Hallo,
bei dem Akku eines Akkuschraubers möchte ich gerne die vorhandenen
NiCd-Akkus durch Lithium-Akkus ersetzen. Dafür sollen vier
Lithium-Zellen in Serie geschaltet werden. Da der Akku nur zwei
Anschlüsse nach außen führt, stellt sich für mich die Frage, wie ich den
Akku laden soll.
Wie machen es andere professionelle Hersteller? Ich kann mir nicht
vorstellen, dass diese für jede Zellen einen Abgriff nach außen führen,
wären bei 18 Volt 5 zu messende Spannungen. Den Einsatz eines Balancers
im Innern kann ich mir aufgrund der dabei entstehenden Verlustwärme auch
nur schlecht vorstellen? Notebookakkus führen ja viele Anschlüsse nach
außen.
Ich hatte ursprünglich an eine reine Serienschaltung gedacht, bei der
ich die Akkus jedoch nicht bis zur vollen Ladeschlusspannung von 4*4,2V
laden würde, sondern nur rd 4V sodass mit einer gewissen Sicherheit eine
einzelne Zelle die 4,2V nicht übersteigen wird. Alternative eine kleine
Schaltung im Innern, die die Spannungen aller einzelnen Zellen misst,
diese jedoch nicht nach außen führt. Nachdem eine Zelle die 4,2V
erreicht, wird der Ladestrom einfach abgeschaltet.
Was meint ihr dazu, speziell wie professionelle Geräte mit
austauschbarem Akku und mehr als einer Zelle dies Handhaben.
Die Akkus werden bei nur 4V nicht annähernd die volle Kapazität
erreichen. Ich habe selbst ein paar mehr Lithium-Zellen hier zum
experimentieren, und konnte es dabei auch wunderbar feststellen.
Kalusal schrieb:> Alternative eine kleine> Schaltung im Innern, die die Spannungen aller einzelnen Zellen misst,> diese jedoch nicht nach außen führt. Nachdem eine Zelle die 4,2V> erreicht, wird der Ladestrom einfach abgeschaltet.
Wie willst du das machen, wenn die Zellen miteinander verbunden sind?
Gruß manni
> bei dem Akku eines Akkuschraubers möchte ich gerne die vorhandenen> NiCd-Akkus durch Lithium-Akkus ersetzen.
Kann man machen, obwohl Pollin durchaus NiCd mit Lötfahnen führt,
zwar etwa gleich teuer, die aber nicht nur 3-5 Jahre wie LiIon (egal
ob benutzt oder unbenutzt) sondern eher 10-20 Jahre halten würden
(niCd sind noch recht robust im Gegensatz zu NiMH).
> Dafür sollen vier Lithium-Zellen in Serie geschaltet werden.> Da der Akku nur zwei Anschlüsse nach außen führt,
Ein Akku der nur 2 Anschlüsse nach aussen führt enthält eine
interne Überwachungsschaltung auf einer kleinen Platine.
Die trennt den Akku über Überladung, bei Tiefentladug, oder bei
Überstrom durch Kurzschluss ab.
Leider betrachten solche Schutzschlatungen 1C als Überstrom,
erlauben also nur ein Laden und Entladen mit ca. 1 A.
Das ist für einen Akkuschrauber viel zu wenig, der zieht problemlos
20A. Da helfen nur Akkuzellen ohne Schutzschlatung, wie sie aich im
Modellbau eingesetzt werden. Diese haben zusätzliche Anschlüsse ans
Ladegerät für die Überwachung jeder einzelenn zelle und zum
balancing (Ladeausgleich). Leider sind solche Akkupacks nicht
kompatibel mit den Anschlüssen des Akkupacks, man müsste einen
extra Stecker nachrüsten.
Daher muß man sich die Überwachungsschaltung selber bauen. Das geht
viel einfacher mit LiFePo4 Akkuzellen, weil die nicht ausgeglichen
(balancing) werden müssen und es nicht so genau drauf ankommt. Ein
brauchbare Schltung im Akkupack ist:
(+)--+---+---------------+----------------+
| | | |
| 820k +----------+ |
+ | | | VCC | |
Akkuzelle1 +----------|SET2 HYST2|------+ |
| | | ICL7665A | | |
Akkuzelle2 47k | OUT2|------+ |
| | | | | |S
Akkuzelle3 +---+---+--|SET1 HYST1|--+---)--|I BS250/BSS84
| | | | | GND | | | |
Akkuzelle4 82k 10M 10M +----------+ 120k | |
- | | | | | | | |
| | | +-------(--------+ | |
| | | | | | |
| | | | 12k | |
| | | | | | |
+---+---(-----------+--------+ | |
S| | | |
IRF3205 I|------+------------------------+ |
D| Leistungstransistoren auf 10x10cm | Kühlblech
IRF3205 I|-------+---------------------------+
S| |
+--100k--+
|
Sicherung 30A
|
(-)--+
Dann kann man den Akku mit dem bisherigen NiCd Ladegerät
aufladen.
