Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 48V-Batterie-System: Mehrfache Minus-Verbindungen - Fehler, Feature oder Vorsicht?


von Sebastian L. (arakis)


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Moin moin,

ich möchte meine 12 Batterien zu einem 48V-System verbinden, inklusive 
Loadbalancer. Im Handbuch des Loadbalancers habe ich eine Zeichnung 
entdeckt, die mich ziemlich wundert: Dort werden die parallelen 
Minuspole nicht nur am Ende der Serie zusammengelegt, sondern hinter 
jedem Abschnitt. Mit anderen Worten: Anstelle eines gemeinsamen 
Minuspols (der sich aus vier Polen zusammensetzt) sind hier vier 
getrennte, parallelgeschaltete Minusleitungen zu sehen.

Weiß jemand, ob das ein Fehler in der Zeichnung sein könnte, oder ob das 
tatsächlich sinnvoll oder sogar notwendig ist? Kann das etwas Positives 
bewirken, oder eher zu Problemen führen? Oder ist es einfach nur "sicher 
ist sicher"? Ich wäre sehr dankbar für eure Einschätzungen! :-)

Lieben Gruß,
Arakis

: Verschoben durch Moderator
von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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Sebastian L. schrieb:
> Kann das etwas Positives bewirken

Ja! Das wird bei großen Akkupacks (zB Elektroautos) auch genau so 
gemacht. Dadurch gleichen sich die parallel geschalteten Zellen aus, und 
Toleranzen bei der Kapazität "mitteln sich weg". Wenn bei der 
Serienschaltung eine Zelle signifikant schwächer als die anderen ist, 
begrenzt diese die Gesamtleistung und kann sogar kaputt gehen. Bei der 
Parallelschaltung wird die Abweichung reduziert. Das ist ja auch 
überhaupt der Grund warum man Balancer verwendet, die dieses Problem 
ebenso reduzieren.

Außerdem: Wären die Zellen nicht parallel geschaltet, hätte man nicht 3 
Zwischenpotenziale, sondern 9, und bräuchte 9 Balancer statt 3!

Achja, und es sind Battery Balancer, nicht Loadbalancer, das ist was 
anderes.

: Bearbeitet durch User
von Frederic S. (frederics)


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Die Verbindung ist richtig so,
damit alle paralelgeschalteten Akkus die gleiche Spannung haben.

wie sollten sonst die Akku Balancer die unteren Reihen Akkus Balancen?

von Sebastian L. (arakis)


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Besten Dank! Ja, die Erklärung macht natürlich Sinn. Wollte nur 
vermeiden einen Super-Kurzschluss zu machen, zumal ich eine solche 
Verdrahtung bei der Google Bilder Recherche nie gefunden habe.

von Michael B. (laberkopp)


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Sebastian L. schrieb:
> Anstelle eines gemeinsamen
> Minuspols (der sich aus vier Polen zusammensetzt) sind hier vier
> getrennte, parallelgeschaltete Minusleitungen zu sehen.

Nein.

Jeder Akku hat einen Minuspol (und auch Pluspol), es sind 4 Akkus in 
Reihe.

Der Minuspol ganz rechts ist 0V, der Minuspol daneben liegt schon auf 
12V und der dritte auf 24V während der Minuspol links auf 36V liegt. 
Nicht jede schwarze Leitung hat dieselbe Spannung. Die Minuspole liegen 
nicht auf demselben Potential, sie sind ja auch nicht verbunden.

Allerdings sind die Minuspole der 3 übereinander (parallel) angeordneten 
Akkus verbunden, genau so übrigens wie ganz rechts der 0V Pol und ganz 
links der +48V Pol nur anders (dünner) gezeichnet.

Das ist notwendig, es müssen die Akkus parallel geschaltet sein, damit 
der Balancer keinen Unsinn treibt und nur eine Reihenschaltung balanct 
während die beiden anderen Reihenschaltungen auseinander laufen.

Man hätte auch senkrecht die übereinander liegenden Pluspole verbinden 
können oder noch besser die 3 waagerecht plus und minus verbindenden 
Leitungen mit einer senkrechten Leitung verbinden können. Aber er hat es 
halt so gezeichnet, wie er es gebaut hat.

