Onderwerp: Li-ion accu opslag met geïntegreerde balancers

3Noreen schreef :
Volgens mij is dat juist de bedoeling. De string met de laagste spanning zal de meeste energie opnemen, totdat hij gelijk wordt aan de 2e sting. Accu strings vol......

JohnBerg schreef :
helemaal eens.

Arcadia heeft een heel praktische vraag welke cellen hij NU zou kunnen aanschaffen. Daarom heb ik hem een oplossing aangegeven met spullen die nu beschikbaar zijn. Geen blik in de toekomst hoe het allemaal super mooi zou kunnen met spullen die nog ontworpen moeten.

WADnWIND schreef :
spanning moet zijn; weerstand (wet van ohm)

In mijn idee gaat de grootste stroom lopen waar de laagste weerstand is. Dus daar waar de balancer ingeschakeld is. Dus door de volle accu string.

Een werkende balancer is niets anders dan een lage weerstand parallel aan de volle cel. Daardoor hebben die cel + balancer gezamenlijk een kleinere weerstand dan een nog niet volle cel waar de balancer nog niet in werking is.

Volgens mij is het zo dat als je de balancer en cel als één systeem ziet, er een constante stroom door dat systeem loopt. Het zit immers in serie met ander systeem waar op moment t een stroom I loopt.

Op het moment dat de balancer inkomt veranderd de stroom door het systeem niet, het zit immers in serie met de andere systemen. Ook de spanning veranderd niet, want die blijft gelijk op het trip punt van waar de balancer is ingekomen.

En dus veranderd de weerstand van het systeem niet, stroom en spanning blijven immers gelijk. De al aangehaalde wet van Ohm.

Wat wel veranderd is het rendement van het systeem. Er gaat nog maar een deel van het vermogen in de cel, de rest wordt omgezet in warmte.

3Noreen schreef :
Precies. Vanwege de beperkte ruimte die ik beschikbaar heb voor accu's wil ik geen grote lood-accubank, maar wel een verdubbeling van mijn huidige capaciteit. En dat in elk geval voor de zomer.
Inmiddels heb ik de ruimte nog eens zorgvuldig nagemeten en ik kan een 160Ah LiFePO4 pack net plaatsen. Daar ben ik tevreden mee. Ik wacht nog even of deze discussie nieuwe mogelijkheden oplevert m.b.t. balanceren en spanning begrenzen, anders ga ik gewoon kant en klare spullen in Praag bestellen

JohnBerg schreef :
Zoveel slimheid kan ik niet tegen op.....

Als punt om over na te denken. Bij één serie van 4 cellen neemt de stroom toe op het moment dat de balancer ingeschakeld wordt. Gewoon in praktijk kunnen vaststellen.

Plaatje van eu-power. Zij zullen naar jullie oordeel ook wel niet weten waar ze het over hebben....

hoezo 'jullie', ik heb meteen al gezegd dat bij een dubbele serie de cellen eerst parallel moeten en dan in serie..
tekeningetje twee dus.
Ervan uitgaande dat de de cellen in 1 batch worden gekocht

Als je geen slimmigheden toepast in je lader moet je het idd zo aansluiten zoals eu power voorsteld.

Ongeveer hetzelfde idee dat als je één cel van een loodaccu open maakt, daar ook meerdere platen parallel zitten. En dat gaat ook goed zolang die platen allemaal hetzelfde zijn, en ook allemaal hetzelfde belast worden. En in hetzelfde elektroliet zitten.

En daar zit juist de crux bij LiFePo4 cellen. Na verloop van tijd zullen de parallel geschakelde cellen andere ladingstoestanden gaan krijgen doordat ze initieel niet gelijk waren. Na verloop van tijd zul je zien dat van de 2 cellen parallel één de heavy lifiting gaat doen, en de ander er maar bij hangt.

Als je alleen maar brut geweld tot je beschikking hebt, dan moet je kiezen uit de minst erge.

