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steffen-graap asked

Wodurch ist dieser Zellspannungsverlauf erklärbar?

Nachdem ich es endlich geschafft habe, das meine beiden BMS (123SmarBMS) die einzelnen Zellspannungen ihres Akkus an das GX und somit NodeRed melden, habe ich heute folgende Kurve erhalten.
verlauf-zellspannungen.png

In dem Moment wo die Balancing-Spannung (3,4V) erreicht wird, zeigt die blaue Zelle diese Spitze. Wodurch ist diese zu erklären?
Der Balancingstrom ist max 1A. Die Ladespannung wir vom BMS bestimmt und ist max 3,425V, wurde aber heute nicht vom BMS reduziert.
Da wo die Kurven abfallen wurden die Zusatzlasten (Warmwassererwärmung) eingeschaltet, welche so geregelt sind das es nicht mehr zur Volladung führt.
Ach ja es handelt sich um eine Inselanlage, welche nur über MPPT, also DC geladen wird.

zellspannung
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holger Bleckwehl avatar image holger Bleckwehl commented ·

Das Balancing dient ja genau dieser Sache.... einzelne Zellen haben eben kleinere oder größere Spannung.. nur... unter Last ist das nicht zu erkennen

Und während der Ausgleichphase werden diese Unterschiede ausgeglichen...

Unterschiede von bis zu ca. 20/30 mV sind auch normal

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steffen-graap avatar image steffen-graap holger Bleckwehl commented ·

Ist mir schon klar das das Balancing dafür da ist. Ich habe dem System ja auch schon die ganze letzte Woche zeit gegeben, sich zu balancieren, indem ich eben nicht zusätzliche Lasten aktiviert habe, wenn die Batterien voll sind. Die beiden Batterein sind ja auch gut ausbalanciet.
Ich denke nicht das der Peak und auch der vorzeitige Abfall ein Zeichen für eine Disbalance sind. Bei dem Peak würde ich ja noch zustimmen, aber das erklärt nicht den vorzeitigen Abfall der Kurve. Wenn die Zelle die vollste ist, dan ist sie das auch nach Wegfall der Ladung und kann nicht so schnell runter fallen.
Ich vermute ja eine fehlerhafte Messung auf Grund von Übergangswiederständen. Beim 123BMS sind ja die einzelnen Schaltungen direkt auf den Batteriepolen verbaut.
Aber dafür hätte ich gerne eine Bestätigung von jemand anderen, der vielleicht schon mal ein ähnliches verhalten hatte.

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holger Bleckwehl avatar image holger Bleckwehl steffen-graap commented ·

Nun der Abfall der Spannung findet deutlich VOR der Last statt... also wird ausgeglichen..

Und leider kann man nur schätzen wie groß die Differenz ist.... ist evtl. einfach eine gute Zelle, die halt 10 mV mehr hat als die anderen ;O)))

Und eine solche Differenz kann auch auftreten, obwohl man 24 Stunden vorher ausgeglichen hat .. kann ich bei mir auch sehen... manchmal nach 1 Woche noch kaum Differenz, und manchmal schon nach einem Tag.

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Meine_Energiewende answered ·

Ich würde mal die Übergangswiderstände an den Zellpolen kontrollieren. Hast Du beim Zusammenbau ggf nicht vorher mit Isopropanol gereinigt ? Es gibt Produktionsrückstände, die solches Verhalten ggf erklären können. Ansonsten hat Du da wohl eine schlechte Zelle erwischt.


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steffen-graap avatar image steffen-graap commented ·

Mit Isopropanol bestimmt nicht, vielleicht mit Spiritus.
Dann wer ich den Pack noch mal demontieren, dann kann ich auch gleich die Zellen noch mal einzeln die Widerstände prüfen.
Wo bekommt man son Isopropanol her? ist das vielleicht in Bremsenreiniger drin?

