5 oder 10 mV Zellabweichung bei einem LiFePO₄-Akku sehen auf den ersten Blick hervorragend aus. Nach einem erfolgreichen Top-Balancing wird deshalb häufig angenommen, dass die Zellen perfekt zusammenpassen und der Akku zukünftig dauerhaft sauber laufen wird.
Doch ist das wirklich so?
Unsere praktischen Erfahrungen zeigen: Ein kleiner Spannungsunterschied zwischen den Zellen ist grundsätzlich positiv, aber allein noch kein Beweis für die Qualität eines LiFePO₄-Zellsatzes.
Entscheidend ist nicht nur, wie groß die Zellabweichung ist, sondern auch:
Bei welchem Ladestrom wurde sie gemessen? In welchem Ladezustand? Wie lange wurde vorher balanciert? Wie verhält sich derselbe Zellverbund bei höherem Ladestrom? Und was passiert unter hoher Entladeleistung?
Genau deshalb prüfen wir LiFePO₄-Akkus nicht nur auf möglichst schöne Millivolt-Werte.
Wir möchten wissen, wie stabil die Zellen unter praxisnahen Bedingungen zusammenarbeiten.
Was ist Top-Balancing bei LiFePO₄?
Ein 12-V-LiFePO₄-Akku besteht üblicherweise aus vier in Reihe geschalteten Zellen.
Beim Top-Balancing werden die Zellen im oberen Ladebereich möglichst eng aneinander angeglichen. Das Ziel besteht darin, zu vermeiden, dass eine einzelne Zelle deutlich früher ihre obere Spannungsgrenze erreicht als die anderen.
Ein BMS überwacht dazu die Zellspannungen und kann – abhängig vom System – einen Balancer verwenden.
Bei einem passiven Balancer wird an höher liegenden Zellen eine kleine Energiemenge abgebaut.
Top-Balancing kann sinnvoll sein.
Aber:
Top-Balancing und Zell-Matching sind nicht dasselbe.
Das ist einer der wichtigsten Punkte bei der Beurteilung eines LiFePO₄-Akkus.
Wie groß darf die Zellabweichung bei LiFePO₄ sein?
Diese Frage wird sehr häufig gestellt.
Eine universelle Antwort wie
„unter 10 mV ist gut und darüber ist schlecht“
halten wir für zu einfach.
Eine Zellabweichung – häufig auch als ΔV bezeichnet – muss immer zusammen mit den Messbedingungen betrachtet werden.
10 mV können beispielsweise gemessen werden:
- im Ruhezustand,
- während der Ladung,
- unter hoher Entlastung,
- bei 10 A Ladestrom,
- bei 50 A Ladestrom,
- im mittleren SOC-Bereich,
- oder weit oben in der Ladekennlinie.
Das sind völlig unterschiedliche Bedingungen.
Deshalb gilt:
10 mV sind nicht einfach nur 10 mV.
Auch besonders beeindruckende Werte von 2 oder 3 mV sind ohne Kontext kein vollständiger Qualitätsnachweis.
Warum kleine Zellabweichungen allein keine Zellqualität beweisen
Zwischen den einzelnen LiFePO₄-Zellen können verschiedene Unterschiede bestehen.
Dazu gehören beispielsweise:
- unterschiedlicher Ladezustand,
- unterschiedliche nutzbare Kapazität,
- unterschiedlicher Innenwiderstand beziehungsweise Impedanz,
- unterschiedliche Selbstentladung,
- Temperaturunterschiede,
- unterschiedliches dynamisches Verhalten,
- unterschiedliche Alterung,
- Kontakt- oder Übergangswiderstände,
- Messabweichungen des BMS.
Nicht alle diese Ursachen lassen sich durch Balancing beseitigen.
Genau deshalb sollte man unterscheiden zwischen:
einem Balanceproblem
und
einem Zellproblem beziehungsweise einem schlecht zusammenpassenden Zellverbund.
Was kann ein Balancer tatsächlich ausgleichen?
