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 Ein paar Probleme beim Bau eines LiFePo4-Akkus
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Rainmaker
Meister im Astrotreff


555 Beiträge

Erstellt am: 08.04.2019 :  21:55:47 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo,

die Zellen für meinen LiFePo4-Akku sind vom Chinamann geliefert worden und eigentlich bin ich ganz zufrieden. Versprochen wurde eine Kapazität von mindestens 5950mA und geliefert wurden Zellen mit einer Kapazität von 6083 bis 6638mA. So weit so gut und nun könnte ich eigentlich die Zellen zu einem 4s4p-Akku zusammenbasteln, aber es gibt da ein kleines Problem, welches ich dank meines Unwissen nicht lösen kann. Die Spannung der Zellen ist trotz gleichen Ladestandes nicht gleich. 12 Zellen liefern 3,36V und 4 Zellen 3,46V. Die Frage ist nun soll ich die Zellen nach Kapazität sortieren oder nach Endspannung? Ich habe bisher keine Akkus zusammengebastelt und möchte natürlich nicht gleich die Zellen kaputt machen.
Woran liegt eigentlich die Differenz? Bei gleicher Chemie sollte doch eigentlich auch die gleiche Spannung an den komplett gefüllten Zellen anliegen.

Ich wäre euch wirklich dankbar, wenn mir hier die wissenden Elektronikgötter unter euch weiter helfen könnten.


MfG

Rainmaker

Bearbeitet von: am:

stefan-h
Altmeister im Astrotreff


17018 Beiträge

Erstellt  am: 08.04.2019 :  23:09:41 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hi,
Zitat:
Bei gleicher Chemie sollte doch eigentlich auch die gleiche Spannung an den komplett gefüllten Zellen anliegen.

Zellen verchiedener Hersteller könnnen sich durchaus bei Kapazität und Ladeschlussspannung unterscheiden. Stammen die Zellen von einem Hersteller halte ich das für eine etwas unsaubere, schwankende Fertigungsqualität (was ich jetzt bei einem "günstigen Chinamann" nicht unbedingt wundern würde)

Wie hast du die Zellen geladen- welche Ladeschlussspannung war eingestellt und wie hast du die Kapazität ermittelt?

Bezüglich dem Zusammenschalten der Zellen, da solltest du einen Balancer verwenden- https://de.wikipedia.org/wiki/Balancer Damit werden die Zellen gleich geladen, das Überladen oder zu geringe Laden einzelner Zellen wird dadurch vermieden.

Tante Gockel wirft dir mit dem Suchbegriff lifepo4 akku balancer eine Menge Infos bzw. Anbieter dazu aus, vorzugsweise wohl aus dem Bereich Modellbau.

Gruß

Bearbeitet von: am:
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Rainmaker
Meister im Astrotreff


555 Beiträge

Erstellt  am: 09.04.2019 :  06:00:14 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo,

die Zellen stammen natürlich vom gleichen Hersteller und es handelt sich offiziell angeblich auch um den gleichen Typ. Geladen wurden die Zellen einzeln bis zu einer Ladeschlussspannung von 3,6V. Zur Kapazitätsfeststellung wurden die Zellen einzeln mit dem Ladegerät bis zu einer Spannung von 2,8V entladen. Ein Blancer wurde hier logischerweise nicht verwendet, da dies bei einer einzelnen Zelle nicht möglich ist.
Bei dem geplanten 4s4p-Akku wird es natürlich einen Balanceranschluss geben, auch wenn die Zellen nicht einzeln balaciert werden können. Mir geht es hier nun darum wie man die Zellen nun zusammenschließen soll. Wie üblich nur nach Kapazität sortiert oder soll ich lieber nach der maximalen Spannung sortieren und eine ungleiche Kapazität der verschiedenen Gruppen hinnehmen.


