Fragen zu unterschiedlichen Kapazitäten

[orcymmot]

Hallo liebe Leute und werten Akku-Profis,

zwar kein konkretes fliegerisches Thema und bin ich sicher kompetente Tipps zu erhalten.

Ich bin gerade dabei die Reichweite meines eRollers zu erweitern. Bisherige Ausgangssituation:
4 LiIon Packs 5s14p werden in Serie geschaltet, sodass der eRoller mit 20s14p (72/84V) versorgt wird. Jedes Pack hat rd. 840Wh Energie in sich.

Nun sollen 4 weitere Packs allerdings in 6s14p gebaut werden und am Ende als 22s14p zusammen laufen (2x5s + 2x6s in Serie und das ganze mal zwei). Jedes 6s Pack hat nun rechnerisch rd. 1.000Wh Energie.

Nun stelle ich mir folgende Frage/n:

Spielt der Kapazitäts-Unterschied zwischen 5s/6s eine Rolle bei der Entladung, wenn sie seriell zusammengeschaltet werden?

Laufen Akkus parallel geschaltet, so gleichen sich die Spannungen untereinander ja aus, sodass eine gleichmäßige Entladung aller Packs stattfindet. Da bisher die 4x 5s Packs in Serie geschaltet waren, verhielten sie sich ähnlich, weil sie eine ähnliche Gesamt-Energie in sich tragen.

Da nun beim neuen Plan in den 6s Packs potentiell mehr Energie steckt, habe ich die Befürchtung, dass meine 5s Packs eventuell in den kritischen Bereich rutschen, was die Entladung angeht, während die 6s Packs noch munter weiter machen könnten.

Vielleicht habe ich nur einen Knoten im Kopf und das Verhalten wird dasselbe sein wie bisher, dass am Ende alle Packs in etwa gleichstark belastet werden.

Oder sollte ich meine neuen 6s Packs so konfektionieren, dass in etwa dieselbe Energie in Wh enthalten ist? Das wären dann 6s12p.

Eventuell kann mir einer oder gerne auch mehrere von euch einen Hinweis geben, ob meine Befürchtung unnötig sind, oder ob ich eher auf ähnlichen Energiegehalt achten sollte.

Vielen Dank euch schon mal für eure Anregungen.

 

[pcdoc]

Bevor es in die Details geht, was willst du denn überhaupt erreichen? Nur die Reichweite erhöhen?

Dann bringen dir 6S garnichts (im Gegenteil, könnte durch die höhere Spannung sogar negative Auswirkungen haben). WH ist eine quasi irrelevante Größe, auf die Spannung und die Ah kommt es an (ja, ich weiß wie man WH berechnet, aber ohne die "Details" nutzlos).

Wenn du wirklich nur die Reichweite erhöhen willst, musst du Akkus mit der gleichen Spannung/Zellenanzahl nehmen und diese parallel dazu hängen.

Grundlegend gilt:

• Hängst du Akkus parallel zusammen muss die Spannung die gleiche sein, die Kapaziät nicht.
• Hängst du Akkus seriell zusammen muss die Kapazität die gleiche sein, die Spannung aber nicht.

 

[oviwan]

ich habe das jetzt oben nicht ganz so verstanden, aber letztendlich willst Du einen 6s Akku mit einem 5s Akku in Reihe schalten und betreiben?

Ich denke das es irgendwie funktioniert, nur 1x zum entladen.... AAAAber, wo ist denn die Ladeschlußspannung? Bei 5s würdest den 6s nicht voll bekommen. Bekommt der 6s seine Ladeschlußspannung, macht der 5s dicke Backen. Bei der unteren Spannungsgrenze das gleiche umgekehrt, der ein wird nicht voll ausgenutzt, und wenn doch=dicke Backen beim anderen.

Ich würd das nicht so machen.

 

[QuadCrash]

AAAAber, wo ist denn die Ladeschlußspannung?

Die liegt bei 22s x 4,2V = 92,4V.

Das wird schon wie vorgesehen funktionieren, nur frag ich mich, wie die Roller-Technik aussieht um die Power überhaupt umsetzen zu können ... Von der Zulässigkeit im öffentlichen Verkehrs-Raum mal ganz abgesehen.

 

[pcdoc]

Ich denke das es irgendwie funktioniert, nur 1x zum entladen.... AAAAber, wo ist denn die Ladeschlußspannung? Bei 5s würdest den 6s nicht voll bekommen. Bekommt der 6s seine Ladeschlußspannung, macht der 5s dicke Backen.

Grundlagen:

Bei Serie: Kapazität richtet sich nach dem schwächsten Glied und die Spannung wird aufsummiert
Bei Parallel: Die Kapazität wird aufsummiert, die Spannung bleibt gleich und muss auch die gleiche sein.


