Forum: Fahrzeugelektronik Woran erkennt man einen verbauten Balancer


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von Peter G. (Gast)


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Hallo,

in Pedelec-Foren wird durch die Bank empfohlen, dass man seinen Akku 
immer bzw. ab und zu randvoll laden müsse, damit der im Akku verbaute 
Balancer die Zellen mit zu viel Ladung entladen könnte. Andererseits ist 
randvoll laden genau das, was man im Interesse der Lebensdauer 
unterlassen sollte.

Nun gibt es auch vereinzelte Stimmen, dass in vielen Pedelec-Akkus gar 
kein Balancer verbaut sei, die Vollladerei also purer Unsinn wäre. Der 
Nutzer würde nur seinen eigenen Akku schädigen.

Nun kann man so einen Akku aufschrauben und die dort verbaute Platine 
begutachten. Da Schaltungsunterlagen grundsätzlich nicht verfügbar sind, 
stellt sich die Frage, woran erkenne ich einen Balancer? Eigentlich 
müssten sich da größere Widerstände finden, die auch eine gewisse Menge 
Energie in Wärme umwandeln können.

Anbei mal ein Foto einer solchen Anordnung für einen 13s4p Akku. Könnte 
nach Balancer aussehen, aber wie will diese Anordnung nennenswert 
Energie verheizen?

Hat jemand schon mal jemand in der Richtung geforscht?

Peter

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Peter G. schrieb:
> aber wie will diese Anordnung nennenswert Energie verheizen?

Bei einem Pedelec muss das gar nicht viel Energie sein. Da genügen schon 
0805 Widerstände und ein Strom von 10 bis 20 mA.
Mit einem LM385 und weitere drei SMD Widerstände kann man sich einen 
einfachen Balancer selbst bauen.

von Harald W. (wilhelms)


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Peter G. schrieb:

> stellt sich die Frage, woran erkenne ich einen Balancer?

Am besten wohl daran, das es Drähte zu jeder einzelnen Zelle gibt.

von Christian U. (chriull)


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Peter G. schrieb:
> Eigentlich müssten sich da größere Widerstände finden, die auch eine
> gewisse Menge Energie in Wärme umwandeln können.
>
> Anbei mal ein Foto einer solchen Anordnung für einen 13s4p Akku. Könnte
> nach Balancer aussehen, aber wie will diese Anordnung nennenswert
> Energie verheizen?

Könnte evtl nur für kleine Aisgleichströme ausgelegt sein, oder die 
Widerstände sind mit den Kondensatoren Tiefpassfilter vor den 
Zellspannungsmesseingängen.
Am besten siehst du in den Datenblättern der verwendeten ICs nach.

von sid (Gast)


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Peter G. schrieb:
> Andererseits ist
> randvoll laden genau das, was man im Interesse der Lebensdauer
> unterlassen sollte.

das halte ich übrigens für ein Märchen!

es stimmt, dass man LiPos nicht randcoll laden und dann unbenutzt 
rumliegen haben soll;
klar

Aaaber randvoll und nutzen halte ich für die effizienteste Methode den 
Akku zu nutzen.

Im Grunde ist es doch so, jeder Akku lässt sich begrenzt oft be und 
entladen
(sagen wir 2000 Zyklen)
nutze ich jeden Zyklus voll aus hab ich den am längsten möglich 
haltenden Akku.
Lad ich bei 30% nach und hör bei 80% auf verschwende ich einen 
Ladezyklus für eine 50% Ladung, die natürlich auch nur die halbe Freude 
am Nutzen bringt und ich doppeltsooft nachladen muss

Ich predige das seit Jahrzehnten meinen Kumpels (hört kaum einer auf 
mich, da der Beweis erst vor 5Wochen eintrat)
da nämlich habe ich den Akku meines damals neuen iPhone6 das erste Mal 
getauscht. (nach 1982 Ladezyklen und 2115 Tagen)
ich gebe zu, ich hab aus der Not dreimal kurze Zyklen gehabt von 30-40% 
der Maximalladung

