Bottenbalansering

Balansera batterier

Har nu börjat med att bottenbalansera mitt batteripack. Meningen är alla celler skall ha samma laddningstillstånd när batteripacken börjar bli tom. Att mäta spänning mellan sådär 20 och 80% laddning är närmast meningslöst, det skiljer bara ungefär 0,1 - 0,2 volt mellan de laddningstillstånden, medan spänningen fort sticker iväg under eller över. De flesta idag har ju erfarenhet hur laddningsbara prylar nästan tvärdör när batteriet börjar ta slut.

Det är alltså bara vid skalans ytterligheter som det är meningsfullt att mäta cellspänning, vid antingen nästan tomt eller nästan fullt.

Problemet med stora batteripackar är att cellernas kapacitet kan variera en del pga. tillverkningstoleranser. Den svagaste cellen kanske är på 90Ah och den starkaste på 110Ah. Den svagaste cellen är den cell som kommer att bli tom först vid användning och bli full först vid laddning. Särskilt när man kör med bilen och batteripacken belastas med flera hundra ampere så riskerar man skada den svagaste cellen om de andra cellerna fortfarande har gott om kraft kvar. Battericeller i serie har ju sin pluspol mot nästa cells minuspol och vid hård belastning så får man ganksa stora spänningsfall, i synnerhet när cellerna börjar bli tom. Är inte cellerna balanserade så finns risken att spänningen i den svagaste cellen närmar sig 0 när de andra fortfarande har en mer hälsosam spänning. För den svaga cellen blir situationen som att man kopplat in en laddare på flera hundra ampere med fel polaritet! I värsta fall kan den få sin polaritet omvänd och är därmed körd.

Med lite enkel logik så inser man då hur situationen ser ut när man sedan laddar upp. Det blir givetvis den svagaste cellen som blir full först och vid denna spänning måste laddaren sluta ladda, även om de andra cellerna inte är riktigt fulla, detta för att inte överladda den svaga cellen. En batteripack med celler i serie är alltså inte starkare än den svagaste cellen. Man kan alltså inte få balans på cellerna i båda ytterligheterna av laddningstillståndet. Visst, det finns system som automatiskt shuntar ut laddström allt eftersom enskilda celler blir fulla, så att alla celler i slutändan blir lika fulla. Det kan verka attraktivt med denna automation, men det tillför en massa komplexitet och en mycket stor mängd potentiella felkällor som orsakar problem, samtidigt som det innebär att batteripacken blir toppbalanserad och därmed är helt obalanserad i botten.

Att jag väljer att balansera cellerna i botten, beror givetvis på amperestyrkorna det handlar om vid körning resp. laddning. Med min lilla laddare på 1500W så är ju laddströmmen bara ca. 6 ampere, jämfört med belastningarna vid körning på flera hundra ampere. Det tar timmar för min lilla laddare att skapa en skadlig situation när cellerna är obalanserade vid nästan fulladdat, medan en skadlig situation kan uppstå på en sekund under körning om cellerna är obalanserade i botten och packen körs ned till en låg nivå.

En annan fördel med bottenbalansering får man i kyla (jag bor norr om polcirkeln). Spänningsfallen vid belastning blir mycket värre i kyla. Folk med erfarenhet av elbilar med litiumceller i 20 minusgrader vet att spänningen för enskilda celler vid acceleration mycket väl kan gå en bra bit under 2 volt tillfälligt. Då blir bottenbalanseringen ännu viktigare för att bilen fortfarande skall vara normalt körbar. Hade batteripacken varit toppbalanserad så måste man ju skydda den där svagaste cellen genom att ställa in motostyrningen så att den aldrig kan ta ned cellerna under sisådär 2,5 volt och då skulle bilen kännas väldigt trött när det är kallt. Kanske inte ens körbar med ett litet batteripack.

Har man, som i mitt fall en batteripack på nominellt 100Ah så kan man rent praktiskt inte använda mer än sådär 80Ah. Jag har 78 celler på nominellt 100Ah och 3,2V. I praktiken blir det då 3,2V x 78V = 249,6V x 80Ah = 19968Wh, alltså ca. 20kWh och bilen bör ta ungefär 2kWh per mil vid landsvägskörning, alltså 10 Mils räckvidd.