MfG

Rainmaker

Bearbeitet von: am:
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stefan-h
Altmeister im Astrotreff


17018 Beiträge

Erstellt  am: 09.04.2019 :  11:11:41 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hi,
Zitat:
Mir geht es hier nun darum wie man die Zellen nun zusammenschließen soll. Wie üblich nur nach Kapazität sortiert oder soll ich lieber nach der maximalen Spannung sortieren und eine ungleiche Kapazität der verschiedenen Gruppen hinnehmen.
Mit Balancer ist das egal, das regelt dann die Schaltung, die schwächste Zelle bestimmt dabei Lade- und Entladeschlussspannung.
Zitat:
Bei dem geplanten 4s4p-Akku wird es natürlich einen Balanceranschluss geben, auch wenn die Zellen nicht einzeln balaciert werden können
Wieso sollen dabei die einzelnen Zellen nicht balanciert werden? Jede Zelle hat ihren Anschluss an die Balancerschaltung, damit wird die Ladung jede einzelne auch überwacht und gesteuert. Beispiel mit Erklärung für 4 Zellen sieh hier

Gruß

Bearbeitet von: stefan-h am: 09.04.2019 12:01:58 Uhr
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tbstein
Meister im Astrotreff

Deutschland
294 Beiträge

Erstellt  am: 09.04.2019 :  11:28:07 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Rainmaker,
der 4s4p Akku besteht ja aus einer Parallelschaltung von 4 Zellen und diese werden dann 4 mal in Reihe geschaltet. Die Parallelschaltung bereitet erstmal keine großen Probleme, außer dass man die Zellen falls die Ladeschlussspannung sich unterscheidet, erstmal mit einem Widerstand dazwischen angeglichen werden sollte, da sonst ziemlich hohe Querströme fließen. Danach die Zellen direkt brücken, ... fertig. Bezüglich Laden ist die Parallelschaltung komplett unproblematisch. Die Reihenschaltung muß dagegen unbedingt mit Balancing erfolgen, da in der Reihenschaltung die Spannung an einer Zelle sich erhöhen kann und damit diese Zelle überlädt und zerstört.
Gruß Tino

Bearbeitet von: am:
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MartinB
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
3513 Beiträge

Erstellt  am: 09.04.2019 :  19:53:59 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo allerseits,
Die Zusammenschaltung würde ich aus Sicherheitsgründen bei auf gleiche Spannung entladenen Zellen machen, man kann natürlich auch frisch auf beliebige Spannung balancierte Zellen zusammen schalten.
Vorrang hat Selektion auf gleiche Kapazität der 4p Pakete, die dann in Reihe geschaltet werden.
Aus Sicherheitsgründen sollten die Zellen nicht nur balanciert werden, sondern es sollte eine Überlade- und eine Tiefentladeschutzschaltung geben, die den Lade- bzw. Entladevorgang abbricht, wenn eines der 4p Pakete über 3,8V oder unter 2,5V geht. Jeder Laptop- Akku hat das, und der 16 Zellen 40Ah LiFePo4 Akku meines Elektrorollers hat das auch.

Nachtrag: Beim Laptop-Akku ist die Zellenchemie anders und damit sind natürlich auch die Schaltschwellen anders.

Gruß,
Martin

Bearbeitet von: MartinB am: 09.04.2019 19:57:07 Uhr
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Rainmaker
Meister im Astrotreff


555 Beiträge

Erstellt  am: 09.04.2019 :  20:39:49 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo,

ich habe inzwischen aus einer Quelle erfahren, dass die Zellen wohl initialisiert werden sollen vor dem ersten Zusammenbau. Es sollen alle Zellen mit einer etwas erhöhten Spannung geladen, dann zusammengeschlossen und und einige Tage zusammen verbunden bleiben. Die Spannungsdifferenz soll sich so angeblich angleichen. Erst danach soll der Akku dann benutzt werden.
Ich schätze das ist das selbe Verfahren wie Tino es beschreibt. Die Frage ist nun für mich nun nur wie hoch der Wiederstand sein soll der zwischen die Zellen geschaltet werden muss.

Übrigens keine Angst, ein Balancer ist beim Akku natürlich vorgesehen, genau wie ein Akkuwächter der eine mögliche Tiefentladung verhindert. Außerdem wird es noch einen Beeper geben der akustisch meldet, dass eine der Zellengruppen unter 2,8V rutscht. Einmal im Jahr werde ich dann wohl den Akku aufdröseln und die Zellen einzeln laden und testen.


