Akku-Zellen in Serie: Balancing / Ende des Ladens/Entladens

[Master S. (snowman)]

Hallo zusammen

Ich habe diverse DIY-Videos gesehen von Leuten, die für ihre 
Haus-Solaranlage einen eigenen Haushaltsakku aus 18650 machten, 
natürlich mit einem Balancer. Ein Balancer gleicht die Spannung der 
einzelnen Zellen aus im "Normalzustand" (weder Laden noch Entladen). 
Aber wie wird ein Überladen oder Unterentladen der schwächsten Zelle 
verhindert?

Einfaches Rechenbeispiel mit 4 Li-Ion-Zellen:
Entladespannung = 4 x 2.5V = 10V
Ladeschlussspannung = 4 x 4.2V = 16.8V

Gehen wir mal davon aus, dass die letzte Batterie die schwächste ist und 
wir am Laden sind:
3.8V + 3.8V + 3.8V + 4.2V = 15.6V < Ladeschlussspannung
Hier würde doch der Lader weiter laden, obwohl die letzte Zelle am Limit 
wäre.

Das gleiche beim Entladen:
3.0V + 3.0V + 3.0V + 2.5V = 11.5V > Entladespannung
Hier würde der Verbraucher doch weiter Strom beziehen obwohl die letzte 
Zelle schon leer wäre.

Da ist doch ein Balancer viel zu langsam entsprechende Ströme 
"umzuleiten". Da müsste ein Balancer doch jede Zelle überwachen und wenn 
eine Zelle ans Spannungslimit kommt, dem Lader/Verbraucher mitteilen, 
dass jetzt fertig ist.
Und je mehr Zellen in Serie sind, desto grösser ist die 
Wahrscheinlichkeit, dass eine Zelle (oder Zellen-Einheit) ans Limit 
kommt obowhl die anderen es noch nicht sind.

Wie wird das bei Haushaltsakkus und Akkus in eAutos gemacht, bei denen 
wir 100 Zelleneinheiten in Serie haben? Resp. wie wird das in der Praxis 
gemacht?

ps: Es ist nicht so, dass ich einen solchen Akku gedenke zu bauen, aber 
die Technik nimmt mich wunder; und leider habe ich diesbezüglich nichts 
aufm i-net gefunden. Danke für Infos

[ACDC (Gast)]

Das BMS macht das schon.

[Master S. (snowman)]

Du willst mir doch nicht weissmachen, dass bei einer Entnahme von 250A 
aus einem eAuto-Akku der Balancer 250A ausgleicht?!

[MaWin (Gast)]

Master S. schrieb:
> Da müsste ein Balancer doch jede Zelle überwachen und wenn eine Zelle
> ans Spannungslimit kommt, dem Lader/Verbraucher mitteilen, dass jetzt
> fertig ist.

Richtig, das tut schon die LiIon Schutzschaltung.

Die schaltet ab  wenn die erste (geringste Kapazität) Zelle der 
Reihenschaltung droht überladen zu werden oder tiefentladen zu werden.

Je weiter der Ladezustand der Zellen durch Selbstentladung und 
unterschiedliche Ladeeffizienz auseinanderläuft, um so früher passiert 
das, um so geringer ist die Kapazität des Gesamtakkus.

Daher nutzt man zusätzlich Balancer. Die meisten sorgen wie HY2213 nur 
dafür, dass eine Zelle wenn sie voll ist keinen Ladestrom mehr bekommt, 
in dem der Strom drumrumgeleitet wird. Dann kann das Ladegerät 
weiterladen und auch die leereren voll machen.

Pfiffigere laden vollere Zellen nach dem Laden ganz langsam in leerere 
um.

[Peter G. (Gast)]

Master S. schrieb:
> Ein Balancer gleicht die Spannung der
> einzelnen Zellen aus im "Normalzustand" (weder Laden noch Entladen).

Falsch !

> Die meisten sorgen wie HY2213 nur dafür, dass eine Zelle wenn
> sie voll ist keinen Ladestrom mehr bekommt, in dem der Strom
> drumrumgeleitet wird.

Richtig !

Beim Entladen wird jede einzelne Zelletage auf die Mindestspannung 
überwacht. Erreicht eine Zelletage die Mindestspannung, wird der Akku 
als leer gemeldet. Ist wie bei einer Kette, das schwächste Glied 
bestimmt die Zugfestigkeit.

