DC/DC-Wandler, der heimliche Zerstörer der Starterbatterie

[alter Falter]

Vorab: Die Spannung meiner 12V-Starterbatterie wird von einem kleinen Kästchen überwacht, welches direkt an den Batteriepolen angeschlossen ist und die Spannungswerte alle paar Sekunden speichert.
Diese gesammelten Daten kann ich per Bluetooth bei Bedarf auf meine passende App übertragen und somit tageweise die Spannungsverläufe (laden/entladen) bei Nutzung oder Stillstand des Fahrzeugs später auswerten.

Wie hinlänglich bekannt, ist die Lebensdauer der Starterbatterie bei den upmiigo oftmals sehr begrenzt, besonders dann, wenn das Fahrzeug nicht täglich regelmäßig genutzt wird. Durch Software updates wurde dieses Problem gemildert. Steht der Wagen ein paar Tage ungenutzt, gehen aber schon einige Amperestunden flöten.

Das ist normalerweise kein Problem, da die Batterie nach Start des Fahrzeugs sofort wieder aufgeladen wird. Soweit so gut, aaaber

mir ist aufgefallen, dass die Klemmspannung nach dem Start unabhängig von Temperatur und Ladezustand der 12V-Batterie immer sofort auf Maximalwert (ca. 14,8 V) hochschnellt. Dies bedeutet, dass der DC/DC-Wandler sofort mit seiner vollen Leistung auflädt, was alles andere als gesund ist für den Bleianker.

Es dürfte zu Anfang der Ladung ein extrem ungesund hoher Ladestrom fließen.

Normalerweise sollte der Ladestrom aus Lebensdauergründen ein Zehntel der Kapazität des Akkus betragen, d.h. ein 40Ah-Akku sollte mit ca. 4 A nachgeladen werden. Ok, beim Einsatz im Auto sieht man das vermutlich aus Kostengründen nicht so eng, da ja normalerweise bei täglicher Nutzung auch nur sehr wenig nachgeladen werden muss und die Batterie somit nur wenig gestresst wird.

Nun, mein Autochen war jetzt ein paar Tage in der Werkstatt, wobei die Spannung der Batterie langsam aber sicher in den Keller ging vermutlich weil vielleicht eine Türe aufstand oder das Radio benutzt wurde, und ich später nach Erhalt des Wagens anhand der Daten (siehe oben) sehen konnte, dass die automatische Nachladung über den DC/DC-Wandler aus der Fahrbatterie während dieser Zeit einmal stattgefunden haben musste (konstant 13,1 V über 60 min. Dauer). Diese automatische Nachladung findet statt, wenn der Akku nur noch ca. 30 % seiner Kapazität hat.

Aber auch hier kannte der Wandler trotz des fast leeren Akkus keine Gnade. Die Spannung ging nach Start sofort auf Maximum. Der Ladestrom dürfte dann locker über 1C liegen. Kein Wunder also, dass dieser Ladestress auf Dauer zum vorzeitigen Ende der Batterie führt.

Hat jemand eine Idee, ob und wie man eine Ladestrombegrenzung basteln und integrieren könnte?

[Michael_Ohl]

Warscheinlich ist diese zu geringe Spannug schuld am vorzeitigen Ableben der Batterie. Meine alten Kangoo haben jetzt 13 Jahre alte Bleibatterien. Beide werden immer nach dem Starten mit 15 Volt geladen ( im Winter mehr) und der Wandler schafft über 100 Ampere. Der Trick ist halt das nichts im Ruhezustand an der Batterie lutscht denn das einzige was die Bleianker auf den Tod nicht mögen ist Spannungen unter 13V. Da fängt sofort die Bildung von Sulfidkristallen an den Plattrn an und je länger das so bleibt um so grösser werden die Kristalle, bis zum tod der Batterie. Strom oder Spannung zu reduzieren würde den Tod beschleunigen. Eine beheizte LiFePo4 Starterbatterie wäre die Lösung der macht das wenig aus wenn fast immer Strom fliesst.