Da gibts noch sehr viele ungeklärte Fragen. Um nur ein paar zu nennen:

• Hält die Elektronik die höhere Spannung überhaupt aus?
• Wie werden die Akkus geladen? Wenn das über ein integriertes Ladegerät geht ist es unwahrscheinlich, dass das andere Spannung als die vom Original Akku verwenden kann. Abgesehen davon müsstest du auch die Balancer Kabel alle Parallel zusammenhängen, ist dir das klar?
• Wenn du 2x5S und 2x6S wirklich zusammen schalten willst, gewinnst du NICHTS an Reichweite. > Was erwartest du dir davon? und wie passt das damit zusammen, dass du schreibst "Nun sollen 4 weitere Packs allerdings in 6s14p gebaut werden"
• Warum machst du dir das Leben schwer und verwendest nicht einfach 4x 5S und hängst die Parallel dazu?
• ...

 

[orcymmot]

WH ist eine quasi irrelevante Größe, auf die Spannung und die Ah kommt es an (ja, ich weiß wie man WH berechnet, aber ohne die "Details" nutzlos).

Sorry, aber du widersprichst dir selbst. Sagst Wh sind irrelevant und im gleichen Satz, dass es auf Spannung und Ah kommt es an... Spannung x Ah = Wh ;-)

• Hängst du Akkus parallel zusammen muss die Spannung die gleiche sein, die Kapaziät nicht
• Hängst du Akkus seriell zusammen muss die Kapazität die gleiche sein, die Spannung aber nicht.

Diese Aussage hilft schon eher weiter und bestätigt meinen Verdacht. Dass ich parallel nur dieselbe Spannung zusammenschalten darf ist klar. Mir geht es jedoch um eine Serienschaltung, wie beschrieben.

Bei 5s würdest den 6s nicht voll bekommen. Bekommt der 6s seine Ladeschlußspannung, macht der 5s dicke Backen.

Danke für deine Bedenken. Die Packs 5s bzw. 6s werden selbstverständlich separat geladen und nur im Roller in Serie zusammengeschaltet.

Ich würd das nicht so machen.

Ich schon. Keine Sorge, Grundkenntnisse und 2 Jahre Erfährung mit genannten 4x5s Packs sind vorhanden. Es geht mir lediglich um die Entlade-Charakteristik, wenn ich 5s und 6s in Serie betreibe und den aktuell vorhandenen Kopfknoten.

wie die Roller-Technik aussieht um die Power überhaupt umsetzen zu können

Danke auch dir. Der Roller läuft von Hause aus mit 20s und die Elektronik läuft auch zuverlässig mit 21s bzw. 22s.

Hält die Elektronik die höhere Spannung überhaupt aus?

Ja, wurde mit 21s bzw. 22s getestet.

Wie werden die Akkus geladen?

Jedes 5s bzw. 6s Pack wird separat mit einem isdt P20 gebalanced geladen. Läuft mit den bisher vier vorhandenen 5s14p Packs problemlos.

Wenn du 2x5S und 2x6S wirklich zusammen schalten willst, gewinnst du NICHTS an Reichweite. > Was erwartest du dir davon?

Wenn sich die finale Kapazität am "schwächsten" Glied orientiert wie du zuvor geschrieben hast, dann löst sich mein Kopfknoten so langsam. Warum das Ganze? -> Durch die Erhöhung der Spannung hält der Roller länger seine Höchstgeschwindigkeit, weil er Controller diese anhand der verfügbaren Spannung regelt. Sobald die Spannung naturgemäß etwas fällt beim Einsatz meiner bisherigen 4x5s, reduziert sich auch sukzessive die Vmax des Rollers, was ich durch den Einsatz von dann 21s bzw. 22s ausgleichen wollte, sodass der Roller praktisch bis kurz vor Entleerung der Akkus seine Vmax hält.

Warum machst du dir das Leben schwer und verwendest nicht einfach 4x 5S und hängst die Parallel dazu?

Reine Reichweitenerhöhung durch Einsatz von 8x5s statt wie bisher 4x5s ist natürlich nachvollziehbar. Aber es ging mir prinzipiell um die Kontinuität der Vmax durch Anpassung der Spannung, was der Controller auch mitmacht, ohne Schaden zu nehmen.

Ich wollte nur vorab vermeiden einen oder mehrere 6s14p Packs zusammen zu bauen, um am Ende herauszufinden, dass die Entladung der 5s Packs unter Umständen "ungesund" abläuft, durch den Unterschied der jeweiligen Kapazität.

Ich danke euch allen sehr für eure Mühe und eure Vorsichtsgedanken. Das alles werde ich beim Bau meiner Packs berücksichtigen, damit ich weiterhin Freude an meinem zuverlässigen "Dailydriver" habe, ohne dass er zum "Feuerstuhl" wird, oder ich meine Akkus schrotte.

