Load corrected voltage is too high in some scenarios

[schlimmchen]

What happened?

I was working on the DPL code and noticed this problem with the load correction factor.

To Reproduce Bug

Assume a sunny morning as an example. The household consumption is high (for any reason). The inverter produces at high or even full power, e.g., 1500W. The charge controller is producing 1000W. The battery is only drained at a rate of 500W. However, the load correction factor calculates a corrected voltage based on the 1500W AC output power of the inverter.

Expected Behavior

We are only interested in the voltage drop of the battery itself to estimate its voltage once we stop drawing current from it. If we assume the battery to bounce back higher than it actually will, because we assumed it was drained at 1500W not the actual 500W, we will have discharged it (well) beyond the stop threshold.

The most common hardware setup for this project is a battery, a Victron MPPT charge controller, and a Hoymiles inverter. This means we can be much smarter: Use the current drain as reported by the BMS, if available, and derive the actual battery load from it. Otherwise, reduce the inverter's AC output power value by the charge controllers output power, if available, to estimate the battery's actual load. Only if neither BMS nor (Victron VE.Direct) charge controller info is available, the inverter's AC output power shall be assumed as the battery load, as a last resort.

Install Method

Pre-Compiled binary from GitHub

What git-hash/version of OpenDTU?

12345678

Relevant log/trace output

No response

Anything else?

No response

[spcqike]

Use the current drain as reported by the BMS

if you have a BMS that reports the current, doesn’t it report the real battery voltage, too? Wouldn’t it be easier to just use this battery voltage than? Like you mentioned in another issue: get battery voltage from BMS or smart shunt or charge controller or inverter input (in that order)

I thought a load correction factor is only needed, if you don’t have a good BMS (one that you can get data like current and voltage from) or a smart shunt.

[schlimmchen]

Wouldn’t it be easier to just use this battery voltage than?

The battery voltage itself still drops with higher loads due to the cell's internal resistances. The load correction factor is still useful, even if you can calculate with the BMS-reported voltage and the BMS-reported current, to estimate how much the battery voltage will bounce back up once you stop draining. The load correction factor is then tuned to something else, i.e., the battery's internal voltage drop.

[spcqike]

The load correction factor is then tuned to something else, i.e., the battery's internal voltage drop.

but does this work? The battery internal restistance and therefore the voltage drop depends on several things like temperature, overall health(SoH) and SoC.

just a random example discharge image for a single lifepo cell for better explanation:

as you can see, when it’scompletely discharged, as soon as discharge stops the voltage jumps back by about nearly 0.75V, from 2.0V to ~2.75V. What factor would you like to use? In this case, when it’s nearly empty, the internal resistance is approx 37.5mOhm. I doubt, that it’s the same when it’s full, because the initial drop is only about 0.25V, so 12.5mOhm. I guess A wrong and to high factor will make more problems, than no factor at all. As you can let the openDTU make believe that the battery is always fully charged or even more :)

As I said in another comment somewhere, I wouldn’t use any factor to compensate for battery internal resistance and voltage drops. I would discharge to like 2.75V and stop there. for this example cell, I would loose the last few Ah (0.2-0.3Ah or something), which would be the lower 0%-5% from its SoC. But, that’s fine. As it’s more relaxing for the battery to not discharge it completely. Isn’t it?

Another point is: if you don’t compensate battery internal voltage drop, you will be able to see poor health or other problems faster. As you always see and monitor the real voltage.

[spcqike]

Another diagram that shows the internal resistance, based on temperature and SoC

From out recent discussion https://github.com/helgeerbe/OpenDTU-OnBattery/discussions/664#discussioncomment-8485389

[SW-Niko]

Hello @spcqike and @schlimmchen , We have a second problem with the calculation and the use of the Load-Correction-Factor. See: #664 Part 2.

To use the batterie / BMS voltage helps a lot. Great work.

Anyway ... I spend some time in the last days with calculation on a modified way to hit the switch-off limit more precisely by using a voltage measurement and avoiding the problems with the Load Correction Factor.

I switch to german now, because I fear to make to many translation faults.

Akku-Limiter-Mode:

Grundvoraussetzung: Für die Regelung werden 3 Parameter benötigt.

• Einen Schwellwert für eine minimale Inverter-Leistung im Akku-Limiter-Mode. Z.B. 20W
• Einen Schwellwert für eine maximale Inverter-Leistung im Akku-Limiter-Mode. Z.B. 600W
• Einen Schwellwert für eine minimale Akkuspannung, Grenze für minimale Akkuladung bei der der Inverter abgeschaltet wird. Z.B. 25,9V Für alle drei Schwellwerte kann man auch die bereits vorhanden Werte vom DL verwenden.

Messpunkt für die Regelung: Spannungsmessung an einem Punkt auf der Strecke zwischen Akku und Inverter. Das kann z.B. die Spannungsmessung im Inverter oder die Spannung vom Smart-Shunt oder die Spannungswerte vom BMS sein.

Regelung im Akku-Limiter-Mode:

Drei einfache Regeln.

1. Die maximale Inverter-Leistung wird über die Spannungsmessung auf die minimale Akkuspannung geregelt. Das bedeutet:
   Beim Unterschreiten der minimalen Akkuspannung wird die maximale Inverter-Leistung verringert bis die minimale Akkuspannung nicht mehr unterschritten wird. Beim Überschreiten der minimalen Akkuspannung wird die maximale Inverter-Leistung erhöht bis die minimale Akkuspannung nicht mehr überschritten wird.