Angenommen, vier Zellen besitzen praktisch dieselben Eigenschaften, befinden sich aber in unterschiedlichen Ladezuständen.
Dann kann Balancing genau richtig sein.
Der Ladezustand der Zellen wird wieder angenähert und der Zellverbund kann anschließend sauber zusammenarbeiten.
Anders sieht es aus, wenn beispielsweise die nutzbare Kapazität unterschiedlich ist.
Ein stark vereinfachtes Beispiel:
Zelle 1: 105 Ah
Zelle 2: 105 Ah
Zelle 3: 104 Ah
Zelle 4: 99 Ah
Diese vier Zellen können im oberen Bereich durchaus so balanciert werden, dass die App anschließend nur wenige Millivolt Unterschied zeigt.
Aber:
Aus der 99-Ah-Zelle werden durch das Balancing keine 105 Ah.
Beim Entladen wird diese Zelle tendenziell früher ihren unteren Ladebereich erreichen.
Dasselbe gilt für unterschiedliche Innenwiderstände oder eine unterschiedliche Selbstentladung.
Top-Balancing kann unterschiedliche Ladezustände angleichen. Es kann aus unterschiedlich charakterisierten Zellen aber keinen perfekt gematchten Zellsatz machen.
Top-Balancing oder Zell-Matching: Wo liegt der Unterschied?
Beim Top-Balancing wird ein momentaner Unterschied zwischen den Zellen korrigiert.
Beim Zell-Matching geht es dagegen darum, Zellen auszuwählen, die in ihren relevanten Eigenschaften möglichst gut zusammenpassen.
Dazu gehören unter anderem:
Kapazität, Innenwiderstand, Selbstentladung, Lade- und Entladeverhalten sowie langfristiges Alterungsverhalten.
Ein Zellsatz kann sich hervorragend balancieren lassen und trotzdem Unterschiede in diesen Eigenschaften besitzen.
Deshalb betrachten wir einen kleinen Spannungsunterschied nach dem Balancing zwar positiv – aber nicht als endgültigen Qualitätsbeweis.
Das Problem mit dem langsamen „Hochstreicheln“
Eine häufig verwendete Methode besteht darin, einen LiFePO₄-Akku mit relativ geringem Strom zu laden und ihn anschließend schrittweise immer weiter an den oberen Ladebereich heranzuführen.
Auch wir haben dieses Verfahren ausprobiert.
Nach einer zunächst aufgetretenen Zellüberspannungsabschaltung wurde der Akku etwas entladen und anschließend erneut geladen.
Dabei wurde beispielsweise zunächst bis 13,9 V geladen und danach die Spannung schrittweise erhöht:
13,9 V → 14,0 V → 14,1 V → 14,2 V → 14,3 V → 14,4 V → 14,5 V
Zwischen den einzelnen Schritten bekommt der Balancer Zeit, vorhandene Unterschiede zu reduzieren.
Damit lassen sich durchaus sehr kleine Zellabweichungen erreichen.
Auch wir konnten auf diese Weise Werte um etwa 10 mV ΔV erzielen.
Der Zellverbund sah anschließend hervorragend aus.
Doch dann haben wir denselben Akku unter anderen Bedingungen geprüft.
Derselbe LiFePO₄-Akku bei 50 A Ladestrom
Nach dem langsamen Angleichen wurde derselbe Zellverbund mit 50 A Ladestrom geladen.
Dabei zeigte sich in entsprechenden Versuchen ein anderes Bild.
Eine oder mehrere Zellen liefen im oberen Ladebereich reproduzierbar schneller nach oben.
Schließlich konnte eine Zelle die eingestellte Zellüberspannungsgrenze erreichen und das BMS reagierte mit seiner Schutzfunktion.
Das bedeutet nicht, dass das vorherige Top-Balancing falsch war.
Es bedeutet:
Der Akku war bei geringem Ladestrom scheinbar hervorragend ausgeglichen – unter 50 A zeigte der Zellverbund jedoch ein Verhalten, das der vorherige Test nicht erkennen ließ.
