Onderwerp: Li-ion accu opslag met geïntegreerde balancers

1000 cycli is dan nog een optimistische inschatting. Vaak halen ze niet eens de 100 cycli.
Parallel zetten is doorgaans geen probleem. Zelf vaak gedaan en geen problemen ondervonden.

captain koek schreef :
Of haalden ze daarom minder dan 100 cycli?

met 6 Ampère="boarderbas" post=756476]3Noreen schreef :
Met welke stroom geschiedde dat?

Uitgaande van labvoeding, laten we zeggen 5 tot 10A? 10 Minuutjes met zon 18~36 Watt is dan 3~6Wh verschil. Dat klinkt mij in de oren alsof je met zeer lichte balancers toch best aardig uit de voeten kan..[/quote]

Het antwoord op je vraag stond er denk ik al.
In mijn idee wordt er te grote aandacht voor de balancens. Hier aan boord wordt geladen met max 14,2 volt dynamo spanning,(3,55V/cel) Dat geeft een max stroom van 60 amp. De klemspanning van de accu is dan 13,8V Door inwendige weerstand en verliezen in bedrading. (35mm2) Mijn balancers kunnen max 1 amp verstoken. Ze staan afgesteld op 3,65V. Echter die komen in praktijk nooit "in". Verder tegen de tijd dat de klemspanning op de accu de 14,1V nadert is de stroom al terug gelopen tot 4-5 A. Mocht het balanceren nodig zijn maakt 1A van de balancers wel "iets" klaar.

Als boord accu van een gemiddeld jacht zul je veel meer aandacht moeten hebben om je alternator/dynamo heel te houden. Een gedeeltelijk ontladen Li-ion accu zal alle stroom die de alternator kan produceren opnemen. Voor de alternator lijkt er gewoon een kortsluiting in het systeem te zitten. Waar die natuurlijk niet tegen kan.

Peper schreef :
Nee, dat was niet de reden...
Merkloze accu's moet je gewoon mee oppassen (anders dan a123, Winston of de bekende anderen). Helemaal als het Li-ion of LiPo is. Lifepo4 parallel gaat echt prima. Wel zorgen dat elk blok (cellenpaar parallel, daarvan heb je er 4 in serie) ongeveer de zelfde capaciteit heeft. Anders is er telkens 1 blok het eerst leeg..

Peper is van de forse balancers, maar heel kleine balancers gaat natuurlijk ook prima, ze hoeven maar iets te balanceren, dus iets van de laadstroom af te snoepen, als ze bijna bij de maximum spanning zijn, daarmee hebben de andere cellen de gelegenheid om weer wat gelijker te worden dan de eerste die al vol is.
Dat bewijst de test van 3Noreen, die laat zien dat de onbalans heel klein is.
Dat kleine beetje hoef je maar weg te balanceren.
Als je verder de laadspanning begrenst tot 3,65V per cel krijg je geen idioot grote dissipatie.

Het zijn winston lifepos

Peper schreef :
Balancers van 30 amp. Is hetzelfde principe als een 30A lader per cel. Ik denk dat we hetzelfde nastreven.
30A switched mode balancer is een hele hoop emc geweld!

volgens mij begint het draadje weer opnieuw...

Ik heb er ook zeker een dag onderzoek aan besteed.
Maar omdat het gewoon nog te duur is heb ik besloten ermee te stoppen.

Ik weet wel dat het veel langer mee gaat. En je vaker kunt laden. Zodat je uiteindelijk goedkoper uit bent. Als het goed is..

Maar het aankoopbedrag van de accu's is best wel hoog.

WADnWIND schreef :
Switched mode? Je moet juist dissiperen....

Dissiperen.. maar daar heb ik die zonnecellen niet voor.
Is het niet handiger om zeg 90% van je vermogen door alle cellen te laden, en dan de overige 10% met kleine per cel ladertjes die de zwakste broeder(cel) een beetje extra geven. Dit lijkt me een beter laad rendement op te leveren.