[Master S. (snowman)]

Danke euch beiden! Soweit ist einiges klarer :-)

Ein HY2213 schaut also, dass keine Zelle überladen wird. Im Datenblatt 
des HY2213 habe ich aber kein "Feedback"-Signal gesehen, das meldet, ob 
eine Zelle am Spannungsminimum ist. Das heisst, die günstigen 
China-Balancer basierend auf dem HY2213 bieten nur Schutz gegen 
Überladen aber nicht gegen Unterspannung. Ist das Richtig?

Gibt es bei Haushaltsakkus also so einen Feedback-Signal des 
Akku-Balancing-Controllers zum Solar-Inverter/Laderegler?

[Old P. (Firma: nix) (old-papa)]

Master S. schrieb:
> Du willst mir doch nicht weissmachen, dass bei einer Entnahme von 250A
> aus einem eAuto-Akku der Balancer 250A ausgleicht?!

Ein Balancer gleicht nur beim Laden aus, zumindest ein passiver. Ein 
Aktiver kann immer ausgleichen, doch auch nur mit einem bestimmten 
Balancerstrom.
Das BMS im Autoakku überwacht jede einzelne Zellengruppe und ist eine 
beim Fahren am unteren Limit, dann aus (Tank leer). Doch schon vorher 
wird das BMS das Fahrzeug auf weniger Leistung zwingen und den Fahrer 
wie wild warnen.

Beim Laden ist das etwas anders, fast umgekehrt.

Old-Papa

[MaWin (Gast)]

Master S. schrieb:
> Das heisst, die günstigen China-Balancer basierend auf dem HY2213 bieten
> nur Schutz gegen Überladen aber nicht gegen Unterspannung

Du hast immer noch nicht begriffen, dass Balancer gar nicht für die 
Überwachung zuständig sind, sondern das die LiIon Protection übernimmt, 
als Chip im Akkupack oder extern mit vielpoigem Stecker für connection 
an jede Zelle.

Peter G. schrieb:
> Falsch

Es gibt solche und solche, dein rausgebrülltes Falsch ist also falsch, 
es sagt nur, dass dein Wissen noch unzureichend ist.

[Master S. (snowman)]

ah OK, das heisst, dass Balancer nur dafür schauen, dass alle Zellen die 
gleiche Spannung haben - nicht mehr, nicht weniger. Richtig?
Jede einzelne Zelle überwachen & schützen müsste dann eine andere 
Elektronik.

[ACDC (Gast)]

Master S. schrieb:
> ah OK, das heisst, dass Balancer nur dafür schauen, dass alle Zellen die
> gleiche Spannung haben - nicht mehr, nicht weniger. Richtig?

Ja.

Master S. schrieb:
> Jede einzelne Zelle überwachen & schützen müsste dann eine andere
> Elektronik.

Ja. Wie oben gesagt, macht das BMS das.

[Old P. (Firma: nix) (old-papa)]

Master S. schrieb:
> ah OK, das heisst, dass Balancer nur dafür schauen, dass alle Zellen die
> gleiche Spannung haben - nicht mehr, nicht weniger. Richtig?

Nicht ganz: der Balancher "überwacht" beim Laden immer nur die 
Zellengruppen ob die Spannung halbwegs gleich ist. Gegen Ladeende wird 
ja gewöhnlicherweise mit viel weniger Strom geladen und ist eine Zelle 
(oder Gruppe) fast voll, leitet er einen Teil des Ladestroms an dieser 
vorbei. So zumindest ein passiver Balancer.
Ein aktiver Balncer kann auch Ladung aus vollen Zellen in weniger volle 
"umschaufeln", das ist aber ein sehr langsamer Prozess und passiert eben 
nicht nur beim Laden.

> Jede einzelne Zelle überwachen & schützen müsste dann eine andere
> Elektronik.

Ja, beim Entladen (wie auch beim Laden) überwacht ein 
"BatterieManagementSysten" (BMS) ebenfalls die Zellenspannungen und 
schaltet bei Unter- oder Überschreitung dieser Spannungen den Akku ab 
oder (bei Unterschreitung) zunächst auf schwache Leistung.

So zumindest der Idealfall, in der Praxis gibt es dafür ausgereifte 
Lösungen oder eben auch billigen Scheiß!

Old-Papa