Onderwerp: Li-ion accu opslag met geïntegreerde balancers

Dat zal ook gedeeltelijk aan de hogere luchtweerstand van koude lucht liggen..

@Noballast:
Welke technologie accu's gebruik je? En heb je ze al eens verwisseld voor lood-zwavelzuur accu's en hoe zit het dan met de actieradius?

De actieradius van een electrische auto in zomer en winter wordt ook bepaald door bv gebruik van de verwarming, er zijn dus veel factoren die dit veroorzaken; niet alleen de accu.

Hoe zit het met temperatuur verschil tussen de cellen bij gebruik van een elektromotor? Is die stroomvraag nog steeds klein genoeg om geen significante (>5C) verschillen te genereren? Cellen balanceren heeft steeds minder zin als het temperatuurverschil tussen de cellen toeneemt, heb ik mij laten vertellen.

In serieschakeling loopt dezelfde stroom door alle cellen, hebben deze cellen een gelijke inwendige weerstand, dan wordt in elke cel evenveel vermogen opgewekt en daarmee evenveel warmte dat in de meeste gevallen leidt tot een even hoge temperatuur (behalve bij de cellen in het midden van de bank, die zouden wel een hogere temperatuur kunnen krijgen). Het opgewekte vermogen volgt uit de formule Ri² x I.
Lood-zwavelzuur cellen hebben een hogere inwendige weerstand dan LiFePO₄ cellen en er wordt daardoor meer vermogen opgewekt. Omdat een lood-zwavelzuur cel groot en zwaar is (t.o.v. een LiFePO₄ cel) duurt het even voordat je dat met de hand kunt waarnemen.

In parallelschakeling is de stroomverdeling afhankelijk van de inwendige weerstand van de cel. Is die exact gelijk, dan zal de stroom door de cellen ook exact hetzelfde zijn. Tot zover geen probleem. De warmte ontwikkeling per cel zal ook hetzelfde zijn.
Ontstaat er op welke manier dan ook (veroudering, verdampen van het elektrolyt, sulfatering) een verschil in stroom tussen de cellen, dan ontstaat er ook een verschil in temperatuur van de cellen en daarmee een groter verschil in inwendige weerstand van de cellen, dat geeft weer een groter stroomverschil en ga zo maar door. De cellen raken in onbalans en maken elkaar kapot.
Deze onbalans is niet te 'repareren' door de cellen individueel een gelijke spanning aan te bieden want de cellen gebruiken in parallelschakeling gelijke aansluitingen. Er kan geen sprake zijn van individueel.
Zie hier waarom ik liever serieschakeling gebruik dan parallelschakeling.

De 'stroomvraag' heeft geen invloed op de temperatuur, de stroom door de cellen is de bepalende factor om het even of die stroom door een elektromotor gaat lopen of door een verwarmingselement.
De startstroom door een elektromotor is altijd hoog, bij een vast gekoppelde belasting is die stroom nog hoger en kan wel tot 5 à 10 maal de nominale belastingsstroom oplopen.
Temperatuurverschil is kleiner indien er minder inwendige weerstand is want er ontstaat nauwelijks temperatuur en daarmee ook nauwelijks verschil. Cellen balanceren geeft minder temperatuurverschil en is daarmee zinvol en voorkomt verdere onbalans.Dit is niet terecht, het lijkt erop dat in de begripsvorming oorzaak en gevolg gewisseld zijn.
Verwarming in elektrische auto's is daarom bij voorkeur de hoog effectieve, zeer zuinige stoelverwarming die per inzittende werkt.
Groeten, Peper.

Naar een drop-in replacement van lood-zwavelzuur accu's

Aanpassing voor het verschil in inwendige weerstand.
De lage inwendige weerstand van een LiFePO₄ accu kan leiden tot een te hoge laadstroom bij de eind laadspanning van 14,5V van de alternator.
Eerste causale aanpak: stel de eind laadspanning op de alternator terug naar 14,1V of lager (bv 13,8V). Hierdoor geeft de alternator minder stroom af die de Ri van de alternator anders tot verbranden zou opwarmen.
Gevolg is dat de LiFePO₄ accu niet meer wordt 'volgeprakt' en gebalanceerd of niet, een langer leven krijgt. Dit is dan geen optie voor drop in replacement, want je moet de installatie aanpassen.