MfG

Rainmaker

Bearbeitet von: am:
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MartinB
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
3513 Beiträge

Erstellt  am: 10.04.2019 :  07:33:54 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Dass Du den Ausgleichswiderstand nicht selbst ausrechnen kannst, stimmt mich bedenklich. Wenn dir die einfachsten elektrotechnischen Grundlagen fehlen, solltest Du eigentlich keine Akkus aus Einzelzellen selbst zusammen stellen. Weil Du die Zellen aber schon hast und es wohl sowieso tun wirst, ist es wohl besser, Du bekommst die nötigen Infos:

Wenn du die Zellenspannungen möglichst schnell angleichen möchtest, kannst Du den Ausgleichswiderstand einfach mit R = U / I ausrechnen : Maximale Spannungsdifferenz geteilt durch gewünschten maximalen Ausgleichsstrom. Das darf höchstens der maximal zulässige Dauer-Entladestrom laut Datenblatt sein. Dann rechnest Du noch die maximale Leistung am Widerstand mit P = U × I aus und wählst den Widerstandstyp entsprechend. Du kannst auch bei einem vorhandenen Widerstandssortimwnt den Widerstand gleich nach der maximalen Verlustleistung mit R = U×U/P berechnen. Du kannst dann auch mehrere solche Widerstände bis zum Errwichen des Maximalstroms parallel schalten. Die sollten dann aber genug Abstand voneinander haben.

Gruß,
Martin

Bearbeitet von: am:
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Rainmaker
Meister im Astrotreff


555 Beiträge

Erstellt  am: 10.04.2019 :  08:28:01 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Martin,

wenn Du es bedenklich findest, dann ist das deine Sache. Die Formel kenne ich natürlich, aber ich weiß nicht, ob es da nicht doch noch mir unbekannte Effekte gibt die man in so einem Fall unbedingt berücksichtigen muss. Ich habe einfach nicht die Zeit um mich in jedes Thema einzuarbeiten, denn neben dem Hobby Astronomie gibt es noch ein paar Dinge in meinem Leben die erheblich wichtiger sind, z.B. Job, Familie, Pflege und das Eigenheim um das ich mich auch noch kümmern muss.
Wenn ich so Nachfrage hat das nicht nur den Grund, dass ich es nicht weiß, sondern ich versuche auch ein klein wenig zu verstehen, besonders, da die Leute die mir hier ab und an bei kleinen Problemchen helfen auch nicht allwissend sind. Die Sache mit der ungleichen Spannung und was man dagegen machen kann war z.B. einem Elektrotechniker aus dem Bekanntenkreis auch nicht geläufig.

Das im letzten Post von mir genannte Verfahren kommt übrigens ohne Widerstände aus, funktioniert aber nur, wenn die Batterien frisch aus der Fabrik kommen und gleichzeitig geladen werden. Das kommt ja nun inzwischen nicht mehr in frage. Bliebe höchstens alle auf ein gleiches Maß zu entladen, aber ob das ein übliches Ledegerät hinbekommt bin ich mir doch sehr unsicher. Da ich keine lustige Grillparty mit meinen Akkus machen möchte werde ich mal schauen wie die Sache mit de Widerständen möglichst einfach umzusetzen ist.


MfG

Rainmaker

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eco8mech
Neues Mitglied im Astrotreff

Österreich
20 Beiträge

Erstellt  am: 10.04.2019 :  11:10:44 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo!
Kauf dir ein Ladegerät mit Balancer und löte einen Balanceranschluß an die Zellen!
Dann geht alles automatisch; alle Zellen bekommen die gleiche Spannung!
cs
leopold

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tbstein
Meister im Astrotreff

Deutschland
294 Beiträge

Erstellt  am: 10.04.2019 :  20:17:09 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Rainmaker,
der Widerstand kann ruhig ziemlich klein sein, nach der obigen Formel 0,1V/6A = 0,016Ohm, bei größeren Widerständen muss man halt etwas länger warten. Man kann auch einfach einen Kupferdraht einer bestimmten Länge nehmen, 1m mit 0,75mm^2 sind etwa 0,022Ohm. Im Allgemeinen sind die LiFePo4 Akku sehr anwenderfreundlich und verzeihen viel, da sind die normalen LiPos schon etwas zickiger. Aber wie oben schon gesagt, das Balancing ist Pflicht und auch gegen Kurzschlüsse wäre eine Sicherung sicher nicht fehl am Platz.
Vg Tino

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mash.m
Mitglied im Astrotreff


91 Beiträge

Erstellt  am: 13.04.2019 :  19:33:32 Uhr  Profil anzeigen  Besuche mash.m's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Zusammen,

ich habe mir schon zwei LifePo4 Blöcke gebaut und würde es jederzeit wieder tun. Die Akkus haben auch im Winter die volle Kapazität und keinerlei Probleme.

