Frage zur Parallelschaltung von Akkus mit integriertem BMS

[wiewennzefliechs]

Hallo,

seit kurzem wird mein Novantic von 2 Lithium-Akkupacks befeuert. Diese werden im Roller einfach parallelgeschaltet. Jeder Akkupack enthält ein eigenes BMS. So weit, so gut.

Interessieren würde mich nun, was bei so einer Parallelschaltung elektrisch passiert, und zwar speziell für den Fall, dass die Akkus (z. B. wegen unterschiedlichem SoC) unterschiedliche Spannungen liefern. Ohne BMS wäre die Sache klar: bei unterschiedlichen Akku-Spannungen würde ein Ausgleichsstrom vom Akku mit der höheren Spannung in den mit der niedrigeren Spannung fließen.

Beim Emco Novantic hat allerdings jeder Akku ein integriertes BMS und außerdem einen 3-poligen Anschluss: einmal Ladestrom-Minus, einmal Fahrstrom-Minus sowie einen gemeinsamen Pluspol. Sobald man 2 Akkus im Roller anschließt, werden jeweils die beiden Pluspole und die Fahrstrom-Minuspole der beiden Akkus miteinander verbunden. Die Frage ist nun, ob das zwischen die Zellen und die Akku-Anschlüsse geschaltete BMS dafür sorgt, dass über den Fahrstrom-Anschluss nur Strom entnommen, aber kein Strom eingespeist werden kann. Wenn ja, würde kein Ausgleichsstrom fließen. Stattdessen würde der Motor bei unterschiedlichen Akku-Spannungen zunächst nur aus dem Akku mit der höheren Spannung gespeist. Erst wenn dieser soweit entladen ist, dass seine Spannung auf das gleiche Niveau wie beim anderen Akkus gesunken ist, fängt auch der andere Akku an, Strom zu liefern. Weiß hier jemand, wie sich speziell die Akkupacks für den Emco Novantic in diesem Punkt verhalten?

Gruß

Michael

[STW]

Interessante Frage, wie so häufig wäre die korrekte Antwort "das hängt davon ab".

Ich gehe mal davon aus, dass das BMS per MOSFets den Ausgang schaltet, abhängig von der Gesamtspannung und den Einzelspannungen der Zellen. Prinzipiell lassen wohl durchgeschaltete MOSFets Strom in beide RIchtungen durch, naja, in der Gegenrichtung rauchen sie aber wohl etwas schneller ab, aber das hängt vom verwendeten Typen ab und wieviele von denen parallel geschaltet sind.

Das theoretische Problem eines Ladungsausgleichs tritt nur im Leerlauf oder bei geringster Belastung auf und hoffentlich nur dann, wenn die MOSFests durchgeschaltet sind, d.h. die Gesamtspannung des Akkupacks ebenso wie die Einzelspannungen der Zellen im gesunden Bereich liegen. Also für den Fall einer toten Zelle sollte der Akkuausgang durch das BMS abgeschaltet sein.

Nun habe ich nicht ganz die Chemie und den Aufbau des Akkus beim Emco im Kopf, aber rechnen wir mal, dass aus Versehen ein voller Akkupack neben einen leeren Akkupack eingestöpselt wird und die Spannungsdifferenz 5V ist (wir nehmen mal einfach ca. 0.3V Unterschied pro Zelle an). Dann haben wir mal angenommen 5Milliohm Innenwiderstand pro Zelle, und je 15 in einem Pack, macht also als Innenwiderstand 30*5mO = 0.15 Ohm gesamt, und das sollte dann bei 5V Unterschied im Ergebnis 33Ampere ergeben. In Realität sind es weniger, weil die MOSFets und Kabel usw. auch noch den Stromfluß begrenzen, aber rechnen lieber mit dem schlimmsten Fall und leben in der Hoffnung, dass die MOSFets des schwächeren Akkupacks das überleben.

Die Akkus werden also mit 1C entladen bzw. geladen, was die auch im Ausnahmefall mitmachen sollten. Nach ca. 30 Minuten haben die dann bei stetig nachlassender Stromstärke gleiche Spannungslage. DIe Kabel und Anschlußbuchsen sind für die Stromstärke ausgelegt, das sollte auch klappen. Allerdings wird es sicherlich heftig beim Einstöpseln des 2. Akkupacks funken.

Also sollte es prinzipiell gut gehen. Wenn das BMS richtig gut konstruiert ist, sperrt es den Stromausgang, wenn dort eine höhere als die interne Spannung anliegt. Allerdings wäre dann auch eine Rekuperationsfunktion wohl nicht gegeben, solange wie der Rekustrom nicht auf den Ladeeingang gespeist wird. Wenn der Emcoakku auch in Rollern mit Reku verbaut wird, dann fehlt diese "Rücklaufsperre" wohl ebenso wie eine entsprechende Diode.

Es gibt ein Übel, ein defektes BMS, das eine 0V-Zelle nicht erkennt (also 2 Fehler auf einmal). Das sollte allerdings schon beim Akkuladen auffallen.

Da ich leider noch kein Emco-BMS gesehen habe, ist das also bis hierhin Theorie, die ich aber für recht wahrscheinlich halte. Trotzdem die Empfehlung: beide Akkus immer laden und im Zweifelsfall nur einen Akku verwenden, es ist einfach unschädlicher ...

[wiewennzefliechs]

Vielen Dank für deine fachmännische Antwort.

