Das Problem mit externen Shunts an Lithiumbatterien
Möchte man die in einer Batterie entnehmbare Ladung wissen, kann man auf einen Shunt (Messwiderstand) zurückgreifen. Dieser misst die elektrische Energie welche in die Batterie fließt.
Bei einer Bleibatterie funktioniert ein externer Shunt zuverlässig:
Der Shunt nimmt also an:
100 % der in die Batterie geflossenen Energie wurde zu 100 % in gespeicherte Energie umgesetzt.
Das Ergebnis: Die Messung des Shunts funktioniert sehr gut; sie bildet die Realität sehr gut ab.
| ☝️ Hinweis: Die geringen elektrochemischen Verluste durch das Einlagern der Ladungsträger in die Batteriezellen werden im Rahmen dieser Betrachtung vernachlässigt. |
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Die in Reisemobilen üblicherweise eingesetzten Lithiumbatterien enthalten - im Gegensatz zu Bleiatterien - in ihrem Inneren nicht ausschließlich Batteriezellen; sondern hinzu kommen:
- Ein BMS
- Stromleiter (Kabel und/oder Kupferschienen)
- Zellheizung
Und hier zeigt sich, warum ein externer Shunt an einer Lithiumbatterie problematisch ist: Der Shunt kann weiterhin nur den Gesamtstrom erfassen. Er geht also wie gehabt davon aus, dass gilt:
100 % der in die Batterie geflossenen Energie wurde zu 100 % in gespeicherte Energie umgesetzt.
Das ist aber nicht der Fall. Ein signifikanter Teil des Stromes, der "in die Batterie fließt", landet nicht in den Batteriezellen. Sondern:
100 % der in die Batterie geflossenen Energie wurde zu ? % in BMS und Stromleitern in Verluste umgesetzt, zu ? % in der Zellheizung in Wärme umgesetzt und zu ? % in gespeicherte Energie umgesetzt.
Das Ergebnis: Das Messergebnis ist falsch. Dies führt dazu, dass etwa ein Display (welches seine Information vom externen Shunt erhält) einen mitunter erheblich anderen Ladezustand anzeigt als die Batterie-App (welche ihre Information vom internen Shunt der Lithiumbatterie erhält).
Dies ist konstruktiv gegeben - und betrifft damit grundsätzlich alle Lithiumbatterien mit integriertem BMS und/oder Zellheizung. Verschlimmert wird das Problem mitunter noch:
- Wenn eine günstige Batterie - mit in Folge schlechtem Ladewirkungsgrad - eingesetzt wird. Dies ist vor allem der Fall wenn an den Komponenten gespart wurde: Etwa wenn der Leistungspfad des verbauten BMS mit günstigen Leistungshalbleitern (MOSFETs) realisiert wurde. Daran zu erkennen dass Kühlkörper (teilweise sogar Lüfter) montiert wurden. Oder wenn die verbauten Stromleiter minimal ausgelegt wurden, d.h. zu gering dimensionierte Leitungen, dünne Rohrkabelschuhe, günstigen Legierungen (z.B. Kupfer statt Elektrokupfer), etc.
- Wenn der interne Shunt nicht dediziert den Strom in die Zellen, sondern wieder nur den Gesamtstrom, misst. In der Regel der Fall bei BMSen bei denen die Heizungssteuerung nicht integraler Bestandteil des BMS ist, sondern als zusätzliches Bauteil "dazugebaut" wurde.
| ☝️ Thema Messgenauigkeit: Selbst in einem theoretischen, idealen Szenario (= Lithiumbatterie ohne Zellheizung und 0% elektrische Verluste), bleibt ein weiteres Problem: Die Messgenauigkeit des internen Shunts weicht immer von der eines externen Shunts ab. Man würde also zwangsläufig auch hier immer unterschiedliche Ladezustandswerte sehen. |
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Fazit: Ein externer Shunt ist für die Verwendung mit Bleibatterien gedacht - seine Verwendung an einer Lithiumbatterie ist üblicherweise problematisch.
Und jetzt zur guten Nachricht: Es gibt es eine einfache Lösung, die alle Probleme löst:
Nutze einfach eine der vielen Schnittstellen der SaftkistePRO, um den Ladezustand auszulesen. So sieht der Nutzer zu jeder Zeit - egal ob auf einem Display oder in einer App - den exakt gleichen Wert. Und zwar gemessen durch den von uns ab Werk aufwendig kalibrierten internen Shunt mit höchster Messgenauigkeit und extrem niedrigen Erfassungsschwelle (~0,01 A).
Netter Nebeneffekt: Der Entfall eines externen Shunts spart zudem Materialkosten, Platz und Installationsaufwand.
Auslesen kannst du den Ladezustand jederzeit über eine der vielen SaftkistePRO Schnittstellen: