Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

alw
  • Beiträge: 51
  • Registriert: So 7. Apr 2024, 12:57
  • Hat sich bedankt: 20 Mal
  • Danke erhalten: 29 Mal
read
An verschiedenen Stellen habe ich gelesen, man solle seine Batterie öfter mal AC auf 100 % laden, um die Zellen zu balancieren. Ich vermute, dass das kein guter Rat ist.
Ich hab mir die Zellenspannung bei meinem 09/21 42 kW Icon mal ein paar Wochen lang bei verschiedenen Ladeständen angeschaut (37 tkm, SOH ~95%. ELM OBD2 Pro muss erstmal richtig eingestellt werden. Es gibt 96 zweier-Packs, in denen zwei 60 Ah Zellen parallel geschaltet sind, und die ELM als "Cell" angibt. Cell 97-128 existieren nicht. Es wird immer Cell 128 als die mit der geringsten Spannung angegeben, das ist falsch)
Bei Volladung stoppt die Ladung mit 100 % Anzeige bei ca. 4120 mV Zellenspannung. Ein Balancing findet nicht statt, auch wenn man den Wagen über Nacht am Ladeziegel lässt. Kurz nach 100 % Anzeige wird das HV Batterie-Relais mit einem hörbaren Klunk getrennt.
Bei mir ist die Differenz zwischen der niedrigsten Cell 81 und der höchsten bei 100 % Ladestand ca. 20 mV.
IMG_3324.PNG
Bei 50% Ladestand ist die Differenz noch ca. 13 mV,
und bei 30 % Ladestand nur noch 5 mV.
(Skala gleiche Spanne, aber verschoben)
IMG_3360.PNG
Das bedeutet:

zum Einen balanciert der Fiat die Zellen bei niedrigem Ladestand, nicht bei hohem. Dazu braucht es mit grosser Wahrscheinlichkeit kein Ladekabel.
Das nennt man "bottom balancing" und das macht auch viel Sinn. Weil es bei fast leerer Batterie mit einem BEV um die Wurst geht, nicht bei fast voller. Wäre nämlich schade, wenn der bei 0% abschaltet und man den Abschlepper braucht. Obwohl noch 5 Ah in der Batterie stecken, aber die schwächste Zelle muss eben vor Tiefentladung geschützt und deshalb die HV Batterie abgeschaltet werden. Bei "top balancing" kann genau das passieren. Viel besser, wenn im "fast leer" Bereich alle Zellen den selben Ladestand haben.

zum Anderen ist meine Zelle 81 die mit der höchsten Kapazität, die wird einfach nie ganz voll geladen und erreicht deshalb nicht die 4120 mV.

Es gibt auch ein Youtube-Video darüber (https://www.youtube.com/watch?v=4CgzU7N1X68). Der nennt das Balancing, man sieht aber, dass die ganze Zeit bei hohem Ladestand die Differenz zwischen den Zellen konstant bleibt und eben kein Balancing stattfindet. Die leichte Fluktuation der Messung bei 1 mV Auflösung ist normal und hat nichts mit balancing zu tun.

Beim Schnellladen wird bei 85% (angezeigt) die Ladeleistung auf 11 kW abgeregelt, da geht er von strom- auf spannungsbegrenzte Ladung. Daher ist der "Normalbereich" für mich 85% - 10%.

Mein Fazit:
Der Fiat balanciert wenn er muss, bei niedrigem Ladestand.
Der Fiat lädt die Samsung SDI Zellen bei Vollladen auf die von Samsung angegebenen 4100 mV, lässt also keinen "Schonungspuffer" nach oben.
Vollladen auf 100 % bringt keinerlei Vorteil für die Batterie, aber verringert bekanntermaßen die Lebensdauer.
Vollladen mache ich deshalb nur, wenn ich es unbedingt am nächsten Morgen zum Erreichen der ersten Säule auf Langstrecke brauche, nie für lange und nicht bei Hitze.
Eine ganz schlechte Idee ist, glaube ich, vollladen vor längeren Bergabfahrten.
Zuletzt geändert von alw am Do 16. Mai 2024, 20:15, insgesamt 1-mal geändert.
Anzeige

