Gedanken zum Balancing

Gedanken zum Balancing

Es gibt ein Video, das zeigt die Demontage eines 85kWh-Tesla-Akkupacks.

Man kann sehr schön die 16 Module erkennen. 14 in zwei Reihen links und rechts und vorne noch zwei aufeinander. Jedes einzelne Modul sieht dann noch zweigeteilt aus.

Mit dem Wissen, dass die 7.104 Zellen in 96s74p angeordnet sind, kann man das Innere interpretieren.

Jedes Modul enthält 7.104/16=444 Zellen.
Jedes Modul sieht intern l-förmig zweigeteilt aus. Kennt Jemand eine genauere Aufnahme als in dem Video?
Ich möchte damit von 32 Teilmodulen à 222 Zellen ausgehen.

Schaltet man diese 32 Teil-Module in Reihe, dann erreicht man die 96s nur, wenn man in jedem Modul 3 Zellen jeweils in Reihe schaltet. 222/3=74. D.h. Diese 3er Anordnungen werden alle über die sichtbaren, großen Leiterplatten parallel angesprochen.

Jetzt zum Balancing: Durch Exemplarstreuungen werden diese drei seriell verbundenen Zellenanordnungen sich auf unterschiedliche Einzelspannungen einstellen. Da jedoch diese 3er Anordnungen alle parallel geschaltet sind, erhalten sie bei der Ladung von außen die identische Spannung aufgeprägt. Bei einer Grenzspannung des Gesamtsystems von 404V macht das auf eine 3er-Reihenanordnung eine Spannung von 12,63V. Für die Einzelzelle macht das eine Spitzenspannung bei 100% SOC von 4,21V. Das ist eine Menge und deshalb verstehe ich, dass man regelmäßig nur auf 90% laden soll.

Nun ergeben sich von den 1 oder 2 Packanschlüssen (Heckantrieb oder Dual Drive) unterschiedlich lange Wege zu den 16 Einzelmodulen. Innerhalb der Module sollten die Wege ähnlich sein. Unterschiedliche Wege bedeuten aber auch unterschiedliche Widerstände, besonders bei hohen Strömen. Damit sollten die Modulspannungen der 32 Einzelmodule langsam aber sicher auseinanderlaufen.

Jetzt meine Gedanken zum Balancing. Die 32 Teilmodule müssen mehr oder weniger regelmäßig ins Balancing gehen, um die Gesamtkapazität durch Spannungserhöhung der abgefallenen Module zu erhalten. Allerdings kann ich mir nicht vorstellen, dass Tesla es schafft, die 3 jeweils in Reihe geschaltetem Zellen einzeln zu balancieren. Ein Vergleich mit den Laptops drängt sich auf. Auch hier sieht man in der Regel in den 6er-Packs (in meinem Video vom Leerfahren ab 2m30s zu sehen) eine 3s2p Anordnung. Und meines Wissens wird hier nicht balanciert. Über die Lebensdauer gut gepflegter Akkus soll angeblich die Spannung der Einzelzellen in diesen Systemen um nicht mehr als 50mV abweichen. Man schenkt sich also das aufwändige Balancing. Wichtig ist nur, dass zum Zeitpunkt der Fertigung des Akkupacks alle Zellen die identische Spannung haben.

Nach diesen Gedanken kann ich mir vorstellen, dass Tesla zwar das Balancing für alle 32 Teilmodule durchführt, aber innerhalb der 3-er Packs, die ja immer sehr identisch belastet werden, sich das Balancing spart. Ein Teil der Degradation sollte also auch aus diesem Weglaufen der Spannung resultieren. Allerdings sollten das in normalen Nutzungszeiten mit ein paar Zig-Millivolt erledigt sein.

Jede Diskussion des Themas ist willkommen.

Der 85kWh Akku ist 96s74p aufgeteilt, richtig. Jedes der 16 Module ist daher 6s74p geschaltet, alle 16 Module zusammen in Serie. Der optische Eindruck einer Dreiteilung des Moduls entsteht durch die Metallplatten, mit denen die Pole der Zellen zusammengefasst sind. Zwei Gruppen von je 74 Zellen sitzen auf je einer Polplatte: Die eine Hälfte mit dem Pluspol, die andere mit dem Minuspol. Auf der Unterseite des Moduls sitzen entsprechend anders geformte Polplatten, die die Pole anders zusammenfassen und so die Schaltung komplettieren.

