Onderwerp: Klein LiFePO4 charging dilemma

Mijn GBS cellen (2P4S) zijn behoorlijk out of balance. Als ik bij laden binnen een SOC blijf van 80% (cell Voltage ong. 3.38) is alles kosher met spanningsverschil niet meer dan 2mV, maar als ik door laat laden, lopen de Voltages snel uiteen. Na een paar minuten met 15A laden, schieten 2 cell-paren naar 3.5 en nog geen minuut later gaat 1 daarvan al snel naar 3.7V. Zelfs als ik een conservatief max totaal laadspanning van 13.8 instel in mijn charge controller betekent dit dat 2 cell-paren al snel over laden worden.

Ik denk dat de onbalans is ontstaan door over een te lange periode te conservatief cyclen binnen een band van 20-80% SOC. De GBS cellen waren (naar zeggen) gebalanceerd bij levering, en ik heb nooit een initiele top-balance uitgevoerd.

Wat mij trouwens opvalt zijn 2 dingen:
1. De stijging van de cell spanning boven 3.37V naar 3.65-3.7V is veel steiler dan in de meeste hierover bestaande grafiekjes wordt weergegeven.
2. Bij stoppen van het laden loopt de cell spanning erg snel terug, afhankelijk van hoe hoog die is opgelopen. Het cell-paar met spanning van 3.7 loopt al gauw terug naar 3.5V en de andere naar 3.42-3.43. Tot nu toe laat ik de charge controller stoppen met laden bij bereiken van de max laad spanning, dus geen absorptie periode.

Dit alles betekent dat mijn active balancer niet de tijd krijgt om zijn werk te doen. Deze start bij een spanningsverschil van 0.1V en blijft weliswaar aktief tot het verschil tot 30mV is afgenomen, maar door de V-drop bij stoppen van het laden en de sterk kleiner wordende verschillen tussen cell-paren neemt de balance stroom al gauw af. Na een uur of zo heb ik de cell-paren wel gelijk op 3.45V, maar als ik nu weer ga laden herhaalt het bovenstaande zich.

De individuele cell shunt balancers van evpower brengen evenmin soelaas, want die beginnen pas te werken bij 3.5V en de stroom is maar .9A max. Ik heb hierover contact gehad met evpower en alles wat zij daarover te zeggen hadden was dat deze balancers de cellen balanced houden wanneer zij van te voren al balanced zijn. (natuurlijk moet je dan wel steeds tot boven 3.5V oftwel 95% SOC laden, wat ook niet wenselijk is). Bij on-balans zijn er "een aantal" laad-ontlaad cycles nodig om balans te herstellen. Ik denk dat dit aantal wel eens erg groot zou kunnen zijn en door de beperkte balans-stroom blijf je de situatie houden dat de balancers het niet kunen bijhouden en er 1 of meerdere cellen over laden worden.

Een BMS geeft ook geen oplossing, want die koppelt de lader af wanneer een cell 3.65V bereikt (dat moet ik al helemaal niet hebben) en ook de balancers van BMSen hebben een beperkte balans stroom.

Ik overweeg nu om toch maar een absorptie periode in te stellen om de balancer gelegenheid te geven sneller (wat langer) te werken. Ik heb een ook een andere active balancer besteld die volgens specs 3-7A laat lopen.
Ik zal ook een top-balance doen door alle cellen parallel te zetten en dan met 3.6V laden, maar dat is een pain.

Iemand nog andere goed ideeen?

Groet, Walt

Een paar minuten na laden is gestopt:

Balanceren! Als je dat niet handmatig wilt/kan doen, dan zouden de balancers het ook moeten kunnen, mits ze de tijd krijgen.

Je kan een lab-voeding proberen, en dan het liefst eentje met instelbare stroombegrenzing. De stroombegrenzing instellen op wat je balancers aankunnen, en je spanning instellen op bv 4*3.65=14.6V

Of met bv een gloeilamp handmatig kortstondig de hoogste cellen belasten met een paar Amps. Dit werkt ook het lekkerst als je met een kleine (labvoeding) laadstroom laadt. Eigenlijk doe je dan handmatig wat de balancers ook doen, maar met een grotere stroom.

