Embedded Files
1 Rusten
1 Rusten
Wanneer je de batterij ontvangt en het betreft grote prismatic cellen (>50Ah), laat deze dan eerst een dagje “recht staan”. Ondanks het bijna ontbreken van elektrolyt kan zulk een batterij best “verticaal” gebruikt worden. De cilindrische cellen hebben hiervan geen last.
In onze testen maken we gebruik van goedkope cellen die we echt aan de tand gaan voelen. De capaciteit is beperkt om ongevallen te vermijden. Sommige testen zijn nadien herhaald met de uiteindelijke batterijcellen, echter zonder de safety marges te overschrijden.
2 Nameten
2 Nameten
Meet alle cellen na, normaal worden deze uitgeleverd in een “half geladen toestand”, wat neerkomt op ongeveer 3,3V.
3 Reinigen
3 Reinigen
Reinig de aansluitklemmen en plaatjes, daar oxidatie tijdens het transport kan zorgen voor slechte contacten.
4 Eerste lading - top balanceren
4 Eerste lading - top balanceren
Alvorens de cellen als een batterij aan elkaar gekoppeld worden moeten deze “gebalanceerd” worden, dit wil zeggen dat we alle cellen dezelfde lading geven.
Dit is zeer belangrijk en deze stap mag nooit overgeslagen worden.
Dit is een eenmalig proces, dat slechts in noodgeval herhaald moet worden (zie later).
Je kan dit doen “cel-per-cel” of je kan de cellen parallel schakelen.
Het balanceren is een traag proces en kan meerdere dagen duren.
In het volgende voorbeeld heb ik het proces uitgevoerd met 2 cellen en dit tweemaal herhaald, als proef.
Echter het wordt sterk aangeraden om de initiële balancering van een batterijpak uit te voeren met alle cellen parallel.
Hiervoor heb je een CC-CV voeding nodig met precieze spanning instelling.
Ik gebruik een PeakTech 6226, 10A regelbare voeding, een onmisbaar onderdeel.
De aanschaf van deze voeding is niet “verloren”, omdat je ze ook nadien kan hergebruiken als “lader/voeding” via de solar-charger.
- Schakel alle cellen “parallel”, indien de spanning ongeveer gelijk is. Zoniet is het aan te raden eerst de cellen één voor één op een bepaalde spanning te brengen. Dit kan het beste door ze verder te ontladen tot de laagste spanning van één van de cellen.
- Stel de voeding in op CV = 3,45V.
- Stel de stroombegrenzing in op een richtwaarde van ⅕ C maximaal(standard charge current=0,2C), de waarde die wordt opgegeven door de fabrikant en als veiligheidsmarge wordt gebruikt, vooral omdat je deze opstelling “onbewaakt” zal achterlaten.
In dit voorbeeld heb ik twee 10Ah cellen parallel geschakeld en een voltmeter voorzien die de spanning op de cel-klemmen meet.
- De stroombegrenzing mag ik instellen op 4A (2 cellen, die elk 2A of 0,2C mogen hebben).
Je merkt dat de laadstroom zelfs de 1/20C limiet niet bereikt.
- Bij het inschakelen van de uitgang van de voeding bedroeg de stroom 793mA.
- De spanningsval over de draden was in ons geval 0,15V.
Het gebruik van dikker aansluitdraden zou dit verschil verkleinen, maar “geduld” is hier de regel.
Laat de cellen rustig laden, ook al duurt dit een eeuwigheid! (tot 48h)
Je zal zien dat de stroom stilaan daalt en de spanning toeneemt, totdat we het punt bereiken waarop de batterijspanning gelijk is aan 3,45V en de stroom nagenoeg 0A is.
Stel nu de spanning in op 3,60V maar bewaak zeer goed de spanning op de cellen, die nu zeer snel zal toenemen.
Wanneer de celspanning de waarde 3,60V bereikt en de laadstroom is gedaald tot <1/100C, schakel je de voedingsuitgang af.