Als ik het goed heb, en het is hier al een paar keer aangehaald gaat dit om een speciaal geval waarbij niet alle cellen de zelfde belsting zien en een deel van het pakket doorgeladen moet worden als het andere deel al vol zit. Bij "normale opstellingen" loopt de onbaland heel geleidelijk en kan je met een kleine balanceerstroom gewoon toe.

De 12V accupakketten van Winston hebben niet eens de mogelijkheid tot balancen!

wat rooiedirk bedoelt is actief balanceren. Dwz spanning van een te volle cel doorgeven naar een minder volle cel.
Ontwerp bestaat wel, maar kost erg veel componenten. Te duur. Daarom wordt dat niet toegepast.
Heb ik volgens mij hier ook al eerder aangegeven.

@roozeboos en WADnWIND:
De super zener balancers zijn helemaal analoog, schakelen niet en moeten dus dissiperen! Begrens je de laadspanning tot 4 x 3,65V (bij 4 LiFePO4 cellen in serie) dan zullen ze automatisch met maar hele lage stromen balanceren, en dus ook heel weinig dissiperen (ondanks analoge werking), zonder EMC herrie. Desondanks blijft de bescherming tegen overladen gehandhaafd en is een slimme lader niet nodig!
Groeten, Peper.

boarderbas schreef :
Dat laatste is niet helemaal waar... Die 12V accupakketten (zoals Sunday gebruikt) kun je openmaken en voorzien van balancers. Dit is wel een beetje in de hobby sfeer, maar het is gedaan. Zie de Blog op EV-power.
Groeten, Peper.

Er wordt ook nog ontwikkeld aan actieve balancers, door Texas instruments bijvoorbeeld:

www.ti.com/lit/ug/tidubi0/tidubi0.pdf

en deze:
www.ti.com/lit/wp/spny011/spny011.pdf

Hmmm, of dit nu de totaalstroom is of de balanceer stromen?

www.evassemble.com/index.php?m...th=6&products_id=208

Het zal alle volgers van dit draadje genoegzaam bekend zijn dat ik een voorstander ben van balancerende limiters of gelimiteerde balancers voor LiFePO₄ cellen. De 'limiting' functie bestaat hieruit dat er niet meer dan de (instelbare) maximale laadspanning over de cel komt te staan en zodra deze spanning op de cel wordt bereikt, alle stroom om de cel wordt geleid en er geen laadstroom meer is.
Omdat er slechts 3 tot 3,6V ter beschikking is voor de regelaar, is dit alleen te doen met bipolaire (gewone) transistoren. Zij worden gestuurd door stroom en niet door spanning. Bipolaire transistoren worden tijdens hun functioneren als 'stroom bypass' erg heet omdat zij het vermogen dat in de cel zou moeten gaan, op dat moment in warmte omzetten en uitstralen. Bij hoge stromen neemt dit dermate vormen aan dat de transistor kan smelten.
Het gebruik van zware transistoren levert eveneens een hogere lekstroom door die transistoren op en als de cel op dat moment niet wordt geladen, wordt die lekstroom geleverd door de cel, die daardoor een beetje 'leegloopt'. Een balancer/limiter met bipolaire transistoren veroorzaakt al snel een lekstroom van 10mA of meer. Is dat erg? Wel, als je uitgaat van een vol geladen 100Ah cel, zal deze in 10.000 uur leeg lopen. Er gaan 8760 uren in een jaar, dus zo'n vaart loopt het niet als je ééns per jaar de cellen laadt.
Er zijn in het verleden al opmerkingen geplaatst dat een MOSFET veel minder lekstroom heeft omdat de weerstand in de 'off' situatie erg hoog is. Je moet dan denken aan ongeveer 100M Ohm of iets in die orde van grootte. Bij 3,2V is dat 3,2nA als lekstroom en als we dat voor het gemak verhogen naar 10nA betekent dat de cel in 10.000.000.000 uur leeg zal lopen. Dat is grof geschat in een miljoen jaar. Nou, dan doen mij de tanden niet meer zeer!
Een nadeel in deze situatie is dat de MOSFET zo'n 12V nodig heeft om maximaal 'aan' te gaan. Die 12V kun je niet uit een LiFePO₄ cel halen, want daar zit maar 3,2V in en dus moet je die 3,2V 'boosten' naar 12V. Een van de vele namen voor een dergelijke booster is een 'Joule-thief'. Die bestaat uit 4 tot 5 onderdelen, je kunt ze in alle vormen en kleuren en maten op het internet vinden en dat is snel in elkaar gezet...
De schakeling is een 'ongeleid projectiel' en produceert vaak onbelast een heel hoge spanning bij maar weinig stroom of juist een dikke stroom bij maar een heel lage spanning. Verder is de output afhankelijk van het beschikbare vermogen aan de input en als dat verschilt, kun je over het resultaat ongeveer helemaal niets zeggen.
Zo ook bij de door mij 'Quick and Dirty' in elkaar gezette booster. De uitgangsspanning was wel 40V zonder belasting. Nog erger was de stroom opname van 80mA door de booster. Dat was veel meer dan de lekstroom door de bipolaire transistor en als ik dit deed zou ik van de regen in de drup komen. In eerste instantie heb ik het idee maar aan de kant geschoven als 'niet haalbaar'.
Op de website 'talking electronics' maakte iemand de opmerking dat stuurstroom zoals bij bipolaire transistoren wordt gebruikt, verloren energie is. Hmmm, dan moet ik de 'Joule thief' ook met een MOSFET maken, want die gebruikt geen stuurstroom, maar alleen stuurspanning.
Uiteindelijk werd het dit:


Met de source weerstand van 1k beperk ik de gemiddelde stroom door de MOSFET tot 3,2mA en als de schakeling oscilleert, dan zakt de stroom nog verder in tot onder de 1 mA.
Met een belastingsweerstand van 100k bereik ik na gelijkrichting en afvlakking, ruim 11V. Daarmee kan ik bijna elke power mosfet helemaal open sturen en de laagste weerstand van de mosfet bereiken. Voor de mosfet in het schema is dat ongeveer 0,06 Ohm.
Theoretisch kan die mosfet dan 3,2V / 0,06 Ohm = 53,333A bypassen. Dat is echt veel en zou betekenen dat de meeste alternators het na enige seconden laten afweten omdat zij zijn doorgebrand. Door een weerstand van 0,32 Ohm in serie met de mosfet op te nemen blijft de stroom beperkt 10A. Die weerstand krijgt dan 32W te verwerken en wordt beslist warm. De mosfet wordt niet warm, hier wordt maar 6W in 'verstookt'.
De hele schakeling neemt onder het 'limit punt' nog geen 1mA op. Dat wil zeggen, je hoeft de cellen als je ze niet gebruikt, maar eens in de 10 jaar op te laden.
Door de limiter kan de cel door een gewone gelijkrichter van 10A nominaal worden geladen, de lader mag dommer zijn dan het achtereind van een varken, deze krijgt de cellen nooit 'overladen'.
De schakeling staat op de 'pijnbank' en ik wil nog wat experimenteren met andere mosfets met als uiteindelijk doel '50A limiting stroom'. Als ik dat kan halen, heb ik ruim de robuustheid van een 100Ah startaccu geëvenaard.
Groeten, Peper.

Top!

Verstuurd vanaf mijn SM-G903F met Tapatalk

nou Top? geen idee. Ik ben altijd erg wantrouwend qua mosfets. uit ervaring.

Ik zou zeggen bouw het eens op, en test het eens.
Ieder mens is geneigd om een probleem naar de praktijk toe te lullen. Klets je maar lang genoeg dan is het helemaal rond, en gaat het nooit meer stuk. De praktijk is vaak toch anders.