Und daraus folgt:
Ein gutes Ergebnis bei geringem Strom beweist zunächst ein gutes Ergebnis bei geringem Strom.
Warum verhalten sich LiFePO₄-Zellen bei 50 A anders als bei 10 A?
Die Zellspannung wird während des Ladens nicht ausschließlich vom Ladezustand bestimmt.
Auch stromabhängige Effekte spielen eine Rolle.
Vereinfacht kann ein Teil davon mit
ΔU ≈ I × ΔR
dargestellt werden.
Angenommen, zwischen zwei Zellen besteht ein Unterschied von nur 0,5 mΩ.
Bei 10 A ergeben sich rechnerisch:
10 A × 0,0005 Ω = 5 mV
Bei 50 A:
50 A × 0,0005 Ω = 25 mV
Das ist nur ein vereinfachtes Beispiel.
Eine LiFePO₄-Zelle ist kein reiner ohmscher Widerstand. Auch Polarisation, Temperatur, Ladezustand und elektrochemische Vorgänge beeinflussen die Spannung.
Das Beispiel zeigt jedoch:
Je höher der Strom, desto deutlicher können kleine Unterschiede im Zellverbund sichtbar werden.
Warum ein passiver Balancer 50 A nicht ausgleichen kann
Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Balancerstrom.
Nehmen wir als Beispiel einen passiven Balancer mit 100 mA.
In einer Stunde könnte dieser theoretisch etwa
0,1 Ah
abbauen.
In zehn Stunden wären es etwa
1 Ah.
Das erklärt, warum ein passiver Balancer mit genügend Zeit einen Zellverbund durchaus sichtbar angleichen kann.
Gleichzeitig wird deutlich:
100 mA Balancerstrom können einem Ladestrom von 10, 20 oder 50 A nicht unmittelbar entgegenwirken.
Beim langsamen Top-Balancing ist deshalb vor allem eines entscheidend:
Zeit.
Unter einem deutlich höheren Ladestrom kann eine abweichende Zelle dagegen schneller ihre obere Spannungsgrenze erreichen, als ein passiver Balancer korrigieren kann.
Was bedeutet OVP beim LiFePO₄-Akku?
OVP bedeutet Over Voltage Protection, also Überspannungsschutz.
Ist die Zell-OVP beispielsweise auf 3,65 V eingestellt, reagiert das BMS, sobald eine einzelne Zelle die entsprechende Schutzbedingung erreicht.
Eine OVP-Abschaltung bedeutet für sich genommen noch nicht automatisch, dass der Akku schlecht ist.
Sie bedeutet zunächst:
Eine einzelne Zelle hat die eingestellte obere Schutzgrenze erreicht.
Für die Beurteilung interessieren uns deshalb weitere Fragen:
Welche Zelle erreicht die Grenze?
Wie hoch ist der Ladestrom?
Wie hoch ist die Gesamtspannung?
Wie liegen die übrigen drei Zellen?
Wie groß ist das ΔV?
Ist das Verhalten reproduzierbar?
Und was passiert beim nächsten Ladezyklus?
Eine OVP sagt zunächst nur, dass eine Zelle die Schutzgrenze erreicht hat. Warum sie diese Grenze erreicht hat, zeigt erst die Betrachtung des gesamten Zellverbunds.
Warum 5 oder 10 mV kein Qualitätsstempel sind
Ein Screenshot mit vier nahezu identischen Zellspannungen sieht gut aus.
Aber ohne Messbedingungen fehlt ein großer Teil der Information.
Wir möchten wissen:
Bei welchem Strom?
Bei welcher Zellspannung?
Bei welchem Ladezustand?
Wie lange wurde vorher balanciert?
Ist der Balancer noch aktiv?
Wie hoch ist die Temperatur?
Wie verhält sich derselbe Akku beim nächsten Zyklus?
Deshalb sind beispielsweise 10 mV bei 10 A und 10 mV bei 50 A nicht dieselbe Prüfaussage.