Das Balancing erfolgt auch innerhalb jedes Moduls, so weit ich weiß.

Deine Überlegung zum Spannungsabfall in den Zuleitungen ist nicht relevant. Jedes Modul hat einen leicht unterschiedlichen Innenwiderstand und Ladezustand vor dem Balancing, dadurch enstehen auch unterschiedliche Spannungen. Wichtig ist, dass durch Reihenschaltung alle Module vom gleichen Ladestrom durch flossen werden, und dass in den per Polplatte parallel geschalteten Zellen alle automatisch die gleiche Spannung haben.

Das ist ein Problem der Bauweise des Tesla Akku, bei 7.104 Einzelzellen wäre es Optimal jede einzelne Zelle zu balancieren. Leider ist das technisch zu aufwendig.

Systeme wie beim neuen Chevrolet Bolt setzen auf wenige Einzelzellen. Video Bolt Akku ab sec. 51. youtube.com/watch?v=YgTAlZac34s
aber auch immer dreier Anordnung.

Tesla könnte einiges verbessern am Akku,immerhin stammt die Konstruktion aus 2012. Wiedererwarten zeigt sich der Tesla Akku aber als relativ haltbar
was auch mit der großen Kapazität zu tun hat. 100.000 km mit 20kwh Akku VS 100.000 Km mit 85 KWh Akku bedeutet wenig Ladezyklen.

Man kann keine Zelle einzeln balancieren. Balancieren bedeutet per Definition, mehrere Zellen in einer Reihenschaltung auf die gleiche Spannung zu bringen. Beim Tesla 85kWh Akku sind immer 74 Zellen parallel geschaltet und damit automatisch auf der gleichen Spannung. Die Balancierung erfolgt durch Zuschalten von „bleed off“ Widerständen bei niedrigem Ladestrom, so dass Zellen mit aktiviertem Bypass-Widerstand nicht weiter geladen werden.

Hallo Volker,
ist dir bekannt bei welchem Ladestrom die ohmsche Last dann zugeschaltet wird?
Am SuC und Laden habe ich über mehrere Stunden den Ladestrom bei 100% Ladung verfolgt und dies beaobachtet: (P85D, Restladung 1% bei Ladebeginn)
Zum Schluss (nach 1 Std 4 Minuten voll-laden und Ladestand 98%) pendelte er sich bei 2-3A ein (sonstige Verbraucher und Heizung waren natürlich aus, Lufttemp. 16°C)
und brauchte (ständig zwischen 1und 3 A hin- und herschwankend) noch weitere 30 Minuten bis er kurz auf 0 A zurückging und das Auto
voll geladen meldete. Könnte in dieser Zeit das von dir beschrieben Balancing eingesetzt haben und eben zwischen 1A und 3A in Wärme aufgehen lassen?
Off Topic:
Falls jetzt geich wieder einer losmotzt ( :wink: ): Der SuC (Irschenberg) war nie voll besetzt und geladen habe ich zwischen 23.00 und 1.00, also
bin ich auch niemandem im Weg gestanden oder habe einen Ladeplatz für andere blockiert.

Ich habe das Gleiche am SuC Schweitenkirchen erlebt. Ich kam mit -3km an die Säule und habe dann voll gemacht. Bei mir kam aber zuerst die 100% Anzeige und dann ging es noch ganz schön lange mit 4A bis schließlich 1A weiter. Ich habe das per Video aufgenommen. Meine Fragen gehen hier zur Klärung der Fakten, bevor ich das zweite Video über das Balancing drehe.

Ja, die Handvoll Ampere bei 100% Ladezustand sind das Balancing. Wie die Steuerung im Detail arbeitet, weiß nur Tesla. Im BMS steckt das wertvollste know how, das Tesla seit Gründung entwickelt hat. Ich habe aber noch nicht die veröffentlichten Patente gewälzt, ob da etwas drin steht.

Die Zellspannung bei 100% soll dem Hack auf TMC nach bei 4.15V/4.16V und damit unter den genannten 4.21V liegen.

Wiedererwarten von wem? Von Dir?