Wünsche euch allen eine schöne Woche.

 

[QuadCrash]

Danke auch dir. Der Roller läuft von Hause aus mit 20s und die Elektronik läuft auch zuverlässig mit 21s bzw. 22s.

Was ist das denn für ein Teil?

 

[pcdoc]

Sorry, aber du widersprichst dir selbst. Sagst Wh sind irrelevant und im gleichen Satz, dass es auf Spannung und Ah kommt es an... Spannung x Ah = Wh ;-)

Nein, tu ich nicht. Wie gesagt:

WH ist eine quasi irrelevante Größe, auf die Spannung und die Ah kommt es an (ja, ich weiß wie man WH berechnet, aber ohne die "Details" nutzlos).

Du kannst mit einem 3S wie auch mit einem 6S Akku die gleichen Wh haben, wenn bei 3S die Kapazität die doppelte ist. Deshalb ist Wh nutzlos ohne zu wissen wie hoch die Spannung und/oder die Ah sind!

Wenn sich die finale Kapazität am "schwächsten" Glied orientiert wie du zuvor geschrieben hast, dann löst sich mein Kopfknoten so langsam. Warum das Ganze? -> Durch die Erhöhung der Spannung hält der Roller länger seine Höchstgeschwindigkeit, weil er Controller diese anhand der verfügbaren Spannung regelt. Sobald die Spannung naturgemäß etwas fällt beim Einsatz meiner bisherigen 4x5s, reduziert sich auch sukzessive die Vmax des Rollers, was ich durch den Einsatz von dann 21s bzw. 22s ausgleichen wollte, sodass der Roller praktisch bis kurz vor Entleerung der Akkus seine Vmax hält.

Wenn die Elektronik für die höhere Spannung ausgelegt ist, dann sollte das stimmen. Die Frage ist nur ob sie auch so intelligent ist, dass sie dann bei der richtigen Einzelzellenspannung abriegelt und die Akkus nicht tiefenentlädt. Aber wenn das passt, dann kannst du 5S und 6S in Serie schalten, hast dann aber die Kapazität vom niedrigeren Akku. Sprich wenn du 5S 5000mAh und 6S 4000mAh in Serie schaltest, bekommst du 11S 4000mAh raus. Idealer Weise sollten die Zellen die gleichen sein und auch halbwegs gleich alt. Sonst kann der Innenwiderstand der Zellen ziemlich weit auseinander liegen, was nicht optimal ist.

Was noch zu erwähnen wäre ist, dass bei Parallelschaltung die Belastbarkeit steigt, dh unter Last sollte er die Spannung besser halten, geht aber natürlich runter je leerer der Akku wird.

 

[silbaer]

Eigentlich ganz einfach:
Serienschaltung: Kapazität (in Ah) muss gleich sein, Spannung spielt keine Rolle.
Parallelschaltung: Spannung muss gleich sein, Kapazität spielt keine Rolle.

Schaltest du Akkus mit verschiedenen Kapazität in Serie, zerstörst du ganz schnell die Zellen des kleineren Akkus. Es sei denn, da ist ein BMS, dass rechtzeitig dicht macht. Aber du verschenkst dann Kapazität wie @pcdoc schon richtig schrieb.

 

[caddyRangeOSD]

Achtung nur gleiche Baureihen, Hersteller verwenden (evtl. zuvor testen!). Die Möglichleit ingleicher C-Limits können zum Totalausfall der gesamten Einheit führen (egal ob seriell od. paralell). Das ist dann eine Sache der Wärmeableitung umd Materialschwäche...

 

[silbaer]

Bei Serienschaltung gebe ich dir Recht, da werden unterschiedliche C-Raten (was ja im Prinzip ein Maß für den Innenwiderstand ist) Probleme machen. Bei der Parallelschaltung spielt die aber erstmal keine Rolle.
Aber: Beim parallel verbinden von mehreren Akkus habe ich auf den Verbindern zwischen den Akkus auch einen Spannungsabfall und der kann bei hohen Strömen durchaus ins Gewicht fallen. Das kann man ausgleichen in dem man die Anschlüsse "diagonal" macht: Plus an Akku 1 und Minus an Akku n.

 

[orcymmot]

Du kannst mit einem 3S wie auch mit einem 6S Akku die gleichen Wh haben, wenn bei 3S die Kapazität die doppelte ist. Deshalb ist Wh nutzlos ohne zu wissen wie hoch die Spannung und/oder die Ah sind!

Sorry, aber wieder falsch. Wh ist die einzig sinnvolle Angabe für den Energiegehalt, weil sie eben Spannung und Kapazität des Batterie-Verbunds berücksichtigt.
Deshalb habe ich ja praktisch alle Werte angegeben. Aus diesen Werten kannst du auch die Ah jedes Packs ermitteln.
840Wh / 18,5V = 45Ah (5s Pack -> vorhanden)
1000 Wh / 22,2V = 45Ah (6s Pack -> geplant)

Wie du siehst haben beide praktisch dieselbe Ah, weil sie als 14p Verbund vorliegen würden und dennoch unterscheidet sich die enthaltene Gesamtenergie.

Was noch zu erwähnen wäre ist, dass bei Parallelschaltung die Belastbarkeit steigt, dh unter Last sollte er die Spannung besser halten

Das ist mir klar und davon profitiere ich bereits, weil durch die Parallelschaltung jede einzelne Zelle weniger Last tragen muss. Danke.

Achtung nur gleiche Baureihen, Hersteller verwenden

Danke auch für deinen Hinweis. Habe das Glück, dass ich die gleichen Zellen zur Verfügung habe.

Was ist das denn für ein Teil?

Futura Falcon

 

[pcdoc]

Sorry, aber wieder falsch. Wh ist die einzig sinnvolle Angabe für den Energiegehalt, weil sie eben Spannung und Kapazität des Batterie-Verbunds berücksichtigt.

Na wenn du meinst.... Dann wünsche ich dir mit deinem tollen Verständnis der Materie noch viel Glück bei deinem Vorhaben und bin raus hier

 

[silbaer]

@orcymmot Wenn du Akkus in Serie schaltest, muss jede Zelle die gleiche Kapazität in Ah haben. Bsp: Du hast zwei Zellen in Reihe, die eine 1Ah und die andere 1,5Ah. Wenn du nun 1Ah aus dem Pack ziehst, ist die erste Zelle leer und macht quasi dicht, obwohl in der zweiten Zelle noch 0,5Ah drin sind.
D.h. die Wh sind irrelevant bzw. müssen auf die Spannung bezogen werden und dann sind wir bei Ah.

Das bedeutet: In deinem nachher 22s Pack müssen alle Zellen (bzw. die Parallelschaltung mehrerer Einzelzellen) die selbe Kapazität haben. Das BMS wird die entnommene Energie auf das schlechteste Parallelpack begrenzen.
Deswegen sterben ja auch quasi alle E-Bike-Akkus (u.ä.) meist an ein oder zwei defekten Zellen. Der Rest ist eigentlich immer noch gut.

 

[orcymmot]

Du hast zwei Zellen in Reihe, die eine 1Ah und die andere 1,5Ah. Wenn du nun 1Ah aus dem Pack ziehst, ist die erste Zelle leer und macht quasi dicht, obwohl in der zweiten Zelle noch 0,5Ah drin sind.

Das hilft mir weiter und bestätigt meine anfängliche Vermutung, welche ich von euch bestätigt haben wollte, bevor ich meine Packs konfektioniere.
Ich muss also doch in Summe denselben Energiegehalt in den Packs haben, egal ob 5s oder 6s. Und somit sind die Wh sehr wohl relevant. Möchte ich jetzt nämlich einen 6s Pack mit annähernd selber Energie bauen (die vorhandenen 5s haben rd. 840Wh -> 5x 3,7V x (3.250mAh x 14p), so brauche ich einen 6s12p, der dann in Summe rund 860Wh hat -> 6x 3,7V x (3250mAh x 12p).

Allen Helfern und Ideengebern meinen verbindlichsten Dank. Auch wenn wir manchmal aneinander vorbei gesprochen haben. 👍

 

[silbaer]

Äh, wenn du immer die selben Zellen hast (3250mAh) dann musst du auch immer die selbe Anzahl Zellen parallel schalten. Ein 5s14p in Serie mit einem 6s12p funktioniert nicht. Dein 6s muss auch 14p sein. Die Wh spielen keine Rolle, nur die Ah.
Und bei 14p unbedingt Diagonal abgreifen.

 

[orcymmot]

…muss nochmal drüber nachdenken 🤔

Ich werde wohl einen kleinen Versuchsaufbau bauen 5s1p + 6s1p und die beiden dann seriell verbinden. Dieses 11s1p werde ich dann an einem Verbraucher unter Beobachtung der einzelnen Zellen entladen und schauen, wie sich jeder Verbund verhält bzw. entlädt.

Erneutes Dankeschön für eure Anregungen. Manchmal ist man so in Gedanken vertieft und verrennt sich. Möchte bestimmt niemandem vor den Kopf stoßen, sollte ich in meinem Köpfchen den falschen Gedanken gehabt und euch widersprochen haben.

Mea culpa

 

[orcymmot]

….doppelt

 

[FlexBO]

Der durch die Packs fließende Strom ist bei der Serienschaltung in allen Packs gleich. Ein 6s12p ist folglich schneller leer als ein 5s14p.

 

[orcymmot]

Okay 👍 Danke auch dir.