MfG
Michael

[61hschts]

... mir ist aufgefallen, dass die Klemmspannung nach dem Start unabhängig von Temperatur und Ladezustand der 12V-Batterie immer sofort auf Maximalwert (ca. 14,8 V) hochschnellt. Dies bedeutet, dass der DC/DC-Wandler sofort mit seiner vollen Leistung auflädt, was alles andere als gesund ist für den Bleianker.

Es dürfte zu Anfang der Ladung ein extrem ungesund hoher Ladestrom fließen.

Der Schluss, dass ein "extrem ungesund hoher Ladestrom" fließt und "der DC/DC-Wandler sofort mit seiner vollen Leistung auflädt", muss zunächst validiert werden und erfordert m.E. eine genaue Prüfung.
Das "Hochschnellen" der Spannung kann auch bedeuten, dass die Batterie eher voll als leer (geringer Ladestrom wegen fast erreichter Ladeschlussspannung) oder defekt (nahezu keine Stromaufnahme) ist.

[E-lmo]

@alter Falter Das Laden mit erhöhter Spannung ist eine gängige Ladestrategie, um eine entladene Bleibatterie möglichst schnell aufzuladen. (Google mal zu Starkladung.)
Der DC/DC-Wandler ist noch deutlich leistungsfähiger und muss ja nebenbei noch so einige andere Verbraucher versorgen können.
Ich gehe davon aus, dass die Batterie eher durch Tiefentladen geschädigt wird.

Ich habe festgestellt, dass der DC/DC-Wandler bei geringem Ladestand der Hochvoltbatterie die Ladung der 12V-Batterie begrenzt und ich glaube unter 10 bis 15%SOC auch gar nicht mehr nachlädt. Diese Strategie trägt meiner Meinung viel stärker zum Ausfall der 12V-Batterie bei.

PS
Ich hatte im Dezember den Fall, dass unser e-up mehrere kurze Fahrten hier im Ort mit längeren Pausen und einem anfänglichen Ladestand kleiner 20% absolvieren musste.
Die letzte Fahrt zur heimischen Wallbox hat er dann wegen entladener 12V-Batterie verweigert.

Kleiner Funfakt am Rande: ich hatte vor 2 Jahren die Bleibatterie getauscht, weil diese auffällig oft automatisch nachgeladen wurde und diese dann als 2nd life an meine 12V-Solaranlage angeschlossen.

Ich habe dann kurzerhand die alte aber vollgeladene Batterie in den e-up eingebaut und konnte damit sofort nach Hause an die Wallbox fahren. Die alte Batterie macht jetzt im e-up wieder unauffällig ihren Dienst.

[J-A-U]

Normalerweise sollte der Ladestrom aus Lebensdauergründen ein Zehntel der Kapazität des Akkus betragen, d.h. ein 40Ah-Akku sollte mit ca. 4 A nachgeladen werden.

Die Faustregel ist für Blei-Säure-Batterien nicht zutreffend. Höhere Ströme sind da durchaus gewollt, 1/5C ist normal und man kann bei Starterbatterien durchaus bis zu 1/2C ran ohne das sie Schaden nehmen.
Der Lader muss da auch nicht viel können. Bleibatterien sind dafür bekannt das der Innenwiderstand alleine als Ladestrombegrenzung hinkommt (solange die Ladeschlussspannung passt).

Der Ladestrom dürfte dann locker über 1C liegen.

"Dürfte" heißt wohl du hast den Strom nicht gemessen. Auf welcher technischen Basis fußt die Annahme das der Strom tatsächlich so hoch war?

[alter Falter]

Vielen Dank für euer Feedback.

Zunächst nochmal zur Verdeutlichung: Es spielt keine Rolle, wie hoch der Ladestand der Batterie zu Beginn der Ladung ist. Egal, ob voll oder leer, der DC/DC-Wandler hat so viel Power, dass die Spannungsbegrenzung (14,8V) unmittelbar nach Ladestart erreicht wird.