Für LiIOn geht die nicht, selbst wenn man die Schaltschwelle
auf 0.5% genau einstellt, weil die einzelenn zellen nicht
überwacht werden. Man müsste zumindest noch einen Balancer
einbauen, dann kann man beim nächsten Laden erwarten daß die
zellen ungefähr gleichzeitig voll werden. Besser ist es dazu
aber einen fertigen LiIon Controller-Chip einzusetzen den
man nur mit dickeren MOSFETs ausstattet.
MaWin schrieb:> Das geht> viel einfacher mit LiFePo4 Akkuzellen, weil die nicht ausgeglichen> (balancing) werden müssen und es nicht so genau drauf ankommt.
Seit wann?
MaWin schrieb:> die aber nicht nur 3-5 Jahre wie LiIon (egal> ob benutzt oder unbenutzt) sondern eher 10-20 Jahre halten
Warum hat mein 12 Jahre alter Li-Ion-Akku von meinem Camcorder heute
noch - gemessene! - über 100% seiner Nennkapazität?
>> Das geht>> viel einfacher mit LiFePo4 Akkuzellen, weil die nicht ausgeglichen> > (balancing) werden müssen und es nicht so genau drauf ankommt.> Seit wann?
Seit es LiFePO4-Zellen gibt. Das ist halt so, wenn du es nicht glaubst,
probier es aus.
bingo schrieb:>>> Das geht>>> viel einfacher mit LiFePo4 Akkuzellen, weil die nicht ausgeglichen>> > (balancing) werden müssen und es nicht so genau drauf ankommt.>>> Seit wann?>> Seit es LiFePO4-Zellen gibt. Das ist halt so, wenn du es nicht glaubst,> probier es aus.
Das dürfte nur mit vorher auf gleiche Kapazität ausgemessenen Zellen
funktionieren.
Mike schrieb:> Das dürfte nur mit vorher auf gleiche Kapazität ausgemessenen Zellen> funktionieren.
Und die driften auch mit der Zeit so weit auseinander, daß
nicht-balancierte Zellen nur 30% der Lebensdauer von balancierten haben.
Einfach mal nach "lifeypo4 balancer" googeln.
bingo schrieb:>>> Das geht>>> viel einfacher mit LiFePo4 Akkuzellen, weil die nicht ausgeglichen>> > (balancing) werden müssen und es nicht so genau drauf ankommt.>>> Seit wann?>> Seit es LiFePO4-Zellen gibt. Das ist halt so, wenn du es nicht glaubst,> probier es aus.
Warum soll ich das ausprobieren?
Es ist Stand der Technik, dass LiFe(Y)Po4-Batterien balanciert werden
sollten.
Die Gründe habe ich aus einem Buch von Davide Andrea begriffen:
"Battery Management Systems for Large Lithium Ion Battery Packs"
Hier erklärt er es nochmal im Film:
http://www.youtube.com/watch?v=nuCDUj2L7Wchttp://www.youtube.com/watch?v=mNwLeRx1P1Qhttp://www.youtube.com/watch?v=ZZlprcsdC24
Es gibt im Netz auch Simulationen, welche die Auswirkungen verschiedener
Balancing-Methoden an LiFe(Y)Po4-Batterien demonstrieren.
Man muss sie natürlich nicht balancieren, wenn man sich mit einem
Bruchteil der möglichen Lebensdauer zufrieden gibt.
Das gilt auch für LiIonen-Akkus.
bingo schrieb:> Seit es LiFePO4-Zellen gibt. Das ist halt so, wenn du es nicht glaubst,> probier es aus.
Das ist halt so ist keine fundierte Aussage. Es gelten die üblichen
Bedingungen wie bei jeder Batterie/Akku: Es treten Zustände auf, bei
denen nicht alle Zellen die gleiche Menge Energie gespeichert haben.