Ich erinnere mich, dass ich einigen von Ihnen den Akku Ihres 6ers und 
des des darauffolgenden 7ers selbst getauscht habe (alle luden im Auto, 
daheim, und auf der Arbeit immer mal 'nach'; alle haben den Akku 
irgendwann tauschen müssen)
kamen also -nach eigener Aussage- im Schnitt auf geschätzte drei 
Ladezyklen pro Tag,
Akkutausch nach allerspätestens zwei Jahren war da eher üblich (meist 
beim Kauf des Nachfolgers und der überantwortung des alten iPhones an 
ein Familienmitglied)
bei geschätzten 1900-2000 Ladezyklen also nicht unähnlich vielen wie bei 
mir (ich hab meine gezählt um den Beweis anzutreten ;))
Ich glaube mein Akku hätte sogar länger durchgehalten,
ich musste aber das Telefon mit som (billigen) Zusatzakku laden,
das war ein Fehler denke ich;
seitdem hat er gesponnen danach ging das telefon bei 30% aus und liess 
sich fortan nichtmehr über 96% laden (nur mit nem 2A Netzteil) danch 
schien es wieder gut zu sein aber nur kurz...
dann dasselbe und nach ner Woche etwa hat er sich aufgepumpt und mir das 
Display entgegengedrückt.. also wurde 'endlich' getauscht,
ich hatte gehofft ich mach die sechs Jahre voll Anfang Oktober.. war 
aber nix :(
Naja immernoch fast dreimal so lange wie die Akkus meiner 
"Kontrollgruppe" :D

Lange Rede kurzer Sinn:
VOLLLADEN! und nur laden wenn auch wirklich leer!
Das bringt Dir am Ende die beste Nutzungsdauer.

So nun zur Frage...
ein BMS ist nicht zwingend mit Loadbalancer ausgestattet,
aaaber in einem Parallelgepackten Akkupack ist das kein Problem,
über die Verbindungen soltlen sich die Zellspannungen ausreichend selbst 
ausgleichen.
das dauert allerdings,
daher würde ich tatsächlich empfehlen den Akku mindestens alle drei 
Monate
vollständig zu laden (100%) und danach etwa 48h trocken und kühl zu 
lagern, abseits des Verbrauchers, beim ersten mal sollte die
Ladung immernoch bei etwa 97% liegen nach zwei tagen;
und mit jedem weiteren solchen Vorgang sollte sich das in Richtung 99% 
bewegen (Selbstentladung eingerechnet)
je nach Qualität und Zellzahl des Akkupacks variert das natürlich etwas.
aber sollte die Ladung unter 95% fallen nach zweitägiger Ruhe würd ich 
mir Sorgen machen und mal reinsehen wollen.

'sid

von Christian R. (supachris)


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Das sieht eher nach den Eingangsfiltern für die AFEs aus. Für das 
Balancing werden in der Regel externe FETs verwendet plus die 
Widerstände zum Verbraten des Stromes, die sollten dann aber schon eher 
0805 oder 1206 sein.
Welche AFEs sind das denn? Die Klassiker BQ769x0?

von Tester (Gast)


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sid schrieb:
> Im Grunde ist es doch so, jeder Akku lässt sich begrenzt oft be und
> entladen
> (sagen wir 2000 Zyklen)
> nutze ich jeden Zyklus voll aus hab ich den am längsten möglich
> haltenden Akku.
> Lad ich bei 30% nach und hör bei 80% auf verschwende ich einen
> Ladezyklus für eine 50% Ladung, die natürlich auch nur die halbe Freude
> am Nutzen bringt und ich doppeltsooft nachladen muss

Das ist bei Lithium-Akkus nicht nur falsch sondern erwiesenermaßen sogar 
genau umgekehrt: Je kleiner die Zyklen, desto größer die aus dem Akku zu 
holende Gesamtladung. Beispiel: 
https://ei.uni-paderborn.de/fileadmin/elektrotechnik/fg/nek/Kairies/2019_Kairies_Batteriealterung_TU_Paderborn.pdf

von sid (Gast)


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Tester schrieb:
> Das ist bei Lithium-Akkus nicht nur falsch sondern erwiesenermaßen sogar
> genau umgekehrt: Je kleiner die Zyklen, desto größer die aus dem Akku zu
> holende Gesamtladung.

