Es gibt einen wenig überraschenden Trend, Blei-Säure-Batterien, die in allen Arten von Systemen oder Geräten verwendet werden, durch Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) zu ersetzen. Bei der Überprüfung von Blei-Säure-Batterien in diesen Geräten oder Systemen durch Servicetechniker wird dann oft ein Batterietester wie der BT3554 von HIOKI verwendet. Das wirft die Frage auf, ob dieser oder ein anderer Batterietester auch so eingesetzt werden kann wie bei Blei-Säure-Batterien. Von der Empfindlichkeit her bietet der BT3554 einen Bereich von 3 mOhm, so dass auch die Messung großer LIBs mit sehr niedrigen Impedanzen kein Problem darstellt. Aber ganz so einfach ist es leider nicht…
Lithiumzellen haben in der Regel Nennspannungen zwischen 3,2 V (Lithium-Eisenphosphat) und 3,7 V (Lithium-Mangan-Oxid). Daher werden sie häufig in Reihe geschaltet, um eine höhere Spannung zu erreichen. Zum Beispiel sind 4 in Reihe geschaltete Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LiFePo4) perfekt geeignet, um eine herkömmliche 12-V-Bleisäure-Batterie zu ersetzen. In einer Reihe von LIB-Zellen finden Sie fast immer ein Batteriemanagementsystem (BMS). Es schützt die Zellen nicht nur vor einer zu hohen Ladespannung oder einer Entladung, die die Spannung zu niedrig werden lässt – ein Batteriemanagementsystem sorgt auch für den Ausgleich des Ladestroms zwischen den Zellen. Es gibt auch Batterieschutzplatinen für einzelne Zellen – sie gleichen natürlich nichts aus, bieten aber einen ähnlichen Schutz für die Zellen wie ein BMS, das in einer Reihe von Zellen verwendet wird. Wenn Sie also die LIB messen – unabhängig davon, ob es sich um eine Einzelzelle oder eine Zellreihe handelt -, sollten Sie den Einfluss des BMS auf das Messergebnis berücksichtigen. Vor allem, wenn Sie nur auf die beiden „Ausgangspole“ der in Reihe geschalteten Zellen zugreifen können.
Aber wie viel Einfluss hat ein solches BMS?
Offensichtlich gibt es nicht die eine Antwort auf diese Frage, aber… schauen wir uns das mal an. Da ich für HIOKI arbeite, habe ich, abgesehen von Dingen wie Flying-Probe-Testern, Zugang zu den meisten Produkten von HIOKI, und wenn es um Batteriemessgeräte geht, gibt es eine große Auswahl. eBay war die Quelle für zwei verschiedene Arten von BMS-Platinen – eine für Einzelzellen und eine für Serien von zwei Zellen. In meinem letzten Beitrag über Temperatureinflüsse bei der Messung von Blei-Säure-Batterien wurde kritisiert, dass ich eine Batterie verwendet habe, die ich wegen des unbekannten Gesundheitszustands „herumfliegen hatte“. Deshalb habe ich für diesen Test zwei nagelneue Samsung INR18650-35E Zellen (Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid / NCA) mit einer Nennspannung von 3,6 V besorgt. Der von mir verwendete Batterietester ist eine spezielle Version des BT4560 Batterie-Impedanzmessers von HIOKI. „Spezialversion“ deshalb, weil dieses Gerät bis zu 20 V messen kann, während das normale BT4560 nur bis 5 V geht, da dieses Gerät in erster Linie für die Messung einzelner Lithium-Ionen-Zellen konzipiert ist.
Zunächst habe ich eine Messung einer einzelnen Samsung-Zelle mit mehreren Dutzend Messpunkten zwischen 0,1 Hz und 1050 Hz durchgeführt:
Als nächstes fügte ich eine Schutzplatine für Einzelzellen hinzu, schloss die Messsonde an die Ausgänge der Schutzplatine an und führte dieselbe Messung erneut durch:
Hier ist ein Bild, das Ihnen zeigt, welche Art von Schutzplatte ich für diesen Test verwendet habe:
Die übliche Ausgabe einer solchen Messung mit dem BT4560 ist ein Nyquist-Diagramm, aber ich habe mich entschlossen, die Widerstands- und Reaktanzwerte zu trennen und zwei separate Diagramme zu erstellen. Schauen wir uns die Widerstands- und Reaktanzwerte an:
Eine typische Testfrequenz, die von Batterietestern verwendet wird, ist 1000 Hz. Wie Sie im Reaktanzdiagramm sehen können, liegt der Unterschied zwischen den Werten mit und ohne Schutzplatte bei 1000 Hz bei etwa 1 mOhm. Interessant ist der enorme Unterschied im Wert des Widerstands: Bei 1000 Hz beträgt der Widerstandswert der ungeschützten Zelle etwa 20 mOhm, was fast genau dem Wert entspricht, den ich in der Dokumentation von Samsung über diese Zelle finden konnte. Mit der angebrachten Schutzplatine ist dieser Wert viermal so hoch. Ohne die Schutzplatine und ihr Verhalten zu kennen, kann man leicht denken, dass die Batterie bei einem solchen Widerstandswert ziemlich tot ist. Aber das ist sie natürlich nicht.
Wie Sie auf den obigen Bildern sehen können, habe ich einige Messingpads an die Schutzplatine gelötet, um die Prüfspitzen leichter anschließen zu können. Als ich dies das letzte Mal tat, meinte jemand, ich hätte damit eine „Todsünde“ begangen, weil sie die Messergebnisse beeinflussen. Ich habe das überprüft – und nach der Überprüfung kann ich mit Sicherheit sagen, dass dieser Einfluss vernachlässigt werden kann, da er weniger als 1 mOhm beträgt.
Was ist mit dem BMS für 2 Zellen?
Gleiches Gerät, gleiche Messung, gleiche Messpunkte:
Für die Analyse habe ich drei verschiedene Diagramme erstellt:
Ich war überrascht über den großen Einfluss, den die Verdrahtung auf das Ergebnis des Widerstands hatte, der bei 1000 Hz bei etwa 18 mOhm lag, und ich hoffe, dass schlechtes Löten nicht der Grund dafür ist. Verglichen mit der Schutzplatine, die ich für die Einzelzelle oben verwendet habe, ist der Einfluss des BMS auf die Widerstandswerte nicht so groß, aber jede solche Platine hat ein anderes Verhalten und ich habe noch nie gesehen, dass jemand diesen Einfluss in einem Datenblatt angegeben hat.
Also als Ergebnis:
Ja, Sie können Batterietester wie den HIOKI BT3554 verwenden, um LIBs zu messen, aber seien Sie sich des Einflusses von Schutzkarten bewusst. Vergessen Sie auch nicht, dass es schwierig ist, den Gesundheitszustand einer LIB anhand einer Wartungsmessung bei einer einzigen Frequenz zu beurteilen, und Sie benötigen sehr gute und sehr genaue Referenzwerte für den genauen Zellentyp.
Wenn Sie der Meinung sind, dass ich etwas übersehen habe, oder wenn Sie Fragen oder insbesondere Kommentare haben, dann melden Sie sich bitte…
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