bedient. Erkennt man daran, das diese auch angezeigt wird, wenn der Akku abgeklemmt wird, und das Teil im standBy ist.

Wenn das Teil am Produzieren ist, liegt der Powerfaktor bei 0,98-1,00...

u-f-o · 30. Oktober 2023 um 15:00

Verstehe...

Dann zieht das Teil aber doch trotzdem 65Watt für den Standby aus dem Netz und nicht 5 Watt wie es angezeigt wird.

Zumal 5 Watt Standby nicht realistisch sind für einen China Inverter.

Zumindest stehen da halt 234V und 0,277 Ampere.

newman01 · 30. Oktober 2023 um 15:25

Also die 5W stimmen so schon, die werden mir von zwei weiteren Shellys bestätigt! Vermutlich nen Programmierfehler in der Software des Energymeters, muss ich mal beobachten und ergründen, ob da nicht nur das Komma eine Stelle verrutscht ist. Fakt ist, wir reden hier vom STANDBY-Verbrauch!!! Das halte ich für solch einen kleinen 1kW-Inverter schon realistisch. Und das das Teil aus China kommt, wird in vielen Dingen immer abwertend gesehen. Die Chinesen sind uns da in vielen Dingen inzwischen weit voraus! Weiterhin reden wir hier nicht von den Regelverlusten unter Vollauslastung. Da gehen auch mal 150W und mehr bei dem kleinen Ding verloren, da würde ich dir zustimmen.

Aber wie schon gesagt, die 5W werden von anderer Stelle bestätigt, und das sind dann auch nicht die 2kW, die im Akku fehlen, da die aus dem "Netz" kommen, da die auch verbraucht werden, wenn der Akku leer ist.

Letztendlich ist ja auch "fast" egal, was die Shellys, der WR oder das Energymeter anzeigen. Das BMS zeigt 5,5kWh entnommene Energie an, nicht 7,5kWh!!!

Selbst, WENN es die 65W StandBy wirklich gäbe, und diese vom Shelly, WR oder Energymeter nicht mitgemessen wurden, aus welchen Gründen auch immer.... Dann hätten die aus dem Akku kommen müssen, und vom BMS gezählt werden müssen!

u-f-o · 30. Oktober 2023 um 16:20

Falls das so rüber gekommen ist, ich habe nix gegen China Geräte und nutze selbst welche ?.

Auf jeden Fall aber solltest du bedenken das die SOC Werte vom JK-BMS unbrauchbar und sehr ungenau sind.

Mit was hast du denn anfangs direkt am BMS die Kapazität vom Akku gemssen?

newman01 · 30. Oktober 2023 um 16:33

Mit diesem Teil hier, in der 300W-Version. Atorch spleiß zubehör erweiterte leistung 150w power fan zubehör für DL24M-P (lila) dl24ew - AliExpress 1420

Die Überlegung, das das Teil ungenau ist, hatte ich auch schon. Aber wieder Verworfen, da mehrere andere Akkus und Einzelzellen problemlos und auch plausibel gemessen wurden.

Habe damit Vier Calb 100Ah LFP-Zellen mit 102Ah einzeln "ausgelitert". Ebenso im 12V-Verbund, mit und ohne BMS... Hab damit AGM und andere Li-Ion-Packs gemessen... Das Gerät ist nie auffällig geworden.

Einzig, was ich jetzt tatsächlich noch nicht gemessen/beobachtet habe, was jetzt als nächstes an steht, sofern endlich wieder genug Sonne da ist, um den Pack wieder zu füllen... Ich will nochmal kontrollieren/vergleichen zwischen dem Messergebnis der elektronischen Last und dem gezählten Verbrauch des BMS!

Auf jeden Fall hab ich bei der Belastungsprobe den WR auf die gleiche Max.Last wie die elekt. Last eingestellt, um Wertverfälschungen zu vermeiden.

Wie gesagt, das Teil kann max. 200VDC, max. 30A und max. 300W...

PS: Das der SoC des BMS eher nen Lügenbericht ist, war mir schon bewusst. Aber die Zahlen sollten zumindest stimmen!

u-f-o · 30. Oktober 2023 um 17:47

Ok, dann kannst du den Kapazitätstester wohl ausschließen...

Also ich habe es nun mehrmals gelesen und für mich gibt es nur eine logische Schlussfolgerung:

Einmal der Wirkungsgrad vom WR und somit ~15% Verlust, dann bist du von 7,6Kwh ausgehend nur noch bei 6,4Kwh.

Dann sind es nur noch 1Khw die fehlen...

Und das der Wechselrichter schon früher abschaltet als die elektronische Last, das hast du ja auch schon selbst festgestellt.

Spannungsabfall vom WR zum Akku?

Hast du mal die Klemmspannung beim entladen direkt am Akku gemessen, und dazu die Spannung am WR selbst?

Die elektronische Last hast du sicher über die Vierleiter Methode beim Kapazitätstest angeschlossen gehabt?