PS Als je de stroomsterkte niet kan regelen, helpt een kleine serie weerstand achter je lader ook. Je lader dan bv instellen op 14.6V en een weerstand van 1 Ohm geeft dan bij een accuspanning van 13.8V nog een laadstroom van 0.8A

Ja natuurlijk balanceren, ik doe niet anders. Maar zo simpel is het helaas niet. Om de grote verschillen op te heffen heb ik inderdaad de te hoge cell-paren met een 1Ohm 100W weerstand voor een tijdje “kortgesloten” en ook de lage individueel geladen tot 3.6V met lab voeding. Door dit herhaaldelijk te doen zal ik er uiteindelijk wel komen, maar mijn punt is dat automatisch balanceren bijna onmogelijk is door het snel inzakken van de spanning als de max laadspanning is bereikt. Als ik met 14.6V zou laden, gaat de celspanning van 1 of 2 gegarandeerd door het plafond. Ook wil ik niet elke keer tot 3.65V cell spanning behoeven te laden om de balancer te activeren. Waar ik erg benieuwd naar ben is of anderen ook de steile V-toename van 3.38 naar 3.7 hebben waargenomen en ook het snelle inzakken bij stoppen van laden bij 3.65V. Toch maar absorptie periode?

Ik zou ze individueel topbalancen en laden tot 3,5V (of 3,65V of whatever) Daarna parallel zetten met een labvoeding op 3,5V. En dan wachten tot het laden helemaal tot 0 ampere is teruggelopen.

Daarnaast zou ik de set ook minder ver laden, gewoon tot 13,6V. Zodra je in de curve zit is het idd moeilijk uitschieters controleren, daarnaast schiet het qua extra lading ook niet echt op.

WaltB schreef :
Precies hetzelfde gedrag. Na 3,4V loopt de spanning heel snel op en als je de cellen dan weer tot rust laat komen zakt eigenlijk de Voltage in rust altijd weer terug naar 3,3-3,35V.

@Only Fools Dat eerste was ik inderdaad van plan, zoals ik schreef. Daarna slechts laden tot eindspanning 13.6 (cell 3.4) betekent dat de balancer nooit wordt geaktiveerd en ik verwacht na een tijdje dezelfde on-balans als nu bij hogere cell voltages en daardoor ook het risico van sterk over laden. Tot 3.4 cell spanning is balans ook nu perfect met maar 2mV verschil. Nog steeds een klein dilemma dus.

Only Fools Rush in schreef :
Ik ben blij dat te horen, ik ben dus niet de enige. Vind je het ook niet gek dat alle grafiekjes een minder dramatische stijging vertonen?

Ik heb even de instellingen van Electrodakus opgezocht:

end of charge: 3,53V
balance min: 3.20V
balance max: 3.55V

de max balance stroom is 200mA, min 11mA

Hij geeft aan dat dit de juiste instelling is voor vrijwel alle configuraties. De mijne (4*190aH) kwam vanzelf na een aantal cycli in balans, zodanig dat pas de balansstroom de laatste paar minuten begon op te lopen.
Zoals ik jouw verhaal lees, begin je pas bij 3.50V te balanceren. Dat is idd heel laat; dat lukt het waarschijnlijk niet meer.

Verder geeft Electrodakus aan dat het geen enkel probleem is de accu naar max te laden. Dat zou geen problemen in levensduur geven. Dat is dus niet hetzelfde als de accu continu op max spanning houden!
Na een aantal laadcycli balanceert het systeem dus vanzelf uit en hoef je niet vooraf te balanceren.
Dat is precies zoals het bij mij werkt.