Falls der Akku-Aufbau eine Rolle spielen sollte: ein Novantic-Akku enthält 196 Li(NiCoMn)O2-Zellen in einer 14x14-Verschaltung. Die Nennspannung einer Zelle beträgt also 48 Volt / 14 = 3,428 Volt.

Aus eigener Erfahrung weiß ich, dass das BMS bei Unterspannung einer oder mehrerer Zellen den Fahrstrom abschaltet. Zusätzlich kann es beim Laden auch den Ladestrom unterbrechen, wenn eine Zelle Überspannung abbekommt.

Soweit ich weiß, werden Akku-Packs dieses Typs nicht in Rollern mit Reku eingesetzt, jedenfalls nicht bei Emco. Emco bietet nur einen Roller mit Reku an (den Novum S5000), und in dem sind die Akkus fest verbaut. Es kann natürlich sein, dass der Fahrstrom-Ausgang der Novantic-Akkus trotzdem rückstromfähig ist und diese Fähigkeit beim Novantic halt nur nicht genutzt wird, jedenfalls nicht normalerweise.

Ich habe bisher darauf geachtet, die beiden Akkus nur dann zusammen in den Roller einzusetzen, wenn sie beide vollgeladen sind. Einen minimalen Unterschied beim Ladezustand gibt es nur, wenn ich den Roller mit nur einem Akku aus der Tiefgarage vor die Haustür fahre (ca. 100m Fahrstrecke incl. ca. 20m Rampe) und erst dort den zweiten Akku einsetze. Ich mache das, wenn ich den Roller nicht aus der Garage schieben, aber auch nicht beide Akkus in die Garage schleppen möchte. Ein Problem scheint das aber bisher nicht gewesen zu sein, insbesondere hat es beim Anschluss des zweiten Akkus noch nicht gefunkt

Gruß

Michael

[STW]

Ich gehe mal davon aus, dass sich die Spannungskurve bei diesen Akkus ähnlich gutmütig verhält wie LiFePO4, also nur an den extremen Ladezustandspunkten den ansonsten eher flachen Spannungsverlauf / Leerlaufspannung verläßt. Von daher sehe ich diverse mehrere Hundert Meter als recht problemlos an.
Kritisch kann es werden, wenn ein Akku randvoll frisch vom Ladegerät kommt und mit einem Akku mit sehr wenig Restkapazität zusammengeschaltet wird. Diese Situation würde ich vermeiden.

[herby87]

Die Akkus sind nicht direkt mit dem Controller bzw. dem Ladegerät verbunden. Es befindet sich ein Kästchen dazwischen, was sich genau darin befindet kann ich nicht sagen. Ich habe schon mal versucht so einen Kasten zu öffnen, aber der Inhalt ist in Kunstharz oder ähnliches vergossen, so dass ich nichts erkennen konnte. Das Kästchen ersetzt auch die Hauptsicherung.

[wiewennzefliechs]

Danke für die Info. Das Kästchen dürfte auch ein Indiz dafür sein, dass man sich doch nicht so einfach einen Y-Adapter basteln kann, um damit beide Akkus auch außerhalb des Rollers gleichzeitig an einem Ladegerät zu laden Genau das hatte ich nämlich vor, spätestens nach Ablauf der Garantiezeit. Gibt es denn einen Serviceplan oder eine Ersatzteilliste für den Novantic, auf dem irgendein Name für dieses Kästchen erwähnt ist? Interessant ist auch, dass das Kästchen zum Laden eines einzelnen Akkus offenbar nicht benötigt wird, denn man kann einen Akku ja auch außerhalb des Rollers laden. Dort ist aber kein Kästchen im Spiel.

Ich kann ja bei Gelegenheit mal messen, ob ein nennenswerter Widerstand zwischen entsprechenden Pins der beiden Akku-Anschlussstecker im Roller liegt. Ist dieser Widerstand hoch, würde das für Dioden sprechen, die Ausgleichsströme zwischen den beiden Akkus verhindern sollen. Aber vielleicht enthält das Kästchen ja tatsächlich nur die Hauptsicherung,

Gruß

Michael

[herby87]

Das Kästchen heißt Stromverteiler

[wiewennzefliechs]

Danke. Das Ding scheint ja ordentlich Abwärme zu erzeugen, jedenfalls weisen die Kühlrippen darauf hin. Vermutlich sind da Leistungs-Halbleiter-Bauteile drin. Wenn man davon ausgeht, dass an einem stromdurchflossenen Halbleiter ca. 0,6 Volt abfallen, entsteht beim maximalen Motorstrom (ca. 42 Ampere) eine Verlustleistung von 25 Watt. Die würde die Kühlrippen erklären.

Es könnte sich z. B. um die von mir bereits erwähnten Dioden handeln, die verhindern sollen, dass es beim Anschluss von Akkus mit ungleichem SoC zu Ausgleichsströmen kommt. Wenn das Kästchen auch noch als (elektronische) Hauptsicherung fungieren soll, sind zusätzliche Bauteile nötig.

Gruß

Michael

[wiewennzefliechs]

Dass da ein BMS drin ist, halte ich für eher unwahrscheinlich, denn beim Novantic sitzt das BMS im Akku. Aber mit den FETs könntest du recht haben. Wobei man als elektronische Schalter auch Thyristoren nehmen könnte. Die könnten gleichzeitig als Diode zum Sperren von Ausgleichsströmen bei der Parallelschaltung ungleich geladener Akkus fungieren.

Schlacht-Teile dürften angesichts der Tatsache, dass der Novantic erst 2 Jahre auf dem Markt ist, schwer zu bekommen sein.

Gruß

Michael