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steffen-graap answered ·

Heute hatte ich mal wieder genug Sonne, das die Batterien voll wurden, und das merkwürdige Verhalten zeigte sich erneutzellspannungen-2.png

Den Ganzen Tag über ist die blaue Zelle die mit der höchsten Spannung. Ab dem Moment wo das Balancing aktiv wird (da wo die ersten Kurven die 3,4V Marke berühren), und Wärme auf die Boards des BMS kommt, beginnt der Spuk. Die blaue Zelle wird auf ein mal zu der mit der geringsten Spannung. Ab da wo eine größere Last ins Spiel kommt (Klimaanlage eingeschaltet) und der Solarertrag nicht mehr ausreicht die Zellen voll zu halten, und die BMS-Module sich wieder abkühlen (auf einem anderem Diagramm sichtbar) kehrt sich das wieder um, und die blaue Zelle ist wieder die mit der höchsten Spannung.
Es scheint also so zu sein, das hier ein Problem bei Erwärmung der BMS-Bords besteht, was ggf. zu einem erhöhten Übergangswiderstand führt, welcher die Spannungen erklären könnte.
Ich werde also alsbald eine Wartung des Akkus durchführen müssen, und die Kontaktflächen der Zellen prüfen und reinigen. Mal schauen, ob das Verhalten danach auch noch ist.


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kampfkeks-mrz answered ·

Arbeiten BMS-Messung und Balancer über dieselbe dünne Strippe zur Zelle?

Wenn ja, hast du die Antwort bereits gefunden: Der Balancer wird aktiv (Zelle mit höchster Spannung) und die Balancer-Last auf dem Kabel verschiebt durch die Verluste den gemessenen Wert.


Und wir reden hier über vielleicht 20mV - nicht der Rede wert.

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steffen-graap answered ·

Wie schon oben geschrieben verwende ich ein 123SmartBMS. Dieses hat auf jeder Zelle ein Board am Pluspol. Der Minuspol ist über eine "Strippe" (ich verwende 1,5mm" mit einer Länge von 50mm) verbunden, worüber die Spannungsmessung und der 1A Balancingstrom geht.
Einerseits ist dieses Kabel nach Empfehlung des BMS Hersteller. Anderseits, sollte das ein Problem sein, würde das Verhalten nicht nur bei einer Zelle sein, sondern bei allen Zellen die Balanciert werden. Da das BMS erst 100% meldet, wenn alle Zellen die Balancingspannung erreicht haben, wird auch jede Zelle Balanciert, und müsste dieses Verhalten zeigen, wenn es dann an der "Strippe" liegen würde.
Bei den 5cm und 1,5mm² sprechen wir über einen Leitungswiderstand von ~1,5mOhm. Bei einem Stromfluss von 1A entspräche das einem Spannungsabfall von 1,5mV. Da die Auflösung der Spannungsmessung eh nur bei 5mV liegt wird man den Spannungsabfall gar nicht messen können.

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kampfkeks-mrz avatar image kampfkeks-mrz commented ·

Um den BMS-Typ gehts hier gar nicht, das was ich oben schrob, ist Physik... Fakt ist, Last (auch durch Balancing!) verursacht eine Spannungsänderung, sowohl der Zelle als auch als Verlust auf Kabel, Leiterbahn und was weiß ich allem. Wenn das BMS gut ist, schaltet es das Balancing zur Erkennung der Notwendigkeit des Balancen zum Messen der Zellspannung kurz ab. BMS (also das was dir da angezeigt wird) und Balancing sind da u.U. zwei paar Schuhe, die zwar in einem Karton sitzen, aber dir nicht alles verraten. Es könnte also sein, dass du diese "Messabschaltung" gar nicht zu sehen bekommst, und dir daher die Zellenspannung unter "Balancing-Belastung" angezeigt wird.

