Onderwerp: Li-ion accu opslag met geïntegreerde balancers

De lekstroom van een balancer is te beschouwen als de zelfontladingsstroom van een Li-ion cel. Tot 100uA is geen enkel probleem. Ik heb de balancers de hele winter op mijn 100Ah cellen gehad en meet dan na 3 maanden nog 3,1V per cel. Dat is nog steeds niet 'leeg' (dat is bij 2,5V). De balancer weerstand (en daarmee de ontlaadstroom) zorgt hiermee ook voor een gebalanceerde ontlading (passive balancing). Voor lood-zwavelzuur accu's krijg je dan een gebalanceerde sulfatering en dat wil je niet, dus daar moet je dit niet toepassen.
Bij het laden zorgen de balancerweerstanden voor een regelmatige spanningsverdeling over de cellen tot het punt van 3,7V (als je de balancer daarop instelt) en dan gaat de balancer 'shunten' en wordt de spanningsverdeling niet meer regelmatig (en dat moet dan ook niet).
Samenvattend: een kleine ontlaad/shunt-stroom is niet erg. Zei het dat hoe kleiner die ontlaadstroom is, de shelf-storage-life langer wordt.

Nu even kijken naar de LiFePO₄ accu's: vanaf 2009 tot nu zijn er door praktisch gebruik andere eigenschappen voor die cellen aan het licht gekomen, dan in de ontwerpfase werden toegekend.
De initiële laadspanning van 4,2V zakte naar 4V en zit nu op 3,8V waarbij eens in de 5 jaar je kennelijk de cellen toch weer naar 4V moet laden. De theorie hierachter heb ik nergens kunnen achterhalen (en kan dus commercieel zijn geïnspireerd).
De laad-eindspanning is in 5 jaar van 4 naar 3,8 naar 3,75 naar 3,65V gezakt (met de initiële laadspanning mee), ook weer zonder enige vindbare natuurkundige verantwoording. Dit is de reden dat ik voor de instelling van de balancers een potmetertje gebruik, zodat ik de laad-eindspanning kon aanpassen aan de 'moderne waarden'. Ik had natuurlijk beter voor een vaste, stabiele spanningsdeler kunnen kiezen, maar die zijn lastig aan te passen.
De levensduur in cycli is in 5 jaar voor dezelfde cellen ook veranderd: in 2010 >1000 cycli, in 2012 > 1500 cycli, in 2014 2000 cycli en in 2015 > 2000 cycli en ja hoor in 2016 > 2500 cycli. Die cellen zijn als wijn, ze worden beter als ze ouder worden! Zo kom ik er nooit vanaf!

Nu zijn JohnBerg en ik aan het stoeien over wat de ideale balancer is.
Voor dit draadje worden in elk geval balancers gevraagd die...
of 'in het kastje' worden ingebouwd
dan wel vast 'tussen de accupolen' worden opgenomen.

Gaan we uit van de nominale 12V spanning, dan heb je nodig: 4 LiFePO₄ cellen (de polen hebben een M8 draad inwendig)

detail van 100Ah cellen en hun polen.


3 verbindingsstrips (die kun je ook van 20mm x 4mm aluminium zelf maken, dan is er in elk geval minder kans op corrosie tussen de positieve aluminium pool en de strip). Uit 'Praag' komen koperen strips. Die zijn dunner.
4 balancers (die uit 'Praag' kunnen 700mA stroom aan) Ik zelf zoek naar balancers die ten minste 4A aankunnen.
De balancers uit Praag worden op de pool van de cel geschroefd. (het kan ook anders)

Afmetingen en specificaties van een 100Ah cel:


Ik heb gezien dat de accu's soms in een krimpfolie worden geplaatst om er 1 'ding' van te maken. De cellen zelf hebben een geribde buitenkant voor stevigheid, maar ook voor convectie. De cellen kunnen tegen elkaar worden gemonteerd.

Prijs en verkrijgbaarheid verandert per dag en dus moet je die maar op de website van EV-power opzoeken.

Laden: Zodra de balancers zijn gemonteerd kun je de cellen in serie met elke kleine gelijkrichter (tot 2A) laden. De inwendige weerstand van een 12V LiFePO₄ accu is rond de 0,010 Ohm. Er kan bij het laden van de accu uit een spanningsbron een forse startstroom gaan lopen waar de accu prima tegen kan, maar de acculader niet (de alternator op de motor mogelijk ook niet!), tenzij je een speciale acculader gebruikt met een stroombegrenzer. De cellen op de foto hebben nooit een acculader gezien, alleen maar zonnestroom.

