kai 1 schrieb:
wieso PN. kann doch auch hier reingesetzt werden
Ja Kai, warum eigentlich nicht?!
Da der MeisterEIT seinen Gegenbeweis weiterhin schuldig bleibt und sich jetzt in Verschwörungstheorien verstrickt, versuch ich einfach mein Glück und hol den Erklärbär noch mal raus.
Hallo @All
Wie gesagt möchte ich einfach versuchen, für alle meine theoretischen Überlegungen zu den Schaltungsarten
=>
"erst parallel dann seriell (xP4S)" vs. "erst seriell dann parallel (4SxP)"
möglichst einfach darzulegen. Ich weiss, schwerer Stuff und viel zu lesen! Ich hab mich lange davor gedrückt, aber jetzt muss es wohl sein! Vielleicht kann der ein oder andere ja meinen Gedanken folgen und ein kurzes Feedback geben, auch auf die Gefahr hin, dass es "Alles totaler Schwachsinn, WEIL ..." lautet. (Wobei es mir aber dann auf das "weil ..." ankommt.)
Für die folgenden Betrachtungen legen wir beispielhaft einen Akkublock zugrunde, der aus 24 Einzelzellen bestehen und eine Spannung von 13,2 Volt aufweisen soll. Als Einzelzellen für unser Vorhaben nehmen wir einfach eine X-beliebige LiFePo4-Zelle mit 3,3 Volt Nennspannung, 2,5 Ah Kapazität und einem Innenwiderstand von 5 mOhm. Damit haben wir auch gleich eine Brücke von der Theorie zur Praxis geschlagen, denn diese Konstellation entspricht den von Yoda und Krotzn eingesetzten Akkupacks.
Um auf eine Gesamtspannung von 13,2 Volt zu kommen, müssen 4 Einzelspannungen á 3,3 Volt in Serie hintereinander geschaltet werden. Und um die Leistungsfähigkeit/Kapazität zu erhöhen, schaltet man dann weitere Zellen oder Zellgruppen parallel. Dies kann entweder durch eine Verschaltung in 4S6P erreicht werden (indem man erst 6 Zellstränge á 4 Zellen seriell verbindet, die dann anschließend parallel geschaltet werden) oder durch eine Verschaltung in 6P4S (erst 4 parallele Zellstränge á 6 Zellen verbinden, die dann seriell hintereinander geschaltet werden).
Vielleicht vorab auch noch ein kurzer Hinweis zur Ladespannungsverteilung. Beim Laden des Akkupacks verteilen sich die anliegenden 14,4 Volt in der Reihenschaltung direkt proportional im Verhältnis der Innenwiderstände Ri der Einzelzellen (bei 4S6P) bzw. Zellgruppen (bei 6P4S).
Beispiel :
Gesamtspannung 14,4 Volt
......... Zelle 1 ...... Zelle 2 ...... Zelle3 ...... Zelle 4
Ri ........ 5 ............. 5 ............. 5 ............ 5 .......... mOhm
U ........ 3,6 .......... 3,6 .......... 3,6 .......... 3,6 ........ Volt
Ri ........ 5 ............. 4 ............. 5 ............ 6 .......... mOhm
U ........ 3,6 .......... 2,88 ......... 3,6 ......... 4,32 ....... Volt
Aber jetzt schauen wir uns einfach mal meine Überlegungen an :
Fall 1 : Alle Zellen OK - der Normalfall
[attachment=2:2ekop8og]_4S6P vs 6P4S alle Zellen OK.jpg[/attachment:2ekop8og]
Bei intakten Zellen gibt es m.M.n. keinen Unterschied bei Leistungsfähigkeit und Kapazität der Akkupacks in den beiden Schaltungsarten. Auch der Gesamt-Innenwiderstand der Akku-Packs ist mit 3,3333 mOhm gleich und beim Laden oder Entladen weisen beide das gleiche Verhalten auf. Hier spielt es also keine Rolle, ob nun 6P4S oder 4S6P verschaltet.
