Lithium-Ionen-Akku lädt nicht vollständig voll – Warum?
Hi zusammen,
ich habe einen Lithium-Ionen-Akku, welcher irgendwie aus welchem Grund auch immer nicht volllädt.
Den Akku habe ich quasi selbst aus einzelnen Zellen zusammen gesetzt. Dabei habe ich 24 Lithium-Ionen-Zellen (18650er Zellen) zu einem 12 V – Block zusammen geschaltet, also 3 x 8 Parallelenreihen, welche dann jeweils in Reihe sind. Es handelt sich hierbei um Zellen des Types: “INR18650-35E SAMSUNG SDI 3 KLS9” mit einer Kapazität von jeweils 3,5 Ah bei 3,7 V. Zusammen ergeben alle Zellen einen 12 V-Akku mit ca. 330 Wh.
Da die Ladeschlussspannung bei Litium-Ionen-Zellen bei ca. 4,2 V liegt, liegt beim Akkupack die Schlussspannung demnach bei 12,6 V. Komischerweise lädt dieser nur bis ca. 12,1/12,2 V hoch. Egal wie lange ich den Akku am Ladegerät lasse.
Mehr passiert da nicht. Ich frage mich demnach nur – warum?
Des Weiteren ist es auch schon vorgekommen, dass die Spannung nach dem Abziehen des Ladegerätes sogar nur bei ca. 11, 8 V war, allerdings ging diese beim Einschalten von Verbrauchern direkt wieder hoch auf 12,1/12,2 V. Sehr merkwürdig….
Noch zur Info:
Alle Zellen sind punktverschweißt und nicht gelötet. Die Ladeplatine (BMS-Platine) habe ich nun schon zwei mal getauscht, da ich erst diese im Verdacht hatte, wobei ich beim letzten Tausch dann eine etwas größere Platine genommen hatte. Den Zellensatz (24 Stück 18650er-Zellen) hatte ich auch einmal getauscht, da die vorherigen Zellen (vor den Samsung Zellen) aufgrund der Bauform eh suboptimal waren, da diese alle den Plus-Nippel hatten. Die Ladeplatine ist beim Aufladevorgang an einem 12 V-Servernetzteil verschaltet, welches in der Feinjustierung auf ca. 13 V (oder etwas mehr) eingestellt ist. Ich hatte nachgemessen, die Spannung liegt nicht an den Zellen an, also die Ladeplatine reguliert die Spannung dementsprechend vor den Zellen runter. Und was noch zu erwähnen ist, dass die Platine auf jeden Fall den Akku lädt, aber halt – warum auch immer – nicht voll lädt.
Der Akku ist auf meinem Rad (es ist kein E-Bike/Pedelec) montiert und dient als Stromversorgung der Lichtanlage (Licht, Rücklicht, Blinker, etc.) und Musikanlage. Da alle Komponenten (bis auf die Hupe) jeweils eine sehr geringe Stromaufnahme haben, sollte der Akku mindestens 1,5 – 2 Tage bei Volllast durchhalten. Leider ist dies auch nicht der Fall.
Kann mir da jemand weiterhelfen oder Tipps geben? Ich weiß da leider nicht mehr weiter und habe auch schon viele Firmen und Händler kontaktiert. Kam fast nichts bei rum. Ich wäre also sehr dankbar über Ratschläge.
Freundliche Grüße! Tonke
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Bei drei dieser Zellen in Serie liegt die Nennspannung nach dem Ladevorgang bei etwa 11,1 Volt, welche sich recht schnell bereits geringer Lastentnahme einstellen wird. Somit sehe ich auch während des Ladevorganges mit gemessenen 12,1 bis 12,2 Volt bei Li-Ion erst mal grundlegend nichts vollkommen kritisches.
Damit liegst Du bereits knapp über 4 Volt je Zelle, was für einen Ladestand > 90 – 95 % bereits locker reichen dürfte. Alles darüber stresst die Zellen eigentlich nur unnötig im zyklischen Nutzungsverhalten.
Die 4,1 bis 4,2 Volt je Zelle beziehen sich letztlich auch nur auf die maximal zulässige Lade-Endspannung von Li-Ion Zellen dahingehend, noch keinen Schaden durch Überladung zu erleiden.
