Kein Geheimnis …

… macht FraRon offensichtlich aus dem Innenleben seiner 200AH Lithium Batterie 12V / 2,64KWh LiFeYPo4 mit integriertem Batteriemanagementsystem, die ich mir wegen der Einbauplatzfrage an Stelle des 200Ah-Blocks von Victron Energy bestellt habe. Gestern kam die Versandbestätigung, aus der sogar die einzelnen verbauten Komponenten hervorgehen. 

Wer neugierig ist, muss nicht das Aluminiumgehäuse des Systems öffnen, sondern braucht nur in die Versandbestätigung zu schauen. Dort sind die wesentlichen Komponenten aufgelistet. Man erfährt ziemlich genau, was man für sein Geld bekommt.

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Winston 3,2 V LYP200AHA LiFeYPo4 Batteriezelle

Man erfährt u. a., dass sich in dem speziellen Alugehäuse (Titelfoto) mit Hauptschalter und Durchführungsbolzen für den Anschluss von Ladequellen und Verbrauchern vier in Serie verbundene Winston Lithium Zellen 3,2 V / 200 Ah, LiFeYPO4, befinden. Das Batteriemanagement besteht aus 4 x LiPro1-3 mit angepassten Schaltschwellen sowie dem Batterietiefentladeschutz 220A für 12V- und 24V-Batterien von Victron Energy. Neben diversem Montagematerial sind auch ein Masseband und eine 500A-Streifensicherung aufgeführt, aber natürlich nicht jedes Kabel, jede LED und jedes Schräubchen.

Das integrierte Batteriemanagementsystem wIrd also im Wesentlichen aus den vier LiPro1-3-Modulen und dem Battery Protect BP 250 von Victron gebildet.


Hier die Features der LiPro1-3 Module (noch ohne angepasste Schaltschwellen):

 

• Mikroprozessor gesteuert
• Jeweils ein Modul pro Zelle
• Montage jeweils direkt auf positiven Batteriepol
• Balancer Strom ca. 0 – 3 A
• Balancer Spannung 3,6 V,
• Tiefentladeschutz (LVP1, verzögert) bei 2,8 V
• Tiefentladeschutz (LVP2, unverzögert) bei 2,6 V
• Verzögertes ansprechen um LVP1 Auslösung während kuzfristigem hohen Einschaltstrom / bzw. kalten Zellen zu verhindern
• Überladeschutz (OVP) bei 3,9 V
• 4 LEDs zu Anzeige von: Funktion, Error, LVP, UVP
• Übertemperaturschutz 60°C
• Maximale Toleranz der Grenzwerte kleiner 0,5 % !
• Geringe Stromaufnahme weniger als 0,7 mA bei 2.6V

Funktionsweise:

Das LiPro1-3 Modul dient zum Schutz der LiFeYPo4 Zellen. Es überwacht ständig die Zellenspannung, sobald diese zu gering wird, öffnet die 1. Sicherheitsschleife für den Tiefentladeschutz. Die Sicherheitsschleife wird durch alle LiPro1-3 Module geführt und dann zu einem Relais, das die Last abschaltet. Das Modul verfügt über eine zweite Sicherheitsschleife zum Schutz vor Überladung. Sobald bei einem Modul die Grenzspannung überschritten wird, öffnet die 2. Sicherheitsschleife welche wiederum ein Relais abschaltet. Dieses Relais schaltet z. B. den Ladestrom ab.

Desweiteren ist eine Temperaturüberwachung vorhanden. Bei Temperaturen über eine definierte Gremze werden beide Sicherheitsschleifen abgeschaltet.

Das LiPro1-3 Modul enthält auch einen Balancer, der den Ladestrom an der Zelle vorbei leitet, wenn die Balancing Spannung erreicht ist.


Hier die technischen Daten des Battery Protect 220A von Victron Energy:

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• automatische Erkennung 12V oder 24V Batteriesystem,
• Eingangsspannungsbereich: 6-20V (12V Modus), 20-35V (24V Modus),
• 10 auswählbare Schaltprogramme,
• Überspannungsabschaltung: >16V (12V Modus), >32V (24V Modus),
• Stromverbrauch im Betrieb: ca. 1,5mA,
• Stromaufnahme in OFF-Position bzs. Unterspannungsabschaltung: ca. 0,6mA,
• max. Strom: 220A, Spitzenstrom (kurzzeitig im Millisekundenbereich): 600A,
• zwei automatische Rückschaltversuche nach Überlastungsabschaltung, danach Störungsabschaltung,
• Wasserdicht: IP66,
• Betriebstemperaturbereich: volle Last -40°C bis + 40°C (bis zu 60% des Nominalwertes der Last bei +50°C),
• Anschlussmöglichkeiten: AN/AUS-Schalter, Alarmsummer, LED oder Relais,
• Anschlüsse: Bolzen M8, Schraubklemmen,
• Gewicht: 0,8kg, Abmessungen (L x B x H): 123 x 120 x 62mm

Funktionsweise:

Der Battery Protect BP220, ist ein intelligenter, vollständig wasserdichter Batteriewächter mit Erweiterungsmöglichkeiten wie An/Aus Schalter, Alarmsummer oder Ansteuerung für ein Relais. Der Batterietiefentladeschutz trennt DC Verbraucher von der Batterie bevor die Batterie tiefentladen bzw. der Ladezustand – der für den Motorstart notwendig ist – unterschritten wird. Der maximale Strom, der über diesen Tiefentladeschutz bezogen werden kann, beträgt 220A (ca. 2600 Watt im 12V System und 5200 Watt im 24V System).

Eine Auswahl aus zehn An/Aus Schwellenspannungsprogrammen für sowohl 12V als auch 24V – die auf einfache Weise programmiert werden können – ermöglicht das Einstellen des Batteriertiefentladeschutzes auf den jeweiligen Anwendungsfall. Der Eigenstromverbrauch des BatteryProtect ist minimal. Im OFF Modus oder bei Unterspannung ist der Verbrauch 0,6mA, im Betrieb ca. 1,5mA.

Automatische Wahl der Systemspannung
Der BatteryProtect erkennt die Systemspannung automatisch.

Einfache Programmierung
Der BatteryProtect lässt sich so einstellen, dass er sich bei mehreren verschiedenen Spannungen ein- bzw. ausschaltet. Die Siebensegmentanzeige gibt dann an, welche Einstellung gewählt wurde.

Besondere Einstellung für Lithium-Ionen-Batterien
In diesem Modus lässt sich der BatteryProtect durch das VE.Bus BMS steuern.

Extrem niedriger Stromverbrauch
Das ist wichtig im Falle von Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere nach dem Abschalten aufgrund eines niedrigen Spannungslevels, damit keine Tiefentladung erfolgt.

Überspannungsschutz
Damit empfindliche Verbraucher nicht durch eine Überspannung beschädigt werden, wird die Last immer dann abgeschaltet, wenn die Gleichspannung den Wert von 16 V bzw. 32 V überschreitet.

Explosionsschutz
Keine Relais sondern MOSFET-Schalter und daher keine Funkenbildung.

Ausgang für verzögerten Alarm
Der Alarm-Ausgang wird dann aktiviert, wenn die Batteriespannung mehr als 12 Sekunden lang unter den voreingestellten Wert zum Abschalten fällt. Der Alarm-Ausgang ist ein kurzschlussgeschützter offener Kollektor-Ausgang, der mit der negativen (Minus-) Schiene verbunden ist. Max. Strom 50 mA. Der Alarm-Ausgang wird normalerweise dazu verwendet, um ein akustisches Signal, eine LED oder ein Relais zu aktivieren.

Verzögerte Lastabschaltung
Die Last wird 90 Sekunden nach Aktivierung des Alarms abgeschaltet. Steigt die Batteriespannung innerhalb dieses Zeitraums (nachdem zum Beispiel der Motor gestartet wurde) erneut bis auf den Schwellwert zum Anschließen an, wird die Last nicht abgeschaltet.

Verzögerte Lastzuschaltung
Die Last wird 30 Sekunden nach Erreichen der Rückschaltspannung wieder zugeschaltet. Kurzzeitige Spannungsspitzen verursachen somit kein ungewolltes Zu – und Abschalten.

Remote ON/OFF
Es lässt sich ein ferngesteuerter Ein-/Aus-Schalter an den zweipoligen Stecker anschließen. Der Schalter muss vom Typ „Öffner“ sein um den Tiefentladeschutz manuell auszuschalten („Schließer“ zum manuellen Einschalten). Über diesen Anschluss kan der Tiefentladeschutz auch als Lastrelais in Verbindung mit einem VE.BUS BMS (Victron Batteriemanagementsystem) verwendet werden.
Wird kein Schalter verwendet, muss eine Brücke in den 2-poligen Stecker geschaltet werden.

Voll programmierbar:
Aus zehn vordefinierten Spannungsprofilen kann die automatische Zu- bzw. Abschaltung des BatterieProtect eingestellt werden.

Alarmausgang (Programm 11)
(nur wenn ein akustischer Alarm oder eine LED an den Alarm-Ausgang angeschlossen ist)
• Im Falle einer auftretenden Unterspannung schaltet sich nach 12 Sekunden ein anhaltender Alarm ein. Nach 90 Sekunden schaltet der BP die Last ab und der Alarm hört auf.
• Im Falle einer auftretenden Überspannung wird die Last sofort abgeschaltet und ein periodischer Alarm bleibt solange eingeschaltet, bis das Problem mit der Überspannung gelöst wurde.

Relaisfunktion (Programm 12)
(nur wenn ein Relais an den Alarm-Ausgang angeschlossen ist)
• Im Falle einer auftretenden Unterspannung spricht nach 12 Sekunden ein Relais an. Nach 90 Sekunden schaltet der BP die Last ab und das Relais fällt zurück.
• Bei einer auftretenden Überspannung wird die Last sofort abgeschaltet und der Alarm-Ausgang bleibt nicht aktiv.

Lithium-Ionen-Modus (Programm 13)
Verbinden Sie den Ausgang für die Lastabschaltung am VE.Bus BMS mit Pol 2-1. Die Last wird sofort abgeschaltet, wenn der Ausgang für die Lastabschaltung am VE.Bus BMS (aufgrund einer Unterspannung in den Batteriezellen, einer Überspannung oder einer Übertemperatur) von „HIGH“ (hoch) auf „FREE FLOATING“ (offener Stromkreis) umschaltet. Die Schwellwerte für die Unterspannung und der Alarm-Ausgang am BP sind in diesem Modus nicht aktiv.


Soweit die umfangreichen Features der verbauten BMS-Komponenten (LiPro1-3 und BP 250) gem. Herstellerangaben, die natürlich erst an das LiFeYPO4-System angepasst und entsprechend konfiguriert/programmiert werden müssen. Für mich ein wesentlicher Grund, nicht selbst die Einzelkomponenten zu kaufen und eigenhändig zusammenzubasteln, weil es vielleicht ein paar Euro billiger käme.

So soll das Komplettsystem letztlich laut Beschreibung von FraRon arbeiten:

An den Batterieanschlussbolzen können die Verbraucher und Ladequellen direkt angeschlossen werden. Eine zusätzliche Verdrahtung weiterer Komponenten ist nicht erforderlich, die komplette Überwachungselektronik sowie die Schutzabschaltungen (s. o.) sind im Batteriegehäuse integriert. Mit dem eingebauten Batteriehauptschalter kann eine komplette Abschaltung zwischen Batterie und Fahrzeugaufbau durchgeführt werden. Zwei LED’s über den Polanschlüssen zeigen die Betriebsbereitschaft des Batteriesystems an. Die Batterie ist somit für den direkten Austausch eines bestehendes Batteriesystems konzipiert.

Die integrierten Schutzabschaltungen arbeiten wie folgt:

Unterspannungsabschaltung: sobald die Batteriespannung unter 11,2V (bzw. die Zellspannung einer der 4 Zellen unter 2,8V) absinkt, schaltet das Batteriemanagement den Ausgang sofort ab. Die grüne Bereitschafts-LED erlischt. Das Aufladen der Batterie ist selbsverständlich weiterhin möglich.

Wiederzuschaltung nach Unterspannungsabschaltung: sobald die Batteriespannung wieder über 13,0V (bzw. die Zellspannung aller 4 Zellen über 3,25) angestiegen ist, schaltet das Batteriemanagement den Ausgang wieder zu und die Bereitschafts-LED leuchtet wieder.

Überspannungsabschaltung: wenn die Batteriespannung über 15,2V (bzw. die Zellspannung einer der 4 Zellen über 3,8V) beträgt, schaltet das Batteriemanagement den Eingang ab. Die grüne Bereitschafts-LED erlischt. Das Entladen der Batterie ist selbsverständlich weiterhin möglich.

Wiederzuschaltung nach Überspannungsabschaltung: sobald die Batteriespannung wieder unter 14,0V (bzw. die Zellspannung aller 4 Zellen unter 3,50V) abgefallen ist, schaltet das Batteriemanagement den Eingang wieder zu und die Bereitschafts-LED leuchtet wieder.

Übertemperatur: wird an einer oder mehreren Zellen eine Übertemperatur festgestellt, schaltet die Schutzschaltung den Eingang und Ausgang der Batterie ab. In diesem Zustand ist keine Aufldung / Entladung möglich, erst wenn die Batterietemperatur wieder abgesunken ist, schaltet sich der Eingang und Ausgang wieder selbstständig zu.

Balancing: Des Weiteren verfügt das Batteriesystem über eine integriertes Balancing, welches – während die Aufladung sich in der Endphase befindet – die Batteriespannung der einzelnen Zellen untereinander ausbalanciert, so dass ein weitgehend gleiches Spannungsniveau der Zellen erreicht wird.

Parallelschaltung: es ist problemlos möglich, mehrere dieser Batterien parallel zu schalten um die Kapazität zu erhöhen.

Ich hoffe, FraRon hat sein Produkt demgemäß optimal konzipiert und konfiguriert, so dass meine Erwartungen an das neue Bordstromversorgungssystem im WoMo nicht enttäuscht werden. Nach Pfingsten werde ich dann schon mehr wissen und aus eigener Erfahrung berichten können.

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