Wie wird ein LiFePo4 Akku richtig geladen (und entladen)?

Die richtige Ladereglung ist ein recht schwieriges Thema. Das liegt daran, das der Ladezustand (SOC) bei LiFePo4 Akkus nur schwer zu derektieren ist. Das Problem liegt darin, das die Spannungskurve über den Ladezustand sehr flach ist. Es sind nur einige wenige Millivolt.

In der Grafik ist zu sehen, das zwischen 20% und 95% Ladezustand (SOC) nur ein Spannungsunterschied von 3,25V – 3,35V besteht. Das sind nur 0,1V!

Deshalb wird meistens in EV Systemen die eingeladene und entnommene Leistung gemessen und zur Ladezustandsanzeige herangezogen.
Wie aber kann ich ermitteln, wie hoch die eigentliche Akkukapazität ist? Die Speicherfähigkeit des Akkus ist ja eine theoretische, die vom Alter, der Temperatur und anderen Faktoren abhängig ist. Wird der Akku belastet, ist die Spannung kaum noch aussagefähig.
Deshalb muss die Ruhespannung gemessen werden. Die oben gezeigte Grafik ist eine soche “Ruhespannungskurve”.

Wir gehen in der nachstehenden Erklärung davon aus, das der Akku bis zu einer Nennkapazität von etwa 90-95% geladen wird und bis zu einer Nennkapazität von etwa 20 % entladen wird. Das ist ein Wert, der bei guten Akkus eine Lebensdauer von 2000 Ladezyklen gewährleisten sollte.

Akku laden

In der Regel werden LiFePo4 Akkus bis zu einer Spannung von 3,5V geladen.
Um zu schauen, ob wir dann 90-95% Ladung erreicht haben, warten wir etwa 1 Stunde, und messen den Ruhestrom an der Zelle. Wenn wir etwa 3,35V haben, ist alles OK! Bei einem anderen Wert, korrigieren wir die Ladespannung etwas nach oben oder unten.

Akku entladen

Die meisten Batterie Management Systeme (BMS) ziehen die entnommene Energie zur Anzeige des SOC heran, wie oben bereits beschrieben. Wenn unser System nun 20% anzeigt (oder bei einer entsprechenden Kompensation 0%), verfahen hier ebenso. Wenn wir also schätzen, das der Akku noch 20 % Restkapazität haben sollte, warten wir etwa 1 Stunde, und messen den Ruhestrom an der Zelle. Dieser sollte jetzt etwa 3,20 – 3,25V betragen. Bei einem anderen Wert, korrigieren wir die Entladeleistung etwas nach oben oder unten.

Das war es eigentlich schon. Unangenehmer Weise verändert sich aber die Kapazität unseres Akkus mit zunehmendem Alter, und wir müssen diese Prozedur in regelmäßigen Abständen durchführen, ansonsten wird er irgendwann tiefentladen!

Moderne EV Systeme machen das automatisch in dem sie den Ruhestrom nach einer bestimmten Zeit ohne Belastung des Akkus messen, und die Kapazität neu berechen. Das EMUS BMS kann das z.B. nicht, es hat zwar auch so eine Funktion, die die Spannung nach ein paar Sekunden misst, wenn der Strom unter 0,5 der Akkukapazität sinkt, das ist aber viel zu ungenau!

 

Beitrag wird fortgesetzt…..
Die Konfiguration des EMUS BMS ist im nächsten Beitrag dokumentiert: EMUS BMS Konfiguration

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