Wenn Du an Deinem Controller bei einem abfallenden Ladestrom von =< 0,1C bereits kontinuierlich 12,1 bis 12,2 Volt mißt, dürftest Du Deine Akkus damit quasi als voll geladen betrachten. Selbst 11,8 bis 11,9 Volt wären da schon ganz gut gegen Ladungsende, da Dein (passives?) BMS auf die etwas höheren 12,1 bis 12,2 Volt bei minimalem Ladestrom vermutlich nur noch zum möglichen Zellausgleich im Top-Level Balancing weiter hoch gehen dürfte.
Hi, erstmal vielen Dank für die ausführliche Erklärung.
Also wenn das mit den 12,1 -12,2 V soweit in Ordnung ist, dann ist ja schon mal gut. Und wenn der Akku bei diesen Spannungen auch fast voll wäre um so besser.
Ich habe nun mal eine “Kapazitätsmessung” gemacht, dabei habe ich ein einfaches Messgerät zwischengeschaltet, welches den aktuellen Strom, die Spannung und Leistung misst und daraus über den Zeitraum auch die Kapazität in Ah und Wh errechnet. Beim Entladen (da hatte ich einfach eine 12V-Kühlbox an den Akku geklemmt) konnte ich das Ergebnis leider nicht mehr sehen, da sich die BMS bei niedrigem Akkustand ja abschaltet und sich somit auch das Messgerät abgeschaltet hat.
Daher habe ich das gleiche nochmal beim Aufladevorgang wiederholt und bin auch ca. 152 Wh kommen, was mehr oder weniger lediglich die Hälfte der Soll-Kapazität (ca. 330 Wh) wäre.
Ob meine BMS aktiv oder passiv ist weiß ich leider nicht. Bei Amazon stand nur “Ausgleichsladung” in der Beschreibung. Wie würde ich das denn sonst erkennen?
Hallo,
zunächst hast Du rechnerisch nur einen Akkublock mit 11,1 statt 12 Volt Nennspannung, den 3,7V × 3 ergibt 11,1V. Die untere Entladeschwelle sollte bei 18650-ern je Zelle nie unter 2,5V fallen, besser jedoch sollte bei 2,7 bis 3,0V/Z bereits Schluß gemacht werden. Das wären dann bei Dir 8,1 bis 9 Volt.
Somit ist dann auch schon klar, weswegen z.B. eine PKW-Kühlbox für 12 Volt Nennspannung an Deiner DiY-Batterie keine von Dir näherungsweise erwartete Laufzeit haben wird, denn solche Geräte schalten sich mit integriertem Tiefentladungsschutz (gegenüber einer 12V Autobatterie) spätestens bei 10,8 Volt selbst ab.
Somit wird Dein geschilderter Plan für eine 12V – Beleuchtungsanlage aus dem KFZ/Mopedbereich mit diesem selbstgebauten Akkupack vermutlich nie wirklich zufriedenstellend funktionieren können. 🙁
Ich würde mir am Fahrrad dann ganz einfach eine Halterung für einen fertigen 12,8V / 30Ah LFP Block entweder in das Rahmendreieck, oder für den Gepäckträger montieren, womit dann auch die ganze Bastelei weg fiele.
Früher mit ähnlicher Ausstattung am F-Rad mußte ich mich noch mit nochmald deutlich schwereren und größeren Bleiakku begnügen. 😎
https://www.winnerbatterien.de/Exakt-LiFePO4-30Ah-12V-Lithium-Batterie
Knapp unter 80 mm schmal und nur knapp 1,8 Kilo Gewicht.
LG, Gnurfy
Hi Gnurfy!
Ja, das ist tatsächlich auch ein Nachteil, dass die Energiedichte bei LiFePO4-Zellen deutlich geringer ist als bei Li-Ion-Zellen. Ich hatte hier welche gefunden, die 2,2 Ah haben.
https://www.nkon.nl/de/jgne-18650-2200mah-6-6a-lifepo4-3-2v.html
Ich hatte mal ausgerechnet, wenn ich von den Zellen dann insgesamt 32 Zellen (4 x 8) verbaue. Ich komme damit immerhin noch auf theoretische 225 Wh (ca. 100 Ah weniger als beim jetzigen Akku). Für meinen Einsatz müsste das eigentlich auch noch ausreichen, mehr wäre natürlich aber besser. Solange der Akku einen Tag mindestens durchhalten würde, wäre es ausreichend.
