16 kpl. Akkupacks testen
Wie man einzelne 18650er Zellen auf Kapazität testet findest Du unter dem Punkt 15 Ladegeräte & Kapazitätstester
Hier findest Du nun eine Möglichkeit, wie Du ein fertiges Akkupack laden und auf Kapazität testen kannst.
Wozu?
Die Kapazitätsmessgeräte für Einzelzellen testen in der Regel in einem Bereich zwischen 4,20V und 2,80V oder 2,60V - und diesen Bereich kann man auch nicht verändern.
Für eine Powerwall ist es sinnvoll, den Spannungsbereich zu verkleinern, damit die Akkuzellen länger leben. Ich nutze den Bereich 4,05V bis 3,30V.
Um nun herauszufinden, wieviel Kapazität ein Akkupack mit diesem verkleinerten Spannungsbereich tatsächlich haben wird benötigen wir zwei Dinge
- ein einstellbares Netzteil
- eine elektronische Last
Das einstellbare Netzteil deswegen, damit wir vor dem Test das Akkupack auf eine exakt definierte Spannung aufladen können, in meinem Fall 4,05V
In einem zweiten Schritt wird das geladene AKkupack mit Hilfe der elektronischen Last dann entladen und die Energiemenge dabei mitgezählt.
16.1 einstellbares digitales Netzteil
"Einstellbar" meint, dass die Ausgangsspannung des Netzteils stufenlos einstellbar ist, sowie auch die Ausgangsstromstärke.
In der Regel nimmt man für sowas ein 300W Labornetzteil - was recht teuer ist.
Eine preiswerte Alternative ist hier die "DPS"-Serie von Riden / RD-Tech.
Hier ein Link zum offz. Shop mit allen Modellen: RD Offizial @ Aliexpress
Ich habe mich für das "größte" Modell mit der meisten Power entschieden, das DPS5020 mit 20A Ausgangsleistung.
die Teile sind überschaubar, aber mangels Zusammenbauanleitung hier schrittweise erklärt
das ist das eigentliche Netzteil. Erstaunlich, dass es 1.000W liefert. Im Grunde ist das ein großer "Step-down" oder "Buck" Konverter
das Bedienteil samt Display wird einfach in das Gehäuse eingeklippst
die DSP-Platine mitsamt den Abstandshalter-Füßchen am besten nicht direkt verschrauben...
...sondern erst die rückseitigen Platinen für die Stromversorgung / Lüftersteuerung einbauen
hier hier Anschlüsse an der Front
dann werden die Kabel angelötet. Achtung: die beigelegten Kabelstücke sind ziemlich genau abgemessen, da ist kein cm zu viel mit dabei, also vor dem Zuschneiden genau messen
so sollte das dann fertig verkabelt aussehen
es sind keine Anschlusskabel mitgeliefert, hier musst Du noch was passendes basteln. Entweder mit Bananensteckern, oder mit Ringterminals.
Die Krokodilklemmen (Aliexpress / eBay) hier auf dem Bild haben sich als untauglich erwiesen,die sind bis max. 2A brauchbar, eher nur 1A, mehr schaffen sie nicht.
Übrigens: Falls Du ein ähnliches Projekt planst und Dich mit gleichgesinnten Bastlern und Experten austauschen magst zum Thema Akku / Powerwall und Photovoltaik / Balkonsolar dann schau mal in diesem deutschsprachigen Forum mit netter, kleiner Community rein -> https://forum.drbacke.de/
Manko bei allen DPS Geräten ist: man benötigt ein separates Netzteil zur Stromversorgung, wobei der Eingangsspannungsbereich relativ groß ist.
Für mein zweites DPS, ein kleines DPS5008 mit 5A nutze ich z.B. ein Laptopnetzteil für 10€.
Doch für das große DPS5020 reicht das nicht aus, hier habe ich ein PC-Netzteil. Genauer: ein Server-Netzteil mit 1.200W für ebenfalls um 10€ auf eBay ersteigert
das liefert 60A auf der 12V Schiene
wichtig zu wissen: die DPS-Varianten, die als "Buck" gekennzeichnet sind können immer nur eine niedrigere Spannung ausgeben, als reinkommt. Bei 12V Eingangsspannung liegt die max. Ausgangsspannung bei etwa 11V.
Nur die Modelle mit "Buck/Boost" Bezeichnung können eine niedrige Eingangsspannung am Ausgang erhöhen.
Da ich nur mit 4,05V laden will reichen mir 12V Eingangsspannung aus
fertig und läuft
Testaufbau
zusätzlich zur Bedienung direkt am Display-Bedienteil kann man das DPS auch über eine Handyap oder Windows-Software steuern - sofern man die Variante mit Bluetooth-Erweiterung oder USB bestellt hat (es kann nur eines von beiden genutzt werden).
PS: lohnt für unsere Zwecke nicht wirklich, ich bediene das DPS mittlerweile nur noch direkt am Gerät, das geht sehr einfach und intuitiv, viel schneller als erstmal nich Laptop und Kabel anzuschließen
Überprüfung der Genauigkeit: bei eingestellten 4,0V am DSP messe ich am Multimeter 4,004V
Das ist für mich genau genug
das fertig gebaute Akkupack lade ich so auf exakt 4,00V auf
dadurch, dass man auch die Ampèrezahl begrenzen kann hat man hier automatisch einen CC - CV Modus mit einer entsprechenden Ladekurve
Hier sieht man gut, dass der, noch nicht volle, Akku erst 3,948V hat, obwohl mit 4,0V geladen wird. Je näher er der 4,0V kommt desto weniger Strom wird er aufnehmen, der Akku kann so also nicht überladen werden denn bei erreichen der Zielspannung wird er nichts mehr aufnehmen
16.2 elektronische Last / Dummy Load
Um die tatsächliche Kapazität eines Akkupacks zu testen benutze ich eine elektronische Last. Auf Aliexpress gibt es eine handvoll unterschiedlicher Modelle, dort findet man sie über die Stichworte "electronic load"oder "dummy load"
Ich benutze ein modifiziertes DL24 von Hidance / Atorch
das DL24 wird mit den beiden Messklemmen an den Akku angeschlossen und gestartet
modifiziert?
