Anteil Energiespar

[timebird]

Hallo,
ich besitze seit zwei Monaten eine ZOE und habe zwei Fragen:
1. Was genau geschieht beim "Balancing" und wie oft sollte man es anwenden (also vollladen) ?
2. Nach jeder Vollladung setze ich meine Anzeigen zurück, damit ich immer für den jeweiligen Zeitraqum exakte Daten habe.
Manchmal bekomme ich dann in der Anzeige "Energiesparen" Werte, die so um die 20% des Gesamtverbrauchs liegen. Machmal bleibt der Wert aber hartnäckig bei Null (auch bei Fahrintervallen bis zu 300 km): Mein Fahrstil ist jedoch immer (annähernd) gleich. Wie ist das zu erklären ?

[Helfried]

1. Was genau geschieht beim "Balancing" und wie oft sollte man es anwenden (also vollladen) ?

Die Zellen einer Batterie sollten alle stets die gleiche Spannung haben, vor allem darf keine einzige jemals in den Überspannungsbereich oder Unterspannungsbereich kommen. Das Balancieren gleicht gewisse Ungleichheiten bei der Spannung einzelner Zellen aus. Bei gesunden Zellen ist das kaum jemals nötig, und selbst ältere Zellen sind meist ziemlich gleich im Verhalten. Aber leider weiß man das als User halt nicht, wie es um den Akku steht.

Wenn eine Zelle zu viel Spannung hat gegenüber den anderen Zellen, wird diese Überspannung automatisch verheizt, leider nur bei einer Vollladung (das ist halt technisch billiger zu lösen). Wenn eine Zelle zu wenig Spannung hat, müssen all die anderen Zellen "unnötige" Heizleistung erleiden.

[Karlsson]

Manchmal bekomme ich dann in der Anzeige "Energiesparen" Werte, die so um die 20% des Gesamtverbrauchs liegen. Machmal bleibt der Wert aber hartnäckig bei Null (auch bei Fahrintervallen bis zu 300 km): Mein Fahrstil ist jedoch immer (annähernd) gleich. Wie ist das zu erklären ?
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Ich meine da werden pro Fahrt nur ganze Kilowattstunden erfasst. Bei vielen Kurzstrecken daher quasi nix.

Ich setze nur selten zurück, dann passt die prognostizierte Reichweite auch ganz gut.

[TomTomZoe]

Ich benutze seit etlichen Jahren Li-(Po-)Akkus im Bereich des RC-Modellbaus und dort gelten dieselben Prinzipien wie bei den EVs.
Im RC-Modellbau gibt es im allgemeinen aber kein Batteriemangementsystem, das die Ladung und Entladung nur in einem definierten, verringerten Kapazitätsbereich des Akkus zulässt. Beim EV wird der Bereich von (die exakten Zahlen vom Zoe habe ich gerade nicht parat) 0-5% und 95-100% Kapazität komplett ausgespart und nicht fürs Laden/Entladen benutzt, damit die Zellen weder in Unterspannung beim Entladen noch in Überspannung beim Aufladen kommen, beides würde irreparable Schäden am Akku herbeiführen. Außerdem leben Lithium Akkus länger wenn sie nur im mittleren Kapazitätsbereich verwendet werden.

Ich rechne im weiteren mit einen Akkureservefenster von 5% oben und 5% unten.

Über das BMS wird nun der 5% brutto Kapazitätszustand als 0% netto und der 95% brutto Kapazitätszustand als 100% netto definiert. Die Q210 Zoe hat 22kW Netto Kapazität, brutto etwa 11% mehr (die R240 hat rund 23kW netto nutzbar, aber denselben Bruttowert wie die Q210).

Warum dauert das Laden ab 99% so lange?
Eine Ursache liegt daran, daß der SOC Wert der Armaturenbrettanzeige (über CanZE ausgelesen als usable Capacity bezeichnet) im Bereich ab rund 95% und höher deutlich der Realität vorausläuft. Die reale (netto) Kapazität, die von CanZE real capacity bezeichnet wird, hängt in diesem Bereich noch um bis zu 4 Prozentpunkte hinterher. Das erklärt warum beim Laden oft ganz lang noch 99% am Armaturenbrett zu lesen ist, und man den Eindruck hat, der Akku würde ewig nicht fertig mit laden. In Wirklichkeit lädt der Akku gerade (eben sehr langsam) die letzten Prozente (95%, 96%, 97%, 98%) seiner realen Nettokapazität.