Ein Akku ist nicht deshalb gut balanciert, weil die App 10 mV anzeigt. Entscheidend ist auch, bei welchem Ladestrom und in welchem Bereich der Ladekurve diese 10 mV erreicht wurden.
Muss ein guter LiFePO₄-Zellsatz viel balanciert werden?
Aus unserer Sicht sollte ein gut zusammenpassender Zellverbund tendenziell wenig Korrektur benötigen.
Das bedeutet nicht, dass ein Balancer bei einem hochwertigen Akku niemals arbeiten darf.
Kleine Unterschiede können auch in einem guten Zellverbund entstehen.
Interessanter ist:
Wie viel muss korrigiert werden?
Wie häufig muss korrigiert werden?
Wie schnell findet der Zellverbund wieder zusammen?
Ein Zellverbund, der bereits während der ersten Lade- und Entladezyklen ständig deutlich auseinanderläuft und nur durch langes Balancing zusammengebracht werden kann, interessiert uns deshalb besonders.
Der Balancer soll kleine unvermeidbare Unterschiede korrigieren. Er sollte nicht dauerhaft einen schlecht zusammenpassenden Zellverbund kompensieren müssen.
Oder anders formuliert:
Gute Zellselektion sollte die Arbeit des Balancers reduzieren – nicht ein lange arbeitender Balancer eine schlechte Zellselektion kaschieren.
Warum wir LiFePO₄-Akkus bereits vor dem Versand prüfen
Genau hier liegt für uns der eigentliche Sinn der Prüfung.
Wir möchten einen auffälligen Zellverbund nicht so lange balancieren, bis die Zellspannungen irgendwann schön aussehen.
Wir möchten möglichst früh erkennen, dass der Zellverbund auffällig ist.
Deshalb beginnt unsere Prüfung bereits beim ersten Laden.
Unsere Akkus werden vom ersten Ladebeginn an mit definierten 50 A Ladestrom geprüft.
Diese 50 A sind ausdrücklich keine allgemeingültige Qualitätsgrenze.
Sie sind eine von uns festgelegte Prüfbedingung.
Denn im Wohnmobil gibt es sehr unterschiedliche Ladesysteme.
Ein Fahrzeug lädt vielleicht mit 20 oder 30 A.
Andere besitzen 50-A-, 70-A- oder sogar 100-A-Ladelösungen.
Deshalb sollte ein Prüftest immer zur späteren Anwendung passen.
Warum wir mit 100 A bis zum Abschaltpunkt entladen
Auch bei der Entladung gibt es unterschiedliche Testmethoden.
Bei einem klassischen Kapazitätstest kann beispielsweise zunächst mit höherem Strom entladen und die Leistung zum Ende hin deutlich reduziert werden.
Das kann für die Frage nach der maximal entnehmbaren Kapazität durchaus sinnvoll sein.
Es beantwortet jedoch nicht automatisch die Frage:
Wie verhält sich der Akku unter einer realen Hochstrombelastung bis zum Abschaltpunkt?
Genau deshalb entladen wir bei unserer Prüfung mit definierten 100 A bis zum Abschaltpunkt.
Die Last wird im unteren Ladebereich nicht künstlich auf beispielsweise 10 oder 20 A reduziert.
Warum reduzierte Last nicht immer die Wohnmobil-Praxis abbildet
Ein leistungsstarker Verbraucher reduziert seine Leistung nicht automatisch, nur weil der Akku fast leer ist.
Ein Föhn, eine Kaffeemaschine, eine Mikrowelle oder ein Wasserkocher fordert weiterhin die benötigte Leistung vom Wechselrichter.
Bei einem 2.000-W-Verbraucher ergeben sich bei idealisierten 14 V bereits:
2.000 W ÷ 14 V ≈ 143 A
Wechselrichterverluste sind dabei noch nicht berücksichtigt.
Sinkt die Batteriespannung, kann der benötigte Batteriestrom für annähernd konstante AC-Leistung weiter steigen.