Drop in replacement: voeg een weerstand aan de accu toe die even groot is als het verschil tussen de Ri van de li-ion accu en de Ri van de Lood-zwavelzuur accu.
Gevolg is dat bij het gebruik als startaccu er een behoorlijke spanningsval ontstaat en de startmotor minder krachtig is.
Opheffen van dit bezwaar: gebruik een extra aansluiting op de accu voor het laden en neem die weerstand in de 'laadleiding' op.
Gevolg is dat de weerstand wel werkt bij het laden en niet bij het ontladen.
De meeste (dus niet alle!) installaties hebben voor de laadstroom van de alternator een eigen leiding die meestal (dus niet altijd!) met B+ wordt aangeduid. Deze leiding zou op dit aparte 'laadcontact' moeten worden aangesloten. De eind laadspanning van de alternator hoeft dan niet meer te worden aangepast op voorwaarde dat er balancer/limiters over de cellen worden gebruikt.
Hiermee ontstaat een drop in replacement voor de startaccu.

Laadstroom beperking van uit de alternator bij gebruik als service accu.
Hiervoor kan dezelfde maatregel worden gebruikt met aanvulling van een extra keercel (schottky diode). Door de inzet van een Schottky diode in plaats van een weerstand in de laadleiding ontstaat bij een hoge stroom een spanningsval van ca 0,5V en hoeft de regelaar van de alternator niet te worden aangepast. Daarmee is het ook onmogelijk om de service accu als startaccu te gebruiken (tenzij je startkabels gebruikt). Het komt neer op een ingebouwde 'halve' diodebrug. Wil je het effect van een hele diode brug, dan moet je gaan aanvullen.
Door de inzet van een weerstand in serie met de diode, kan de maximale laadstroom nog verder worden beperkt tot bv 25A. De maximale laadstroom is afhankelijk van de spanning 'achter het startslot' en de serieweerstand. In dat geval kan de service accu worden geladen via een 25A zekering achter het 'startslot'. Door deze schakeling kan de startaccu niet 'leeglopen' als service accu en zal de alternator niet worden overbelast door een extreem hoge laadstroom gedurende een lange tijd.

Het voorkomen van brand bij gebruik als service accu.
Door een vervangbare zekering in de accu op te nemen, wordt een onbegrensd hoge ontlaadstroom afgeschakeld. Bij het schavielen van de + leiding tegen 'massa', zal niet de dikke accukabel worden belast, maar de zekering 'in de accu' doorbranden. Voor gebruik als startaccu moet de zekering worden overbrugd met een dikke draad om de startstroom ongehinderd door te laten. (Vroegah gebruikte je daar een spijker voor die je door de smeltpatroon heen sloeg. )

Het gehele schema ziet er dan zo uit:



Nu nog wachten tot die Chinezen afkomen met die 2,3V 100Ah boterhamzakjes cellen, dan ga ik dit in elkaar zetten.

Groeten, Peper.

Peper, de naam zegt het al, houdt van heet!
Overal maar weerstanden in en warmte produceren, waarom niet een terugkoppeling van de laadstroom naar de dynamo en dan de dynamospanning wat begrenzen.

(Laad)shunt -> spanning hierover versterken tot bijvoorbeeld 14,4V bij 25 A, en die or-en met je accuspanning naar de sense.
(beide spanningen met een shottky terugkoppelen, naar de D+ van de dynamo)
En dan natuurlijk ook nog met mijn optocouplers een mooie combinatie maken dat als de balancers inkomen, dat dan de dynamospanning nog iets verder wordt teruggeschroefd.
OK, wel ietsje meer dan een drop-in-replacemnet.

Peper schreef : Er zit een paar 100 kg Li-ion o.i.d. in mijn auto, daar ga ik toch echt niet aan sleutelen hoor.