Door de lage inwendige weerstand worden de accu's niet warm bij het laden. Bij overladen wel! Laat geen grote stromen toe bij een poolspanning van meer dan 3,8V (dat is overladen). Laden mag met een stroom van 1c (100Ah cellen mag je met 100A laden, worden ze niet warm en zeker niet koud van!) Kortdurend (bulklading) mag je ze met 3c (voor 100Ah cellen is dat 300A). Daar worden ze wel warm van en dat mag dus niet lang duren. Ik ken nog geen walstroom installatie die het laden met 3kW toestaat. Wellicht wel als je bij de marine in Den Helder afmeert.
Er zijn inmiddels testen gedaan met het kortdurend laden met 5c. Dat gaat wel, maar de accu wordt dan snel warm.
De accu's (cellen) zijn gasdicht en er komen geen gassen vrij bij laden en ontladen. Dit geldt niet voor Li-ion polymeer accu's! (accu boormachines, laptops, tablets en mobiele telefoons) deze kunnen exploderen bij 'overladen' (Nokia fenomeen).
Door de lage inwendige weerstand worden de accu's niet warm bij het ontladen. Zelfs bij kortsluiten verbrandt de kortsluiting voordat de accu warm wordt. Gebruik dus altijd een zekering tussen de accu en de belasting (maar niet tussen de accu en de alternator indien je de accu als startaccu gebruikt).
Door de lage inwendige weerstand is het oplaad/ontlaad rendement erg goed (>95%). Er wordt geen energie verbruikt door de inwendige weerstand.

Cyclus: LiFePO₄ accu's kunnen veilig tot 80% van hun capaciteit worden ontladen. (persoonlijk ben ik ooit tot 90% gegaan en door netjes en vooral langzaam opladen heb ik geen capaciteitsverlies gemerkt).
Levensduur: op dit moment wordt er 2500 cycli als levensduur opgegeven. (geldt niet voor andere dan LiFePO₄ accu's!)

Om maar eens mee te beginnen...
Groeten, Peper.

I stay tuned....

En dus rechtop monteren, met aansluitingen naar boven.
(my 2 cents)
Zet je nog even het schema van je balancer er bij?

al eerder genoemd: www.ti.com/product/BQ76920

It Paradyske schreef :
of op de brede kant leggen, mag ook!

Balancers? Wellicht komt er een nog mooiere... Nog even geduld!

@roozeboos: kun je die ook voor 4 cellen gebruiken?

Groeten, Peper.

al het eerste tabelletje op de pagina zegt 3-5 cellen.
en het is uitbreidbaar met grotere chips.
Ik zeker voor deze oplossing gaan. Beter dan zelf wat in mekaar prutsen. ( met respect uiteraard)

Mooi ding! TI is (was?) ook nogal scheutig met samples...

De kop zegt het meteen al! Vreemd, ik heb in gedachten dat het ding 6-16 cellen aankon...
P

dat was die andere die ik toen eerst aandroeg. maar de familie is breder.

Peper schreef :
In het verleden heb ik hier op het forum de data van wat er met stroom,spanning en tijd gebeurt tussen 3,5 en 4 volt tijdens het laden gepubliceerd. Voor diegene die graag wil snappen wat de achterliggende redenen zijn om deze spanningen zo in te stellen zouden even de zoek functie kunnen gebruiken en de grafieken bestuderen.

Interessant topic.

Wat is er precies niet goed genoeg aan de balancers uit praag?

Peper, je stond al bij mijn favorieten. Nu met stip... .

hvdm schreef :
De balanceerstroom is niet groter dan 700mA. Dat is niet verkeerd, maar bij een 100Ah cel is dat niet erg veel. Zeker niet bij asymmetrische belasting. Zij stellen ook voor dat je eventueel 2 balancers parallel over de cel kunt zetten voor verdubbeling van de balanceerstroom.
De balancer snijdt de spanning niet af bij de maximale laadspanning door meer stroom door te laten. De stroom neemt wel toe maar de spanningsval over de belastingsweerstanden ook en daarmee gaat de spanning dan ook omhoog boven de laad eindspanning en zul je de cellen dan uiteindelijk gaan overladen als dit lang voortduurt.
Bij overladen kunnen de cellen te warm worden. Voor Li-polymeer cellen is dat dodelijk. Die ontploffen dan. Voor LiFePO cellen is dat schadelijk, daar worden ze 'bol' van en passen ze niet meer in het 'accucellenrek'.

Wat de balancers uit Praag voor hebben, is dat ze op een overkoepelend BMS kunnen worden aangesloten zodat wederkerige beïnvloeding mogelijk is zoals het extra laden van een lege cel terwijl een volle cel dan minder krijgt. Bij de 'super zener' balancers gebeurt dit pas als er een cel vol zit. Aangesloten op een overkoepelend systeem vormen de balancers voor een deel geen autonoom systeem meer. Is dat erg? Weet ik niet!
Groeten, Peper.

Belerion II schreef :

Peper schreef :
Dit verhaal klopt echt niet!

Je kunt met een balancer de niet de stroom "af snijden". Een balancer is bedoeld om stroom te balanceren, zoals de naam ook al doet vermoeden.

Het gaat erom om de ongelijkheid in de cellen weg te werken, niet om de cellen individueel te laden. Dat doet je met een lader, zoals die naam ook al doet vermoeden.

