DIY Batteriespeicher - Top-Balancing der LiFePO4 Zellen

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DIY Batteriespeicher - Top-Balancing der LiFePO4 Zellen
DIY Batteriespeicher - Top-Balancing der LiFePO4 Zellen
  • 28.11.2023
  • Level 1
  • Batteriespeicher

Bevor die Zellen final in Reihe geschaltet werden und als “Batterie-Paket” verschraubt werden, sollte ein sog. Top-Balancing durchgeführt werden. Dafür werden alle Zellen parallel geschaltet und z.B. mit einem Labornetzteil bis zur maximalen Ladeschlussspannung geladen. Diese Spannung sollte auf keinen Fall überschritten werden, da sonst die Zellen Schaden nehmen können. Also bitte mit absoluter Vorsicht arbeiten und jeden Schritt 3x genaustens kontrollieren.

Video

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Bei meinen verwendeten EVE LF280K Zellen (B-Grade) ist die Cut-Off-Voltage beim Laden mit 3,65V und beim Entladen mit 2,50V angegeben. Von diesen Werten halte ich aber etwas Abstand, um die Zelle nicht zu sehr zu stressen und somit einen möglichst langlebigen Speicher zu haben.

Was wird benötigt

  • Ein Multimeter
  • Ein Labornetzteil (welches möglichst viel Stromstärke liefern kann - mindestens 10A, sonst dauert der Vorgang sehr, sehr lange)
  • Optional ein Batterie-Tester wie z.B. ein EBC-A40L ** - aber wer hat den schon?

EBC-A40L Lithium Batterie lade entlade Kapazitätstester mit hohem Strom 5V 40A Fe Batterie Zyklustester **

RD6024 DC-Netzteil Variabel einstellbares Labortisch-Netzteil Abwärtswandler Step-Down-Schaltung Geregeltes 4-Digital-LCD-Display 60V 20-24A 1200W (Bereits montiert) **

Kapazität testen

Um die Kapazität zu messen eignet sich am besten ein professionelles Gerät wie z.B. das EBC-A40L **. Dafür geht man wie folgt vor:

  • Zelle einzeln verpressen (z.B. mit Schraubzwingen zwischen zwei Holzplatten)
  • Zelle mit konstantem Strom entladen (z.B. 40A) (Zielspannung 2,55V)
  • Ein paar Minuten warten (~15 Minuten)
  • Zelle mit konstantem Strom laden (z.B. 40A) (Zielspannung: 3,60V)
  • Ein paar Minuten warten (~15 Minuten)
  • Zelle wieder etwas entladen, damit diese nicht mit 100% länger gelagert wird (Zielspannung: 3,30V)

Der gesamte Prozess dauert gut und gerne einen ganzen Tag pro Zelle (je nach Lade- und Entladestrom). Da also etwas Geduld/Zeit mitbringen. Gerade, wenn man nur einen Speicher für sich selbst baut, sollte man sich die Zeit dafür nehmen. Ich habe diesen Schritt trotzdem übersprungen, da angeblich GobelPower auf einem Aufkleber (auf der Oberseite der Zellen) die gemessene Kapazität bereits dokumentiert hat.

Zellen parallel schalten

Info: Das hier gezeigte Vorgehen würde ich nicht mehr so machen! Ja, es machen alle so. Ist aber nicht unbedingt richtig, da man Gefahr läuft, die Zellen zu überladen. Selbst wenn man die Ladeschlusspannung nicht überschreitet. Grund dafür, sind die extrem niedrigen Ladeströme. Ich würde heute also auf serielles Top-Balancing setzen (mit BMS!). Infos dazu gibt es z.B. im Forum vom Akkudoktor.
Wichtig: Die Zellen müssen vor dem Top-Balancing eine möglichst identische Spannung aufweisen! Die Zellen sollen sich ja schließlich mit diesem Prozess aneinander angleichen. Bei Spannungs-Differenzen fließen eventuell sehr hohe Ausgleichsströme. Bitte sehr sorgfältig arbeiten! Selbst 100mV Unterschied ist schon enorm viel!

Wie geht man vor?

  • Spannung aller Zellen messen und dokumentieren - bei Abweichungen erst die Zellen angleichen!
  • Zellen hintereinander stellen und untereinander isolieren (z.B. mit Epoxy-Platten)
  • Alle Zellen miteinander verpressen (z.B. mit Spanngurten zwischen zwei Holzplatten)
  • Alle Zellen parallel schalten (z.B. mit Bus-Bars) und die Muttern mit 6 Nm festziehen
  • Labornetzteil diagonal anschließen (Plus an die erste Zelle und Minus an die letzte am anderen Ende)
  • 10A Ladestrom-Begrenzung (entspricht 240Ah am Tag) - gerne mehr, wenn das Netzteil mehr kann! Ich habe mit 24A geladen.
  • So lange angeschlossen lassen, bis Ladeschlussspannung erreicht ist (Zielspannung: 3,60V)
  • Netzteil abziehen
  • Eine Woche die Zellen stehen lassen

Zur Kontrolle danach:

  • die Busbars entfernen
  • Spannung aller Zellen messen (sollten alle identisch sein) - dokumentieren!
  • 2-3 Tage warten
  • Ein weiteres Mal die Spannung aller Zellen messen (um zu prüfen ob einzelne Zellen sich untypisch/schneller entladen)

Man unterscheidet zwischen:

  • CV (cell voltage): beim Lade- / Entladevorgang
  • OCV (open circuit voltage): wenn die zelle einige Zeit rumsteht

Hier geht es also darum, beides zu messen!

Active Balancer

Später kommt im Live-Betrieb noch ein “Active-Balancer” dazu, welcher die Zellen ständig untereinander ausgleicht. Dazu aber in einem weiteren Beitrag mehr.


Transparenz-Hinweis (Level 1)

An diesem Beitrag ist kein Hersteller beteiligt. Sämtliche Produkte habe ich selbst gekauft und trage die kompletten Kosten für diesen Beitrag alleine! Die Inhalte wurden somit von niemandem gesehen oder abgestimmt. Es handelt sich zu 100% um meine persönliche Meinung und Erfahrung!

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