Die Zeichnung ist in Ordnung. Der Zweck allerdings unklar. Als 
Akkuspeicher sind Bleiakkus, auch zyklenfeste Solarakkus aka 
Traktionsbatterien, absolut miserabel, dürfen nicht mal zu 50% entladen 
werden sonst sind sie schnell kaputt und halten auch dann nur 600 Zyklen 
durch bei geringer Stromentnahme. Ein LiFePO4 hält 7000 Zyklen, darf bis 
90% genutzt werden, und bringt deutlich mehr Strom pro Kapazität ohne zu 
leiden. Preislich sind Bleiakkus gut 10 mal teurer als LiFePO4 über die 
gesamte Nutzung.

von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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Sebastian L. schrieb:
> Wollte nur
> vermeiden einen Super-Kurzschluss zu machen

Beim erstmaligen Zusammenbau darf man die Akkus natürlich nicht einfach 
direkt parallel schalten. Dazu sollte man große Lastwiderstände nehmen, 
die die Leistung verheizen können. Eine dazu ideal geeignete Art von 
Widerstand nennt sich "Halogen-Glühlampe", die halten hohe Temperaturen 
aus, regeln sich selbst ab wenn sie zu heiß werden, und man kann visuell 
sehen wie viel Strom fließt.

Wenn die Spannungen dann ausgeglichen sind schaltet man die Akkus 
parallel und  trennt sie nie wieder.

Allerdings: Du hast ja 12V-Akkus, und die einzelnen Zellen werden ja 
nicht überwacht, sondern immer nur der 12V-Verbund. Das ist auch nicht 
so optimal.

: Bearbeitet durch User
von Michael O. (michael_o)


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Die Bleianker unseres Hubstaplers haben bei täglicher Nutzung so rund 30 
Jahre gehalten. DOD ging so bis 40% maximal meist nur etwa 20% bei 5 
Tage Betrieb. Ganz so schecht sind OPZ und andere Traktionsbatterien 
also auch nicht, aber die 13 Jahre und 1300 Vollzyklen meines Kangoo ZE 
schafft man damit eher nicht. Bei einer anderen Technologie als 
Bleiakkus, braucht man aber Balancer für jede Zelle für je 6 Zellen 
einen Balancer würde bei Lithiumakkus nach wenigen Zyklen zu Tode führen 
wie die Akkus von Wolf Rasenmähern und ähnlichem gelump eindrucksvoll 
beweisen.

MfG
Michael

von Sebastian L. (arakis)


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Michael B. schrieb:
> Als
> Akkuspeicher sind Bleiakkus, auch zyklenfeste Solarakkus aka
> Traktionsbatterien, absolut miserabel, dürfen nicht mal zu 50% entladen
> werden sonst sind sie schnell kaputt und halten auch dann nur 600 Zyklen
> durch bei geringer Stromentnahme.

Da stimme ich dir prinzipiell zu, aber leider komme ich hier an vieles 
nicht ran, da ich in Senegal lebe. Meine nächsten Akkus werden 
wahrscheinlich LiFePO4 werden, aber ich erhoffe mir die nächsten 4 Jahre 
damit zurecht zu kommen. Ich habe die Menge der Batterien so gewählt, 
dass ich sie insg. seltenst unter 60-70% Ladestand bringe.

von Sebastian L. (arakis)


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Niklas G. schrieb:
> Beim erstmaligen Zusammenbau darf man die Akkus natürlich nicht einfach
> direkt parallel schalten. Dazu sollte man große Lastwiderstände nehmen,
> die die Leistung verheizen können.

Tatsächlich habe ich hier jetzt gerade keine Halogenlampe rumfliegen, 
könnte aber ggf. eine auftreiben. Frage: Wie wichtg ist es, einen 
Lastwidertand zu nutzen, sprich lässt es sich vermeiden und könnte ich 
die Batterien nicht direkt verbinden? Sie sind alle neu und sollten ja 
eigentlich den gleichen Ladestand aufweisen. Läst es sich ggf. NUR 
umgehen, wenn man jede einzelne Reihe vorher auf den gleichen Ladestand 
bringt (sofern es Unerschiede gibt)? Letzteres wäre gar nicht mal so 
unaufwendig, da ich 100% von Solarenergie abhängig bin, und ich Teile 
vom Alt-System ins neue übernehmen möchte, ich das Alt-system aber nicht 
mal einen Tag komplett abschalten darf bzw. sollte (wegen der 
Wasserpumpen zur Bewässerung der Beete).

: Bearbeitet durch User
von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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Sebastian L. schrieb:
> Sie sind alle neu und sollten ja eigentlich den
> gleichen Ladestand aufweisen.

Wieso das, aufgrund unterschiedlicher Herstellungstoleranzen, 
Temperaturen bei Lagerung, Testweiser (Ent)Ladung durch Lieferanten kann 
der Ladestand abweichen. Selbst kleine Abweichungen sind problematisch.