Das eine Zelle die Balancing-Spannung erreicht hat, heißt nicht automatisch, dass sie auch balanciert wird - dazu brauchts den Vergleich mit den anderen Zellen. Würde zu deinen Grafiken passen - die Zelle mit der höchsten Spannung wird eben runterbalanciert.


Ich würde das mal ganz in Ruhe aussitzen und abwarten... Ich vermute, da ist wirklich nur ein ganz normales Zellbalancing im Gange...

Und bei der Ladeendspannung finde ich tatsächlich diese minimale Abweichung der Zelle absolut unkritisch und würde das einfach ignorieren - aber das ist meine persönliche Meinung...

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steffen-graap avatar image steffen-graap kampfkeks-mrz commented ·

Natürlich muss man den BMS-Typ beachten, denn nicht alle BMS funktionieren gleich. Nur weil der Chinese immer den selben Aufbau verwendet, heißt das nicht das es der einzige Typ ist, es ist eben der Billigste.
Ich gebe den BMS-Hersteller nicht um sonst an. Bevor man irgendwelche Theorien über die Funktion des BMS aufstellt, sollte man sich mal anschauen, wie das jeweilige BMS funktioniert. Aber das scheint zu viel Mühe zu machen. Deshalb erkläre ich es noch mal ganz deutlich.

Das BMS besteht aus einzelnen Platinen, welche auf der jeweiligen Zelle (Pluspol) sitzen. Der Minuspol wird mit einem kurzen dicken (bei mir 1,5mm²) Kabel verbunden. Somit sind erst mal lange dünne Mess- und Balancingkabel ausgeschlossen, wie sie gerne bei China-BMS zu finden sind.
Eine Kommunikation zwischen den einzelnen Boards findet nur in eine Richtung statt (von "Begin-Board", über "Zwischen-Board" zu "End-Board". Im End-Board wird dann entsprechend der empfangenen Daten die Lade oder Entladekontakt (für Schütz) frei gegeben und die Daten ggf. nach außen kommuniziert (zu GX). Die einzelnen Board können sich gar nicht mitteilen, welche die vollste Zelle ist. Deshalb schaltet jedes Board für sich das Balancing ein, wenn die definierte Spannung erreicht ist. Wenn alle Board das erreichen der Balancingspannung gemeldet haben, wird der Akku auf voll (100%) gesetzt.

Daraus folgt, das eine Zelle welche eine Spannung über 3,4V anzeigt balanciert wird, und beim Unterschreiten von 3,4V eben nicht mehr balanciert (Das Balancieren kann man auch durch den Temperaturanstieg des jeweiligen Board erkennen).

Mich stört auch nicht das eine Zelle mal 50mV über den anderen ist, da hab ich schon größere Abweichungen gesehen. Sind ja auch keine Grade A(A), also dürfen sie auch mal Abweichungen haben. Aber ich habe die ganze letzte Woche das Zuschalten meines Heizstabes zur Verwendung des Überschuss deaktiviert, damit die Zellen mal die Möglichkeit haben sich zu balancieren. Und dabei dieses eigenartige Verhalten festgestellt, wovon ich überzeugt bin, das das kein normales Verhalten ist.

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holger Bleckwehl avatar image holger Bleckwehl steffen-graap commented ·

Ich verstehe auch irgendwie nicht, wo Du das "eigenartige Verhalten siehst"??

Das eine Zelle hat etwas mehr Spannung hat ... ich denke wir reden von 10 oder 20 mV.. Das ist doch normal... oder einfach eine Messtoleranz dieser kleinen Platine ??!!