In plaatje twee moet je je wel afvragen wat het nut van een balancer is. Versterk je daarmee nu niet juist de ongelijkheden tussen de cellen ??

edit: nog eens over nagedacht: als je balancers tot je beschikking hebt, zou ik zeker voor plaatje 1 gaan. Om moverende redenen

het is m.i. ook beter om 1 x 200 te nemen ipv 2x 100 parallel.
Maar het probleem was dat die grote versie niet paste volgens mij.
Je moet dan wat.

JohnBerg schreef : dit begrijp ik niet? het idee van de balancer is juist dat je op cel nivo regelt. Maar dat weet je natuurlijk wel.

Overigens is dat balanceren niet direct, het kost tijd. Aangezien er hooguit 700 mA door een balancer loopt.

roozeboos schreef :
Stel op moment t heeft cel 1 3,600V en cel 2 3,598V De balancer komt door cel 1 in, en zal de spanning op 3,600V houden. Een deel van de laadstroom wordt omgeleid door de balancer. (en kan niet meer ten goede komen aan cel 2). Cel 2 blijft deze cyclus net iets achter. Door het kleine spanningsverschil dat door de balancer in stand wordt gehouden (2 mV in het voorbeeld), kan door cel 2 geen stroom meer lopen.

Bij een volgende cyclus gebeurt hetzelfde, maar omdat bij de eerste cyclus cel twee al wat achter was gebleven, zal deze cyclus cel 2 weer wat verder achter blijven. enz.

Je kunt het ook zo benaderen: zonder balancer zal cel 1 wat overladen worden, en cel 2 geladen. Doordat de balancer het overladen van cel 1 voorkomt, komt cel 2 niet helemaal meer aan zijn 100% lading.

Hoe minder stroom door de balancer, hoe minder erg het effect wordt.

Overigens wilde TS een paar ampère door de balancer jagen ..

John, laat ik beginnen te zeggen dat ik geen verstand heb van Li-ion accus, maar als 2 cellen parallel geschakeld staan hebben ze toch per definitie de zelfde spanning?
De door jou geschetste situatie kan zich dus volgens mij niet voor doen.

Als ik het goed begrijp zijn de balancers er juist voor om bij een verschil in spanning van serie geschakelde cellen, in geval van het bereiken van de eindspanning bij 1 cel, de stroom door te laten zodat ook de andere cel(len) nog geladen worden zonder de al volle cel te overladen.

of die fiets, nou volgens mij is dat niet echt een probleem hoor.
Maar nogmaals, het blijft een compromis, een enkele cel is altijd beter daar zijn we het vast over eens.

Ik ben nog geen balancers tegen gekomen waar een paar ampere door kan hoor. maar ik kan me vergissen.
Het ontwerp van de TI chip voorziet in externe fets met een serie weerstand. Die waarde bepaalt de stroom.
maar je kan bijvoorbeeld geen 25 ampere omleiden.

Zo zie ik het:
Nadat de laadstroom door de string minder is geworden omdat de cellen vol zijn, kan de balancer zijn echte werk gaan doen en de te hoge spanning van sommige cellen aftoppen. Dat mag dan wel even duren.
je hoeft dus niet de volle laadstroom van bijv. 30 ampere om te gaan leiden.

note: bij installatie is het dus ook belangrijk dat alle cellen hetzelfde laadnivo bezitten!

PvO schreef :
Je hebt natuurlijk helemaal gelijk.

Ik heb in een poging het inzichtelijk te houden de spanningen opgeschreven. Wat ik eigenlijk bedoelde was de ladingstoestand. Vervang in mijn verhaal de spanningen door ladingstoestand, en dan blijft het kloppen.

De balancer eet als het ware het stukje dat bedoeld was om het laatste restje in cel 2 te krijgen op. Hij voorkomt dat cel 1 overladen wordt, met dit als bijproduct.

Hoe erg dat het is? Geen idee?
Hoe verschillend de cellen zijn weet je niet, producenten zijn niet echt scheutig met datasheets.

Ik probeer als techneut vanaf de tekentafel te beredeneren wat er gebeurt.

edit: bij LiPo's is dit echt een issue. Daar kun je niet zonder balancers, en tijdens laden kun je echt geen cellen parallel zetten. Maar we hebben het hier over LiFePo4, dat is weer anders.

ok, maar de spanning van een cel is toch afhankelijk van zijn ladingstoestand?
bij het parallel geschakelen van cellen zal de cel met de hoogste ladingstoestand de cel met de lager ladingstoestand gaan laden. Dit tot de cellen een gelijke spanning = gelijke ladingstoestand hebben.