Sebastian L. schrieb:
> Läst es sich ggf. NUR umgehen, wenn man
> jede einzelne Reihe vorher auf den gleichen Ladestand bringt (sofern es
> Unerschiede gibt)

Ist auch nicht optimal, weil die Ladegeräte nie so genau sind. Am Besten 
ist es, über Lastwiderstände bzw. Halogenbirnen verbinden bis der Strom 
minimal wird.

Sebastian L. schrieb:
> direkt verbinden

Kannst ja mal schauen wie viel Strom so eine Batterie kann und wie viele 
hundert Grad heiß der Draht wird, mit dem du sie verbindest. Und ab 
welchem Strom die Batterie anfängt Wasserstoff zu erzeugen, der dann 
durch selbigen Draht entzündet wird.

von Ralf X. (ralf0815)


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Michael O. schrieb:
> Bei einer anderen Technologie als
> Bleiakkus, braucht man aber Balancer für jede Zelle für je 6 Zellen
> einen Balancer würde bei Lithiumakkus nach wenigen Zyklen zu Tode führen
> wie die Akkus von Wolf Rasenmähern und ähnlichem gelump eindrucksvoll
> beweisen.

Erstaunlich viele Hersteller/Inververbringer trauen sich, 1s bis 16s 
LiIon Packs ohne Balancer in den deutschen Verkehr zu bringen.

In dem Pack im angehängten Foto (gerade gemacht) ist nicht einmal ein 
primitivstes BMS verbaut.
Bei mir am Pedelec als Reserve eingesetzt, aber ab und zu öffne ich den 
und messe die Zellen nach.
Bisher im ausgeglichenen Bereich.

von Uwe (uhi)


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Dass bei Zusammenschaltung von Blei-Akkus der Draht glüht und 
Wasserstoff explodiert ist eher unwahrscheinlich. Selbst wenn man eine 
randvolle (z.B. 13V) mit einer leeren (z.B. 11V) verschaltet, sind das 
nur zwei Volt Unterschied. Eine 12V-Halogenbirne leuchtet damit nicht. 
Um mit 2V einen Draht zum Glühen zu erhitzen, muss der schon sehr kurz 
und sehr dünn sein. Ein üblicher 6mm² lacht bei den zu erwartenden 
Strömen (50A?) nur. (Wenn es sich um einzelne übliche Autobatterien 
handelt. Bei größeren Einheiten sind natürlich die Querschnitte größer 
zu wählen.)

: Bearbeitet durch User
von Tom H. (toemchen)


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Uwe schrieb:
> Dass bei Zusammenschaltung von Blei-Akkus der Draht glüht und
> Wasserstoff explodiert ist eher unwahrscheinlich. Selbst wenn man eine
> randvolle (z.B. 13V) mit einer leeren (z.B. 11V) verschaltet, sind das
> nur zwei Volt Unterschied.

Volle Zustimmung.
Immer wieder wird eine Riesenangst vor dem Parallelschalten von Akkus 
verbreitet.
Man halte sich die geringen Spannungsunterschiede und den 
Innenwiderstand der Akkus vor Augen. Sogar der seriell geschaltete 
Innenwiderstand zweier Akkus, des "ladenden" und des "geladenen".
Dann gibt es noch den "Spannungssack" beim Entladestart eines Bleiakkus.
Ich würde mich wetten trauen, daß beim Zusammenschluß einer vollen mit 
einer leeren, sagen wir mal "Aautobatterie" mit 12V 66Ah keine 30 A 
fließen.

Und von Wasserstoff zu reden ist hanebüchen. Gasung tritt bei 
(Lade-)Spannungen von über 2,3V pro Zelle auf. Wo sollen die denn 
herkommen, wenn der Ladung "spendende" Akku maximal 2,15V pro Zelle hat?

von Ralf X. (ralf0815)


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Ralf X. schrieb:
> In dem Pack im angehängten Foto (gerade gemacht) ist nicht einmal ein
> primitivstes BMS verbaut.

Ops, da ist das Bild nicht mitgekommen.
Jetzt aber...

von Volker A. (pfriemler)


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Sicher, dass da nichts drin ist? Reingeguckt?
Bei meinem Einhell (Rasenmäher) war da nicht nur ein BMS, sondern die 
komplette Motoransteuerung drin nebst dem Akkuzustandsprüfer, der hier 
auch im Bild zu sehen ist.

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