Warum läßt Renault den useable SOC Wert am Armaturenbrett am Ende der Ladung der Realität so voreilen?
Nun ja, ich kann mir vorstellen daß eine offensichtlich abfallende Ladegeschwindigkeit ab etwa 95% realer Kapazität so manchen ungeduldigen Fahrzeugbesitzer zu übereifriger Kontaktaufnahme mit und Reklamation beim Händler veranlasst, ob denn da was kaputt sei am Fahrzeug. Um das persönliche Nutzungserlebnis mit der Zoe hoch zu halten, läßt man da wohl die angezeigten letzten Prozente im oberen Bereich einfach etwas schneller als in der Realität hochzählen, und wenn der Akku dann nach akzeptabler Zeit mit 99% angezeigt wird, stöpselt der Zoefahrer zufrieden seine Zoe vom (Schnell-)Lader ab und fährt los, obwohl real nur 95%+ reingeladen sind.

Das Balancen bei EVs und konkret bei unserer Zoe ist kein Balancen im Bereich kurz vor 100% Brutto Kapazität wie man das so normalerweise kennt (Balancen = Angleichen der Füllstände der Zellen aneinander, indem alle Zellen auf die selbe Ladeschlußspannung geladen werden), sondern ein Balancen im Bereich kurz vor 100% Netto Kapazität, also (unter Beibehaltung der Rechnung mit oberem Fenster von 5%) ein Balancen im Bereich kurz vor 95% Brutto Kapazität. Es sind also immer noch 5% Puffer nach oben hin die nicht benutzt/geladen werden.

Nachdem der Ladestrom schon kurz vor 95% der Bruttokapazität auf nahezu Null runtergeregelt wird und der Ladevorgang nach den Balancen spätestens bei 95% Bruttokapazität endet, gibt es keine Schädigung der Zellen durch Balancen beim EV, da offensichtlich die Ladeschlußspannung pro Zelle im BMS auf einen niedrigeren Spannungswert eingestellt ist als für die Akkuzellentype maximal zulässig wäre.

Weiterhin gilt trotz alledem daß nach Möglichkeit die untersten und die obersten 15-20% Kapazität nicht so oft benutzt werden sollten, damit kann die Lebensdauer des Akkus verlängert werden. Das Nichtbenutzen ist aber nicht zwingend, wer Reichweite ohne Nachladen braucht, braucht eben Reichweite ohne Nachzuladen. Besitzer eines Leasingakkus brauchen sich diesbezüglich ja auch weniger sorgen.

Das Balancen ist, auch wenn es nur ein Balancen um die 95% Brutto Kapazität herum ist, sinnvoll um die im Laufe der Lade-/Entladezyklen auseinander driftenden Fullstände der 192 Akkuzellen wieder aneinander anzugleichen. Ich würde alle 10 Ladevorgänge den Akku komplett vollladen und somit auch balancen lassen, das reicht aus.
Praktisch kann ich das vorzeitige Abstecken nur zuhause realisieren, nachdem jeder zweite Ladevorgang beim Arbeitgeber stattfindet und aus organisatorischen Gründen ich das Auto dort nicht bei 99% abstecken kann, erfährt meine Zoe jedes zweite Mal ein Balancen der Zellen. Schaden tut es nicht, ich brauche für die tägliche einfache Strecke mit 70-80% eh ziemlich viel von der Nutzkapazität.

Zum Schluß:
Im Laufe der 10tausende von Fahrkilometern verliert der Akku an Bruttokapazität, somit auch an Nettokapazität. Um die ursprünglich nutzbare Nettokapazität im Verlauf der Zeit weiterhin bestmöglichst verfügbar zu haben, gibt es zwei Strategien:
Entweder das BMS verkleinert nach und nach das 5%ige obere und untere Sicherheitsfenster dessen freigewordene Kapazität dann zusätzlich nutzbar wird.
Oder das seit Dezember verfügbare ominöse BMS Update realisiert die Freigabe von bisher ungenutzten Kapazitätsbereichen.