Und Unterschiede können nach Balancing auch wieder auftreten.. bei mir manchmal schon am nächsten Tag ;O)))

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steffen-graap avatar image steffen-graap holger Bleckwehl commented ·

Das Problem sehe ich hier, bei der blauen Zelle.
detail-problem.png

In dem Moment wo sie über die obere graue Querlinie geht (3,4V) wird der Balancer der Zelle aktiviert. Bei der Spitze der blauen Linie gibt es einen kurzen Ladungseinbruch (vielleicht ne Wolke), denn alle Linien fallen leicht ab, um danach aber wieder zu steigen (Ladung wieder da). Einzig die blaue Linie verhält sich eigenartig. Man könne meinen, das der dauerhafte Abfall durch den Balancer erfolgt, dieser würde aber beim Unterschreiten der 3,4V wieder deaktiviert. Trotzdem fällt die Zelle weiter ab, und wird zur Zelle die am wenigsten Spannung hat, obwohl alle anderen Zellen steigen. Auch bei den anderen Zellen wird ja der Balancer über 3,4V aktiviert. Ganz am Ende unterschreiten dann aber alle Zellen wieder die blaue, da eine zusätzliche Last eingeschaltet wurde, welche eine weitere Aufladung verhindert.

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detail-problem.png (54.7 KiB)
kampfkeks-mrz avatar image kampfkeks-mrz steffen-graap commented ·

Naja, gut das ich in beim bloßen Angucken der BMS-Platinen sehe, dass da ein Kabel ist, zum Minus-Anschluss der jeweiligen Zelle... Physik und so...

Auf den Bildern der Platine sehe ich dann, dass ein ATMEL-µC verbaut ist, ich sehe aber keinen verbauten ADC. Die Annahme, dass zur Messung also der interne ADC des Atmels verwendet wird ist möglich - wie genau dessen Referenzspannung gehalten wird, weiß man nicht...

Das BMS verwendet offensichtlich ein Bus-System, mit dem die einzelnen Platinen (in welcher Form auch immer) kommunizieren - und das tun sie, sonst könntest du keine einzelnen Zellspannungen auslesen - immerhin ist ja die letzte Platine die einzige kommunikative nach extern. Wer da mit welchem Teilnehmer welche Informationen austauscht - keine Ahnung, für mich aber auch nicht mehr relevant.

An dieser Stelle habe ich aufgehört weiterzulesen und mir darüber Gedanken zu machen - die Diskussion hier führt an dieser Stelle offensichtlich zu nichts.

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steffen-graap avatar image steffen-graap kampfkeks-mrz commented ·

Danke für deinen Input.
Ich habe versucht darzustellen, das ich das Problem nicht in den Spannungsabfällen auf den Leitungen sehe. Daher hatte ich oben ja mal die Rechnung aufgestellt, was für ein Spannungsabfall auf dem kurzen Massekabel bei eingeschaltetem Balancer mit 1A überhaupt möglich ist, und das währen ~1,5mV.
Auch ist mir die Physik bekannt, da ich einerseits Kommunikationselektroniker gelernt habe, und seit über 25 Jahren in diesem Fach arbeite und Mikrokontroller programmiere. Früher die Atmels, heute STM32.
Du hast recht, auf den Boards sind Atmels verbaut. Diese haben alle eine 10bit ADC, können also 1024 unterschiedliche Werte auflösen. Wahrscheinlih wird die interne referenz des Chips verwendet, könnte aber auch ne externe seinDer kleinste Unterschied in der Zellspannung ist 5mV. Wenn man diese mit den 1024 multipliziert kommt man auf einem Messbereich von 5,1V, was ja auch wieder passt, um die meisten Zellchemien abzudecken.
Somit würde sich aber der Spannungsabfall auf dem Kabel von 1,5mV gar nicht zeigen, oder maximal um 1 Digit, also 5mV. Die Spannungsspitze ist aber ~50mV groß. Außerdem müsste sich dieses Verhalten denn ja auch bei den anderen Zellen zeigen, denn dort gehen die Spannungen ja auch über die Balancer-Auslöseschwelle von 3,4V.
Das die einzelnen Board bidirektional kommunizieren, dafür sehe ich keine Fakten. Ich nehme mal an das Begin-Board wird eine Datenframe erstellen wo für die Anzahl der auf dem Begin-Board konfigurierten Zellanzahl je ein Datensatz für jede Zelle platz ist. Jedes folgende Board wird dann den nächsten Datensatz mit seinen Daten füllen. Das End-Board wertete dann alles aus und sendet es zum GX. Daher behaupte ich, das die Board untereinander nicht wissen können was zu mindest die folgenden Board machen. Somit behaupte ich das das Balancing für jede Zelle eigenständig (bei überschreiten der auf dem Begin-Board konfigurierten Spannung) erfolgt, und nicht die höchste Zelle balanciert wird.