It Paradyske schreef :
Je noemt zelf al het bezwaar... Het is meer dan drop-in replacement. Ik denk en verwacht dat er een overgangstijd is aangebroken van lood-zwavelzuur accu's naar Li-ion accu's. Om die overgangstijd in te vullen moet er een makkelijke manier komen om Li-ion accu's in te zetten in plaats van de lood-zwavelzuur accu's. Arcadia heeft het al over 'li-ion made easy' en dat is wat ik nu wil.
Jij weet ook wel dat het daar niet bij ophoudt, Li-titanaat cellen en Aluminium-ion accu's lopen zich al warm voor de volgende wedstrijd. Dan is er nog condensator opslag (of moet ik zeggen 'tegenslag' of zelfs 'doorslag') en in het laboratorium zijn er een aantal ingenieurs helemaal opgewonden van wat ze met kristallijn koolstof en carbonaten kunnen doen. We staan pas aan het begin van accu opslag technologie. Dat begin markeert echter het einde van de lood-zwavelzuur accu na jaren van trouwe dienst.

DROP-IN EDIT:
Toch vind ik het bijzonder dat er zoveel waarde wordt gehecht aan warmte dissipatie van een regeling voor koel blijvende LiFePO₄ accu's, terwijl deze critici vaak nog veel meer warmte dissiperende lood-zwavelzuur accu's gebruiken... Voor de Bijbelvaste forummers onder ons: 'balk en splinter'?

@Noballast: Hmmmm, nee dat raad ik je af. Bovendien zal je deze dan moeten vervangen voor ca 1000kg aan lood-zwavelzuur accu's... dat wordt niks. Je gaat helaas niet het proefondervindelijk bewijs leveren dat bij lood-zwavelzuur accu's de actieradius bij koud weer ook verminderd.
De ANWB kan dat bewijs wel leveren... lood-zwavelzuur accu's (vooral die op hun einde lopen) werken in de winter echt slechter als startaccu.

Groeten, Peper.

Van deze discussie snap ik nog steeds niets.

Er wordt uitsluitend gedissipeerd als de cellen vol zijn, dan boeit het toch niemand meer dat het warm wordt of energie kost?

Je solar paneel moet toch de energie kwijt en in te stellen.
De dynamo stopt al op 14,2 (=3,55V per cel)
De lader stopt ook op tijd, in te stellen.

Die balancers moeten gewoon een stroomcappaciteit hebben, gelijk aan de aangeboden bron of bij benadering. Ze doen 99,9% van de lading niets en op het laatste moment doen ze even wat, So what?

Door de truuk met knappe balancers is het een 1:1 vervanging van onze loodaccu's.
4 balancers op een stevige koelplaat elders,dikke draden er aan; klaar.


Peper, ga door...

WADnWIND schreef :
Ja, maar jij hebt al LiFePO₄ accu's, dus jij snapt het wel!

Ik heb net contact gehad met de Chinezen... in het Engels hoor, niet in het Chinees! Dan krijg ik alleen te eten, want verder dan Tjap tjoy gaat mijn Chinees niet.
Als ik er een goedkope deal kan uitslepen laat ik het jullie weten voor een inkoopactie.
Groeten, Peper.

Dat lijkt me een goed idee. Ben benieuwd.

Als het een goede deal is shishi zeggen dat is bedankt. Dat zeg ik altijd als ik de babi panggang in ontvangst neem

Dat is nu jammer: babi is het Maleise woord voor varken. Het is dus geen Chinees!
Dan had je Ku Lau Yuk moeten bestellen, dat is zoetzuur varkensvlees.
Als je zulke vergissingen maakt verkopen ze je nog nikkel-cadmium accu's!

EDIT: sji sji is inderdaad bedankt in het Chinees maar in het fonetisch mandarijn schrijf je dat als xi xi.

Peper schreef :
Neeee, die heb ik (nog) niet, maar ik begrijp het maar al te best.

STOP DE PERSEN!
Ik heb een joule thief IC-tje gevonden dat bereid is om van 2V wel 30V te maken! Gelukkig maakt het IC-tje ook wel 15V en kan ik elke MOSFET geheel open sturen. Alles wat ik nodig heb zijn een paar weerstandjes, een minispoeltje en een TL499A. Ik laat de joule thief converter voor wat het is en ga over op dit IC. Dit wordt het nieuwe schema:


Was dat echt nodig Peper? Ja, ik kan het nullast stroomverbruik nu terug stellen naar 80 tot 100uA. Dat is echt veel lager dan de 980uA die de joule thief in rust gebruikt.
Bij het bypassen van stroom door de balancer neemt de stroomopname toe tot 4 à 5mA. Op dat moment is er toch stroom zat, dus dat is geen probleem.