Solange die Dinger keine Energie aus dem Subraum ziehen können (Zero
Point Modul) muß die Energie einzlnen Zellen von außen zugeführt werden,
oder lokal vernichtet werden. Das ist die Aufgabe des Ballancers, der
einen Bypass zu legen vermag. Dabei werden die Schwächeren zusätzlich
geladen oder den stärkeren Zellen Energie abgezogen.
Ohne Ballancer bleiben nur noch drei Alternativen.
1.
Die Zellen werden ohne Bypass weiterhin in Reihe geladen. Dazu kommt es
zu Überladungen bei denen die überladenen Zellen die zusätzlich Energie
in Wärme umwandeln. Manche Akkutypen verkraften dies bei geringem bis
moderatem (Über)Ladestrom mehr oder weniger schadlos. Das LiFePo4
dazugehört wäre mir neu.
2.
Die Zellen entladen sich allesamt recht schnell und haben somit den
gleichen leeren Zustand vor dem Laden. Das Ladegerät muß dann bei der
ersten vollen Zelle stoppen, auch wenn andere noch nicht voll sind und
somit noch nicht die Maximalspannung haben. So etwas sieht man ab ud an
bei Modellfliegern, die diese Funktion im Akkupack, aber extern der
einzelnen Zelle nachgerüstet haben, indem sie ihre Akkus zellenweise mit
Widerständen "kurzschließen", dazu aber noch Dioden zu jedem Widerstand
in Reihe legen um so die entladeschlußspannung festzulgen. Im Prinzip
ist dies aber auch wieder ein Ballancer, nur daß er nicht "Alle Zellen
voll" als Ziel hat, sondern "Alle Zellen leer".
3.
Das Hauptproblem bei Akkupacks ist das Umpolen der leeren Zellen. Die
noch nicht ganz leeren Zellen treiben den Stromfuß noch weiter an und
zwingen ihn durch die in Reihe geschaltete leere Zelle. Das mag KEINE
Akkutechnik. Darum sollte man Akkupacks auch NIEMALS um dem ach so
schlimmen Memmoryefekt vorzubeugen zum Entladen kurzschließen oder
komplett auslutschen. Sobald der Akku nachläßt und man beim
Akkuschrauber den ersten Leistungsknick hört, das ist dann die Umpolung
von der ersten Zelle, isz allerspätestens augenblicklisch Schluß. Der
Akku sollte dann zeitnah wieder aufgeladen werden. Dieser Mechanismus
ist der Hauptgrund warum Akkupacks ohne Ballancer durchschnittlich
früher an Leisungfähigkeit einbüßen und ausfallen. Solange LiFePo4 nun
nicht plötzlich Umpolungsresistent ist, gilt dies auch für diese
Technik. Man könnte dies umgehen indem man eine Schutzschaltung einbaut
die eine Umpolung vermeidet indem automatisch ein Bypass aktiviert wird.
Das wäre aber nicht spezifisch für die LiFePo4-Technik und die Zelle
wird trotzdem Teifentladen, es sei denn der Bypass berücksichtigt auch
dies und ildet keine Kurschlußstrecke nebenher, sondern ist als
Entweder-Oder-Lösung ausgelegt, auf die ei erreichen der
Ladeschlußspannung umgeschalten wird und die Zelle vom Kreislauf
getrennt wird.
Wer jetzt noch behauptet als dies beträfe LiFePo4 nicht, sollte ein
klein wenig mehr schreiben als nur: War schon immer so. Ist halt so.
Gruß
Carsten
Man kann die Zellen schon hintereinander schalten, man braucht keinen
Balancer dazwischen, jedenfalls nicht wenn die Zellen annähernd die
selbe Kapazität haben.
Da die Kapazität doch immer etwas unterschiedlich ist (auch bei guten
Akkus) sollte man die Zellen nicht ganz voll aufladen und auch nicht
ganz entladen.
Die ganzen Balancer die ich hier aus defekten Akkus geholt habe waren
von guten Firmen (DELL usw.), also kein China Billig Schrott, sie sind
aber trotzdem irgendwann kaputt gegangen.
Der Grund ist immer der selbe, bei absolut jedem Akku:
- Eine Zelle in der Reihenschaltung ist defekt.
Das ist nicht einfach ein Kapazitätsverlust, die Zelle wurde über- und
unterladen. Man müsste nur die Spannung der Zelle messen und könnte dann
gegensteuern.
Diese Balancer funktionieren nicht richtig, es passiert oft dass die
Zellen eine geringere Spannung als 2.5V beim entladen annehmen oder mehr
als 4.1 oder 4.2V beim laden.