Der Verbraucher sagt also nicht:
„Der Akku ist fast leer, ab jetzt nehme ich statt 140 A nur noch 20 A.“
Er läuft weiter – bis er abgeschaltet wird oder eine Schutzfunktion eingreift.
Genau deshalb betrachten wir das Verhalten unter anhaltender hoher Belastung.
Kapazitätstest und Praxistest sind nicht dasselbe
Ein Kapazitätstest kann fragen:
Wie viele Ah oder Wh lassen sich unter den festgelegten Testbedingungen insgesamt entnehmen?
Ein Praxistest kann dagegen fragen:
Wie lange kann der Akku eine bestimmte hohe Last versorgen und wie verhalten sich dabei die einzelnen Zellen?
Beide Fragen sind legitim.
Sie dürfen nur nicht miteinander verwechselt werden.
Nicht der Test sollte so angepasst werden, dass der Akku gut aussieht. Die Prüfbedingungen sollten zur Frage passen, die beantwortet werden soll.
Was bedeutet UVP beim LiFePO₄-Akku?
UVP bedeutet Under Voltage Protection, also Unterspannungsschutz.
Unter hoher Belastung kann eine einzelne Zelle stärker einbrechen als die übrigen.
Erreicht diese Zelle ihre eingestellte UVP-Grenze, reagiert das BMS und trennt den Entladepfad beziehungsweise das System beendet die Entladung entsprechend seiner Schutzlogik.
Das ist zunächst genau die Aufgabe der Schutzfunktion.
Aber damit ist das Thema noch nicht beendet.
Der mögliche Jojo-Effekt nach einer UVP-Abschaltung
Wenn das BMS wegen Zell-Unterspannung abschaltet, fällt die hohe Last schlagartig weg.
Die zuvor stark eingebrochene Zellspannung kann sich dadurch wieder erholen.
Erreicht sie die eingestellte Recovery- beziehungsweise Wiederfreigabebedingung, kann das BMS den Entladepfad erneut freigeben.
Liegt der Verbraucher noch an, fließt wieder hoher Strom.
Die betreffende Zelle kann erneut einbrechen.
Das BMS schaltet wieder ab.
Es kann ein unerwünschter Ein-/Aus-Zyklus entstehen:
Last → Spannungseinbruch → UVP → Abschaltung → Spannungserholung → Freigabe → erneute Last → UVP
Ein solches Verhalten möchten wir vermeiden.
Deshalb betrachten wir beim BMS nicht nur die eigentliche UVP-Spannung.
Auch wichtig sind:
- UVP-Verzögerung,
- Recovery-Spannung,
- Recovery-Verzögerung,
- Wiederfreigabelogik,
- Verhalten unter weiterhin angeschlossener Last.
Eine sinnvolle Schutzstrategie besteht nicht nur darin, richtig abzuschalten. Auch das Verhalten nach der Abschaltung gehört dazu.
Warum die BMS-Einstellungen wichtig sind
Bei von uns untersuchten Akkus haben wir teilweise Zell-UVP-Einstellungen unter 2,3 V gefunden.
Warum diese Werte gewählt wurden, können wir nicht beurteilen.
Solche Beobachtungen zeigen für uns aber, weshalb die Qualität eines LiFePO₄-Akkus nicht ausschließlich anhand der Zellen beurteilt werden sollte.
Auch das BMS und dessen Konfiguration spielen eine wichtige Rolle.
Schutzgrenzen sind dabei ausdrücklich keine empfohlenen normalen Betriebsspannungen.
Sie sind Schutzparameter.
Was passiert nach dem Laden in Ruhe?
Auch das Ruheverhalten nach einer vollständigen Ladung kann zusätzliche Informationen liefern.
Wichtig ist zunächst:
Ein LiFePO₄-Akku muss die Ladeschlussspannung nach Entfernen des Ladegeräts nicht halten.
Wird ein 4S-Akku beispielsweise bis 14,5 V geladen, dürfen die Zellspannungen anschließend relaxieren.