In ons geval met twee cellen van 10Ah parallel, is dit een stroom van < 100mA.
- Wanneer de spanning zakt onder de 3.50V herhaal je kortstondig het laden tot 3.6V. Je zal merken dat na een aantal maal(tot 10 maal), de stroomsterkte zeer snel daalt na het inschakelen van de voeding. Dit geeft aan dat de batterij bijna zijn volle lading heeft bereikt.
- Na een uur zonder laden zou de spanning nog steeds boven 3,50V moeten zijn, wat aangeeft dat de batterij tot 100% geladen is (3,47V is de “veilige marge” voor grote batterijen)
Heb je deze top-balancering met alle cellen gedaan, dan kan de batterij samengebouwd worden
Deze top balacing doe je dus met alle cellen van een battrij parallel, waarna je na afgeschakelde voeding een spanning over houd van >3,50V.
Bouw nu de cellen samen.
Ik heb gebruik gemaakt van oog-kabelschoenen en volle koperkern, waardoor alles “soldeerbaar” wordt. Dit maakt het handig om nadien allerhande testdraden te verbinden.
De controle van de spanning geeft aan dat we de 13.6V, wat zowat de rustspanning van een volle LFP batterij is.
5 Eerste lading - passief balancing
5 Eerste lading - passief balancing
Wanneer je de individuele cellen zal nameten, zal je merken dat de cellen toch nog lichtjes afwijken van elkaar. Dit is niet te vermijden. De inwendige weerstand van iedere batterij cel is verschillend, waardoor dit fenomeen ontstaat.
Om dit laatste restje verschil weg te werken, maken we gebruik van een passieve balanceer methode, dus zonder dat er een voeding wordt aangesloten
- Maak de batterij los van de voeding/lader.
- Op onze klemmen hebben we reeds de draden voorzien voor een BMS en monitor systeem, beginnende met de - pool en een verbinding tussen alle cellen, tot aan de + pool.
- Op deze verbinding kunnen we nu een batterij monitor-systeem aansluiten, zoals dit van ISDT BattGo BG-8S. Het ISDT systeem onttrekt zijn energie van de hoogste celspanning, zijnde de + pool, waardoor alle cellen gelijk belast worden.
Dit kleinood wordt gebruikt in de modelbouw, maar kan ook voor ons zijn dienst bewijzen. Het kent heel wat mogelijkheden, waaronder de USB charge, zodat je ook je GSM kan opladen alsook allerhande alarminstellingen en een balanceer modus. Stel het batterijtype in op LiFePo4 en Low voltage alarm op 3.10V alvorens verder te gaan.
Door de ingebouwde “Auto Cells balancing” kunnen we nu de cellen verder perfect passief balanceren.
Dit gebeurt best met een spanning die hoger is dan 13.6V, de nominale spanning van de cellen in rust en bij een lading van >95% SOC.
Indien je dit probeert met een deels geladen batterij, zal door het minimale verschil in open celspanning spannings(OCV) tussen een SOC van 80% en 20% geen correcte balancering kunnen gebeuren.
Start de “Cells Balance” op
Je zal zien dat de afwijkende waardes stilaan tot elkaar komen.
Bij het einde van de balancering, hoor je een beepje.
De balanceer functie van de ISDN is maar 70mA.
Door “manueel” de cel met de meeste spanning telkens een beetje te belasten met een 20W/12V (ongeveer 1A op 3,6V) hallogeen lampje, kan je dit proces versnellen.
Merk je na wat jaren gebruik een onbalans op, dan kan je deze methode ook tijdens het laden (absorptie fase) manueel herhalen om de cellen terug in balans te brengen.
Bij LiFePo4 cellen is de waarde van SOC (State of Charge, hier 91%) met een korrel zout te nemen. Laat je niet verleiden tot “SOC” toestelletjes voor LFP batterijen, want de hoeveelheid energie die in de batterij zit, is niet eenvoudig uit de spanning af te leiden door de vlakke ontlaadcurve en zou moeten gemeten worden door een Wh meter in laden/ontladen om correct te zijn.