... ist vielleicht auch so gewollt.
Wenn man dann ins Datenblatt der Chips schaut stehen dort immer große
Worte und theoretisch müssten die Akkus heute noch ganz sein.
Hans Jelt schrieb:> Diese Balancer funktionieren nicht richtig, es passiert oft dass die> Zellen eine geringere Spannung als 2.5V beim entladen annehmen oder mehr> als 4.1 oder 4.2V beim laden.
So ist es.
LiFe(Y)Po4-Batterien driften mit der Zeit auseinander.
Darum baue ich gerade einen ordentlichen Balancer für einen 4-zelligen
LiFeYPo4 mit 40 Ah. (siehe Foto)
Meine bisherigen Testergebnisse an diesem Akku zeigen, dass ein Betrieb
ohne Balancer nach 100-maliger Ladung und Entladung zu einem 30%-igen
Kapazitätsverlust führen. Die Zellen dieser Batterie sind allerdings
nicht selektiert.
Nach einem einmaligen - optimalen - Balancing ist die alte Kapazität bei
90% DoD wiederhergestellt.
Anhand der angehängten Entladekurve kann jeder mit einem Minimum an
technischem Sachverstand erkennen, dass diese Zellen unbalanciert
auseinanderdriften müssen.
Auf welchen Informationen beruht das Geschreibsel, dass LiFeYPo4-Akkus
kein Balancing brauchen?
MaWin schrieb:> Das geht> viel einfacher mit LiFePo4 Akkuzellen, weil die nicht ausgeglichen> (balancing) werden müssen und es nicht so genau drauf ankommt.bingo schrieb:>> Seit wann?>> Seit es LiFePO4-Zellen gibt. Das ist halt so, wenn du es nicht glaubst,> probier es aus.
Sowas ist Blödsinn.
Die Zellen werden bereits bei der Herstellung auf ihren späteren Einsatz
hin optimiert. Dafür hat jede Zelle etwas mehr Materials als notwendig,
sodaß sie im späteren Verbund als potentiell schlechtere Zelle nicht
gleich umkippt.
Im Prinzip kann man Akkus auch einfach nach Gewicht sortieren. Bessere
sind grundsätzlich schwerer.
Die Zellen mit zufällig besserer Kondition werden somit eben nicht 100%
genutzt.
Übrigens habe ich gerade nen HP-Notebook Akkupack geöffnet und der hat
gar keinen Balancer. Sind 2 parallele Zellen und davon 3 Packs in Reihe,
also 6 Zellen.
Hier gibts noch ne verständliche Erklärung mit Wassereimern:
http://ehydra.dyndns.info/Akkubooster
Ohne Balancer müssen die Zellen also hochwertiger sein.
Abdul K. schrieb:> Ohne Balancer müssen die Zellen also hochwertiger sein.
Präzieser wäre es wohl zu sagen:
Ohne Balancer müssen alle! Zellen nahezu identisch in allen relevanten
Parametern über die gesamte Dienstzeit hinweg sein. Sie müssen also die
gleiche Kapazität haben, aber auch die gleiche Selbstentladungsrate, das
gleiche Alterungsverhalten sowie das gleiche Verschleißverhalten durch
Beanspruchung und Fehlbeanspruchung. Und das Ganze muß
selbstverständlich über alle Betriebsbedingungen hinweg gelten,
insbesondere über das gesamte Temperaturspektrum. Und und und...
Eine der Hürden für den Ballancer ist es zu unterscheiden, ob eine Zelle
(nahezu) leer oder ob diese einach nur alterungs- und verschleißbedingt
eine geänderte Kennlinie mit niedrigeren Spannungswerten hat. Gleiches
gilt analog für den Zustand: voll. Das Spiel kann man immer weiter
treiben und optimieren. Perfekt wird es wohl nie werden, da dafür die
Bedingungen im Einsatz zu vielfältig sind. Daher sucht man oft einen
möglichst billigen Kompromis der für möglichst viele, aber eben nicht
alle, einigermaßen praxisnah ist. Das es nicht perfekt ist nimmt man
dann in Kauf
Es waren einmal 3 Kondensatoren. Jeder wollte ein Farad an Kapazität
haben und hatte eine Maximalspannung von 10 Volt.
Diese drei wurden dann in Reihe geschaltet und ergaben eine
Gesamtkapazität von 0.33F.
Es wurden 30 Volt an diese Reihenschaltung angelegt.
Jeder müsste nun 10 Volt abbekommen.