Das Balancieren gleicht gewisse Ungleichheiten bei der Spannung einzelner Zellen aus. Bei gesunden Zellen ist das kaum jemals nötig,

Wenn alle Zellen die identische Temperatur hätten, mag das stimmen. Guckt man in die Temperaturverteilung und zugleich die Spannungen der einzelnen Packs an - komm ich bei Pauschalurteilen ins Grübeln.
Die Argumentation von TomTom ist schon wesentlich schlüssiger ...

[Helfried]

Guckt man in die Temperaturverteilung und zugleich die Spannungen der einzelnen Packs an - komm ich bei Pauschalurteilen ins Grübeln.
Die Argumentation von TomTom ist schon wesentlich schlüssiger ...

Das Balancieren macht auch nur wenig Sinn, wenn nicht alle Zellen bei einigermaßen gleicher Temperatur sind.
Balancieren wird man ja weniger am Schnelllader und noch weniger nach einer heißen Autobahnfahrt.

TomToms gute Ausführungen sind kein Widerspruch zu anderen hier im Thread.

Balancieren wird man ja weniger am Schnelllader und noch weniger nach einer heißen Autobahnfahrt.

Und warum macht mein ZOE das immer und verbraucht 4kW, ohne auf sowas zu achten ?

[Helfried]

Und warum macht mein ZOE das immer und verbraucht 4kW, ohne auf sowas zu achten ?

Da wirst du vermutlich die CV-Ladephase mit dem Balancieren verwechseln.
Wenn dein Akku beim Balancieren 4 Kilowatt verheizen müsste, wäre er wohl schon ziemlich bedient.

CV - dafür fehlt mir das Hintergrundwissen - gesagt wird hier im Forum, wenn 99% Ladung angezeigt wird, beginnt die Ausgleichsladung für eine Stunde und die nimmt dann 3 kWh - mehr weiß ich nicht, aber das ganz gewiß und mindesten 100 Mal gemessen.

[Karlsson]

CV - dafür fehlt mir das Hintergrundwissen

Lithiumakkus werden CC/CV geladen.
Zunächst CC = constant current => es wird mit konstanter Stromstärke geladen.
Während der Ladung steigt die Spannung des Akkus an bis die maximal zulässige Spannung erreicht ist.
Durch die steigende Spannung nimmt die Ladeleistung noch zu.
Dann wird mit CV = constant voltage => mit konstanter Spannung geladen. Dabei geht der Ladestrom immer weiter runter und damit auch die Ladeleistung. Wenn bei dieser Spannung kein Strom mehr fließt, ist der Akku voll.

Soweit die Theorie für eine einzelne Zelle. In der Wirklichkeit haben die Zellen geringe Unterschiede. Wenn einzelne Zellen schon eher die Spannung erreichen, muss früher gedrosselt werden. Bzw einzelne Zellen müssen gegen Überspannung geschützt werden. AFAIK passiert das beim Zoe einfach durch einen zur Zelle parallel geschalteten Heizwiderstand.
Kommt aufs BMS an, mein Pedelec von 2010 hat bereits einen aktiven Ausgleich und verteilt den Strom der einen Zelle dann auf andere (Capacity BMS). Billiger und ineffizienter ist halt das Bleeding BMS mit Heizwiderständen.

Siehe auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Ladeverfa ... .28CCCV.29

CC/CV passiert auch effektiv, wenn ich meinen Pedelec Akku mit dem Labornetzteil lade, wo separat Spannung und Strom eingestellt werden. Also das Netzteil erzeugt eine Spannung X und reduziert diese, falls der zulässige Strom Y überschritten wird so weit, bis nur noch der zulässige Strom Y fließt. Das Netzteil zeigt dabei im Display, ob die Spannungs- oder Strombegrenzung gerade aktiv ist.

CV hat mit Balancing nichts zu tun, das macht auch ein Akku mit perfekt balancierten Zellen. Wenn die Zellen komplett gleich wären, bräuchte man auch kein BMS.