Über die Lithium-Ionen Variante hatte ich auch schon nachgedacht, dass ich einfach eine vierte 8er-Reihe Li-Ion-Zellen dran hänge, mit einer geeigneten Platine. Das erste Problem sind dann aber die höheren Spannungen von bis zu 16,8 V, da weiß ich dann nicht mehr, ob z.B. die Musikanlage oder andere Geräte das mit machen. Ein Spannungsbegrenzer oder Wandler würde da natürlich Abhilfe schaffen allerdings habe dann wieder ein ganz anderes doofes Problem. Am Lenker habe ich nämlich eine digitale Spannungsanzeige um den Akkustand jeder Zeit (am Lenker beim fahren) zu checken. Dies würde dann nicht mehr funktionieren da diese an der vorderen Verteilerdose über einen Schalter aufgelegt ist. Dafür müsste ich die Spannungsanzeige direkt am Akku anklemmen (was ja auch theoretisch am meisten Sinn machen würde wegen dem Spannungsabfall), nur ist dies bautechnisch nicht möglich, so dass ich diese gleichzeitig am Lenker ablesen kann.
Ich weiß jetzt nicht, ob es sowas gibt, aber ich bräuchte dann etwas, was die Ausgangsspannung begrenzt, aber bei sinkender Eingangsspannung so zusagen “mit geht” und Ausgangsspannung auch gleichermaßen runterschraubt.
Angenommen ich hätte jetzt die Ladeschlussspannung von 16,8 V, dann würde der Spannungsbegrenzer daraus z.B. 14 V oder 14,4 V machen. Würde dann allerdings die Spannung am Akku wegen der kontinuierlichen Stromentnahme abfallen und dann z.B. nur noch 13,5 V aufweisen dann würde der Begrenzer auch nur noch z.B. 11 V oder 11,5 V rausgeben. Denn so könnte ich das vorne an der Spannungsanzeige am Lenker dann auch sehen, wie voll der Akku (ungefähr) noch ist. Ich müsste dann halt nur noch die ca. 2 V Unterschied jedes Mal im Kopf dazurechnen. Ich hoffe du konntest mir bis hier folgen.
Dies habe ich gerade auch einmal nachgerechnet. Bei dem vorhandenen Platz in meiner Box bekäme ich 8 Stück von den 32700er Zellen rein. Da käme ich dann auf ungefähr 153 Wh, bei einer Zellkapazität von 6 Ah. Das wäre leider noch weniger.
Das Akkuthema ist schon nicht einfach, gerade dann wann begrenzten Platz hat. Aber vielleicht hast du ja noch Tipps für mich.
Danke nochmal! LG
Hi eknot,
schön dass Du Dich mal wieder meldest.
Hiervon würde ich besser abraten:
da Du dann im Mignon-Format nur etwa 400 bis 500 mAh Speicherkapazität je Zelle bekommst statt ca. 2000 bis 3000 mAh bei geschützten 18650-er Li-Ion.
Besser für Dich wäre dann ggf. ein 4S Li-Ion mit 14,8 Volt Nennspannung und etwa 16,0 bis 16,4 Volt Ladeschluß zum Aufbau einer 12V Beleuchtungs- / und HiFi Anlage in Verbindung mit einem elektronischen Spannungsbegrenzer zu den 12V Verbrauchern geeignet.
Klassische KFZ-Verbraucher haben in der Regel eine Spannungstoleranz zwischen ~ 11 bis 15 Volt bei ihrer Versorgung.
Ansonsten würde ich mir statt Deiner Idee mit 16650-er Rundzellen bei LFP lieber mal komplette Blocks mit 12,8 V und 6 bis 12 Ah Nenn-Speicherkapazität näher ansehen.
Oder Du gehst in der Bauform für einen gewünscht stabförmigen Pack gleich auf 26650 bis 32700 Cells bei LFP.
https://www.i-tecc.de/shop/einzelzellen/lifepo4/rundzellen-186502665032700/
Dann bräuchtest Du nur noch einen einzigen 4S-String bei den 32700er mit 6000 mAh.
