Warum Gleichrichtung über den Motor?

[iOnier]

Das hat einfach auch viel mit der Temperatur zu tun. Im Winter haben Zellen, die weiter außen sitzen, wo es kalt ist, ein anderes Lade- /Entladeverhalten, wie Zellen, die weit im Kern des Akkus sitzen, wo es ziemlich warm ist.

Bei meinem iOn finde ich dokumentierte Temperaturdifferenzen zwischen 1-3 °C. Nicht gerade gewaltig. Bei Fahrbatterien mit aktivem thermal management geht das noch mal 'runter.

Einzeln betrachtet werden die Zellen vom BMS schon. Es muss ja verhindert werden, dass auch nur eine einzige Zelle über- oder auch tiefentladen wird.

Eben, das ist sehr kritisch. Und da muss auch für jede Zelle einzeln vom BMS geregelt werden.

* Ladeschlussspannung:
(Kurz) vor oder bei Erreichen der Ladeschlussspannung wird halt von CC-Ladung auf CV-Ladung umgeschaltet oder - je nach Programmierung des BMS - vielleicht eine Balancierphase eingeschaltet und dann auf CV-Ladung umgeschaltet
=> kein Problem.

* Tiefentladegrenze:
Sobald im Fahrbetrieb auch nur eine Zelle die Tiefentladegrenze erreicht muss hart abgeschaltet werden. Deutlich vorher "merkt" das BMS dies aber und meldet dem Nutzer einen fast leeren Akku, schaltet evtl. auch in einen Energiesparmodus ("Schildkröte"), in dem zugunsten einer möglichst großen verbleibenden Reichweite starke "Komfortverbraucher" wie Heizung / Klima abgeschaltet und die Motorleistung reduziert werden.
Sowas passiert ja nicht kurz nach Abfahrt mit vollem Akku. Außer eine Zelle ist wirklich schon "tot" - und auch das passiert nicht "von jetzt auf gleich". Zumindest nicht in der Regel.
=> kein Problem.

Das glaube ich kaum. Ich hatte das mal bei einem Tesla gesehen: da wurde parallel und in Reihe geschaltet.

Seufz - damit habe ich fast gerechnet ...
Stell' Dir eine Kette vor. Jedes einzelne Kettenglied ist mit dem nächsten "in Reihe geschaltet".

Nun willst Du etwas ziehen, die Zuglast ist aber größer als die Kette verträgt. Was machst Du? Richtig, Du nimmst mehrere gleich lange Kettenstücke und hängst sie nebeneinander. Nun kannst Du dein Objekt gefahrlos ziehen.

Es ist aber weiterhin jedes einzelne Kettenglied für sich betrachtet mit dem nächsten "in Reihe geschaltet".

Genau so ist die Tesla-Fahrbatterie und sind auch manche andere Fahrbatterien aufgebaut. Aus Sicht des BMS sind es mehrere Batterien aus jeweils in Reihe geschalteten Zellen. Es macht keinen echten Unterschied. Nirgends sind Zellen miteinander parallel verschaltet.

Mir ist jedenfalls keine Fahrbatterie bekannt, in der auf Modulebene Zellen parallel verschaltet wären. Bin aber immer interessiert an der Technik; wer was anderes weiß, immer her damit

ah, verstehe. Wenn dann jemand immer nur DC-Ladung durchführt, weil das zufällig gerade vor seine Haustür steht, hat derjenige ein Problem, richtig?

Richtig
Bei den "Drillingen" empfiehlt die Bedienungsanleitung, wenigstens einmal alle 2 Wochen eine "Normalladung" an AC durchzuführen.
Bedenkt man dann noch, dass die Schreiber der Bedienungsanleitung mit solchen Angaben weit auf der "sicheren Seite" sein wollen, dann kann man erahnen, wie langsam normalerweise ein wirklich relevanter Drift der Zellspannungen entsteht.

- AC einphasig hat 230 V => muss hochtransformiert werden

Dabei geht dann die Stromstärke in den Keller.

Ja. Und? Ist wurscht. Es geht um Ladeleistung. Leistung ist Strom mal Spannung (UxI). Doppelte Spannung bei halbem Strom bedeutet ... immer noch die gleiche Leistung. Im Prinzip ist sogar höhere Spannung und niedrigerer Strom besser, da die Wärmeverluste im Quadrat mit der Stromstärke (und nicht: mit der Leistung) ansteigen. Höhere Spannung bedeutet also besseren Wirkungsgrad. Der Grund für die hohen Spannungen bei Fernleitungen.

runtertransformiert ??? Gleichstrom. Mit einem DC-DC-Wandler?