Aber du hast ja leider mit der Diskussion abgeschlossen, aber trotzdem Danke für deine Hilfe.

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kampfkeks-mrz avatar image kampfkeks-mrz steffen-graap commented ·

Okay, ich versuche es nochmal - ich möchte ja konstruktiv sein...

Ob die Boards bidirektional Daten schubsen spielt am Ende dann beim Weiterdenken auch keine Rolle - ich wollte nur sagen, es ist auf jeden Fall nicht mit einem "Boolschen"-Balancing-Aktiv getan, da passiert auf jeden Fall mehr.

Selbst wenn es so wäre wie du beschreibst, wäre das Verhalten dann in meinen Augen immernoch normal... Balancing an - Spannung der Zelle sinkt - so solls ja auch sein.

Wenn ich jetzt weiter denke, reden wir über den Spannungsbereich >3,4V. An dieser Stelle haben wir den sehr flachen Spannungskurvenbereich der Zelle bereits deutlich verlassen, diverse Diagramme die den Spannungs/SOC-Verlauf zeigen das ja sehr eindeutig... Wir reden also über den Bereich 97-100% SOC.

Wenn jetzt das BMS 1A Balancing-Strom (was ja wirklich erfreulich hoch ist) aus der Zelle zieht, wird also die Spannung SEHR schnell wieder fallen, weil die Spannungskurve da oben sehr steil ist.


Da in diesem Zustand (Die Batterie ist ja nahezu ganz voll) der gesamte Ladestrom der Batterie ja schon stark abgesunken sein wird, tritt der Effekt noch mehr zu Tage.

Beispiel:

Wenn ich mit 0,8A lade, wird die eine Zelle entladen, die anderen geladen. Entsprechend verhält sich die Spannung der einen Zelle. Da wäre der Effekt sehr stark zu sehen.

Bei nem Ladestrom von 100A würde das fehlende Ampere bei der einen Zelle vermutlich niemand auffallen, Hier würde ja dann die eine Zelle nur mit 99A geladen.


Von daher müsste man also IMHO noch zumindest den Gesamtladestrom in diese Betrachtung miteinbeziehen...


Ich hoffe du kannst mir folgen, daher finde ich das Verhalten tatsächlich völlig normal...

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steffen-graap avatar image steffen-graap kampfkeks-mrz commented ·

Ich verstehe was du meinst. Unter diesen Bedingungen (Ladestrom kleiner als Balancingstrom) könnte es schon sein, das sich das so darstellt.
Aber wie du schon sagst ohne den Ladestrom zu kennen ist da nur ne Vermutung.
Da ich morgen am WE den Akku schon auseinander nehmen möchte, denke ich nicht, das ich noch mal bis dahin ein Vollladung sehen werde. Aktuell ist die Sonne nicht zu sehen.
Aber Danke für dein Mitwirken.

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dognose answered ·

Ich würde die Zelle mal ans andere Ende des packs rücken und dann nochmal schauen.

Dann weißt du:

- Bleibt es bei der blauen Linie, liegt diese Linie am BMS-Port

-Zeigt plötzlich eine andere Farbe dieses Verhalten, dann arbeitet das BMS ok, und die bewegte Zelle ist eigenartig.

Dann kannst du auf dieser Grundlage gezielter nach einem möglichen Fehler suchen oder BMS bzw. Zelle tauschen, falls du das als nötig erachtest.