Das gibt auf jeden Fall höhere Werte als wenn der WR einfach über zwei Kabel angeschlossen ist.

newman01 · 30. Oktober 2023 um 18:04

Neeee... Da geh ich nicht mit!

[quote]Habe mal das BMS VOR und NACH dem entladen ausgelesen. Vor entladen stand der Wert "Cycle Capacity" bei 3015,4 Ah, nach der Entladung bei 3130,7Ah. Das sind 115,3Ah entnommener Energie. Macht bei 48,1V mittlerer Systemspannung 5,545kWh...
Der Shelly EM zeigt mir einen Ertrag von 4,69kWh für den letzten 24h-Zeitraum an.[/quote]

DAS sind die ~15% Verlust! 5,545kwh Eingang DC zu 4,69kWh Ausgang AC. Es bleiben die fehlenden 2kWh!!

Nein, macht er auch nicht. CutOff wurde im WR als auch im BMS auf 32,5V gesetzt. (13*2,5VMin für Li-Ion-Zellen.) Werte wurden aus dem Zellendatenblatt entnommen, und auch die elekt. Last hat bis 32,V entladen.

Um Leitungswiderstände zu finden? Nein, noch nicht. Aber die Messleitungen der elekt. Last waren länger! Gemessen nach 4Leitermethode.

u-f-o · 30. Oktober 2023 um 21:35

Dann nicht ?

Selbst ein Victron hat je nach Last manchmal 10% Verlust, und im Wirkungsgrad sowie Standby Verbrauch sind sie wirklich gut. Du must einfach realistisch bleiben... ein SUN1000 hat einfach mehr Verluste und einen schlechteren Wirkungsgrad als manch andere Inverter Namenhafter Hersteller. Standby Verbrauch liegt je nach WR bei Victron übrigens bei rund 10-12 Watt, und das möchtest du mit einem SUN1000 schlagen? Da wette ich aber dagegen... lese dir mal Rezensionen zb. auf Amazon durch was zb. den Standby Verbrauch betrifft ?. Oder frage mal @Carolus der hat glaube ich auch einen SUN1000 oder Baugleich soweit ich gelesen habe, vielleicht kann er was dazu sagen.

Ich bleibe dabei, es ist eine Kombination, aus Verlusten, Spannungsabfall, und ggf. Messfehlern...

Du hattest auch im ersten Post geschrieben das du mit der elektronischen Last bei ~32V abschalten lassen hast, und der Sun aber bei 34V die das BMS angezeigt hat abgeschalten hat. Bei 13s sind das pro Zelle schon ~150mv... Waren das Ruhespannungen oder noch unter Last? Obwohl man das dann auch wieder nicht genau sagen kann da dein Sun ja wie du gesagt hast schon bei 34V runter geregelt hat. Vergleiche auch mal wie du gesagt hast die entnommenen Amperestunden welche die elektronische Last anzeigt mit denen vom BMS, ich denke da kannst du schon den ersten Messfehler finden.

Das die Leitungen der elektronischen Last länger waren spielt keine Rolle mehr wenn du über 4 Leiter entladen tust, weil du den Spannungsabfall an den Ladekabeln wo der Strom fließt nicht mehr hast. Die elektronische Last schaltet dann nach der realen Klemmspannung die an der Batterie anliegt ab und somit später als der SUN. Der SUN wird beim entladen immer eine niedrigere Spannung messen und entsprechend früher abschalten als die eine Last mit Vierleiter Methode. Beim laden ist es übrigens das selbe... ohne Vierleiter zeigt der Lader immer mehr Spannung an als der Akku wirklich hat, dementsprechend schaltet er früher ab als er eigentlich müste.

newman01 · 31. Oktober 2023 um 05:26

Da bin ich in der Tat sehr Neugierig! Entladen hab ich mit dem Sun ebenfalls bis 32,5V, aber ja...er hat schon deutlich vorher die Einspeiseleistung gedrosselt. Ich sag mal so... Mir geht es jetzt hier nicht darum, jedes Quentchen Strom aus dem Akku zu pressen. Für mich ist das ganze ein Lehr-/Testobjekt. Ich will mir irgendwann, wenn die PV-Fläche groß genug ist, einen großen LFP bauen oder kaufen... Wird sich zeigen. Mir gehts in erster Linie darum, die Zusammenhänge zu verstehen, um die Art, Aufbau und Dimensionierung des späteren Akkus zu bestimmen. Ich finds nur halt extrem komisch, mal Laienhaft gesagt.... Ich hab zwei absolut baugleiche Glühlampen, eine davon male ich rot an. Die eine leuchtet 12h, die andere nur 8h!!! Ich will den Grund wissen!!! Ich hätte kein Problem damit, wenn der Akku nur 5,5kWh bringt.

Was mich dagegen wirklich stört, ist die Tatsache, das der WR mit zunehmender Akkuentleerung die Leistung immer mehr drosselt! ? Das sollte so nicht sein.