Als je de gewenste laadspanning bereikt moet je het laadvermogen omlaag brengen.
Hoe groot zijn je cellen?
Bijvoorbeeld als je met 1C laad is hij misschien bij 3.55V vol, bij 1.5C misschien pas bij 3.65V

Oh ja en inderdaad individueel balanceren, ik verwacht een onbalans binnen de paren!
Onbalans binnen paren en nog erger binnen clusters wordt zwaar onderschat, naar mijn mening is dit de grootste oorzaak van problemen met lithium packs.

Ce est parti schreef :
Die instellingen lijken reeel en veilig, maar cellen kunnen door Electrodakus bewaakt en gebalanceerd worden, maar cellen worden niet individueel geladen, dus wat die eindspanning laden van 3.52V betekent is niet duidelijk.
Mijn balancer wordt geactiveerd bij 0.1V verschil en begint met balansstroom van 1A en loopt dan uiteraard terug.Dat verschil treedt allen op bij spanningen boven 3.4. De evpower shunt balancers beginnen bij 3.5V. Beide soorten balancers worden “ingehaald” bij 4S laadspanning van meer dan 13.8V. Inderdaad zal na een aantal cycli (heel langzaam) balans worden bereikt, maar voor het zover is kan over charging plaatsvinden. Mee eens dat laden tot 100% SOC op zich niet schadelijk is. Die 200mA balancing stroom van Electrodakus (en andere BMSen) lijkt mij erg weinig. Ik heb juist een balancer besteld die met 3-7A kan balancen om het aantal cycli waarin cell balans wordt bereikt (hopelijk) kleiner wordt.

WaltB schreef :
Kun je een voorbeeld van zo’n grafiekje posten ?

Zeilprutser schreef : Kan je dit wat meer uitleggen? Want ik snap je niet , denk ik.

Om het balanceren een beetje te helpen heb je al een weerstand aan de hoge cellen aangesloten. Deed je dit tijdens het laden? Wat zijn daar de resultaten van? Gingen de cellen alsnog door hun spanningsplafond?

Anders is dit toch de manier om versneld het setje weer in de pas te krijgen? Je bent hiermee gestopt?

Als het eenmaal weer een beetje bij elkaar zit en gelijk opgaat de labvoeding eraan op CC 0.9Aa en de balancer rustig het klusje af laten maken.

@Walt

ik heb mijn GBS cellen de eerste keer ook niet gebalanceerd maar liet dit doen door de EV power australia boordjes (balanceren vanaf 3.5v met 2A) maar ik heb ze maar 1 jaar gehad voordat we de boot verkochten , mijn GBS cellen gingen pas bij 13.9v snel naar de 14.2v en zo'n snelle stijging als die jij ziet heb ik nog niet meegemaakt en mijn gemiddelde laadstroom was 50A (op 600Ah akku) dus rond de 0.1C

wat je zou kunnen proberen is eerst tot 5% Soc leeg halen en de cellen meten , dan zie je gelijk of de 2 'hoge' cellen ook langer en hoger voltage houden en dus 'voller' zijn dan de anderen , dan per stuk met een lab voeding tot 3.6v laden en wachten tot er geen stroom meer loopt

dan allemaal parallel en dan tot 3.65v laden en wachten tot er echt geen stroom meer loopt, allemaal los halen en kijken waar de rust spanning ligt (boven de 3.5v ?) als er cellen achterblijven kun je deze per stuk nog een beetje bijladen totdat alle rust spanningen gelijk zijn boven de 3.5v

WaltB schreef :
De end of charge op 3.52V is de afschakel spanning van de laadbus. De laadbus is, in mijn geval, zonnepanelen, dynamo (via DC/DC) en/of acculader. Maw, bij bereiken van die waarde schakelen alle laders uit.
Het inschakelen gaat op een andere spanning of op een ingesteld percentage SOC.
Het lijkt mij toch dat er te laat wordt begonnen met balanceren. Of je laad met zo'n hoge stroom dat je daarom te weinig tijd hebt om te balanceren.
Kan je niet met een hele lage stroom net boven de 3.5V/cel het laatste stuk laden? Dan zou alle stroom naar het balanceren gaan.

roozeboos schreef :
Sorry de onbalans door capaciteitsverschil binnen een paar of cluster had er moeten staan.
praktijkvoorbeeld: zeilersforum.nl/index.php/foru...bms?start=50#1254262

Nogmaals sorry zit met mijn kop in een ander project, balanceren lost dit probleem niet op natuurlijk....