Wieso baust Du nicht einfach ein BMS ein? Beispiel:

https://www.batt-energy-shop.de/Konfektionszubehoer/BMS-Akku-Schutzschaltung-4S-LiFePo4-Akkus-12-0A.html

und hier meine bevorzugte Quelle:

https://shop.lipopower.de/LiNANOZ-LiFepo4-PCB

Ich habe bei meinem 24ah Block eines mit 800mA Balancerstrom genommmen. Damit legst Du einfach eine Ladeschlußspannung von 14.4 Volt an. Und die Zellen werden am Ladeende automatisch balanciert. Ebenso ist ein Unterspannungs- Überspannungsschutz integriert.

Eigentlich sollten die Akkus nicht so weit auseinander laufen, aber lade und entlade die doch erst zwei oder drei mal, dann wirst Du sehen. Wenn die aus einer Serie stammen sollte das schon passen, außer du hast völligen Schrott bekommen.

Mein fertiger Akku sieht dann so aus:


Und diese Zellen habe ich verwendet:
https://www.i-tecc.de/shop/einzelzellen/lifepo4/wina/33/lifepo4-akku-wina-8ah-3-2v

Gruß Markus

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GanymedRN
Meister im Astrotreff

Deutschland
312 Beiträge

Erstellt  am: 13.04.2019 :  20:29:32 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Rainmaker,

Wichtig ist es den Strom durch die Zellen im erlaubten Bereich zu halten. Die Methode die Zellen zu entladen und dann direkt parallel zuschalten finde ich suboptimal.
Der Spannungunsunterschied der Zellen sollte nach dem Laden oder Entladen mit demselben Ladegerät einigermaßen klein sein vielleicht maximal bei 100mV.
Wenn man die Zellen dann mit einem kleinen Widerstand (< 0.1 Ohm) in Reihe parallel schaltet wird der Strom auf z.B. 1A begrenzt. Damit kann man die Spannung der Zellen dann erst eine zeitlang aneinander anpassen.
Danach den Widerstand entfernen und die Zellen direkt zusammenschalten.
Balancer und BMS solltest du unbedingt verwenden da die LiFePos empfindlich auf zu hohe Ladespannungen und zu tiefe Entladung reagieren und sich dadurch die Lebensdauer verkürzt.

Ich kann nur sagen ich bin mit meiner selbstgebauten LiFePo Power Box (50Ah) sehr zufrieden. Sie ist leicht und hat ordentlich Reserven. Da kann ich Notebook, Kamerakühlung, Taubänder, Montierung problemlos zwei Nächte versorgen. Ist die Power Box leer dauert es mit 10A wenige Stunden um wieder komplett aufzuladen.

LG
Roger
200mm/f5 Newton
Celestron C11
100mm/f7 Triplet Apo
ATIK383L+, ASI178MM, ASI294MC Pro
NEQ6-Pro

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Rainmaker
Meister im Astrotreff


555 Beiträge

Erstellt  am: 13.04.2019 :  23:20:33 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo,

(==>) leopold,

nein, ein Ladegerät mit Balancer löst nicht das Problem. Ein Balancer wirkt erst, wenn der Akku zusammengebaut ist. Hier geht es um Spannungsdifferenzen vor dem Zusammenbau.

(==>) Tino,

vor allem neigen LiPos dazu auch mal gern in Flammen aufzugehen und sowas mag ich bei größeren Akku-Kapazitäten gar nicht.
Passende Widerstände bekomme ich von einem Freund. Sobald die von mir nachbestellten acht Zellen angekommen sind werde ich die Akkus mal zusammenschließen und im Anschluss initialisieren. Gebalanced wird der Akku natürlich im Normalfall auch und neben der 20A Überlastsicherung im Batteriewächter wird es, wie auch bei meinem letzten Akku, auch separate Glasrohrsicherungen geben.