LG, Gnurfy
Hi nochmal!
Ich hatte es leider ganz vergessen mich für deinen letzten Beitrag zu bedanken. Denn damit hattest du mir quasi den Gedankenschubs gegeben, denn ich damals nicht auf dem Schirm hatte, als ich alles geplant hatte.
Weil wenn ich so darüber nachdenke, ist dies mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit auch das Problem, dass ja bereits die Nennspannung des Pakets alleine schon deutlich unter den gewollten 12 V liegt. Daran habe ich scheinbar bei der Planung damals echt nicht gedacht. Ich hatte mich wohl nur auf die Ladeschlussspannung konzentriert gehabt, die mit 12,6 V (bzw. 12,2 V) ganz ok wäre. Das hätte mir ja eigentlich auch schon auffallen müssen, dass alleine schon die Entladeschlussspannung (addiert) bei ca. 7,5 V liegt. Damit wäre ja quasi das ganze System drastisch mit Spannung unterversorgt, quasi alles unter 11 – 10 V. Die Vorder- und Rücklichter würden da als einzige noch normal laufen, da die aus dem Fahrradbereich kommen und einen großen Eingangsspannungsbereich haben (glaube von 3 bis 48 V, wegen der E-Bike-Akkus).
Daher habe ich jetzt auch begriffen, dass das leider mit meinem aktuellem Lithium-Ionen-System so nichts wird, bzw. nur in einem ungenügend begrenzten Bereich möglich ist. Nun werde ich zu einem neuen System umgreifen müssen. Ich überlege auf LiFePO4-Zellen umzusteigen, da es diese auch in der 18650er Normausführung gibt. Allerdings muss ich dann eine zusätzliche Reihe von parallelgeschalteten Zellen in Serie schalten, was platztechnisch geradeso gehen würde. Und die sind ja auch bedeutend sicherer als Lithium-Ionen-Zellen.
Ich bin daher zunächst erstmal auf der Suche nach einer passenden BMS-Platine für 12V-LiFePO4-Systeme. Der Markt scheint sich da leider eher bedeckt zu halten im vergleich zu Li-Ion-BMS-Platinen. Aber mal schauen was man so entdeckt.
Kann es sein dass das Netzteil mit 12 Volt zu wenig Spannung liefert? Mit welcher Spannung und mit welchem Strom wird am Akku geladen?
Das mess doch mal bitte direkt am Akku (also Volt parallel und Ampere in Reihe) und vergleiche mit den Soll-Werten.
Hi,
also das Netzteil ist auf ca. 13 V eingestellt. Maximal lässt sich dies glaube ich auf 13,8 V einstellen. Dies habe ich auch schon probiert, hat aber nichts gebracht. Die eingestellten 13 V liegen auch an der BMS-Ladeplatine an, also dürfte die in dem Fall nicht unterversorgt sein.
Das wollte ich nicht wissen.
Was misst Du am Akku beim Laden?? Volt und Ampere ??
Kein Wunder bei einer 3S-Verschaltung von Li-Ion Zellen. 😉
Hi,
also ich habe nun einmal den Akku komplett entladen bis die BMS abgeschaltet hat. Hatte da einfach eine 12V-Kühlbox angeklemmt. Beim Aufladen hatte ich ein einfaches Messgerät zwischengeschaltet, welches Strom Spannung misst und dann Werte wie aktuelle Leistung und über den Zeitraum auch den “geflossenen” Strom in Amperestunden und Wattstunden errechnet. Dabei bin ich auf ca. 152 Wh gekommen was nur die Hälfte der theoretische Soll-Kapazität (ca. 330 Wh) ist. Anfangs hat die Platine mit ca. 17 A geladen. Dies wurde dann über den Zeitraum weniger. Die Spannung (beim Aufladen) kann ich leider nicht genau sagen, da das Messgerät ja direkt zwischen dem Gleichrichter und dem Akku sitzt und demnach die Spannung vom Gleichrichter anzeigt, diese lag bei (12,39 V (bei den 17 A Stormaufnahme)). Auf jeden Fall war die Spannung direkt am Akku nach dem Aufladen wieder bei ca. 12,2 V.