Ich traue dem Beispiel nicht fürchte Ich (und ich mag Hugh Laurie gern.. 
Fry&Laurie ist eine grossartige Sendung [gewesen] :D:D)

Ich hatte zuletzt in dem besagten iPhone aus 2014 (mit fast sechs jahre 
altem Akku)
eine Standby/usage time von etwa 54 Std standby und ~5.5 Nutzung
laut interner metrik (wie immer ungenau die sein mag)
naja vor dem unsäglichen Akkupack heisst das (danach zeigt er mal 30std 
standby mal 66h und mal 10h nutzung mal nur 4 also unzureichend genaue 
werte).

der Neue (leider nicht originale Akku) hat 67h standby und 6.4h nutzung 
bevor er die 1% marke unterschreitet und das Telefunkofon ausgeht.
wie da der Originale neu aussah kann ich Dir leider nicht sagen;
das hatte ich leider nicht vermerkt.
Aber angenommen der Originale war in etwa ähnlich dem Nachbau
reden wir von ~83% Restkapazität zum Zeitpunkt des (ich glaube 
vorzeitigen) Todes,
was ich persönlich nicht soo schlecht finde ;)

Klar, möglich dass ich unter 90% fiel lange bovor es meinen Kumpels so 
erging, und ebenfalls möglich dass ihre Akkus bei 85% getauscht werden 
mussten, weil sie unerträglich kurze Nutzungsdauer hatten
(und ich einfach mein Telefon weniger nutze und deswegen toleranter bin)
Wenn Du also behaupten möchtest mein Akku sei in den ersten sagen wir 
100-150 tagen schneller gealtert als die meiner Kontrollgruppe,
dann kann ich dem nicht widersprechen, ich weiss es dann sooo genau doch 
nicht, ich muss mich da ja auf die Aussagen jener verlassen.

Was ich Dir sagen (und garantieren) kann ist nur, dass mein Akku 2115 
Tage durchgehalten hat
also 5 Jahre 9 Monate und 14 Tage
und danach noch deutlich über 2Tage standby behielt (bei ~3h Nutzung pro 
Tag ... wenngleich sich die tägliche Nutzung über die Jahre auch 
geändert hat natürlich.. aber darüber hab ich wirlich nicht Buch 
geführt.. aber "NFS Most Wanted" hat ne Menge Strom gefressen als mich 
das noch angefixxt hatte kicher udn dessen Vorgänger waren auch keine 
Hilfe beim Stromsparen sagen wir mal)
und ich IMMER versucht habe randvoll zu laden und es von selbst ausgehen 
zu lassen.
(drei- eventuell viermal ging das in den fünf++ jahren nicht)
Und ich wie gesagt geschätzte 83% Restkapazität behielt
(gerechnet anhand der ios 9 Batterie-metrik)

Wenn man natürlich den Akku in zwei Jahren unbedingt kaputt haben 
will,
dann und nur dann ist es MÖGLICHERWEISE sinnvoller ihn nur Teilzuladen
(glaube ich ehrlich gesagt nicht, weil es mir paradox klingt.. aber 
ausschliessen kann ich das eben auch nicht)

Deswegen bleibe ich dabei, mir ist Hupe was die Schergen behaupten in 
"kurzen" Zeiträumen von 2 Jahren oder weniger.
Wenn mein Akku bei täglicher Nutzung weit mehr als fünf statt nur etwa 
zwei Jahren hält (bei mir akzeptabler Restkapazität von über 80%),
gibt es daran nichts zu rütteln was mich umstimmen könnte,
dass ich irgendwas richtig gemacht habe.