Een balancer, die tevens autonome lader is, is een totaal ander verhaal. Daar komt nog wel wat meer bij kijken, als het al technisch mogelijk is.

evengoed kan je ze er niet voor maken:
www.batteryspace.com/Smart-Bal...Balance-Current.aspx

JohnBerg schreef :
Ik had het trouwens over spanning afsnijden! Niet stroom!
Groeten, Peper.

Deze discussie ga ik nauwlettend volgen en ik hoop dat het leidt tot een configuratie die ik binnenkort aan ga schaffen.

Wat ik nog mis in de bijdragen is het BMS (battery management system) om onderspanning en overladen te voorkomen. Mag ik jullie uitnodigen om ook daar je licht over te laten schijnen?

Overladen wordt aan gewerkt.

Onderspanning, daar heb ik een eigen visie op... En dat heeft alle nadelen van een eigen visie!

Bij het bijna leegraken van de accu, moet je de accu niet afschakelen, maar de belasting die de onderspanning veroorzaakt. (ja, ik weet het, ik ga weer dwars tegen de gevestigde orde in)

Dat betekent dat je koelkast, je ankerlieren en je stuurautomaat moeten worden uitgeschakeld, zodat je kajuitverlichting en je marifoon langer aan zal blijven.

Het afschakelen vind ik dus geen taak van het BMS maar van de apparaten.

Mijn licht... Nu dat van anderen!
Groeten, Peper.

Dat is precies wat ik doe peper: afschakelen!
Motor op minimaal vermogen, daarna uit, marifoon zet ik uit, enz enz. Letterlijk wat ik deed toen ik op nieuwjaarsdag terugzeilende van terschell9ng deed

Peper schreef :
Hmm, klinkt wel logisch. Ik kan me voorstellen dat ik de marifoon zou willen gebruiken, ook als dat schade aan de accu veroorzaakt.
De regelaar van mijn koelkast schakelt hem helaas pas af bij 10,8V. Dat is te laag voor het LiFePO4-pack want dat loopt schade op bij lager dan 4 x 2,8 = 11,2 V

Als ik aan boord ben, houd ik wel een oogje op de accu monitor, maar als ik niet aan boord ben is het fijn als de apparatuur voor zichzelf kan zorgen.

En dan nog een vraagje. Is een gangbare accumonitor (in mijn geval de Nasa BM-1) nog bruikbaar bij een LiFePO4-accu? Ik herinner me iets van Peukert...

Afschakelen lijkt IMHO een separate functie. Je zou ook kunnen overwegen om nog "getrapt" af te schakelen. Dus als het minder wordt eerst een minder belangrijke groep, wordt het spannender een volgende groep enz.

Overigens is het afschakelen van de groep met de ankerlier geen kattendrek. Alleen de dikke kabels al ..

Arcadia schreef :
Stroom en spanning kun je uiteraard nog wel zien, maar de laadtoestand, tijd tot ontlading, laad tijd etc. niet meer.

Peukert is voor loodzwavelzuur accu's. Die hebben een hogere Ri en daardoor een lager laad/ontlaad rendement. Met de Peukert berekening houdt je rekening met sulfatering van de platen en probeer je die te minimaliseren. Dat is voor LiFePO accu's helemaal niet nodig.
Overigens is de minimale celspanning tegenwoordig op 2,5V gesteld, dat wil zeggen je mag tot 10V terug gaan. Dan is je koelkast dus allang uit.

Ik ben ooit tot 32V teruggegaan (op 16 cellen). Bij langzaam (met 1A max) weer terugladen heb ik daarna geen capaciteitsverlies gemerkt. De Torqeedo cruise R4 schakelt zichzelf terug en daarna helemaal af. Dit is mijn grootste belasting.

Een loodzwavelzuur accu monitor kan ook voor LiFePO accu's worden gebruikt. De alarmgrenzen zullen wel ingesteld moeten worden op de grenzen voor een LiFePO accu.
Door de lage Ri geeft de klemspanning van een LiFePO accu meer zeggingskracht dan bij een lood zwavelzuur accu. een hele eenvoudige spanningsmeting kan al veel betekenen.
Groeten, Peper.

Peper schreef :
Voor mij als leek is het fijn als jullie het even eens willen worden
Want op www.ev-power.eu/important-informations-for-batteries/ lees ik "The LiFePO4 should be always mounted with the terminals facing upwards", maar ergens anders (ik kan niet terug vinden waar) heb ik gezien dat ze ook op één van de smalle kanten geplaatst kunnen worden.
Edit: teruggevonden: gwl-power.tumblr.com/tagged/WinstonBattery en visforvoltage.org/forum/9972-t...sky-cell-orientation

Dat is voor mij nogal relevant omdat de meeste cellen te hoog zijn om bij mij in de bestaande accuruimte te plaatsen. Dan is 100Ah de grootste die ik kan plaatsen, terwijl een maatje groter wenselijk is. Bij plaatsing op de brede of smalle kant heb ik meer keuze.