Bedankt voor de diverse suggesties. Heeft goed geholpen bij het overdenken van de mogelijkheden. Voor alle duidelijkheid: De cell-balans handmatig herstellen lukt me wel, maar waar het me vooral om gaat is om dit in de toekomst te voorkomen, maw regelmatig automatisch de cellen te balanceren zonder dat overcharging van individuele cellen plaatsvindt. Ik heb daar nu een oplossing voor, maar daarover zometeen.

In feite gaat het erom dat chargers in het algemeen (in mijn geval de Wally100 alternator charge controller, eerder op het ZF beschreven) geen weet hebben van individuele cell spanningen en dat bij laden in de "gevaren zone" boven de 13.6V (cell spanning 3.4V) de cell voltages bij onbalans sterk uiteen kunnen lopen. Active balancers (inclusief die van een BMS) proberen die onbalans op het heffen, maar door de beperkte balans stroom gaat dat te langzaam en kan de max cell spanning van 1 of meer cellen overschreden worden.
Bij aanwezigheid van een BMS zal dan de laadstroom worden afgesloten en weer geopend worden wanneer de accuspanning tot een bepaald niveau is gezakt. Op die manier heeft de BMS een (onmisbare) regelfunktie gekregen, niet alleen de beschermfunktie waarvoor hij is bedoeld. In mijn geval kan ik dit onderbreken van de laad stroom helemaal niet hebben, omdat ik rechtstreeks van de alternator laad en graag de diodes heel wil houden.

De obvieuze oplossing is om boven de 13.6V (cell 3.4V, voor de "knik") de laadstroom te knijpen en met een kleine laadstroom verder te laden, om de balancer ruimte te geven zijn werk te doen. Hoeveel te knijpen is dan de vraag, want dit is sterk afhankelijk van de balans stroom die de balancer kan leveren. Er zou dus een afstemming van de lader op de active balancer moeten bestaan. Naar mijn weten zijn er geen laders of solar controllers waarbij dit het geval is, maar dat kan ik mis hebben.

Mijn voorlopige oplossing is om eerst uit te vinden wat een veilige laadstroom (boven 13.6V) is om de balancer zijn werk te kunnen laten doen. Dat doe ik met de eenvoudige handmatige charge controller die ik ook als backup gebruik (zie PDF). Dan een kleine software wijziging in de charge controller om bij 13.6V de laadstroom terug te draaien naar die veilige waarde.
De toekomstige mooie oplossing: extra Voltage sensoren voor de alternator charge controller aanbrengen om individuele cell spanningen te meten en op basis hiervan een regeling maken. De MCU heeft nog genoeg extra I/O poorten hiervoor.
Een simpele goedkope methode zou ook nog kunnen zijn om 4 V-switches in serie te gebruiken die de alternator veldstroom onderbreken als een cell boven de 3.6V uit komt.
Dat is sowieso een goede extra beveiliging, ook bij een BMS, om falen van deze niet catastrofaal te doen zijn. Maar ik dwaal nu af.

Voor degenen die de simpele charge controller (zie PDF) willen gebruiken: De V-switch standaard instellen op 13.6V en om regelmatig te balancen dit wijzigen naar 14.0V, power off, potentiometer terugdraaien om PWM duty cycle 0 te maken, power on en dan langzaam met potmeter de PWM duty cycle omhoog brengen terwijl je de cell spanningen in de gaten houdt. Of hetzelfde met een rheostat.