Er zou wat verschil kunnen optreden tijdens snel laden als de inwendige weerstand van de cellen niet precies gelijk is, maar zodra de laadstroom afneemt wordt dit verschil vanzelf weer gelijk getrokken.

Ter overweging: bij het parallel schakelen van 2 of meerdere cellen zou je per parallel schakeling met 1 balancer toekunnen?

PvO schreef : correct.
WadnWind zijn probleem hiermee was dat er bij het aansluiten veel stroom zou kunnen lopen ter vereffening. Als ze wat verschillend zijn. En dat is natuurlijk ook zo. Maar met cellenuit 1 batch kan je dat risico wel nemen.

PvO schreef :
Hmmm .. is dat zo? Ook bij heel kleine verschillen?
Dus als ik van 3,600V naar 3,598V ga dan heb ik een evenredig deel van de lading verbruikt?

Ik moet even weg, maar ik kom er zeker nog op terug.
Kan ik er gelijk eens goed over nadenken

Dan schakel je de cellen (bij installatie) eerst 1x parallel met 10mtr 0,75mm2, dan blijven de grote stromen wel beperkt.

JohnBerg schreef :
Met alle respect John, maar ik denk dat dit een theoretisch probleem is.
Zo nauwkeurig kan ik toch niet meten

roozeboos schreef :
quote mezelf nog even, hoor hier graag een reactie op. Lijkt me relevant of dit compleet onzin is of niet.

Ook ik sta op het punt om over te stappen naar LifePO4 accus's en vraag me het volgende af (mede ingegeven door de opmerkingen van Peper en 3Noreen in het draadje "benodigde accucapaciteit", waarin wordt gezegd dat de noodzaak tot balanceren niet zo heel groot is en wellicht 1x in de vijf jaar gedaan kan worden). Is het niet mogelijk om simpelweg de setjes, losse cellen zonder balancers op de boordlader, alternator enz. aan te sluiten en deze periodiek "handmatig te balanceren" door ze - zeg 1 x per jaar via een kleine lader (bijv. deze: www.ev-power.eu/Chargers-6V-to...ls-1-cell.html?cur=1 per cel volledig vol te laden? Wellicht een nog kleinere met 1A.
Dan ben je van het hele "gedoe" met balancers af...

Mvg

Eric

JohnBerg schreef :

Vooral mee doorgaan, dat beredeneren! Ik vind 90% je posts erg leerzaam omdat je inzicht geeft...

PvO schreef :
Maar ikke wel! en nog veel nauwkeurig ook nog


Nachtvlinder schreef :
Dank! Wel jammer dan van die 10% posts die bagger zijn


@roozeboos: ik kom er zeker nog op terug.

Ik vind een discussie waarbij het er niet om gaat om elkaar vliegen af te vangen ook errug leuk. Dus daar wil ik wel mee doorgaan. Helaas heb ik de komende uren even wat minder tijd.

roozeboos schreef :
Waarom zou je het moeten proberen? Ik heb het al geprobeerd en heb er nu 3 jaar goede ervaring mee. Kostte ca €3000 en jullie mogen allemaal meeprofiteren van de vergaarde kennis. (open source) Al wat ik heb uitgeprobeerd is gepost, ook de flops!

De 'wol' is al van het schaap af, dan blijft het geklets dus over.

Gelukkig zijn er nog een paar schapen waar de wol nog op zit en wel:
Balancers balanceren maar met een lage stroom en kunnen zo een asymmetrische belasting van cellen in serie slecht gladstrijken.
Balancers beschermen niet tegen overspanning van de cel.

'Super zener balancers' kunnen met een veel hogere stroom balanceren en kunnen wel een asymmetrische belasting van de cellen gladstrijken.
'Super zener balancers' kunnen met een veel hogere stroom balanceren en vormen binnen het bereik van de balanceerstroom een overspanningsbeveiliging.