Wie hoch in etwa der Ladestrom sein muss, kann man am Display (aktueller Verbrauch) im Wagen ablesen, wenn Fahrbereitschaft hergestellt ist und das Fahrzeug steht. Dazu müssen alle Verbraucher ausgeschaltet sein (Sitzheizung, Klimatisierungsdisplay muss aus sein, Licht etc.), dabei auch bitte keine Bremse treten. Normalerweise werden dann 0,1 kW angezeigt, wenn die Batterie vollgeladen ist. Das ist der Grundstromverbrauch des Wagens. Ist die Batterie dagegen deutlich nachzuladen, werden 0,3 oder 0,4 kW angezeigt. Es fließt dann ein Ladestrom zwischen 200 und 300 Watt. Das sind ca. 4 bis 6 C!

Ich zitiere mal aus einer Seite von elektronikpraxis.de:

"Ist die sogenannte Schnellladung sinnvoll?

Der Begriff Schnellladung suggeriert, dass sich eine Batterie auch schneller als eben beschrieben laden lässt. Das funktioniert aber nur bedingt. Erhöht man den Ladestrom und lädt eine Batterie zum Beispiel mit 0,25 C anstelle von 0,1 C, so steigt die Spannung deutlich schneller an. 60 Prozent des Volumens sind dann nach kurzer Zeit erreicht.

Um die Batterie aber voll zu laden, braucht es die gleiche Zeit wie bei der Ladung mit 0,1 C. Steigern wie den Strom auf 0,5 C, steigt die Spannungskurve noch schneller an und 50 Prozent der zu ladenden Kapazität sind sehr schnell erreicht. Am Ende dauert es jedoch genauso lange wie in Fall 1 und 2, um die Batterie komplett zu laden.

Der steigende Ladestrom wirkt sich also nicht beschleunigend auf die vollständige Ladung der Batterie aus, hierfür werden immer mehr als 24 Stunden benötigt, sondern er führt nur zu einem schnelleren Erreichen einer bestimmten Ladekapazität. Dafür geht die Erhöhung des Ladestroms um mehr als 0,1 C im Bereitschaftsbetrieb aber zu Lasten der Lebensdauer der Batterie, denn der Prozess der Plattenkorrosion wird durch den erhöhten Ladestrom deutlich beschleunigt. Ein höherer Ladestrom ist also nicht zu empfehlen"

siehe auch https://www.elektronikpraxis.de/was-sie ... -a-665358/

[EUPHorst]

Wie kommst Du auf 4C bis 6C??
Der Akku hat glaub 32AH * 12V = 416 Wh

Daher sind 200 Watt etwa 0,5C.

Wobei die 200Watt auf HV gemessen werden, daher noch die DC DC Wandler Verluste abgehen.

[burgerman]

...
Wie hoch in etwa der Ladestrom sein muss, kann man am Display (aktueller Verbrauch) im Wagen ablesen, wenn Fahrbereitschaft hergestellt ist und das Fahrzeug steht.
...

Nein, das kannst du damit nicht. Das ist allenfalls ein extrem grobes Schätzeisen und taugt für deine weitreichende Interpretation - der Akku würde ungesund schnell geladen - nicht.

Eine Ladespannung alleine lässt auch keinen Rückschluss auf den fließenden Strom zu.

Du musst den Strom einfach mal messen (Stromzange). Alles andere ist Stochern im Nebel.

Sehr viel ungesünder für 12V-Bleiakkus als ein gelegentlich erhöhter Ladestrom ist ein tiefer oder auch nur ein längerfristig mittlerer Ladestand.
Grundregel für ein langes Leben ist, dass 12V-Akkus immer so voll wie möglich sein sollten.

[alter Falter]

sorry, hast Recht, war auch so gemeint, wie im Beitrag von elektronikpraxis 0,5 C. Der Wirkungsgrad des Wandlers ist natürlich schwer zu bestimmen, dürfte aber sicher über 80% liegen.

[alter Falter]

Nein, das kannst du damit nicht. Das ist allenfalls ein extrem grobes Schätzeisen und taugt für deine weitreichende Interpretation - der Akku würde ungesund schnell geladen - nicht.

dann erkläre bitte, welche(r) sonstige Verbraucher direkt nach Start im Spiel ist, wenn nicht der erhöhte Verbrauch des Wandlers.