6 Toplading batterij
6 Toplading batterij
De batterij is nu samen gebouwd en klaar voor gebruik zonder BMS/PCB of balancing boards om verdere metingen en testen te kunnen uitvoeren.
Denk eraan, zonder BMS of PCB (BMS zonder balancering) is er geen “hoofdzekering” ter beveiliging van fouten.
De conditie van je batterij en het binnen de marges gebruiken van je systeem doe je best met “extra” hulpmiddelen en beveiligingen, niet met je hoofdautomaat!
Het top-laden van je batterij, kan gebeuren door de spanning op te voeren tot 14.2V. Dit is een veilige marge en ook de spanning die nadien in de charger wordt gebruikt. Het aanleggen van deze spanning, doe je eveneens met een stroombeperking tot maximaal 1/2C, wat voor onze test op 5A neerkomt. Dit is tevens de setting voor “quick-charge” en kan je nadien gebruiken om binnen korte tijd je batterij op te laden.
- Wanneer de stroom gezakt is onder 1/100C, dan is de batterij opgeladen en kan je de eerste ontlading starten.
- Op dit punt nog een extra “balancering” gaan doen, is niet zinvol, daar de batterijen op deze lading allemaal lichtjes gaan verschillen in spanning. Laat de batterij even rusten en je zal zien dat de spanningen van alle cellen naar elkaar toekomen met een batterijspanning van ongeveer 13,6V, de nominale - float spanning, die ook in de lader zal geprogrammeerd zijn.
7 Eerste ontlading - batterijbewaking
7 Eerste ontlading - batterijbewaking
- Nu de batterij geladen en gebalanceerd is, gaan we de batterij “ontladen” om nadien de celspanning te kunnen controleren.
Waar een BMS dienst doet als “veiligheidslijn” om de maximale waardes te bewaken, is het gebruik van extra tooltjes aangewezen om de levensduur van je batterij te handhaven.
Als je enkel het ontladen van je batterij, de individuele cel spanningen en de totale batterijspanning wil bewaken, dan kom je met de Virhuck 1S-8S -Monitor al een heel eind.
Stel deze in op een low-voltage alarm van 3.1V, wat neerkomt op een DOD van 90% in de laadcurve, een veilige marge. Bij het bereiken van deze waarde wordt een 100db bieper geactiveerd, dus ook als de batterij ergens weg gezet wordt, is dit hoorbaar.
Waar de ISDN zo goed als “permanent” op de batterij mag hangen, omdat deze de batterij “symmetrische” belast, sluit je dit toestelletje best enkel aan op de batterij als je deze gaat gebruiken of constant in gebruik is, omdat dit toestel zijn energie haalt van de 2S(verbinding tussen 2de en 3de cel) aansluiting en de massa. Hierdoor worden 2/4 cellen anders belast (paar mA) en gaat er een onbalans ontstaan, indien de batterij lange tijd niet gebruikt wordt. Doordat de stroom echter maar een paar mA bedraagt is dit niet belangrijk bij systemen die steeds in gebruik zijn en is dit een goedkope en goede oplossing voor de bewaking van het te diep ontladen van een batterij.
De curves van LFP batterijen geven de spanning ifv de toestand van de batterij weer tijdens laden. Dit wil zeggen, wanneer de overeenkomstige spanning wordt aangeboden en er geen laadstroom meer vloeit.
Door de inwendige weerstand, zal de spanning tijdens “ontladen” steeds lager zijn, afhankelijk van de stroom die de belasting haalt uit de batterij.
Vandaar dat dit alarm wordt ingesteld op een spanning die overeenkomt met 90% DOD(3.1V). Eens je de ontlading stopt, zal je zien dat de spanning terug stijgt tot ongeveer 3.3V, wat neer komt op 80% DOD.