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

CinqueE
  • Beiträge: 152
  • Registriert: Di 15. Feb 2022, 12:56
  • Hat sich bedankt: 17 Mal
  • Danke erhalten: 84 Mal
read
Mich würde mal interessieren, warum dann der 500E das volle Potential des Schnell-Ladens (nach 5-7 DC-Ladungen) erst wieder freigibt, wenn man an AC bis 100% und Warten auf die "Ferig"-Meldung der App lädt? Und nach den o.g. Kriterien würden die meisten 500er nie "balanciert", da kaum bis auf wenige % leer gefahren wird (ist bei mir zumindest so)

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

alw
  • Beiträge: 51
  • Registriert: So 7. Apr 2024, 12:57
  • Hat sich bedankt: 20 Mal
  • Danke erhalten: 29 Mal
read
Ist ne ander Baustelle und hat mit Balancing nichts zu tun.
Fiat gibt im Handbuch (S. 226) an:
"80) Die Ladezeit der Batterie kann sich unter diesen Bedingungen um einige Minuten verlängern: bei sehr kalten/heißen Außentemperaturen, nach vielen SchnellLadesitzungen oder aufgrund der hohen Nutzungshäufigkeit der "Schnell-Ladung Modus4"-Ladung, aufgrund der Alterung der Batterie. Diese Reduzierung der Ladegeschwindigkeit ist notwendig, um die Batterie zu schonen."

Von "bis 100% und Warten auf die "Fertig"-Meldung der App" steht da nichts, das ist dazugedichtet worden.
Für die Anodenstruktur, Reduzierung von Plating, Kristallbildung etc. ist es wichtig, dass sich die Zellen vom Schnellladen im fast leeren SOH Bereich per mehrere Sitzungen Langsamladen (AC) erholen können. Samsung gibt im Datenblatt für die 94 Ah Variante unserer Zellen detailliert Auskunft, wie das Verhältnis AC / DC Ladesitzungen sich auf die Lebensdauer auswirkt, und das Fiat BMS berücksichtigt das: die DC Ladeleistung bei fast leerer Batterie wird von 85 kW auf ca. 60 kW begrenzt.

Davon abgesehen wird die Leistung ohnehin immer (unabhängig von der Lade-Historie) bei höheren Ladeständen weiter reduziert, bei 85 % immer auf 11 kW und dann weiter runter. Beim Vollladen hast du immer am Schluss nur noch 2-3 kW (spannungsgeregelter Ladebereich). Das heißt, der obere Bereich >85 % muss nicht vor zu viel DC Laden geschützt werden, da gehts DC nämlich immer genauso langsam wie AC. Wenn du den mit 85% an einen 350 kW Lader hängst, lädt der bis 100 % exakt genauso lang wie an der AC Wallbox.

Meiner hat vor zwei Wochen eine 3500 km Gewalttour mit ca. 25 DC Ladungen hinter sich und hat am Schluss die DC Leistung bei 18°C und 15% von 85 kW auf ca. 60 kW reduziert. Meine 20 mV Zellendifferenz wenn voll hat sich dadurch nicht verändert. SOH per ELM ging von 97 % auf 95 %.

Ab welcher Zellendifferenz und unterhalb welchem SOC das Balancing aktiviert wird, weiß ich nicht. Ich weiß aber definitiv, dass mein Icon nicht beim Vollladen balanciert, und dass meine Zellen schlauerweise auf niedere Ladestände ausbalanciert sind, s.o.

Da der Fiat bei 24 km Restreichweite ^ ca. 12 % Ladestand den Christbaum anzündet, vermute ich mal stark, dass das Balancing schon deutlich oberhalb der 12 % angeworfen wird, falls erforderlich. Das Balancing wird bei einem intelligenten BMS System immer erst aktiv, wenn die Zellenspannungen zu stark differieren.

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

Helfried
read
alw hat geschrieben: Das Balancing wird bei einem intelligenten BMS System immer erst aktiv, wenn die Zellenspannungen zu stark differieren.
Woher weißt du denn dann, dass der Fiat "oben" nicht balanciert, wenn deine Zellenspannungen gar nicht so stark unterschiedlich sind, dass es nötig wäre?