Het balanceren vraagt vermogen en dit vermogen wordt gedissipeerd in de vorm van warmte.
Alle balancers nemen stroom (ruststroom) op als ze niet balanceren en dat is te beschouwen als 'zelfontlading'.

Die 'laatste twee schapen' moeten nog worden geschoren.

Het dissiperen van vermogen kan worden teruggebracht door de maximale balanceerstroom te verlagen, maar dan is de balancer niet geschikt voor het 'glad strijken' van asymmetrische belasting. De andere mogelijkheid is het vermogen niet te dissiperen in warmte, maar dit te converteren naar een bruikbare spanning/stroom voor andere doeleinden (recuperatief balanceren). Een theoretische mogelijkheid die ik heb bekeken leidt mogelijk tot een 'radiobaken' en kan alleen veilig worden toegepast in stalen schepen (WADnWIND theorie ). De gedissipeerde warmte zou ook kunnen worden gebruikt voor het warm maken van een absorberkoelkast element en een bijdrage vormen aan de koeling aan boord (roozeboos theorie )

De opgenomen ruststroom is bijna recht evenredig met de haalbare balanceerstroom. De 700mA balancers hebben slechts een geringe ruststroom. (ik moet de spec's doorzoeken om een waarde voor die ruststroom te vinden en dat heb ik nog niet gedaan).
De 'super zener balancers' met een balanceerstroom tot 2A hebben een veel hogere ruststroom tot wel 1mA (= de Ice0 van de darlington regeltransistor).
Hoe erg is het een ruststroom van 1mA te hebben? Een 20Ah cel wordt dan in 20.000 uur geheel ontladen. (Iemand mag dit voor mij even omrekenen naar dagen) Een 100Ah cel wordt dan in 100.000 uur geheel ontladen (100.000/24=4166,6666666666666666666666666667 dagen, dat is ruim 10 jaar). Daarmee is voor mij het 'ruststroom schaap' wel geschoren (voor boven de 100Ah celcapaciteit!) en is 5mA ruststroom geen probleem voor cellen van 100Ah en hoger. Dit is dan alleen geldig voor LiFePO accu's! Deze hebben een nauwelijks meetbare zelfontlading. Het geldt niet voor LiCobalt technologie of de Li-polymeer technologie en al helemaal niet voor loodzwavelzuur technologie, deze kennen een veel grotere zelfontlading.

Blijft over de 'wol van het dissipatie schaap'. De ruststroom van max 5mA dissipeert 5 x 4V = 20mW max. Nu zal ik de laatste zijn die zal zeggen: "dat is verwaarloosbaar", maar ook de eerste zijn die zegt: "Dat is niet veel".
Bij het laden met 20A en een celspanning van 4V (de cel is 'tjokvol') moet een celbalancer 20 x 4 = 80W dissiperen! Gloeilampen met dat vermogen mogen niet eens meer worden verkocht! (Halogeen lampen nog wel!) Iets wat 80W dissipeert en minder dan 1m³ aan massief volume heeft, wordt warm, of je dat nu wil of niet. Vier 'gebalanceerde cellen' in serie (voor 12V) dissiperen bij het 'laden' van de volle cellen 320W en dat is het vermogen van een kleine ventilatorkachel.
Als je dit vermogen kwijt wilt, heb je een behoorlijk koelblok nodig.
Een andere optie is: als ik met 20A laad, moet ik dat zonder balancers doen. Dan wordt het samenstel niet meer equivalent aan een loodzwavelzuur accu en dat willen we eigenlijk wel.
Zonder balancers laden kan best, als je de laad eindspanning maar kunt begrenzen tot 4x3,6V = 14,4V (hé, dat is een bekende spanning!) Dus laden zonder balancers met de alternator van de motor met een veldregeling die de spanning op 14,4V begrenst, is prima! U mag dan met 100A laden (is 1c bij een 100Ah cel). Het balanceren kan dan wel met de lagere stroom uit een zonnepaneel.
Met dit idee in het achterhoofd ga ik eens verder in mijn datasheets bladeren.

Groeten, Peper.