Rent praktiskt så går bottenbalansering till så att man kör ned batteripacken till en låg nivå, mäter upp cellerna och pytsar i lite ström i de celler som har lägst spänning. Dra sedan ur ytterligare lite till och mäta på nytt, ladda enskilda låga celler igen. Osv.. så där håller man på, springer omkring mäter o laddar med en laddare med krokodilklämmor på enskilda celler, eller grupper av celler, ända tills man fått ned alla celler till samma låga spänning på sådär 2,7 volt. Man kan givetvis också ha någon anordning bestående av något kraftigt motstånd (många watt) som tvärt om drar ur celler med högre spänning. Bäst är givetvis att nyttja både och, medan man laddar en låg cell drar man ur en hög. Detta behöver man bara göra en gång, litiumceller har inte för vana att dra iväg kapacitetsmässigt, den svagaste cellen fortsätter att vara det även efter år av användning, förutsatt att ingen misshandel av cellerna har skett.

När man sedan är klar med detta så får man övervaka den första uppladdningen. När den första cellen når sådär 3,6 - 3,8 volt (beroende på cellfabrikat) så skall batteripcken betraktas som full, detta oavsett vilken spänning de andra cellerna har (alla andra är ju lägre). Den spänning som hela batteripacken då har skall sedan aldrig överskridas av laddaren, vilket man då får ställa in laddaren till.

Vän av ordning kanske nu undrar, men hur laddar man enskilda celler eller grupper av celler när laddaren är konfigurerad för hela batteripacken. Man måste givetvis ha en annan laddare som fixar enskilda celler. Jag nyttjar tillfälligt en provisorisk sk. BadBoy laddare av kapacitiv typ.

Ja, kan se lite chockerande ut, helt öppet och oisolerat. Det där är dock bara en högst provisorisk pryl. Det är dock närmast fascinerande hur enkel en universell laddare kan vara, som kan kan ladda vilket laddningsbart batteri som helst, oavsett spänning eller kapacitet. Den där anordningen med bara en stor motorkondensator i serie med en likriktarbrygga laddar gladeligen en enskild cell på 3,2V, likväl som hela mitt batteripack på 250V. Men givetvis krävs försiktighet, man måste veta vad man gör och det är inget man använder slentrianmässigt. Vid låga spänningar som enskilda celler har den en bedrövlig Power Factor trots att effektiviteten är över 98%. Även vid optimala spänningar så är power factorn tämligen låg, kring 50%. Alltså, även om den bara drar några tiotals watt vid laddning av en enskild cell, så belastar den fortfarande elnätet med kondensatorns fulla ampere. I mitt fall med 70uF ca 6-7A. Det där med "Power Factor" och dess förhållande till förbrukning i Watt och effektivitet är mindre känt rent allmänt. Skulle tro att de flesta av mina läsare har något att lära där..

Det funkar som så att kondensatorn bestämmer strömstyrkan, med hur många ampere batteriet skall laddas. Kopplat tillbatteriet ger den sedan ut så många volt som behövs för att få fram strömstyrkan i fråga. Har den nätspänning (240V AC) och inte är kopplad till något batteri, så ger en sån här anordning ut nästan 340 volt 50Hz pulserande likspänning mellan krokodilklämmorna. Stor försiktighet bör iaktagas! Kopplas en sådan här till ett normalt bilbatteri (blybatteri med syra) så bör man inte lämna platsen, alls, för om batteriet är lite halvdött så kan den mycket väl kräma på med över 50 volt för att få fram de där amperen och då producerar blybatteriet en hel del knallgas, alltså en uppnbar brandrisk. Men det är en känd metod att i alla fall tillfälligt kunna skrämma liv i gamla trötta batterier som har svårt att ta emot laddning, det bör dock ske under mycket kontrollerade former med tanke på riskerna.

steelneck Tisdag 05 Augusti 2014 - 12:03 pm | | Elbil

Inga kommentarer

(optional field)
(optional field)
Svara på frågan med en siffra.
Komma ihåg personlig information?
Small print: All html tags except <b> and <i> will be removed from your comment. You can make links by just typing the url or mail-address.