Wegen böser Toleranzen hatte aber Kondensator No.1 nur eine Kapazität
von 0.9 F. Kondensator No.2 hatte genau 1 F und Kondensator No.3 hatte
1.1 F.
Darum bekam Kondensator No.1 eine zu hohe Spannung ab. Das tat ihm weh,
weil er nur eine Maximalspannung von 10 V vertragen kann. Er sagte "Aua"
und er erlitt einen bleibenden Schaden, der seine Kapazität auf 0.8 F
reduzierte.
Diese Batterie aus 3 Kondensatoren wurde entladen und abermals an 30 V
angeschlossen.
Das Gejammere von Kondensator No.1 wurde schlimmer.
Wie gross ist nach 10 Zyklen wohl die Gesamtkapazität unserer
Reihenschaltung aus 3 Kondensatoren?
Wie gross wäre die Gesamtkapazität unserer Reihenschaltung von 3
Kondensatoren, wenn die Heinzelmännchen (Balancer) für eine
Maximalspannung von 10 V pro Kondensator gesorgt hätten?
Wir können das Spiel auch mit 3 Kondensatoren mit jeweils 0.99, 1.00 und
1.01 F spielen.
Da geht die Gesamtkapazität dann mit der Zeit auch in die Hose, es
dauert nur etwas länger.
Nun müssen sich MaWin und sein Freund bingo nur noch vorstellen, dass
die 3 Kondensatoren LiFePo4 Akkus sind.
Ob sie das schaffen?
> Wie gross wäre die Gesamtkapazität unserer Reihenschaltung von 3
0.33F
> Ob sie das schaffen?
Wir kennen wenigstens die Grundlagen der Elektrotechnik
MaWin schrieb:> Wir kennen wenigstens die Grundlagen der Elektrotechnik
Da kommen mir Zweifel auf.
C = 1 / ( 1/C1 + 1/C2 + 1/C3)
musst du richtig anwenden:
mit Heinzelmännchen (Balancer) bleibt die Kapazität von C1 erhalten:
C = 1 / ( 1/0.9F + 1/1F + 1/1.1F) = 0.3311F
ohne Heinzelmännchen (Balancer) nach einem Zyklus:
C = 1 / ( 1/0.8F + 1/1F + 1/1.1F) = 0.3165F
Tendenz: weiter fallend nach jedem weiteren Zyklus
Jetzt musst du nur noch lernen, die Kondensatoren durch LiFEPo4-Zellen
ersetzt zu denken.
Bei minimal unterschiedlichen Kapazitäten zeigen die mit und ohne
Heinzelmännchen (Balancer) ein tendenziell ähnliches Verhalten.
> mit Heinzelmännchen (Balancer) bleibt die Kapazität von C1 erhalten:> C = 1 / ( 1/0.9F + 1/1F + 1/1.1F) = 0.3311F
Ja, 0.33F.
auch
> ohne Heinzelmännchen (Balancer) nach einem Zyklus:
bleibt die Kapazität von C1 bei 0.9F, egal wie sich dessen Spannung
entwickelt.
> Jetzt musst du nur noch lernen, die Kondensatoren> durch LiFEPo4-Zellen ersetzt zu denken
Das muss ICH nicht lernen, daß das zwei verschiedene Teile sind,
die man unterschiedlich rechnen und behandeln muss, das muss
Thomas R. lernen.
Thomas R. schrieb:> Meine bisherigen Testergebnisse an diesem Akku zeigen, dass ein Betrieb> ohne Balancer nach 100-maliger Ladung und Entladung zu einem 30%-igen> Kapazitätsverlust führen. Die Zellen dieser Batterie sind allerdings> nicht selektiert.
Wie lange nutzt der durchschnittliche Hobbyschrauber seinen
Akkuschrauber bis er diesen 100 mal entladen hat? Wenn er ihn einmal im
Monat nutzt, macht das ca. 10 Jahre. In der Zeit sind die Effekte aus
der Alterung der Zelle deutlich größer als der Kapazitätsverlust wegen
nicht vorhanden Balancer. Also erst das Nutzungsprofil analysieren und
dann überlegen ob ein Balancer Sinn macht oder nicht und nicht gleich
mit Kanonen auf Spatzen schießen! Und Wenn die LiFePo4 Akkus 50 %
Kapazitätsverlust haben, haben sie immernoch mehr Kapazität als die NiMH
Akkus.