Der Spannungsabfall allein ist daher noch kein Beweis für schlechte Zellen.
Interessanter ist für uns:
Wie schnell fällt die Spannung?
Wie verhalten sich die einzelnen Zellen zueinander?
Bleibt der Zellverbund eng zusammen?
Unsere Beobachtung nach der Ladung
Bei unseren eigenen Akkus beobachten wir regelmäßig, dass die Gesamtspannung nach einer Ladung bis 14,5 V auch nach mehreren Tagen noch vergleichsweise hoch liegt.
Wir haben beispielsweise Rückmeldungen von Kunden erhalten, bei denen ein Akku nach mehreren Tagen Transport bei der Ankunft noch ungefähr 14,0 V angezeigt hat.
Das ist für uns eine interessante Beobachtung.
Wir machen daraus ausdrücklich keine allgemeingültige Regel, wonach jeder gute LiFePO₄-Akku nach mehreren Tagen noch 14,0 V haben müsse.
Aber wir beobachten das Ruheverhalten als zusätzlichen Bestandteil unserer Qualitätskontrolle.
Wann uns ein Spannungsabfall auffällt
Wenn ein zuvor vollständig geladener Akku ohne relevante externe Last bereits nach relativ kurzer Zeit sehr deutlich abfällt, schauen wir genauer hin.
Ein Beispiel:
Ein zuvor bis etwa 14,5 V geladener Akku liegt nach ungefähr 24 Stunden nur noch bei etwa 13,2 V.
Das bedeutet nicht automatisch:
„schlechter Akku.“
Es ist für uns aber ein Anlass, genauer zu untersuchen.
Denn 13,2 V entsprechen bei vier Zellen im Mittel etwa:
3,30 V pro Zelle.
Dann interessiert uns:
Wurde wirklich vollständig geladen?
Gab es eine Last?
Wie war die Temperatur?
War der Balancer aktiv?
Wie hoch war der System-Eigenverbrauch?
Und vor allem:
Sind alle vier Zellen gleichmäßig gefallen oder zeigt eine einzelne Zelle ein deutlich anderes Verhalten?
Gerade dieser Vergleich ist wesentlich aussagekräftiger als die Gesamtspannung allein.
Warum Selbstentladung und Ruheverhalten interessant sind
Wenn eine einzelne Zelle während einer definierten Ruhephase reproduzierbar stärker absinkt als die anderen, kann das auf eine Auffälligkeit hinweisen.
Eine mögliche Ursache kann eine erhöhte Selbstentladung sein.
Es müssen jedoch auch BMS-, Balancer-, Mess- und andere Einflüsse berücksichtigt werden.
Deshalb gilt auch hier:
Eine einzelne Messung ist noch keine Diagnose.
Interessant wird das Verhalten, wenn es reproduzierbar ist.
Kann ein top-balancierter Akku später wieder auseinanderlaufen?
Ja.
Ein erfolgreicher Balancing-Vorgang ist zunächst eine Momentaufnahme.
Wenn die ursprüngliche Ursache lediglich ein unterschiedlicher Ladezustand war, kann ein Balancing sehr nachhaltig helfen.
Wenn jedoch Unterschiede bei Kapazität, Innenwiderstand, Selbstentladung oder Alterung dahinterstehen, können sich später erneut größere Zellabweichungen entwickeln.
Dann kann erneut Balancing notwendig werden.
Deshalb halten wir die Aussage
„Einmal richtig top-balanciert und der Zellsatz läuft zukünftig sauber“
für zu weitgehend.
Balancing kann einen Zustand korrigieren. Es beseitigt aber nicht zwangsläufig die Ursache dafür, warum ein Zellverbund auseinanderläuft.
Warum wiederkehrender Balancierbedarf interessant ist
Wenn ein Zellverbund immer wieder größere Unterschiede entwickelt und regelmäßig umfangreich nachbalanciert werden muss, interessiert uns weniger, ob wir ihn irgendwann wieder auf 5 oder 10 mV bringen können.
Die wichtigere Frage lautet:
Warum läuft er immer wieder auseinander?