@zeilprutser - Inderdaad bij bereiken max laadspanning de laadstroom terugbrengen of stoppen, maar het blijkt noodzakelijk te zijn om dat al veel eerder te doen (zie boven)
@ nobody - Erstaat zo'n grafiekje in bijgevoegde pdf.
@BenK - Inderdaad tijdens laden weerstand aangesloten op cellen met hoogste V, maar het is moeilijk te bepalen wanneer hiermee te stoppen. Toch wel de grote verschillen zo weggewerkt.
@ReneK - Met de werkwijze zoals je beschrijft ben ik het eens, maar het parallel schakelen van de cellen op de boot is lastig bij GBS omdat er per 4 cellen rvs strips omheen zitten die als je ze los haalt erg moeilijk weer terug te plaatsen zijn. Vandaar een pain in the a... Ik heb nu lugs met 4 gaatjes gemaakt om de de cellen van de 2P4S met kabels kruislings parallel te verbinden. Ik doe dat in de toekomst liever niet opnieuw.
Mijn oplossing is nu een combinatie van dingen: Balancers met grote balance stroom, bij bereiken van 13.6V de laadstroom door de Wally100 sterk terugbrengen en ook een korte absorption periode (say 10mins) om de cellen op bijv. 3.55V te houden voor het balancen.
@ce est parti - Je hebt gelijk, maar balanceren beginnen op cellspanning 3.2V zoals bij Electrodakus heeft weinig zin, omdat er tot 3.4V geen spanningsverschillen zijn. De electrodakus heeft door bij 3.53V al de laders los te koppelen een regelfunktie, niet alleen accu bescherming. Prima als dat bij jou goed werkt, maar bij grote onbalans met 200mV te balanceren zal vele cycli vergen lijkt mij.

Groeten, Walt

WaltB schreef :
Je kunt met je kastje uit je eerste post de celspanningen in de gaten houden toch? Met de reostaat afregelen tijdens het laden. Als ze dan weer in de buurt van elkaar zijn kan de balancer het overnemen, tenzij de cellen bijvoorbeeld in mindere conditie zijn.

Bedankt voor de heldere how-to bijgevoegd!

Dank voor de heldere uitleg van wat er mis gaat, want daar leer je nog meer van dan alleen de verhalen over hoe het goed moet.

Ik ben ook met de alternator regeling bezig en kan deze ook niet aan de accu breken want dan gaat de regulator stuk. Bij mij is dit mijn enige back-up. Los van verdere details: oplossing: relais tussen de alternator en de regulator (bij jou de diodes). Aanschakelen NA motor UIT. Afschakelen op High-V en High-T (alternator, regulator of battery).
Straks meten hoe snel dit gebeurd en zonodig ga ik de stroom knijpen om het warm worden uit te stellen.

Als jouw diodes geschikt zijn om ook AAN te schakelen is dit beter.
Aan de DC kant kan je een kleine DC/DC overwegen die je bij “bijna High-V” inschakelt (break relais in de by-pass).

Ik heb ook lang nagedacht over (initial) top balancing, yearly top balancing en balancing board.
Had net gekozen voor initial en board omdat ik na wegwerken slecht bij de cellen kan. Na jouw verhaal ga ik een 8 naar 5 draad naar de cellen en naar buiten brengen met 4-cell-laad stekkers om iedere cel na vol laden jaarlijks extra te kunnen top laden met een 3,6V/20A GWL celllader (zonder dus de serie bars los te maken) en hoop daarmee het jaarlijks topladen (en vanwege dezelfde lader dan naar verwachting ook gebalanceerd) makkelijk te maken.

Dit zou je ook kunnen doen met 4 laders en met 4 relais zou je dit obv cellspanning na enige rusttijd kunnen automatiseren. Dat zou dan een top-balancing-automaat zijn. Dit laatste ga ik niet doen.
Ik beperk me tot een extra draadje uit de accubak.