Jedoch, tanzt mal eine einzelne Zelle aus der Reihe indem sie schwächelt (hochohmiger oder niederohmiger als ihre Kollegen im Akkupack wird) oder gar ganz defekt geht, ergeben sich in den beiden Schaltungsarten meiner Ansicht nach gravierende Unterschiede. Schauen wir uns deshalb einfach die beiden Extrembeispiele und deren Verhalten beim Entladen / Laden an :
- 1 Zelle geht defekt und wird komplett hochohmig = verursacht eine Unterbrechung im Stromkreis
- 1 Zelle geht defekt und wird komplett niederohmig = verursacht einen Kurzschluss im Stromkreis
Fall 2 : Eine einzelne Zelle geht defekt und wird hochohmig / Unterbrechung im Stromkreis
[attachment=1:2ekop8og]_4S6P vs 6P4S 1 Zelle hochohmig.jpg[/attachment:2ekop8og]
Vermutetes Verhalten bei 4S6P (linkes Schaltbild) :
Die defekte hochohmige Zelle legt durch die verursachte Unterbrechung im Stromkreis einen von sechs S-Strängen komplett lahm. Der Akku funktioniert aber mit den restlichen fünf S-Strängen und leicht eingeschränkter Kapazität von 12,5 Ah (statt 15,0 Ah) bei 13,2 Volt einwandfrei weiter, sowohl beim Entladen wie auch beim Laden. Es gibt, bis auf die Reduzierung der nutzbaren Kapazität, keine weiteren Einschränkungen und der Akkupack bleibt weiterhin einsatzbereit. Auch sind keine Folgeschäden an den restlichen Zellen zu erwarten. Der Fehler kann durch einfaches Austauschen der defekten Zelle behoben werden, dann steht wieder die volle Akkukapazität zur Verfügung.
Vermutetes Verhalten bei 6P4S (rechtes Schaltbild) :
Beim Entladen ergeben sich keine Probleme, der Akku liefert mit den restlichen Zellen weiterhin 13,2 Volt, auch hier mit einer eingeschränkten Kapazität von 12,5 Ah statt 15,0 Ah. Allerdings erhöht sich der Innenwiderstand Ri durch die defekte Zelle im betreffenden P-Strang von 0,8333 mOhm auf 1,0000 mOhm. Das hat gravierende Folgen beim anschließenden Laden eines solchen Akkus, da es zu einer ungleichmäßigen Ladespannungsverteilung kommt und die restlichen 5 Zellen im betreffenden P-Strang nun mit 4,11 Volt statt mit 3,6 Volt geladen werden. Diese Spannung liegt deutlich über der Spezifikation von 3,65 Volt. Also ist hier bei 6P4S mit einem Folgeschaden zu rechnen, bei dem sehr wahrscheinlich weitere 5 Zellen beim Ladevorgang infolge Überspannung sterben werden (orange markiert). Das weitere Schicksal des Akkupacks hängt jetzt davon ab, wie sich die 5 sekundärgeschädigten Zellen verhalten. Hat man Glück und alle Zellen im betroffenen P-Strang werden hochohmig (Unterbrechung), wird nur der Akku temporär unbrauchbar, aber die restlichen 18 Zellen überleben und der Akku kann durch Austausch der 6 defekten Zellen wiederbelebt werden. Hat man aber Pech und es wird nur eine einzige Zelle niederohmig, hat man den Supergau, dem vermutlich alle restlichen Zellen zum Opfer fallen werden. => Totalschaden! (siehe dazu auch den folgenden Fall 3)
Hier zur Veranschaulichung die Ladespannungsverteilungen
- bei intakten Zellen :
Ri gesamt pro P-Strang 0,8333 / 0,8333 / 0,8333 / 0,8333 mOhm
Spannung pro P-Strang 3,6 / 3,6 / 3,6 / 3,6 Volt