Also tut mir leid, erwiesenermaßen ... ne ne da fehlt mir dann die 
Erklärung weswegen mein Akku solange durchgehalten hat (und das ist 
unumstösslich)

'sid

von Christian R. (supachris)


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Vielleicht ist ja die Entladeschluss Spannung bei deinem alten Eifon 
recht konservativ ausgelegt. Wenn man die Li Ion Zellen auf 3.0V entlädt 
statt auf das absolute Minimum von 2.5V oder 2.75V dann halten die zig 
mal länger. Oben natürlich genau so. Allerdings bekommt man dann die 
angegebene Kapazität nicht. Kann durchaus sein dass Apple da gut 
gearbeitet hat beim BMS.
Im Übrigen ist es extrem relevant bei welchem Strom und welcher 
Temperatur geladen wird. Dein 6 Jahre altes Eifon kann sicher noch keine 
super duper mega Schnell Ladung wie heutzutage üblich. Bei dem Unsinn 
hält der Akku natürlich nur 1...2 Jahre, also die übliche auch durch die 
sonstigen Komponenten und die Software vorgesehene Nutzungsdauer.
Was lange hält, bringt kein Geld.

Die Zellchemie und die Erfahrung der Ingenieure sagt allerdings schon 
dass bei Zyklen die weder ganz voll noch ganz leer laden die maximale 
Lebensdauer erreicht wird.
War erst die Tage wieder in der Arte Doku "Strom to go".

von Michael_Ohl (Gast)


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Würde das stimmen, dürfte mein Auto nicht mehr fahren. DiebZellen sind 
mit 1000 Zyklen mit 75% Restkapazität ausgelgt. Die Batterie hat 22kWh 
Brutto und etwa 18kWh Nutzbare Kapazität. Bei einer Reichweite von gut 
100km nutzt man natürlich jede sich bietende Möglichkeit zum laden.
Das Auto hat jetzt 110000km und im Sommer bis zu 120km Reichweite in der 
Stadt. Vor 6 Jahren mit 10000km lag die Reichweite bei 128km.

mfG
Michael

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Hier ist erklärt, wie das mit den Zellen ohne Balancer sich verhält:
Beitrag "Re: Ladung LiFePO"

Und hier das Schaubild zu den Ladungszyklen:
Beitrag "Re: Li-Akkus nun immer voll laden?"

von Peter G. (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Peter G. schrieb:
>> stellt sich die Frage, woran erkenne ich einen Balancer?
> Am besten wohl daran, das es Drähte zu jeder einzelnen Zelle gibt.

Die wirst du in jedem Pedelec-Akku und in jedem Notebook-Akku finden.
Stichwort wäre Einzelzellenüberwachung.

Bitte hier keine Grundsatzdiskussionen, ob ein Vollladen schädlich ist.
Der Sachverhalt ist unter Fachleuten unstrittig.

Es geht mir einzig darum, eine Balancer-Schaltung anhand der Bauteile 
bzw. deren Anordnung zuverlässig zu erkennen.

Christian U. schrieb:
> Könnte evtl nur für kleine Aisgleichströme ausgelegt sein, oder die
> Widerstände sind mit den Kondensatoren Tiefpassfilter vor den
> Zellspannungsmesseingängen.
> Am besten siehst du in den Datenblättern der verwendeten ICs nach.
Können vor lachen, denn die ICs waren nicht beschriftet.

Habe aber mal ein Datenblatt eines solchen ICs studiert, welches in 
einem Notebook-Akku (3s2p) verbaut war. Dieses IC konnte auch ein 
Balancing. Allerdings konnte man diese Funktion auch mit einem Bit im 
Statusregister disablen. Da der Akku stark debalanciert war, spricht 
vieles dafür, dass das Zellbalancing nicht gemacht wurde. Die Zellen 
habe ich übrigens heute noch in einer anderen Anwendung in Betrieb, die 
laufen übers Jahr gesehen tatsächlich etwas auseinander (0.08V). Was man 
aber leicht in den Griff bekommt, wenn man denn will.