Booty24,
Het is me niet helemaal duidelijk wat je beoogt met de alternator, maar dat zal wel aan mij liggen.

V.w.b. het naar buiten brengen van verbindingen met de cellen, dat is een goed idee dat ik ook overweeg als het nodig blijkt dat ik cellen in de toekomst ook individueel moet laden om te balancen. Verder ook makkelijk voor aansluiting van een cell monitor en/of active balancer.

Groet, Walt

Vandaag nog aardig wat getest met LFP accu's en ik heb een paar voorlopige conclusies getrokken.
Ik ben me sterk gaan afvragen waar ik me druk over heb gemaakt. Ik krijg de indruk dat als je bij cell spanning van 3.4V (totaal 13.6V als gesensed door de laadcontroller) al heel kleine of geen verschillen tussen de cellen hebt er maar weinig mis is met de balans. De reden dat ik dat denk is dat bij hoger opvoeren van de laadspanning weliswaar flinke uitschieters waarneembaar zijn zoals 1 cell op 3.65V en een ander op 3.5V, maar dit gebeurt in zo'n korte tijd, dat dit nauwelijks wijst op significante verschillen in cell-SOC. Bovendien verdwijnen de verschillen ook grotendeels als het laden stopt en de accus tot rust komen.

Wat dit m.i. betekent is dat krampachtig cell V verschillen proberen weg te werken bij 14.4V laadspanning (3.6V cell) niet zoveel zin heeft. Als ik me niet vergis zegt ons gewaardeerd ZF lid Peper in een van zijn posten dit ook.

Tot dusver heb ik met mijn alternator laad controller altijd geladen met niet meer dan 0.3C en binnen het maximum amperage (instelbaar) dat voor het betreffende alternator toerental geldt om warmteontwikkeling te beperken. Bij bereiken van de eind laadspanning wordt het laden domweg gestopt.
Dat werkt allemaal prima, maar wat ik nu geleerd heb is dat als je toch de eindspanning hoger instelt, je boven 13.8V de laadstroom sterk en progressief moet knijpen om die cell spanning uitschieters te vermijden. Je kunt dat niet aan de totaal spanning zien. Die kan netjes bijv. 13.9V zijn terwijl de spanning van 1 of meer cellen al door het plafond gaat.
De interne weerstand van de LFP accu neemt onvoldoende toe om de laadstroom natuurlijk te beperken, zoals bij lead-acid.

Ik vermoed dat dit veel vaker voorkomt dan we ons bewust zijn. Een BMS zal dan de lader afkoppelen maar dat wil ik niet.

Zelfs bij lage laadstroom (in mijn test 5A) blijft de spanning behoorlijk steil stijgen maar verschillen kunnen iets makkelijker worden weggewerkt door de active balancer. Ik heb deze balancer besteld om dat sneller te laten gebeuren, maar ik vraag me nu af of dat wel nodig is.

Een software wijziging gemaakt in mijn charge controller om bij hoger dan 13.7V de laadstroom sterk te reduceren.

Groet, Walt

tijdens laden:



na uur rust:

Blijven de cellen in balans bij ontladen? Wat bepaalt wanneer er afgeschakeld wordt, pakketspanning?

Mooie illustratie waarom actief balanceren bij LiFePo4 niet goed werkt.

Een goede balancer absorbeert alle laadstroom voor de te balanceren cel, zodat de rest de tij krijgt om bij te laden. Dat is normaal maar héél kort, want de onbalans die een cyclus geeft is maar héél klein. Ik denk dat ik max 3-4x per jaar naar 100SOC laadt, en dan gaan de balancers nooit langer dan een minuut of twee aan het werk.

In jouw geval is de onbalans door het niet pre-balanceren en het gebrekkig werken van je balanceeroplossing nu te hoog opgelopen en zal je moeten balanceren zoals beschreven.

Daarna héél snel die active balancer rommel van boord doen en er gewoon 4 EV-power balancerboardjes op knopen.