- bei einer hochohmig defekten Zelle wie in Fall 2 beschrieben :
Ri gesamt pro P-Strang 0,8333 / 1,0000 / 0,8333 / 0,8333 mOhm
Spannung pro P-Strang 3,4286 / 4,1143 / 3,4286 / 3,4286 Volt
Fall 3 : Eine einzelne Zelle geht defekt und wird niederohmig / Kurzschluss im Stromkreis
[attachment=0:2ekop8og]_4S6P vs 6P4S 1 Zelle niederohmig.jpg[/attachment:2ekop8og]
Vermutetes Verhalten bei 4S6P :
Der Akku kann weiter entladen werden und bringt auch weiterhin seine Nennspannung von 13,2 Volt, jedoch auch hier mit eingeschränkter Kapazität von 12,5 Ah. Durch die niederohmige Zelle in einem S-Strang werden die 3 verbliebenen Zellen im betreffenden Strang durch akkuinternen Ladungsausgleich von den 5 intakten S-Strängen zum geschädigten Strang überladen (orange markiert) und gehen mit hoher Sicherheit defekt. Die Spannung für die verbliebenen 3 Zellen würde 4,4 Volt (13,2 Volt : 3 Zellen) betragen. Eindeutig zu hoch! Das weitere Schicksal des Akkus hängt jetzt wieder vom Verhalten der defekten 4 Zellen im ersten S-Strang ab. Hat man Glück und eine einzige von den 4 betroffenen Zellen wird hochohmig, lässt sich der Akku weiter nutzen und durch Austausch der 4 defekten Zellen reparieren (siehe Fall 2). Hat man aber absolutes Pech und alle 4 Zellen in dem Strang werden niederohmig, wird es wohl auf einen Totalschaden hinauslaufen.
Vermutetes Verhalten bei 6P4S :
Durch den Kurzschluss in einer Zelle wird ein kompletter P-Strang lahmgelegt. Der Akku kann nur noch 9,9 Volt liefern und ist damit unbrauchbar geworden. Auch werden als Folgeschaden die anderen 5 Zellen im betroffenen P-Strang durch den Kurzschluss tiefentladen und gehen mit großer Sicherheit sehr schnell defekt (orange markiert). Wird ein solcherart geschädigter Akku dann auch noch mit 14,4 Volt geladen, erfolgt eine Überladung und somit Zerstörung der restlichen Zellen, da hier an jedem P-Strang 4,8 Volt (14,4 Volt : 3 P-Stränge) Ladespannung anliegen würden (gelb markiert).
=> Totalschaden
Aus diesen Überlegungen ziehe ich jetzt einfach mal "meine persönliche" Schlussfolgerung, dass bei 6P4S die Wahrscheinlichkeit sehr hoch ist, dass bereits eine einzelne schwächelnde oder defekte Zelle einen ganzen Akkublock lahmlegen und u.U. komplett zerstören kann. Bei 4S6P ist dieses Risiko deutlich geringer. Und genau darauf fusst meine Überzeugung, dass 4S6P ganz einfach besser als 6P4S ist! Vielleicht konnte ja jemand vom Fach meinen Überlegungen folgen und mir zustimmen oder einfach sagen, dass ist alles Mumpitz, WEIL ...
Hinzu kommt dann noch, dass man selbst im eingebauten und angeschlossenen Zustand bei 4S6P die Spannung jeder einzelnen Zelle messen und anhand des Messwertes auf den Gesundheitszustand schließen kann. Bei Bedarf lässt sich dann eine ggf. schwächelnde Zelle bereits im Vorfeld austauschen, ohne dass es zu einem echten Defekt wie beschrieben oder gar zum Supergau "Totalschaden" kommt.
=> Bei 6P4S unmöglich! Da muss erst der ganze Akku in seine Bestandteile (sprich Einzelzellen) zerlegt werden.
So MeisterEit, und jetzt Du!
Gruß Heinz