(==>) Markus,

aus Kostengründen verwende ich 32650er Rundzellen. Ein Balancer habe ich im Ladegerät. Das hat den Vorteil, dass man, wenn es mal sehr schnell gehen muss, den Akku auch mal ohne Balancing laden kann (Das Ladegerät lädt in diesem Fall den Akku nicht zu 100%, sondern stoppt kurz bevor die Ladeschlussspannung erreicht wird). Von einer Nacht auf die andere hat man zwar üblicherweise genug Zeit, aber ich muss ja erst mal vom Berg runter, dann den Akku laden, zum nächsten Standort fahren und dann auch noch auf den nächsten Berg rauf.
Außerdem würde ich gern den Unterspannungschutz selbst konfigurieren. Für meine Zwecke hätte ich gern eine sehr hohe Schwelle zum Wiedereinschalten, denn der Verbrauch ist mit den Kameras doch ziemlich gepulst. Bei einem üblichen Unterspannungsschutz bricht die Spannung während der Aufnahme ein und die Kameras schalten kurz ab. Nach kurzer Zeit erholt sich die Spannung, die Kammeras starten erneut und werden durch den externen Auslöser erneut ausgelöst und schalten wieder ab. Das belastet unnötig die Verschlüsse.

(==>) Roger,

ich mag Methode entladene Zellen zu koppeln auch nicht besonders, aber zumindest könnte man so mit einem einfachen Ladegerät einen halbwegs gleichen Spannungszustand, in dem Fall halt 2,80V, erzielen. Ich werde daher auch die Methode der Koppelung über Widerstände verwenden.
Wie schon weiter oben habe ich nie vor gehabt den Akku ohne Balancing oder Tiefentladeschutz zu verwenden, ich weiß nicht wie alle immer wieder darauf kommen.


MfG

Rainmaker


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Rainmaker
Meister im Astrotreff


555 Beiträge

Erstellt  am: 26.06.2019 :  10:50:11 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo,

hier mal eine kurze Rückmeldung zu dem Projekt. Die Bestellung der Widerstände ist glorreich gescheitert, da der Versender es nicht schaffte die Ware zu mir zu schicken. Ich habe daher auf Widerstände mit ein Ohm zurückgegriffen, was natürlich die notwendige Zeit bis zum Stannungsangleichen deutlich erhöht hat. Nach drei Tagen waren alle Zellen auf der gleichen Spannung und ich habe sie initialisiert. Der weitere Zusammenbau des Akkus gestaltete sich problemlos.
Unschön war allerdings eine hohe Spannugsdifferenz nach dem Laden. Trotz Balancing gab es zwischen den einzelnen Paketen einen Unterschied von bis zu 0,2V. Also doch Schrottzellen bekommen oder irgendeinen Fehler beim Zusammenbau gemacht?
Auffällig war, dass immer eine der parallelgeschalteten Gruppen eine deutlich höhere Spannug hatte, aber die drei anderen nahezu gleich waren. Ich habe mir dann das Balancing genauer angesehen und festgestellt, dass es ein Problem mit der Absenkung des Ladestromes gibt. Dieser ist beim B6AC V2 eh nicht so sonderlich hoch und die Absenkung zum Ende hin verhindert bei Akkus dieser Größe effektiv ein vollständiges Balancing. Mit stärkeren Ladegeräten gibt es das Problem nicht. Trotzdem läßt sich auch mit einem so kleinen Ladegerät ein mit 38Ah doch recht großer Akku vollständig balancen. Man muss sich nur einen Stecker für den Balancer basteln über den sich jedes Zellenpaket einzeln als 1S Akku ansprechen läßt. Damit steht dann eine deutlich höhere Leistung bereit, mehr als etwa 1A würde ich aber nicht einstellen, da die kabel doch recht dünne sind und die Leitung gegen Ende des Ladevorgangs vom Ladegerät drastisch reduziert wird.

Würde ich wieder so einen Akku selbst basteln? Trotz der anfänglichen Probleme kann ich das nur bejahen. Eigentlich ist es gar nicht so schwer und die Kosten von rund €120,- für einen 38Ah Akku sind doch sehr verlockend. Allerdings würde ich vielleicht das Gehäuse für den Akku mit einer Isolierschicht bauen und eine kleine Heizung für Temperaturen deutlich unter 0°C verbauen, denn die Zellen reagieren auf Temperaturen jenseits von -10°C mit deutlichen Leistungsverlusten.


MfG

Rainmaker

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