OK, hab' ich missverständlich ausgedrückt. "Runtertransformiert" heißt hier, dass die Ladesäule eine geringere Spannung anlegen muss. An sich auch falsch, da sie nach dem geforderten Strom regelt. Aber: "Transformiert" wird natürlich in der Säule. Und die "bekommt" ja Wechselspannung, bzw. Drehstrom.
In der Realität ist das aber AFAIK (man möge mich korrigieren, wenn ich falsch liege) eh noch anders. In der DC-Ladesäule wird eingangsseitig wohl tatsächlich erst mal nur gleichgerichtet, dann kommt ein DC-DC-Wandler, der ausgangsseitig nach Stromanforderung geregelt wird, halt bis zur maximalen Stromstärke, welche die Säule abgeben kann oder bis die maximal zulässige Spannung erreicht ist.

Es lassen sich heutzutage sehr effiziente DC-DC-Wandler produzieren, die im Wirkungsgrad mit klassischen Eisentrafos gut konkurrenzfähig, aber eben viel flexibler sind. Aber für hohe Leistungen nicht eben ganz billig.

Warum werden nicht einfach 100 Akkus in Reihe geschaltet, dann hat man an jedem Akku
noch 5 V?

Anmerkung: an dieser Stelle solltest Du eindeutiger von Zellen oder meinetwegen Akkuzellen sprechen. Letztlich meint man mit "Akku" oder "Fahrakku" meist das Batteriepack als Ganzes, so dass es zu Verwechselungen könnte. Es sei zudem der Hinweis erlaubt, dass eine einzelne Zelle keine "Batterie" ist; auch das wird gerne verwechselt und führt dann zu Missverständnissen.
Zur Frage:
- es geht primär um den Ladestrom (für den Akku der wesentlichste Einflussfaktor!), dann um Ladeleistung, und die maximal zulässige Spannung ergibt sich aus dem, was mit der Isolation verfügbarer Kabel-/ Steckersysteme (sowie innerhalb der Ladesäule auf den Platinen und mit den Bauteilen) machbar ist. Da hat man sich anfangs halt mal auf 500 V für CHAdeMO festgelegt. "In Stein gemeißelt" ist das aber auch alles nicht:

Die CHAdeMO-Vereinigung will ab 2017 Ladesäulen mit bis zu 200 kW Maximalleistung (500 V, 400 A) und ab 2020 Ladesäulen mit bis zu 400 kW Maximalleistung (1000 V, 400 A) anbieten.

- es nützt daher nichts, eine Ladespannung festzulegen, da die Spannung mit dem Strom variiert und
- Du nicht jeden Hersteller zwingen kannst, die gleiche (Nenn-) Spannung für seine Fahrbatterie vorzusehen

Letztlich muss die Ladesäule in der Lage sein, den Strom so zu regeln, wie es dem Bedarf des Autos gerade entspricht und das bedingt automatisch einen großen Spannungsbereich. "Feste" Spannung geht gar nicht, "feste" Stromstärke ebensowenig oder noch weniger.

Der Kurzschluss geht doch über die Leitung und nicht über die Zelle.
Die einzelne Zelle bekommt davon nichts mehr mit.
Nur die anderen in Reihe geschalteten Zellen haben jetzt mehr Spannung.

Noch mal zur Erinnerung: die Zellen sind in Reihenschaltung fest verschraubt. Wenn Du eine Zelle überbrückst, schließt Du sie zugleich kurz:

Code: Alles auswählen

+ --Zelle----Zelle----Zelle-- ... -
           |Brücke|

Die Zelle entlädt sich während des Balancings darüber. Der Lastwiderstand dient dabei als Strombegrenzer, sonst überhitzt die Zelle und gerät in Brand.

Wäre aber kein Problem, wenn man nie alle gleichzeitig laden würde, sondern immer nur eine feste Anzahl.

Und noch mal: fest verschraubte Reihenschaltung ... man könnte zwar einen "Zwischenanschluss" zum partiellen Laden an einem beliebigen (auch: jedem) Punkt der Reihe vorsehen. Aber wenn Du bei Reihenschaltung unterschiedliche Ladezustände hast, dann werden bei Entladung (über die gesamte Reihe) die nicht so hoch geladenen Zellen plötzlich einem unkontrollierten Ladestrom ausgesetzt. Viel zu riskant. Und am Motor kommt weniger Leistung an: die Spannung ist geringer und bricht auch noch ein Stück weit zusammen über dem Ladewiderstand der nicht geladenen Zellen. Vergiss' es einfach.