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

alw
  • Beiträge: 51
  • Registriert: So 7. Apr 2024, 12:57
  • Hat sich bedankt: 20 Mal
  • Danke erhalten: 29 Mal
read
Du hast recht. Ich kann nicht ausschließen, dass bei höheren Differenzen auch bei höherem SOC das Balancing aktiviert wird. Halte ich für unwahrscheinlich, weil die Differenz der Zellenspannung bei mir über mehr als 6500 km bei 100 % mit 20 mV maximal ist und < 50 % SOC gegen 0 mV geht (In der Zeit hab ich viermal auf 100 % geladen und jedesmal die Zellenspannungen angeschaut, immer dieselbe Differenz). Ich kann jedenfalls ausschließen, dass bei 100 % Ladestand und angesteckt lassen erhebliche 20 mV Zellendifferenz ausbalanciert werden. Nach meiner Schnelllade-Orgie ist extrem unwahrscheinlich, dass sich ohne Balancing - wie beobachtet - die Spannungsdifferenzen überhaupt nicht verändert haben.
Wenn die Zellen oben, bei 100 % ausbalanciert würden, würde die Differenzspannung nach unten automatisch größer, nicht kleiner. Was eben im Betrieb nur Nachteile brächte.
Top-balancing: bei SOC 100 % Spannungsdifferenz 0 V, bei SOC 10 % max. Differenz
Bottom-balancing: bei 100 % Spannungsdifferenz max, bei 10 % 0 V

Ich glaube, das Balancing beim Laden auf 100 % ist einfach ein Mythos aus den alten Zeiten dummer, passiver Balancer, die das nur beim Vollladen konnten. Der 500e hat einen Infineon tricore Hochleistungsprozessor im BMS verbaut, der kann das wohl ein bisschen schlauer. https://evclinic.eu/2022/11/06/fiat-e50 ... h-battery/
Wie das BMS es genau hinkriegt, dass meine Zellen gegen Batterie leer alle denselben Ladestand haben, weiß ich natürlich nicht. Hauptsache es macht den Job, und bei mir macht es den gut ;-)

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

alw
  • Beiträge: 51
  • Registriert: So 7. Apr 2024, 12:57
  • Hat sich bedankt: 20 Mal
  • Danke erhalten: 29 Mal
read
Ich könnte mir z.B. vorstellen, dass das BMS die Spannungshistorie aller Zellen aufzeichnet und Steigung sowie Versatz der Ladekurve jeder Zelle analysiert. Es könnte dann die Spannung jeder Zelle schon bei mittleren Ladeständen per Balancing gezielt so einstellen, dass bei extrapolierten SOC 0 % alle Zellen denselben Ladezustand haben, d.h. sich die Ladekurven aller Zellen bei 0 % treffen, anstatt einfach alle Zellen bei einem fixen Ladezustand dumm auf diesselbe Spannung zu pumpen.
Das würde auch funktionieren, ohne jemals in den Bereich unter 20 % SOC zu kommen, weil die Ladekurven weitgehend linear sind.

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

USER_AVATAR
  • Michael_Ohl
  • Beiträge: 6303
  • Registriert: So 1. Mär 2015, 22:58
  • Wohnort: Hamburg, Juttaweg 6
  • Hat sich bedankt: 8 Mal
  • Danke erhalten: 1493 Mal
read
Vielleicht könntest Du ja mal erklären wie ein Balancing einer leeren Zelle funktioniert und welchen Sinn das hat, was da Chemisch mit den Ladungsträgern und der Ionenwanderung passiert. Das ist mir und den Profis der Batterietechnk bis heute entgangen und da wäre es doch nett, wenn Du uns unwissende an Deinem neuartigen Wissen teilhaben lassen würdest.
Nachdem ich die letzten 12 Jahre meine Autos praktisch täglich auf 100% geladen habe, sie auch im Hochsommer so tagelang stehen und nun nach 131.000km bzw. 1100 Vollzyklen bei unter 70% Nennkapazität angekommen sind, erkläre doch bitte mal welchen Schaden das Volladen angerichret hat, der sich nicht aus dem Datenblatt der Zellen ablesen lässt?