Nu die 100Ah cellen uit China nog...
Groeten, Peper.

Top!

Update van de balancer/limiter/protector schakeling.
HET WERKT! Dit is de uiteindelijke schakeling:

Of de balancer ook meer dan 5,3A shunt kan ik jullie niet vertellen, ik heb geen voldoend grote gelijkstroombron om een stroom van meer dan 5,3A op te wekken. De 5V 5A voeding kreunde in al haar voegen om de 5,3A erdoor te jagen.
Ik had de 'nullaststroom' op 100uA berekend, maar die ligt op 92uA (gemeten, met de toleranties erin verwerkt zou het best wel 100uA kunnen zijn.) De lekstroom van de P-channel fet en de N-channel fet is niet te meten klein, de laatste digit van de meter zwabbert tussen 1 en 0 om aan te geven dat er kennelijk wel een stroom loopt, maar dat deze geen stabiele uitlezing geeft in het 200uA bereik.
Onder 3,65V celspanning loopt er een gemeten ruststroom van 95uA +of- 1%, +of- 0,1 van de laatste digit (gewoon 100uA, niet zeuren!). Deze MOSFet balancer is daarmee veel beter dan de transistor types, die soms wel 80mA als ruststroom hadden. Het verschil komt in de buurt van een factor 1000.

Mijn laatste transistor balancers waren ingericht op 3A als maximale bypass stroom, wat meteen betekende dat de lader niet meer dan 3A laadstroom mag leveren, anders zou de laadspanning toch nog te hoog kunnen worden. Op dat punt werd er dan 10,95 Watt in de transistor gedissipeerd en moest de transistor van een goede koeling worden voorzien om het smelten van de junctie tegen te gaan.
Bij de 'new technology' (hè, laat mij nou ook eens stoer doen!) balancers wordt de maximale stroom op een andere manier vastgelegd, namelijk met een drainweerstand van de 'dikke' MOSFet. Door de extreem lage weerstand bij maximale 'open' sturing van de MOSFet (0,035 Ohm bij dit type) is het de drainweerstand die bepaalt hoe hoog de maximale stroom wordt. In het schema is een lijstje weerstanden opgenomen die passen bij een bepaalde bypass stroom.
Voor de 'drop in replacement' accu van 100Ah, ga ik er van uit dat de bypass stroom van 13A voldoende belasting voor een alternator vormt om niet de 14,6V te overschrijden. Wat ik nog moet testen is of 13A belasting bij 14,6V niet een zo hoge belasting is, dat er rook uit de alternator komt. Voor Rozeboos, die zich afvraagt welke design parameters ik volg:
Umax=3,65V (per cel), Pmax alternator (bij 14,6V)=189,8W komt overeen met een I van 13A.
Bij volle cellen en een alternator die op dat moment werkelijk in staat is bij een belasting van 13A 14,6V op te wekken, zullen de balancers zo'n 190W dissiperen. Daarvan wordt dan 39W in de MOSFet's gedissipeerd en de andere 150W in de drainweerstanden. Deze verschuiving van de dissipatie naar de drainweerstanden maakt het mogelijk om de gedissipeerde warmte eventueel voor andere doeleinden te gebruiken (absorber koelkast?).
Ter vergelijk: een loodzwavelzuur accu die met 14,6V en 13A wordt geladen dissipeert in de inwendige weerstand van de accu 101,4W gedurende de gehele laadperiode als de accu nog niet 'vol' is. Dit, terwijl de balancers alleen de 200W dissiperen als de accu vol zit.
In het te bouwen test model zal geen voorziening komen om de gedissipeerde warmte elders in te zetten. Het test model zal gebruikt worden als startaccu in mijn VW T5.

Ik heb bij mijn 'agent' in Chongking offerte gevraagd voor 4 cellen in de vorm van een zakje. Zoals deze:

Als ik weet wat ze gaan kosten, laat ik het in dit draadje weten voor hen die wellicht mee willen doen in een gezamenlijke aankoop. Het gaat dan om LiFePO₄ cellen van 100 Ah.
Groeten, Peper.