Wird sicher schön warm im Akku und führt auch zu Ladeverlusten.

Ja. Ist aber technisch einfach (preisgünstig!) zu realisieren.

Ach, und ich dachte immer, die Akkus könnten die großen Ladeströme nicht so vertragen,
dabei sind es die Lastwiderstände.

Und auch dies nochmal: es wird nicht während des gesamten Ladevorgangs balanciert. Die Balancierphasen sind separat zu betrachten. Ja, in diesen Phasen fließt viel weniger Ladestrom, weil man sonst die Lastwiderstände braten würde.

Meno. Jetzt habe ich schon wieder viel mehr geschrieben als ich wollte (und wahrscheinlich auch noch in Details eigene Unkenntnis offenbart). Aber egal, vielleicht bringt's ja weiter

[iOnier]

http://liionbms.com/php/white_papers.php

Ja, das nennt sich aktives Balancing, geht induktiv oder kapazitiv und ist schon länger bekannt und auch realisierbar, es gibt auch da schon komplette Chipsätze für und ganze fertig bestückte Boards der Hersteller zum experimentieren und entwickeln, sogenannte Evaluation Boards. Zum Beispiel von Analog Devices mit dem LTC3300 oder von TI oder von Intersil. Ist das bessere System aber leider ein paar € teurer.

Ah, interessant, das hatte ich auf der Site so schnell leider nicht gefunden ...

Es ist mir bisher kein Serien-E-Auto bekannt welches aktives Balancing hat aber vielleicht gibts ja Eines.

Wenn noch nicht, dann sicher bald. Wenn die Chipsätze dafür schon existieren (und sobald sie in Stückzahlen geliefert werden können) wird das sicher auch eingesetzt werden.

Ist aber auch nur ein Bleeding-Balancing, verbrät also die Leistung der Zellen mit höherer Spannung langsam um sie an die Zellen mit niedrigerer Spannung anzugleichen.

Oh. Und ich hätte gedacht, dass man kein bloßes "Bleeding" macht, sondern während des Balancings einen kleinen Ladestrom fließen lässt. Eben so, dass die "gebrückten" Zellen nicht oder nur extrem langsam geladen werden (der größte Teil des Stroms geht über den Bypass), die Zellen mit geringerer Spannung schneller. Würde an den Verlusten vielleicht nichts ändern, aber eventuell den Ladevorgang insgesamt beschleunigen, da dann während des Balancierens immerhin auch noch aktiv geladen würde, wenn auch sehr langsam.

[bm3]

@Ioner

Zur Zeit baut man nur Bleeding-Balancing ein . Entweder mit höheren Strömen am Schluss des Ladevorganges oder mit geringeren Strömen permanent. Jeder Euro den man sparen kann zählt dabei scheinbar.
Obwohl aktives Balancing zahlreiche Vorteile hat. Zum Beispiel die permanente echte, schnelle und effiziente Ladungsumverteilung hin zu den schwächeren Zellen.

Es gibt schon die Parallelschaltung im Akkupack , aber auf Zellebene. Mehrere kleine Zellen bilden dabei eine große und sind dann als eine (große) Zelle anzusehen. Das ändert aber nichts beim Laden und während des Ladens wird da mal garnichts umgeschaltet.
Wie auch ? Ströme von mehr als 100A umschalten ? Mit Halbleitern und einem Spannungsabfall über den Fets ? Das ginge wohl nur mehr schlecht als recht mit fast 100 Stück Leistungsrelais / Schützen ?, die baut doch wohl keine Hersteller freiwillig in einen Akku ein.

[iOnier]

Es gibt schon die Parallelschaltung im Akkupack , aber auf Zellebene.

Jetzt wo Du's sagst ... waren das nicht die Leaf-Zellen, wo in einem Modul 2 Pouch-Zellen parallel drin stecken?

Mehrer kleine Zellen bilden eine große und sind dann als eine (große) Zelle anzusehen. Das ändert aber nichts beim Laden und während des Ladens wird da mal garnichts umgeschaltet. Wie auch ? Ströme von mehr als 100A umschalten ?

Müsste ja nicht sein, man könnte vor dem Umschaltvorgang ja den Strom 'runterregeln, der wird beim Laden eh geregelt.

Mit Halbleitern und einem Spannungsabfall über den Fets ? Das ginge wohl nur mehr schlecht als recht mit fast 100 Stück Leistungsrelais/Schützen und die baut doch wohl keine Hersteller freiwillig in einen Akku ein.