En warmte dissiperen blijf ik zonde vinden, dat moet beter kunnen. En dat kan het ook.

Roozeboos, dat zal ik doen! Als 'spinnekop' werkt de schakeling, keurig afgeregeld op 3,6V.
Ik ga er 4 op print zetten en in serie zetten op een 5A acculadertje (domme gelijkrichter type).
Met 4 10 Ohm weerstanden als cellen. Met een dikke serieweerstand zal ik de 'laadstroom' varieren om te zien of de oscillator blijft werken (dit is mijn slechte ervaring met fets). Tevens met dvm controleren of de spanning netjes op 3,6V blijft.

Ik zou ook liever geen dissipatie hebben, maar die dissipatie is er alleen als de cellen 'vol' zijn. Zou de lader spanningsbegrenst zijn op 4 x 3,6V dan wordt er alleen tijdens het balanceren van de cellen door maximaal 3 balancers gedissipeerd.

met 4 zware balancer/limiters is er dan een 'drop in replacement' voor een lood-zwavelzuur accu ontstaan. Waarbij de situatie ontstaat dat een gewone lood-zwavelzuur accu uiteindelijk meer dissipeert bij laden en ontladen (door het lage laad/ontlaad rendement) dan een LiFePO₄ accu bij het gebruik.

Groeten, Peper.

Dissipatie van vermogen in de vorm van warmte bij het laden en ontladen van lood-zwavelzuur accu's ten opzichte van het laden en ontladen van LiFePO₄ accu's

Het dissiperen van vermogen vindt plaats in de inwendige weerstand (Ri) van de accu, om het even welk soort accu. De accu met de laagste Ri dissipeert het laagste vermogen, berekend uit de formule I²Ri.
Uitgegaan van 12V accu's met een capaciteit van 100Ah, hebben 6 lood-zwavelzuur cellen een Ri van 0,1 Ohm per cel of in het totaal 0,6 Ohm voor de gehele accubatterij.
Een LiFePO₄ accu heeft 4 cellen met een Ri van 0,006 Ohm of in het totaal voor de hele accubatterij 0,024 Ohm.
Gaan we uit van een laad/ontlaadstroom van 10A dan dissipeert een lood-zwavelzuur accu 10² x 0,6 = 60W aan vermogen bij het laden of ontladen of 120W bij een totale laad/ontlaad cyclus.
Voor een LiFePO₄ accu is het gedissipeerde vermogen 10² x 0,024 = 2,4W of 4,8W bij een totale cyclus.
Peukert heeft hiervoor een formule opgesteld die aangeeft dat hoe lager de ontlaadstroom, des te langer het duurt voordat alle capaciteit is verbruikt. Dat is natuurlijk logisch, maar de curve is niet lineair. Een 100Ah lood-zwavelzuur accu is bij een ontlaadstroom van 10A niet in 10 uur 'leeg', maar in 6 tot 7 uur. Dat terwijl bij 4A ontlaadstroom het 20 uur duurt voordat de accu leeg is. Peukert houdt hierbij rekening met het verlies van 60W bij 10A ontlaadstroom en 9,6W bij 4A ontlaadstroom.
Pas hetzelfde toe op een LiFePO₄ accu, dan dissipeert deze 2,4W bij 10A en 0,384W bij 4A. Peukert is wel toepasbaar op LiFePO₄ cellen maar berekent het verschil tussen 'extreem weinig' en 'bijna niks'.
Voorzie ik die 4 LiFePO₄ cellen van een balancer met een lekstroom van 1mA, dan neemt het vermogensverlies bij 10A ontlaadstroom met 4 x 3,6mW toe. Het totaal verlies wordt dan: 2,4144W of het dubbele bij een hele cyclus. Bij een volle cel komt de balancer in actie en zal de 10A om de cel heen leiden, waarbij er per cel 36W wordt gedissipeerd, voor de hele accu is dat 144W. Dit is een 'worst case scenario' aangezien die 10A ook een forse spanningsval over de Ri in de lader zal geven en de 10A bypass stroom mogelijk nooit zal worden bereikt. Daarmee wordt ook de dissipatie van 144W niet waarschijnlijk bereikt, maar voor de berekening en de vergelijking zal ik hiermee moeten werken.