Mal davon abgesehen, dass es wider Erwarten heißt…
Die bunte Presse mit ihren Unterhaltungsmeldungen und selbsternannten Experten kann eben nicht immer recht haben :wink: . Physik und Realität spielen eben oft auch noch mit. Und da ist es völlig klar, dass das System von Tesla ganz vorne mit dabei ist. Aber das darf ja so nicht sein, deshalb verbiegt man es so lange, bis es Gefallen findet.

Wenn man mal 96 x 4,15V rechnet, kommt man auf 398,4V. Passt also nicht recht zur Praxis am SuC. Die Zellen werden ziemlich genau vollgeladen auf 4,2V pro Zelle, womit die Packspannung dann bei knapp 404V liegt. Kommastellen gibts in der ‚großen‘ Spannungsanzeige nicht.

Wahrscheinlich meinte er „Wiezuerwarten“ :mrgreen:

Damit der kleine user auch was versteht:

Wann wird balanciert?

  • immer oder
  • nur beim laden, oder
  • nur wenn man auf 100% ladet(und da dann zum schluss, wo nur mehr diese handvoll Ampere fliessen)

IMHO nur bei deinem letzten Punkt (Zitat: - nur wenn man auf 100% ladet und da dann zum schluss, wo nur mehr diese handvoll Ampere fliessen),
denn nur dann ist die einzelne Zellspannung so hoch, dass bei den schon voll geladenen Zellen via zugeschaltetem Widerstand
der Ladestrom so lange ausgesetzt/reduziert wird, bis die anderen („hinterherhinkenden“) Zellen auch den vollen Ladestand erreicht haben.

Dazu gibt es aber auch andere Theorien. wk057 aus dem TMC Forum (der, der sich aus Tesla Akkus eine Offgrid Versorgung seines Hauses gebaut hat) hat irgendwo mal geschrieben, dass ab ca. 93% SOC der Balancing Circuit aktiviert wird. Das Balancing geht dann auch nach Ladeende weiter und schöpft wohl von den Zellen mit der höheren Spannung soviel Strom ab, so dass sie mit den Zellen mit der niedrigeren Spannung gleich ziehen. Danach passt dann beim nächsten Laden wieder etwas mehr in den Akku. Die ca. 93% SOC werden benötigt, da hier ungefähr die Ladeschlusspannung erreicht ist und damit das BMS auf Basis der aktuell angenommenen Kapazität die Dauer je Zelle errechnet werden kann, für die die Bleeeding Widerstände aufgeschaltet werden.

So habe ich seine Ausführungen verstanden…

Kann man daraus ableiten, dass es gar nicht mal so falsch ist, den Akku ab und an mal mit mind. 93% SOC voll zu laden, um die Zellen mal ordentlich balancieren zu lassen?
( Natürlich im Anschluss gleich losfahren und so nicht stehen lassen ).

Schön langsam werde ich unsicher mit dem Balancing
Soll ich bei 93% abhängen. 100% soll ja nicht gesund sein.
Ich nehme an, balancieren kann ich auch in meiner Garage mit Drehstrom.
Wann ist Balancing notwendig.
Ich zb. habe 15.000Km am Tacho und merke keine Akkuschwäche.

Bevor jetzt alle genau auf diese 93% schauen. Die paar mal, die ich nun auf 100% laden musste, haben keinen großen Reichweiten Effekt gehabt. Habe jetzt 60 tkm runter und ca. 5% Degration auf dem Akku. Daran hat sich auch nach einem vermutlichen Balancing nichts geändert.

ich muss voranschicken, ich habe ja null Ahnung von Akkus
Nur, wenn ich am SuC stehe und auf 93, 95 oder 95% oder so stelle machts am Ende Klack und nix fliesst mehr. Laden abgeschlossen.
nur bei 100 bruzelt es ne halbe Stunde oder länger auf niedrigen Ampere fröhlich weiter und ohne das einer der zahlreichen Logger noch auswirft das was in die Batterie geladen wird. Das ist für mich das Balancing.
Ich bin skeptisch das unter 100 Balancing stattfindet, aber wie gesagt nur Bauchgefühl

Sicher nicht verkehrt, so alle 1-2 Monate mal komplett voll zu laden…

Sind sich da die Gelehrten einig?