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Gute Idee, das könnte ich ja dann gleich mit erledigen, wenn der Pack in die Wartung/Überprüfung geht.
Allerdings mach ich mir davon nicht all zu sehr Hoffnung, da ich meine, es liegt nicht an dem BMS-Board, und zweitens ein Umbau eine Mögliche Fehlerursache (schlechter Kontakt zwischen BMS-Platine und Batteriepol (so wie es Jens von Meine_Energiewende ja schon angesprochen hat) beseitigen würde. Dann wäre das Problem möglicherweise weg, aber ich bin nicht schlauer, woran es denn lag. Aber vieleciht bleibt das Problem auch unverändert bestehen, was dann ein Zeichen dafür wäre, das das jeweilige BMS-Board ein Fehler hat.

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steffen-graap answered ·

Ich danke allen Beteiligten für ihre Mitarbeite für die Lösung des Problems. Mir scheint als wäre die Theorie ausreichend betrachtet, und jetzt kann nur die Praxis weitere Erkenntnisse liefern.
Ich werde, wenn es die Zeit und der Solarertrag zulässt, den Pack vom System trennen und ihn mal warten. Dabei werde ich alle Verbindungen trennen und reinigen. Auch werden die Zellen alle mit einem Ri-Messgerät durchmessen und sie nach einer definierten Reihenfolge tauschen, damit ich einen wandernden Fehler auch richtig zurück verfolgen kann.
Auch ein erneutes Top-Ballancing werde ich mit den Zellen durchführen, damit ich mit dem neu zusammengebauten Akku von einen bekannten Ausgangszustand ausgehen kann.
Ich werde nach Abschluss der Arbeiten berichten.

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steffen-graap answered ·

Hallo, ich wollte mal eine Rückmeldung geben. Gestern Abend hab ich die Wartung des Battteriepacks abgeschlossen. Neben einem Topballancing habe ich den Innenwiederstand geprüft, alles OK. Es wurden alle Pole und Anschlüsse gereinigt, und der Pack neu zusammengebaut.
Heute war dann die erste Vollladung des Packs, und das auffällige Verhalten ist nicht mehr vorhanden.
zellspannungen3.png

Hier mal der Spannungsverlauf der Zellen. Die blaue ist zwar immer noch am schnellsten voll, zeigt aber nicht mehr das vorzeitige Abfallen wie weiter oben zu sehen. Man sieht schön wie sie solange ballanct wird, bis die niedrigste Zelle (rot) die 3,4V erreicht, und somit das BMS voll meldet.
Der Grund dafür ist mir bei der Montage des Packs aufgefallen. Die BMS-Boards sind ja auf der positiven Seite direkt auf die Zellverbinder geschraubt, und auf der negativen Seite mit einen Kabel (1,5mm², ~5cm) an den negativen Pol mittels Ringöse angeschlossen. Auf der Paltine ist eine Steckklemme, ähnlich einer Vagoklemme. Kabel reinstecken, danach verankert es sich selbst.
Bei der auffälligen Zelle, war dieses Kabel nicht "eingerastet", bei der BMS-Board demontage ist das Kabel einfach raus gerutscht. es lag also nur an. Ich denke, wenn der Balancer aktiv wurde und den 1A Strom fleißen ließ, hat sich das Kabel erwärmt/oder schlechteren Kontakt erzeugt, wodurch der Abfall der Spannung entstand. Somit hatte @kampfkeks_mrz in gewisser Weise mit seiner obigen Theorie recht, auch wenn er es anders gemeint hat.
Somit wurde die Zelle wahrscheinlich mehr geladen als die anderen, da das Balancing an dieser Zelle wohl nicht richtig funktionierte. Daher zeigt sie wohl immer noch das vorzeitige Vollverhalten. Ich hoffe das wird über die Zeit verschwinden.


zellspannungen3.png (31.7 KiB)
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