MaWin schrieb:> Das muss ICH nicht lernen, daß das zwei verschiedene Teile sind,> die man unterschiedlich rechnen und behandeln muss, das muss> Thomas R. lernen.
An dem stark vereinfachten Beispiel mit den Kondensatoren sollte in dir
doch nur das Verständnis dafür geweckt werden, wie das
Auseinanderdriften von unbalancierten Zellen funktioniert.
Dazu habe ich zur Vereinfachung angenommen, dass auch ein Kondensator
ein "Risc of Damage" hat. Das hast du nicht verstanden.
Lese das nochmal durch.
Vielleicht hilft dir dazu auch das angehängte Bild.
Eventuell erblickst du die Notwendigkeit des Balancings von
LiFePO4-Akkus auch, wenn du danach googelst.
Karl schrieb:> Wie lange nutzt der durchschnittliche Hobbyschrauber seinen> Akkuschrauber bis er diesen 100 mal entladen hat?
Ausser Hobbyschraubern gibt es auch noch professionelle Anwender von
Li-Ionen-Akkus.
@ Thomas R.
Du hast die Spannungsaufteilung auf einen Akku bezogen, aber das kann
man nicht gleichsetzen.
Die Kapazität einer Zelle beträgt 1Ah und man kann z.B. 4.1V an ihr
messen.
Wenn man 3 Zellen hintereinanderschaltet sind es 3*4.1V und immer noch
1Ah.
Eine Zelle hat 1.01Ah , eine 1.0Ah und eine 0.999Ah.
Die Gesamte Kapazität beträgt 0.999Ah und die maximale Spannung liegt
unter 3*4.1V da eine Zelle nicht ganz aufgeladen werden darf.
Jetzt ist es aber so dass alle Zellen ganz aufgeladen werden sollen und
man rechnet (aus irgend einem Grund) mit 3*4.1V, das hat zur Folge dass
der Akku mit einer Kapazität von 1.01Ah nicht ganz voll geladen wird und
der Akku mit 0.999Ah überladen wird, dabei wird er etwas beschädigt und
verliert an Kapazität ... jetzt hat er nur noch 0.998Ah.
Jetzt weiß ich nicht wie die Elektronik da gegen regelt, scheinbar macht
sie gar nichts.
Wenn die eine Zelle unterladen wurde geht ihre Elektrode kaputt und
durch die defekten Stellen fließt ein Strom, so dass sich der Akku
selbst entlädt.
Einen normalen Akku (ohne Schutzelektronik) kann man auch mal ein Jahr
liegen lassen (mit idealerweise 3.92V Zellspannung) ohne dass er sich
nennenswert entlädt oder an Kapazität verliert.
Im Endeffekt wird die schwache Zelle jetzt regelmäßig unter und/oder
überladen, je nach dem wie die Elektronik das regelt. (der Akku
soll/darf vielleicht eh nicht länger als 6 Monate halten)
Nehmen wir mal eine neue 3-zellige Lithium-Batterie ohne Balancer an.
Die zulässige Ladeschlußspannung pro Zelle sei beispielsweise 4.1 V.
Die Ladeschlußspannung der gesamten Batterie sei dann 12.3 V.
Zelle 1 hat gerade 3.9 V, Zelle 2 hat 4.0 V und Zelle 3 hat 4.1 V.
Die Gesamtspannung beträgt dann 12.0 V.
Es wird weiter geladen, bis 12.3 V erreicht sind.
Zelle 1 hat dann 4.0 V, Zelle 2 hat 4.1 V und Zelle 3 hat 4.2 V.
Zelle 3 wurde also leicht überladen und erleidet dadurch einen kleinen,
aber irreversieblen Kapazitätsverlust.
Es folgen jetzt viele Entlade- und Ladezyklen.
Bei jedem Ladezyklus verliert Zelle 3 ein wenig an Kapazität.
Der 100ste Ladezyklus kann dann so aussehen:
Zelle 1 hat gerade 3.8 V, Zelle 2 hat 3.9 V und Zelle 3 hat 4.3 V.
Die Gesamtspannung beträgt dann 12.0 V.
Es wird weiter geladen, bis 12.3 V erreicht sind.
Zelle 1 hat dann 3.9 V, Zelle 2 hat 4.0 V und Zelle 3 hat 4.4 V.
Zelle 3 wird bei 4.4 V massiv geschädigt, den Zellen 1 und 2 geht es
noch gut, sie werden aber nicht voll geladen.
Es folgen jetzt viele weitere Entlade- und Ladezyklen.