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Peter G. schrieb:
>> aber wie will diese Anordnung nennenswert Energie verheizen?
> Bei einem Pedelec muss das gar nicht viel Energie sein.

Stimmt. Wenn aber die Zellen altern, läuft nicht selten die 
Selbstentladung aus dem Ruder. Wenn so ein Akku dann einen Winter liegt, 
können die Zelletagen locker mal um eine Ah auseinander laufen. Das 
bekommt man mit Widerständen der Baugröße 0805 nie wieder in den Griff.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Peter G.,

Peter G. schrieb:
> Nun kann man so einen Akku aufschrauben und die dort verbaute Platine
> begutachten. Da Schaltungsunterlagen grundsätzlich nicht verfügbar sind,
> stellt sich die Frage, woran erkenne ich einen Balancer? Eigentlich
> müssten sich da größere Widerstände finden, die auch eine gewisse Menge
> Energie in Wärme umwandeln können.

Bei passiven Balancern würde ich in Deinem Fall von 13S4P nach Bauteilen 
suchen, die genau dreizehn Mal auf der Platine vorkommen.

von Christian U. (chriull)


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Peter G. schrieb:
> Es geht mir einzig darum, eine Balancer-Schaltung anhand der Bauteile
> bzw. deren Anordnung zuverlässig zu erkennen.

Ich hätte mal die verwendeten Widerstände auf der Schaltung auf 1kOhm 
geschätzt (sehe ich nicht eindeutig auf dem Foto) - damit könnte der IC 
gerade mal 4.2V/1kOhm=4.2mA ausgleichen - imo zu wenig um "als Balancing 
durchzugehen". Die Meßleitungen oben scheinen auf die Rückseite der 
Platine durchzugehen - gibts da weitere Bauteile? Wenn dort pro Zelle 
ein Mosfet wäre, der einen kleineren Widerstand parallel schaltet, wäre 
passives Balancing sehr wahrscheinlich.

Aber auch selbst nach PCB Analyse wird es nicht 100%ig zuverlässig 
möglich sein - so wie du selbst schreibst

Peter G. schrieb:
> denn die ICs waren nicht beschriftet.

und

Peter G. schrieb:
> Allerdings konnte man diese Funktion auch mit einem Bit im
> Statusregister disablen.

Also selbst wenn aufgrund der Schaltung ein Balancing möglich wäre kann 
man nie 100%ig wissen, ob sie beim Chip auch aktiviert ist.
Bleibt dir wohl nur zu messen ob beim Erreichen von ca. 4.2V ein 
Balancing Strom fließt.

von Peter G. (Gast)


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Christian U. schrieb:
> Die Meßleitungen oben scheinen auf die Rückseite der
> Platine durchzugehen - gibts da weitere Bauteile?

Um das sicher beurteilen zu können, müsste die komplette Platine runter, 
was nicht so ohne weiteres möglich ist. Unter selbiger ist aber kaum 
Platz (die liegt unmittelbar auf den Zellen auf), hier die Zellen zu 
heizen wäre auch kontraproduktiv. Außerdem ist die Platine riesig (geht 
über die ganze Länge des Akkus) und freie Fläche ist im Überfluß 
vorhanden. Eine beidseitige Bestückung wäre hier ziemlich sinnfrei.

> Also selbst wenn aufgrund der Schaltung ein Balancing möglich wäre kann
> man nie 100%ig wissen, ob sie beim Chip auch aktiviert ist.

Wahrscheinlich ist das der Grund, wieso man der Einfachheit halber 
generell behauptet, dass in jedem Pedelec-Akku ein Balancer verbaut ist. 
In dem aktuellen Akku sind zu 99% keine Balancer verbaut. Seltsamerweise 
ist selbiger trotzdem perfekt in Balance, die max. Abweichung beträgt 
nur 0.01V. Und das nach über 1 Jahr Nutzung und knapp 150 Zyklen.

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