MfG
Michael
Kangoo ZE maxi 131.000km, Kangoo ZE 102.000km, E-UP 29.000km, C180TD 49.000km , max G30d 1100km, Sunlight Caravan, Humbauer 1300kg, E-Expert 75kWh 48.000km, Prophete Pedelek 560km, Zündapp Pedelec 80km, F20D 60km

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

USER_AVATAR
  • env20040
  • Beiträge: 7479
  • Registriert: So 6. Okt 2019, 11:33
  • Wohnort: Europa, Ostösterreich, Mittelfranken
  • Hat sich bedankt: 1433 Mal
  • Danke erhalten: 1545 Mal
read
Weiters, was Du Dir Vorstellst, passieren soll, wenn die ersten Zellen mit der Ladespannung <her den Maximalwert fahren.
Weiterladen?
So nebenbei, wiederhole den Versuch, lade die letzten, ca. 20% mit 1,3 bis 3 kW und Du wirst einen Unterschied sehen.
So nebenbei, wenn ein paar Zellen, ich jene es mal "anders" sind, wird das Balancing diese nicht "gleich" machen, ausser es kocht andere Zellen bewusst aus.
Dass weiters eine Zellenspannung sich in der Entladung anpasst ist Chemisch/Physikalisch... Normal.
Interessant ist es dann, welche Zellen als erste abschmieren, wenn die Batterie leer wird.
Wie sieht es in diesem Bereich denn aus?

Es hat sich beim BMS sicherlich was getan, ohne Frage, nur kann es weder Zaubern, noch Wunder wirken.

Es kann letztendlich nur Widerstände Weg, und zuschalten, und das im parallelen.

Dass ein BMS immer arbeitet, das stelle ich nicjt mal ausser Frage nur wird das bei einer Entladung wenig bringen, was Du ja festgestellt hast.

Erst wenn berechnet werden würde, was jede Zelle Aufgenommen und abgegeben hat und andere Ladeverfahren Verwendet weder, wäre ein BMS intelligenter.
Sowie ein Modul zwei parallele Zellen Balance soll fängt die Misere schon an.
Diverse E Fahrzeuge von 18 bis 90 Kwh.

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

Singing-Bard
read
@alw
Ohne dir zu nahe treten zu wollen, deine Spekulationen wie Balancing beim Fiat500e wohl funktioniert unter dem Thema "Mythos und Realität" aufgrund deiner Betrachtung der Zellspannungsdifferenzen deines Akkupacks ist aus meiner Sicht nicht wirklich erhellend.

Balancing ist kein Mythos sondern absoluter Standard bei allen modernen E-Autos.
Und die Realität kannst Du nicht darstellen, weil die Details zur Balancing Strategy und Implementierung von FIAT nicht veröffentlicht wurden.

Wenn Du irgendwelche Infos dazu von FIAT hast wäre das natürlich intressant wenn Du die teilen würdest.

Re: Balancing der Batteriezellen: Mythos und Realität

alw
  • Beiträge: 51
  • Registriert: So 7. Apr 2024, 12:57
  • Hat sich bedankt: 20 Mal
  • Danke erhalten: 29 Mal
read
env20040 hat geschrieben: ...Es hat sich beim BMS sicherlich was getan, ohne Frage, nur kann es weder Zaubern, noch Wunder wirken.
Es kann letztendlich nur Widerstände Weg, und zuschalten, und das im parallelen...
Tja, das war der Stand der Technik vor 25 Jahren. Inzwischen gibt es z.B. active balancing. Das sind Ladungspumpen von einer beliebigen Zelle zu einer beliebigen anderen auch gegen ein Spannungsgefälle. Funktioniert mit Mosfet Transistoren als Wechselschalter und kleinen Ferritspulen, in denen die Energie als Magnetfeld zwischengespeichert wird, im MHz Takt.... Kaum Verluste, simpel und preisgünstig.
Damit kann ein modernes BMS jede Zelle beliebig anheben und absenken, braucht nicht auf einen bestimmten Ladestand zu warten.

Ein paar einfache Spannungsmessungen der Zellen beweisen, dass der Fiat 500e eben nicht auf identische Zellspannungen bei 100% Ladung balanciert. Würde er das tun, wären die Spannungen bei 100 % alle gleich und würden beim Entladen auseinanderlaufen. Es ist aber umgekehrt.
Das Balancing bei / nach 100 % Aufladung ist daher nachweislich ein Mythos.

Fiat macht das moderner und schlauer. Finde ich sehr schön. Sorry, wenn's jemand nicht passt :-)
Zuletzt geändert von alw am Fr 17. Mai 2024, 13:42, insgesamt 1-mal geändert.
Anzeige
AntwortenAntworten

Zurück zu „500 Elektro - Batterie, Reichweite“

Gehe zu Profile