Bei jedem Ladezyklus verliert Zelle 3 ein wenig an Kapazität.
Der 200ste Ladezyklus kann dann so aussehen:
Zelle 1 hat gerade 3.7 V, Zelle 2 hat 3.8 V und Zelle 3 hat 4.5 V.
Die Gesamtspannung beträgt dann 12.0 V.
Es wird weiter geladen, bis 12.3 V erreicht sind.
Zelle 1 hat dann 3.8 V, Zelle 2 hat 3.9 V und Zelle 3 hat 4.6 V.
Zelle 3 geht bei 4.6 V endgültig kaputt, den Zellen 1 und 2 geht es noch
gut.
So funktioniert das Auseinanderdriften bei nicht balancierten Akkus in
sämtlichen Lithium-Technologien.
Nicht balancierte Lithium-Akkus befinden sich in einem Teufelskreis, aus
dem sie nicht rauskommen.
Das war nur ein Beispiel. Die maximal zulässige Ladespannung weicht je
nach Technologie von den beispielhaften 4.1 V ab.
Ich hoffe aber, dass dieses Zahlenbeispiel zum Verständnis des Prinzipes
beiträgt:
Nicht balancierte Lithium-Akkus haben nur einen Bruchteil der
Lebensdauer von balancierten, weil sie AUSEINANDERDRIFTEN!.
Tatsächlich erhöht sich die Spannung oberhalb von 4.2 V noch viel
rasanter, wie man an dem rot-grünen-roten Bild oben erkennen kann.
Beim Entladen passiert der gleiche Teufelskreis mit der Entladespannung
bei z.B. 2.5 V.
Mit Balancer hätte dieser Akkublock vielleicht 1000 Zyklen überlebt,
weil Zelle 3 nie überladen worden wäre und Zelle 1 und 2 immer voll
geladen würden.
Dieser Effekt tritt bei Blei- und NiMH-Akkus NICHT auf!
siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Balancer
Bei meinem Bosch Hobby-Heimwerker-Schrauber ist auch eine Zelle
gestorben. (drei Zellen in Reihe) Einen Haufen Elektronik haben die da
drinnen verbaut. Aber keinen Balancer. Ich habe jetzt einfach eine Zelle
aus einem ertseigerten, angeblich defekten, Notebook-Akku an stelle der
defekten Zelle drinnen. Sauerei! Das Ding hat gut 100 Euro gekostet...
AR.
Thomas R. schrieb:> Dieser Effekt tritt bei Blei- und NiMH-Akkus NICHT auf!> siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Balancer
Diesen Artikel halte ich für eher schlecht. Offensichtlich von einer
Person geschrieben, die kein Experte ist und vielleicht auch nur den
eigenen Link unterbringen wollte - wenn ich mir den mal ansehe rollen
sich die Fußnägel über Wiki auf!
Man muß unterscheiden zwischen Zellenspannung und Zellenkapazität. Und
Balancer bringen auch was im Mittelbereich des Ladezustandes, denn Akkus
haben keine echte Hysterese - lassen sich also über die Spannung
vollständig regeln. Allerdings ist das Geschehen vor allem bei Bleiakkus
stark nichtlinear (z.B. Gasungsbereich).
> UvsAH.jpg
Dein Diagramm ist nicht ganz korrekt, da eine Schädigung des LiFePo4
erst über 4.2V einsetzt, ganz wie bei LiIon, und seine normale
Ladeschlussspannung bei 3.65V liegt.
Wenn die erste Zelle im Akkupack also voll ist, steigt die
Akkupackspannung schnell an bis bei in der Summe x * 3.65 der
Ladevorgang gestoppt wird. Kaputt geht da nichts. Die anderen Zellen
werden nicht voll aber das Akkupack ist in seiner Gesamtkapazität stets
durch die Zelle der niedrigsten Kapazität bestimmt, daran ändert auch
ein Balancer nichts. Dass 4.2 V überschritten werden passiert erst bei
Akkupacks mit mehr als 5 Zellen, also uninteressant im Kleinbereich.
Auch handelsübliche LiFePo Akkupacks verzichten auf den Balancer und
dessen Anschlüsse.
Thomas R. schrieb:> Karl schrieb:>> Wie lange nutzt der durchschnittliche Hobbyschrauber seinen>> Akkuschrauber bis er diesen 100 mal entladen hat?>> Ausser Hobbyschraubern gibt es auch noch professionelle Anwender von> Li-Ionen-Akkus.