Genau deshalb betrachten wir nicht nur den Endwert des Balancing-Vorgangs.
Wir betrachten den gesamten Verlauf.
So prüfen wir unsere LiFePO₄-Akkus
Unser Prüfablauf lässt sich vereinfacht zusammenfassen:
1. Laden mit definierten 50 A
Bereits vom ersten Ladebeginn an beobachten wir die einzelnen Zellspannungen.
2. Zellgleichlauf und Balancierbedarf beobachten
Wie stark laufen die Zellen auseinander? Muss lange korrigiert werden oder bleiben sie weitgehend zusammen?
3. Entladen mit definierten 100 A
Die Belastung wird im unteren Ladezustand nicht künstlich reduziert.
4. Bis zum Abschaltpunkt beobachten
Welche Zelle erreicht zuerst eine Grenze? Wie entwickelt sich das ΔV?
5. UVP- und Recovery-Verhalten prüfen
Wie verhält sich das BMS nach einer Schutzabschaltung?
6. Erneut mit 50 A laden
Wie läuft der Zellverbund nach dem vorherigen Entladezyklus wieder hoch?
7. Ruheverhalten beobachten
Bleiben die einzelnen Zellen nach Ladeende eng zusammen oder entwickelt sich eine Auffälligkeit?
Warum wir das vor dem Versand machen
Das Ziel unseres Vorgehens ist nicht, einen Zellverbund mit möglichst viel Zeit auf besonders schöne App-Werte zu bringen.
Das Ziel ist:
Auffälligkeiten möglichst früh zu erkennen, bevor der Akku zum Kunden geht.
Ein Zellverbund, der bereits während der Qualitätsprüfung ungewöhnlich viel Korrektur benötigt oder reproduzierbar auffällig reagiert, soll nicht erst beim Kunden im Wohnmobil Probleme machen.
Deshalb ist Balancing für uns keine Methode, um einen problematischen Zellverbund einfach „versandfähig“ zu machen.
Es ist vielmehr ein Teil der Diagnose.
Wir balancieren einen auffälligen Zellsatz nicht so lange, bis er gut aussieht. Wir prüfen ihn, damit wir möglichst früh erkennen, ob er unseren Anforderungen entspricht.
Was zeichnet für uns einen guten LiFePO₄-Zellsatz aus?
Nicht ein einzelner perfekter Screenshot.
Nicht automatisch 2 mV statt 10 mV.
Und auch nicht ausschließlich das Erreichen der angegebenen Kapazität.
Interessanter ist für uns das Gesamtverhalten.
Ein guter Zellverbund sollte unter unseren definierten Bedingungen:
möglichst gleichmäßig laden,
bei höherem Ladestrom stabil bleiben,
nur wenig Korrekturbedarf zeigen,
unter hoher Entladeleistung möglichst lange zusammenbleiben,
nicht frühzeitig durch eine einzelne auffällige Zelle begrenzt werden,
nach einem vollständigen Zyklus wieder sauber zusammenlaufen
und auch in der Ruhephase keine ungewöhnlichen Unterschiede entwickeln.
Für uns ist ein Zellverbund, der wenig Korrektur benötigt, interessanter als ein Zellverbund, den man mit genügend Zeit auf ein besonders schönes ΔV bringen kann.
Häufige Fragen zu LiFePO₄ Top-Balancing und Zellabweichungen
Sind 10 mV Zellabweichung bei LiFePO₄ gut?
10 mV können ein sehr guter Wert sein. Entscheidend ist jedoch, unter welchen Bedingungen sie gemessen wurden. Strom, Ladezustand, Temperatur und Balancing-Vorgeschichte gehören zur Bewertung dazu.
Sind 2 oder 3 mV besser als 10 mV?
Nicht zwangsläufig. Ein Unterschied von 3 mV nach langer Ruhe oder langem Balancing kann weniger aussagekräftig sein als 10 mV unter einer hohen realistischen Lade- oder Entladebelastung.