Zojuist besteld: 4 LiFePO₄ cellen van 100Ah in een 'plastic zakje' voor het bouwen van een drop-in replacement van een 12V lood-zwavelzuur accu met ingebouwde balancers. 'It giet aon!'
Als ze binnen zijn laat ik jullie de uiteindelijke kosten 'franco thuis' weten.
Groeten, Peper.

let op:
New batteries LFP/LFYP are partly charged from factory. However, before first use it is absolutely necessary to charge the battery to full capacity. This initial charging should be done at maximum current of 1C and the voltage level according to the specification of the cell or battery. Please see specifications of the cell about value of initial charging. Battery capacity in the first cycle gradually grows. In the first few cycles is recommended to avoid rapid discharge to the minimum capacity and we do not recommend quick charging. After about the fifth, sixth cycle, is nothing to prevent the batteries used in full operating cycle according to the manufacturer's specifications for the type of battery.

moet je nog effe een zware lader regelen... 100A

roozeboos schreef :
....we do not recommend quick charging.
Vind 1C best wel quick anders..

ja dat dacht ik ook al. Is ook de maximale laadstroom. terwijl rated 30A is.
zou er een emailtje aan wagen Peper.

Tevens is het een 'pouch' design. Dwz de buitenkant kan snel beschadigen. Je zal ze in moeten bouwen ter bescherming.
Nou zetten deze batterijen ook uit tijdens laden. Heb ik wel es gehoord.
De vraag is dan hoeveel ruimte je moet open laten, ook ivm koeling.
Mooiste is gewoon 4 tegen mekaar, dan is het maar 12 cm dik. Maar je zal ze wellicht meer moeten gunnen.

Die 1C is volgens mij de maximum laadstroom, niet de aanbevolen stroom.
Op de productpagina staat ook:www.ev-power.eu/LiFePO4-specia...ower-3-2V-100Ah.html

Wat is het voordeel van dit kwetsbaardere 'pouch design' t.o.v. de meer gangbare behuizingen?
De GWL/Power WB-LYP90AHA LiFeYPO4 (3.2V/90Ah) is bijv. per Ah niet heel veel duurder.

Roozeboos, dat ligt er een beetje aan welke 'bijsluiter' je leest. Er zijn ook fabrikanten die een initieel laden met 0,1c aanbevelen.
Persoonlijk denk ik dat het helemaal niets uitmaakt! Er hoeft namelijk geen chemische reactie in gang te worden gezet, het gaat om een ionen verplaatsing zonder dat hier zwavelzuur bij aan te pas hoeft te komen. Dat wil zeggen dat het alleen om de van der Waalskrachten krachten gaat en niet om valentie bindingen.
En als het echt met 100A moet, sluit ik de cel wel aan op de gelijkstroom lasinverter, dan is het in een vloek en een zucht gebeurd.
Ik heb ook een beetje het gevoel dat de tekst zichzelf een beetje tegenspreekt met laden met 1c en dan quick charging is not recommended. Zoals de tekst het schrijft lijkt het er een beetje op alsof het een motor is die je eerst in moet rijden. Er beweegt niets in zo'n accu behalve ladingsdragers en ze doen net of deze eerst moeten 'inslijten'. Dit is hele speciale natuurkunde en daar heb ik niets mee.
Groeten, Peper.

blijf het interessant vinden deze batterijen. Maar dat balanceren van Peper gaat tegen mn principes in. Al die verloren warmte.

Misschien dan toch niet in serie zetten en de spanning op 3,2 houden en dan op converteren naar 12 volt.
voor 4 accus (voor 12 volt 100 Ah) 4 boost converters en dan eventueel met een gewone diode parallel zetten.
De batterijen staan dan niet parallel daarmee blijven de boost converters ook beheersbaar. Maar een boost converter met flinke stroom uitgang is wel een challenge nog



en een ladertje met 12 volt in en 3,6 uit is heel simpel te doen.

Dan heb jij principieel LiFePO₄ accu's op je boot! Bij lood-zwavelzuur accu's dissipeer je uiteindelijk meer bij normaal laden dan bij het balancen van een LiFePO₄ accu van dezelfde capaciteit. Peukert heeft het allemaal berekend!
Tja, principes zijn lastig, vooral als je ze tegenover gewone natuurkunde moet inzetten!
Groeten, Peper.