Und egal ob Profi oder nicht.. Bei den billigen Nickelzellen ist es
nicht soooo kritisch wenn die Zellen driften, weil man sie durch
"überladen" formieren kann. Bei Lithium geht das nicht bzw wenn
überhaupt nur sehr eingeschränkt. Da man Lithiumzellen also nur sehr
schwer formieren/synchronisieren/endriften kann muß man diese Drift von
der Gesamtkapazität abziehen oder man beschädigt die Zellen. Wenn man
dann weiterschraubt ist die Zelle viel schneller Schrott als durch die
Alterung.
Die dringlichkeit ist nicht verallgemeinerbar. Sie hängt sehr stark von
der Gleichheit der Zellen in ALLEN Parametern ab. Empfehlenswert ist ein
Ballancer in jedem Fall und oftmals sogar die Voraussetzung für eie
zuverlässigen und sinnvollen Betrieb. In Manchen Fällen würde auch ein
passiver Ballancer aus Dioden und Widerständen die größte Not lindern.
Carsten R. schrieb:> Die dringlichkeit ist nicht verallgemeinerbar. Sie hängt sehr stark von> der Gleichheit der Zellen in ALLEN Parametern ab.
Meiner Erfahrung nach nützt es nichts perfekt identische Zellen zu
haben. Der Einbauort entscheidet oft über die Temperatur. Laden bei
hohen Temperaturen lässt die Zellen massiv altern. Und wenn die
Temperatur unterschiedlich ist, altern auch die Zellen unterschiedlich
schnell.
Darum ist es ja auch keine Ja-Nein-Entscheidung, sondern eine fließender
Übergang vom Grad der Dringlichkeit mit einer eindeutigen Tendenz.
Um mal einen hinkenden Vergleich zu nehmen:
Abwrackprämie: Einige der Abgewrackten Autos hatten höhere
Schadstoffwerte. Aber in der Gesamtbianz war der Austausch nicht immer
ökologisch wie ökonomisch sinnvoll. Für ein Auto das im Jahr nur 1000
Kilometer fährt machte es keinen Sinn.
Der Unterschied ist nur. Ein unausbalanciertes Lithiumakku ist zwar
nicht defekt, aber in diesem Zustand nahezu unbrauchbar und wird bei
Betrieb sehr schnell ruiniert. Das habe ich mehrfach erfolgreich erprobt
:P
Nach weiterer Recherche habe ich nun Quellen gefunden, welche besagen
daß LiFePo4 zumindest in Gewissen Grenzen Überladungen tollerieren. Die
chemische Zusammensetzung ist wohl so stabil, daß kein Lithium
abgeschieden werden soll. Dadurch kommt es nicht zu den kritischen
Zuständen wie bei den anderen Lithiumtechniken. Die überschüssige
Energie beim Überladen wird wie bei Nickelakkus in Wärme umgewandelt.
Daher kann in vielen Anwendungsfällen tatsächlich auf einen Balancer
verzichtet werden. Aber selbst A123 Systems rüstet seine Akkupacks mir
einem Ballancer aus. Außerdem ist zu bedenken, daß die Wärme die Akkus
stärker altern läßt. Man sollte also sowohl die Akkus als auch das
Einsatzszenario kennen, wenn man auf einen Ballancer verzichtet und
zudem ein Ladegerät nehmen daß vorsichtig beim überladen vorgeht.
Trotzdem würde ich mich mit einem Ballancer wohlen fühlen, auch oder
gerade weil mir die Erfahrungen mit LiFePo4 fehlen. Bisher habe ich nur
Feld-Wald-und-Wiesen Lithium-Cobalt-Akkus.
Carsten R. schrieb:> Um mal einen hinkenden Vergleich zu nehmen:>> Abwrackprämie: Einige der Abgewrackten Autos hatten höhere> Schadstoffwerte. Aber in der Gesamtbianz war der Austausch nicht immer> ökologisch wie ökonomisch sinnvoll. Für ein Auto das im Jahr nur 1000> Kilometer fährt machte es keinen Sinn.>
Welch unsäglicher Vergleich! Diese Prämie diente nur dem politischen
Kalkül und um der Kfz-Industrie einen zusätzlichen Gewinn auf Kosten der
Allgemeinheit einzuheimschen.
Vorher gabs nämlich die selbe unsägliche Idee beim Großen Bruder übern
Teich! Man war also noch nicht einmal selbst auf die Idee gekommen.
Ökologisch und ökonomisch ne Katastrophe!
Da sind mir Akkus dann doch lieber.