Ich bin echt gespannt, wie ich mit der Tatsache umgehen werden, das beim entladen mit der elekt. Last im BMS tatsächlich 7,5kWh angezeigt werden, oder nur 5,5kWh... ?

Irgendwo find ich das grad extrem spannend. Ich muss mal schauen, wenn ich Glück habe, wollte mich heute nen Bekannter mit seinem Nachbar wegen ner anderen Sache besuchen. Dieser ist Dipl.Ing in der Elektronikentwicklung. Da werd ich das Thema auf jeden Fall mal ansprechen. Mal schauen, was der noch für Ideen hat.

u-f-o · 31. Oktober 2023 um 19:09

@newman01

Eventuelle Gründe habe ich dir ja genannt, auf die Suche gehen must du aber selbst ?.

Ich möchte dir nochmal ein Beispiel aus einem meiner Tests vom Bau meines Akkus (160Ah Lifepo Zellen) zeigen. Vorweg sei gesagt das die Zellen alle von Werk aus Überkapazität haben. Dazu kommt das die Dinger bei einer Entladerate von unter 0,3C extrem Stabil in der Spannung sind und erst sehr spät einbrechen, und ich war noch nichtmal bei 3V sondern bei 3,048... der eingestellte Kapazitätscut von 120% hat die Sache dann aber beendet?.

Hier mal ein Kapazitätstest einer Zelle mittels Vierleiter bei 40 Ampere Last und bis 3,048V Zellenspannung entladen, rund 192Ah entnommen:

Und hier ohne Vierleiter wo die Spannung nur über die Ladekabel erfasst wird, rund 162Ah entnommen:

Durch den Spannungsabfall an den Ladekabeln schaltet der Lader viel früher ab weil er die reale Batterie Spannung nicht kennt die in Wirklichkeit noch viel höher liegt. Alles mit ein und dem selben System entladen bis auf den Unterschied Zweileiter/Vierleiter.

Wie du siehst können solche Sachen eine Menge ausmachen... natürlich aber wird es im fertigen System nochmal besser werden als die 162Ah da man dickere Kabel verwendet, ggf. nach Shunt und SOC abschalten lässt der direkt am Akku sitzt, und der Spannungsabfall dadurch kompensiert wird. Nur kann ich beim Kapazitätstest schlecht 25mm² Kabel an meinen Lader hängen aber Vierleiter?. Im fertigen System kommen dann aber auch wiederum andere Sachen hinzu die Verluste verursachen. Wenn man es wirklich sicher wissen möchte würde ich bei einem Kapazitätstest einzelner Zellen immer die Vierleiter Methode nutzen! Später dann als der Akku zusammen war (24V System also 8 Zellen) habe ich nochmals über den WR entladen und das BMS bei 3V abschalten lassen um auch gleichzeitig die UVP zu testen. Der Shunt hat mir dann knapp 173Ah angezeigt als die "schlechteste" Zelle bei 3V angekommen ist. Das Energiekosten Messgerät direkt hiner dem WR 3,8Kwh... Rechnet man nun 10% Verlust vom WR dazu komme ich auf 4,18Kwh / 24V = 174Ah. Wie du siehst fehlen mir dann aber immer noch 18Ah gegenüber dem Ergebnis von der Vierleitermessung. Nur ist erstens nicht jede Zelle gleich und alles was man dran schraubt verursacht Verluste! Ich kann mich also trotzdem glücklich schätzen denn wenn ich rechne das ich bis 2,5V/Zelle nochmal rund 5% Kapazität bekommen würde wäre ich bei 180Ah, und das sind sogar genau die 12% Überkapazität die der Hersteller verspricht. Allerdings fressen die Kosten für die Zellen diese 12% natürlich wieder auf und armortisieren würde sich die ganze Anlage erst nach rund 20 Jahren?... dafür erhoffe ich mir aber zumindest eine extrem lange Haltbarkeit der Zellen. Erfahrungsberichte von über 10 Jahren bestätigen das bereits...

Und hier habe ich gleich noch einen Tipp für dich, anstatt den SUN WR beim Test abschalten zu lassen würde ich das BMS bei einer UVP von 2,5V abschalten lassen. Dann hast du auf jeden Fall schonmal ausgeschlossen das der WR zu früh abschaltet (Achtung--> zur Sicherheit immer dabei bleiben!!!) ?. Denn das BMS sitzt direkt am Akku, und solange das BMS bei der 2,5V UVP nicht abschaltet kannst du dir sicher sein das noch mehr drin gewesen wäre. Dazu must du allerdings wohl erstmal rausfinden warum der SUN so früh abregelt. Ich würde auch keine gefühlt 100 Messgeräte dran hängen sondern nur ein einfaches Energiekosten Messgerät hinterm WR und wenn man hat einen Shunt direkt am Akku. Und sorry für den langen Text aber der muss sein um es vernünftig erklären zu können, aber du findest es ja extrem spannend warum das alles so ist wie es ist ?. Natürlich kann ich aber auch auf der falschen Fährte sein, dann müstest du aber das Gegenteil rausfinden was bei dir Faul sein soll ?.