Sluit nu een belasting aan. Ik gebruik weerom een 12V/20W halogeen lamp, daar dit ongeveer overeen komt met een ontlading van 0,2C. Je mag gerust lampen parallel schakelen, tot 1C zal je weinig problemen ondervinden. Maar voor onze eerste testen houden we het safe.
Bekijken we hier de energiemeting op het moment dat de spanning 90%DOD bereikt, dan zien we dat we uit deze batterij 156Wh/12,177Ah hebben gehaald en dat de spanning op de klemmen nog steeds 12,3 V bedraagt, onder belasting.
Dit komt overeen met 120% van wat de fabrikant opgeeft.
Uit correcte metingen, weten we dat de stroom een afwijking heeft van 8% met dit toestelen, waarna door correctie de waardes nog uitkomen op: 11,2Ah/143,5Wh.
Niet slecht zou ik zeggen!
Het uitschakelen van de belasting geeft een spanningsstijging weer van 30mV tot 12,64V.
Het is enkel door een energiemeting dat de “conditie” van de batterij kan gemeten worden. Geen enkele “spanningsmeting” kan deze energiemeting vervangen.
Maar je kan dit ook door de batterij met een vaste belasting te belasten, de tijd, stroom en spanning te meten en de energiewaarde te berekenen, bepalen.
De energiemeterjes zijn leuk maar niet accuraat en verbruiken natuurlijk zelf ook energie, niet aangewezen om permanent te gebruiken op een solar-charge systeem.
Snelladen van de batterij tot 14,2V met een stroom van 5A (0,5C), geeft een laadtijd van 3h (tot de stroom zakt tot onder de 100mA). Dit komt overeen met de fase “bulk” en “absorption” van een lader. Hierna moet je ofwel de laadspanning terug brengen tot 13,6V(float) of aan een ontlading beginnen. Deze waarden zijn overeenkomstig de custom firmware van de Genasun solar charger.
Zelfs indien je de batterij belast met 2,7A en ontlaad tot een capaciteit van 13,5Ah/172Wh met een celspanning van 2.90V, dan nog recupereert de batterij na 30min, als de belasting is afgeschakeld tot 12,7V/3,175V, wat zou neerkomen op een restlading van 8%. Hieruit blijkt dat de batterij gerust mag gebruikt worden tot 3.1V/cell en ook perfect snel kan worden opgeladen, met 0,5C.
8 Bottom balancing
8 Bottom balancing
In situaties waar het belangrijk is om “het laatste” drupje energie uit een batterij te halen, is “bottom balancing” meer aangewezen. We zien deze vorm vooral terug bij tractiebatterijen (EV-batterijen).
Het “bottom balancing” gaat ook veel sneller en kan je meer “automatiseren”, dit omdat de energie die nog in de cel steekt onder de 2.8V zeer weinig is (steile curve).
Hiervoor ga je als volgt te werk:
- Stel het Low-voltage alarm in op 2.6V.
- Voor kleine batterijen kan je dit ook op een hogere spanning instellen, zodat er nog genoeg energie over blijft om de ISDN te voeden.
Ontlaad de batterij totdat het alarm afgaat.
- Wacht even, totdat de spanning terug gestegen is en stabiel is, dit zal rond de 2.65V draaien.
- Als de spanning niet omhoog gaat, zorg er dan voor dat ze steeds boven de 2.6V blijft, anders gaat de batterij stuk.
- Doe dit door desnoods kortstondig te laden.
- Start de cell balancing en wacht totdat het evenwicht bereikt is.
- Dit kan zeer lang duren, ook hier kan je manueel ingrijpen door op de cellen met de hoogste spanning een extra belasting te plaatsen.
- Na het balanceren, kan je best zo snel mogelijk met laden starten (of de cellen samenbouwen als batterijsysteem en starten met laden).
Page updated
Report abuse