Beweist Top-Balancing gute LiFePO₄-Zellen?
Nein. Top-Balancing zeigt, dass sich die Zellzustände im oberen Bereich angleichen lassen. Kapazitäts-, Widerstands-, Selbstentladungs- oder Alterungsunterschiede werden dadurch nicht automatisch beseitigt.
Warum läuft eine LiFePO₄-Zelle beim Laden hoch?
Mögliche Ursachen sind unterschiedliche Ladezustände, Kapazitätsunterschiede, unterschiedliche Impedanz, Temperatur, Zellcharakteristik oder andere Einflüsse im Zellverbund.
Warum bricht eine einzelne LiFePO₄-Zelle unter Last stärker ein?
Bei höherem Strom werden Unterschiede im Innenwiderstand und dynamischen Zellverhalten stärker sichtbar. Auch ein niedrigerer Ladezustand oder eine geringere nutzbare Kapazität können eine Rolle spielen.
Was bedeutet OVP beim BMS?
OVP steht für Over Voltage Protection. Das BMS reagiert, wenn eine Zelle die eingestellte Überspannungs-Schutzgrenze erreicht.
Was bedeutet UVP beim BMS?
UVP steht für Under Voltage Protection. Sie schützt eine Zelle vor zu niedriger Spannung während der Entladung.
Warum kann ein BMS nach UVP wieder einschalten?
Nach Wegfall der Last kann sich die Zellspannung erholen. Wird dadurch die Recovery-Bedingung erreicht, kann das BMS den Entladepfad wieder freigeben. Bei weiterhin anliegender hoher Last kann dadurch im ungünstigen Fall ein wiederholter Ein-/Aus-Zyklus entstehen.
Muss ein guter LiFePO₄-Akku regelmäßig balanciert werden?
Kleine Korrekturen können normal sein. Ein Zellverbund, der dauerhaft starke Balancierung benötigt, sollte jedoch genauer betrachtet werden.
Ist ein Kapazitätstest mit reduziertem Strom falsch?
Nein. Er beantwortet lediglich eine andere Frage. Wird der Strom zum Ende hin reduziert, kann mehr Restkapazität entnommen werden. Das zeigt aber nicht zwingend, wie sich der Akku unter dauerhaft hoher Wechselrichterlast bis zum Abschaltpunkt verhalten würde.
Fazit: Ein guter LiFePO₄-Akku ist mehr als ein kleiner Millivolt-Wert
Top-Balancing ist sinnvoll und kann wichtige Unterschiede im Ladezustand korrigieren.
Aber ein kleiner Zellspannungsunterschied allein beweist noch keine hohe Zellqualität.
Entscheidend ist das gesamte Verhalten des Zellverbunds.
Wie läuft er bei höherem Ladestrom?
Wie verhält er sich unter hoher Entladeleistung?
Wie stark muss das BMS balancieren?
Welche Zelle erreicht zuerst OVP oder UVP?
Wie verhält sich das BMS nach einer Schutzabschaltung?
Und bleiben die Zellen nach mehreren Lade- und Entladevorgängen sowie während einer Ruhephase weiterhin eng zusammen?
Genau deshalb betrachten wir nicht nur einen einzelnen Messwert.
Wir betrachten den Zellverbund als Gesamtsystem.
„Wie gut kann ich einen Akku balancieren?“ ist nicht dieselbe Frage wie „Wie gut sind seine Zellen aufeinander abgestimmt?“
Und für die Praxis im Wohnmobil gilt:
Nicht entscheidend ist, wie schön ein Akku unter sorgfältig angepassten Testbedingungen aussieht. Entscheidend ist, wie stabil er unter den Bedingungen arbeitet, für die er gekauft wurde.
Unser Ziel ist daher nicht der Zellverbund, den wir möglichst schön balancieren können.
Unser Ziel ist ein Zellverbund, der möglichst wenig Korrektur benötigt – und bei dem Auffälligkeiten nach Möglichkeit erkannt werden, bevor der Akku zum Kunden geht.