Ja eben. Schrieb ich ja auch im Grunde schon. Das mit dem Spannungsabfall über FET-Transistoren (Thyristoren?) wäre mir jetzt mangels Fachwissen nicht so klar gewesen, aber wie schon gesagt, mechanische Relais sind zu fehlerträchtig (Erschütterungsempfindlichkeit; Blink- und Fernlichtrelais z.B. gehen durchaus mal kaputt, auch wenn sie meist lange halten) und solid state relays zu teuer.

[bm3]

Ja, die Leaf-Zellen, viel kleine Tesla-Zellen, die Twizy-Zellen, im IMiev denke ich auch....
Überall sind kleinere Zellen auf Zellebene zu einer größeren Einheit zusammengeschaltet. Aber immer fest, ohne eine Umschaltemöglichkeit.

[iOnier]

Ja, die Leaf-Zellen, viel kleine Tesla-Zellen,

Beim Tesla hätte ich gedacht, dass die Konfiguration in parallel geschalteten Strängen aus Reihen gestaltet wäre. Aber Module aus parallel geschalteten Zellen sind wahrscheinlich einfacher zu handhaben (da innerhalb eines solchen Moduls kein Drift entstehen und somit das Modul als eine Zelle betrachtet werden kann, so dass das BMS mit weniger "Zellen" klarkommen muss).

die Twizy-Zellen,

... die kenne ich gar nicht ... was verbaut eigentlich Renault, also in Twizy, Fluence und auch ZOE - Zellen wie auch Nissan sie einsetzt?

im IMiev denke ich auch....

Nein. Die Drillinge haben eine 88s 1p (oder 80s 1p - PSA-Drillinge ab BJ 2012) Konfiguration aus YUASA LEV50 (später - PSA ab 2012 - das deutlich verbesserte Nachfolgeprodukt LEV50N) Zellen vom Format BEV2. Der Aufbau ist mittlerweile sehr gut dokumentiert; im Drilllings-Unterforum hier gibt es Berichte von Reparaturen an der Fahrbatterie (Zellentausch).

Überall sind kleinere Zellen auf Zellebene zu einer größeren Einheit zusammengeschaltet.

Na, "überall" stimmt nicht, beim (60 Ah) i3 ist es auch eine 1p-Konfiguration von Zellen des BEV2-Formats. Bei einer Nennspannung von 360 V und 96 Zellen sowie einer Kapazität von 22 kWh komme ich rechnerisch auf 61,11 Ah (22.000:360) => passt. Und die SDI-Zellen von Samsung sind Einzelzellen, keine Module aus zusammengesetzten Pouches wie bei Nissan.

Aber immer fest, ohne eine Umschaltemöglichkeit.

Bietet sich ja auch nicht so sehr an. Aber im Prinzip ist es aus oben genannten Gründen wohl tatsächlich günstiger, eine Parallelisierung auf Modul- und nicht auf Strangebene vorzusehen; da lag ich mit meiner Annahme offenbar falsch. Wieder was gelernt!
Das ist das Schöne ein einem Forum wie diesem: es gibt immer noch jemanden, der etwas besser weiß oder zusätzliche Informationen beitragen kann

[bm3]

Im Twizy-Akku sind 7 Module von LG Chem mit jeweils 6 Zellen verbaut. Ein Modul ist jeweils 3p2s verschaltet. Insgesamt 3p14s .

Ich bitte darum hier einigermaßen beim Thema zu bleiben, zwei OT-Beiträge wurden hier entfernt.

[iOnier]

Im Twizy-Akku sind 7 Module von LG Chem mit jeweils 6 Zellen verbaut. Ein Modul ist jeweils 3p2s verschaltet. Insgesamt 3p14s .

Dann müsste ein Balancing beim Twizy sowohl auf Modulebene (2 konstruktive Zellen in Reihe) als auch auf Batterieebene (7 Module in Reihe) stattfinden, richtig?

Ich bitte darum hier einigermaßen beim Thema zu bleiben, zwei OT-Beiträge wurden hier entfernt.

Sorry, hatte mich hinreißen lassen; der 2. war von mir

[Flowerpower]

Kommt drauf an, ob das Twizy Modul den "Mittel-Pin" nach außen führt(so wie die Leaf Module)
Dann können auch die beiden Zellen im Modul von außen gebalanced werden.

[bm3]

Ein "Mittelpin" ist bei den 2s-Modulen (Twizy, Leaf...) herausgeführt und das Balancing arbeitet immer auf der einzelnen Zellspannungsebene.