Es gibt grundsätzlich zwei Arten von elektronischen Lasten.
- 2 Messkabel
- 4 Messkabel
Die meisten haben zwei Messkabel. DIese werden an das Akkupack angeschlossen und das Gerät schaltet einen (meistens einstellbaren) Widerstand, sodass der Akku entladen wird. Dabei wird die verbrauchte Energiemenge gezählt, also ganz ähnlich wie bei den Ladegeräten mit Kapazitätstestung, nur dass man hier
- größere Akkus anschließen kann
- einen größeren Spannungsbereich hat (Akkuspannungen bis 220V können hier getestet werden)
- der zu testende Spannungsbereich frei wählbar ist (z.B. für unsere Powerwall empfehlenswerte 4,0V bis 3,3V)
Und genau beim letzten Punkt gibt es zwei kritische Dinge, die zu beachten sind:
- damit beim Test der Akku nicht gnadenlos bis auf 0V tiefenentladen wird braucht man ein Gerät,welches auch eine automatische Abschaltung bei einer frei wählbaren Spannung beherrscht, das können schonmal nicht alle elektronischen Lasten -> in Artikelbeschreibung / Handbuch unbedingt nachschauen
- wird der Test gestartet und der Akku mit z.B. 15A = 60Watt belastet gibt es in der Messleitung einen Spannungsabfall. Das ansicht ist erstmal nicht schlimm, aber bei den Geräten mit nur 2 Messleitungen verfälscht dieser Spannungsabfall eben die Spannungsmessung und somit kann die automatische Abschaltung nicht zuverlässig funktionieren, s. auch Timelapsvideo
nach langem Hin und her mit dem Hersteller hat dieser mir ein zweites Gerät geschickt, welches er um zwei zusätzliche Messleitungen erweitert hat
nun gibt es zwei dicke Kabel durch die der STrom fließt sowie zwei separate dünnel Kabel nur zum Spannungstest
nun funktioniert die Dummy Load auch gescheit und schaltet zuverlässig bei der eingestellten Spannung ab
so, nun brauchst Du aber nicht ein DL24 kaufen und daran rumlöten, das ist zum Glück nicht notwendig, denn seit kurzem (vermutlich auch auf meine "Beschwerde" hin) gibt es auch eine Variante mit 4 Messkabeln, das DL24P-Plus
Bei der Variante ohne Lüfter kannst Du einen x-beliebigen PC-Lüfter anbauen. Bei 15A Teststrom sind das rund 60 Watt Wärmeabfuhr, das sollte jeder CPU-Lüfter locker schaffen. Solltest Du mit höherer Leistung arbeiten brauchst Du entsprechend einen Hochleistungslüfter.
Fazit:
- unbedingt auf ein 4-Kabel Modell achten
- die Verbindung zwischen elektronischer Last und Akku sollte sein: kurze Kabel mit dickem Durchmesser + massive Verbinder (Ringterminals), keine Krokodilklemmen (Aliexpress / eBay) wie im ersten Bild, die sind nur bis max. 2A zu gebrauchen
- dieser Schritt ist nicht unbedingt notwendig aber gut um zu wissen, wieviel Kapazität ein fertiges Akkupack tatsächlich hat
Alternativ:
Nach nun rund 20 getesteten Akkupacks kann ich sagen, dass wenn man alle Einzelzellen getestet hat (4,20V - 2,80V) und dann die Powerwall aber nur betreiben möchte im Bereich 4,00V bis 3,30V kann man recht genau 25% Kapazität abziehen
Wenn also die Summe der Einzelkapazitäten der getesteten Zellen 400Wh beträgt sind es schlussendlich nutzbar noch 300Wh.
PS: Umrechnung Ah zu Wh ? -> Onlinerechner
Randnotiz: Wieso überhaupt Wh und nicht Ah?
Ah als Einheit für Energiemenge ist ziemlich unpraktisch da sie immer bezogen ist auf eine spezielle Spannung. Sprich: man kann keine 12V Batterie vergleichen mit einer 24V Batterie. Kann man schon, aber dann muss man umrechnen.
Beispiel: eine 100Ah KFZ-Batterie hat genausoviel Energie wie eine 33Ah eBike-Batterie.
Wieso? 100A x 1 Stunde x 12V = 1.200A x h x V = 1.200Wh. und 33Ah x 1h x 36V = 1.200Wh
Besser ist es also, direkt in Wh umzurechnen, weil dann kann man immer direkt alle Batterietypen miteinander vergleichen, unabhängig von der Betriebsspannung.
Und ohne Angabe der Spannung ist eine Angabe in Ah sowieso komplett unbrauchbar. Wenn also jemand sagt "meine Powerwall hat 500Ah - ja, keine Ahnung ob das nun viel ist oder wenig. Bei einem 12V-System sind das 5.000Wh = 5kWh also eher klein. Bei einem 48V System sind das 24kWh also schon sehr viel.
Deswegen haben eBike-Akkus und auch eAutos in der Regel immer die Angaben zur Batteriekapazität in Wh bzw. kWh
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