Commercieel verkrijgbare balancers
Hierbij wordt aangegeven dat ze bij 700mA balanceren. Dit betekent dat ze waarschijnlijk bij 3,4V en hoger 700mA bypassen. Dat is 4 cellen x 3,4V x 0,7A = 9,52W. Zij begrenzen de spanning niet en zullen bij 3,7V 10W dissiperen en tegelijkertijd alle LiFePO₄ cellen langzaam, maar gebalanceerd, kapot maken.

Samenvattend:
Een 12V 100Ah lood-zwavelzuur accu dissipeert in een laad/ontlaad cyclus van 10A 120W. Bij het overladen van een 'volle' accu zal het gedissipeerde vermogen nog wel toenemen, maar ik heb geen idee over hoeveel Watt dit is, dus dat laat ik buiten beschouwing.
Een 12V 100Ah LiFePO₄ accu met balancer/limiters dissipeert in een laad/ontlaad cyclus van 10A 4,8288W. Bij het overladen gaan de balancer/limiters dissiperen en neemt de totale dissipatie toe tot 146,4144W. Dat is 1,22 keer het vermogensverlies van het laden/ontladen van een lood-zwavelzuur accu en dan alleen tijdens het overladen. Binnen een normale laad/ontlaad cyclus dissipeert een lood-zwavelzuur accu 115,2W meer dan een LiFePO₄ accu. Dat wil zeggen dat je de opbrengst van een behoorlijk zonnepaneel omzet in warmte in de lood-zwavelzuur accubak. Daar kun je dus ook niets mee doen. In Joules of Watt.secondes is de dissipatie van balancer/limiters op een LiFePO₄ accu 'peanuts' vergeleken bij de dissipatie van een lood-zwavelzuur accu. Pas bij overladen is er sprake van een behoorlijk gebruik gedurende de tijd dat er wordt overladen. Voor die dissipatie krijg je dan de bescherming van de LiFePO₄ accu terug. De dissipatie vindt alleen plaats als de cellen van de LiFePO₄ accu vol zijn en er kennelijk een overschot aan energie levering is. De dissipatie in een lood-zwavelzuur is continu tijdens het gebruik.

Zo roozeboos, dat komt er nou van als je Peperboos maakt met een opmerking dat hij 'uit z'n nek zit te lullen om de cijfers naar de praktijk te zetten...' Dan schrijft hij meteen weer zo'n ellenlange post met van die gortdroge natuurkunde op het forum om het uit te leggen en daar heeft heel ZF dan weer last van en dat is allemaal jouw schuld!
Groeten, Peper.

nou ik heb niet gezegd dat je 'uit je nek zit te lullen'. dat zou ik ook nooit doen.

Het is meer dat ik ook R&D doe de hele dag. En dat ik mezelf er soms op betrap dat als ik maar lang genoeg doorga ik het verhaal zo een draai geef dat ik het zelf nog geloof ook.
Pas als de fets je dan om de oren vliegen moet het verhaal toch aangepast worden.

En je weet, ik ben voorstander van actief balanceren. Het is dan wel veel duurder en complexer, maar ook erg mooi!

nb: dit is een reactie op de laatste alinea, heb de rest niet gelezen

roozeboos schreef :
Trek het je niet aan... ik overdrijf graag een beetje! Daar hebben ze de korrels zout voor uitgevonden.

Groeten, Peper.

EDIT: Ik zal in het vervolg tags gebruiken: <+ zout> en </+ zout> als ik overdrijf of niet serieus ben!
P