2. Wenn die maximale Inverter-Leistung den minimalen Schwellwert erreicht und die Messspannung unter der minimalen Akkuspannung liegt, wird der Inverter abgeschaltet. Z.B. Die maximale Leistung ist auf 20W reduziert worden und die Schwelle von 25.9V ist unterschritten.

3. Wenn die neu berechnete maximale Inverter-Leistung den maximalen Schwellwert überschreitet wird der "Akku-Limiter-Mode" wieder verlassen. Z.B. Die maximale Leistung ist zurück bei 600W.

Zeitverhalten für die Regelung: Zum Schutz des Akkus muss die Regelung nicht besonders schnell sein. Es reicht die aktuelle Regelgeschwindigkeit für die Regelung der Inverter-Leistung. Ich denke wir liegen da so bei 3 -5 Sekunden.

Beispiel 1: Wenn nachts der Akku entleert wird, dann wird die Leistung, ab dem ersten unterschreiten der minimalen Akkuspannung, immer weiter reduziert. Bei den meisten Anlagen werden zuerst nur die Spitzen reduziert. Z.B. beim Anlaufen vom Kühlschrank. Beim Erreichen der Kombination "minimale Leistung + minimale Akkuspannung" wird der Inverter abgeschaltet

Beispiel 2: Morgens, der Akku ist fast entleert und die Sonne liefert wieder Energie. Die Regelung erhöht schrittweise die maximale Inverter-Leistung. Begrenzt aber dabei die maximale Inverter-Leistung auf die MPPT Leistung. Das funktioniert auch mit mehreren MPPT's. Messdaten von dem MPPTs werden nicht benötigt.

Beispiel 3: Akku ist voll. Die Sonne liefert mehr Energie als ich verbrauchen kann. Das habe ich noch nicht berechnet, aber theoretisch solle damit auch der "Passthrough Mode" realisierbar sein. Wiederum werden keine Daten von den MPPTs benötigt. Wir benötigen zusätzlich einen Schwellenwert für die maximale Akkuspannung. Die Regelung greift wieder ein und versucht diesen Schwellenwert über das ändern der Inverter-Leistung zu halten. Kommt mehr Leistung von den MPPT dann steigt die Spannung am Messpunkt und die Regelung erhöht die Inverter-Leistung um die Spannung wieder zu senken.

Infos:

• Wie bereits erwähnt ist es egal wo die Spannung gemessen wird. Aber ... näher am Akku hat Vorteile. Wegen der geringeren Spannungsabfälle zwischen dem Akku und dem Messpunkt greift die Regelung erst später ein.
• Die LiFePo haben einen "Erholungs-Effekt" wenn die Belastung abgeschaltet wird. Durch die Abschaltung bei keiner Leistung ist der Effekt geringer und damit wird die Abschaltspannung genauer erreicht.

Das reicht jetzt erst mal als Info. Falls ich euer Interesse geweckt habe kann ich noch mehr Daten / Berechnungen liefern. Wer jetzt ganz neugierig ist der findet im Anhang einige Berechnungsunterlagen für das Beispiel 2. Akku-Limiter-Mode.pdf

[TomBrett72]

Hallo zusammen, bin noch nicht lang dabei, deshalb zuerst ein riesiges Dankeschön für dieses super Projekt! Meine Anlage ist eher standard. 2x410Wp, Victron 100/30, 2,5kWh LiFePo, HM600 und natürlich DTU! Möchte mit meinem Beitrag hier die Diskussion wieder anschubbsen. Hauptgrund: Ich stelle ständig am max-Limit rum und greife somit manuell in die Regelung ein. Möchte bei meiner kleinen Anlage einfach nicht immer 400Watt ziehen. Im Winter hatte ich den DPL sogar ganz aus und bin konstant 35Watt gefahren. Lief über Wochen stabil. Und sorry, bevor ich mich mit meinem Englisch blamiere oder ich für den Text 1 Tag brauche, versuche ich es in Landessprache. @schlimmchen Ja, ich beobachte genau das von Dir beschriebene Verhalten. Sofern man ohne SolarPathThrough fährt, passiert es sogar, daß bei starker morgentlicher Ladeleistung der Einschaltpunkt sehr früh erreicht wird und man dann aus einem fast leeren Akku die MaxLeistung zieht. Meine erste Idee war deshalb eine Leistungsbilanz zu rechnen. Also P[victron] - P[WR] und diese Differenz mal Lastkorrekturfaktor. Das würde dann auch die Spannungsüberhöhung während Laden berücksichtigen. Ob physikalisch richtig bleibt die Frage. Dann kam @spcqike mit seinem cleveren Ansatz, der die Komplexität reduziert. Bin ich immer Fan von sowas. Und folgend @SW-Niko mit einer Idee, ganz nach meinem oben beschriebenen Grund "Leistungsanpassung". Wie würde ich nun den Knoten lösen? Hab im Bild eine Kennlinie für den Bereich 10%SOC-90%SOC berechnet. Zum einen die Herstellerkennlinie meines Akkus. Bessere Werte hab ich leider nicht, sollten aber ausreichen. Zum anderen die WR-Leistung, bei meiner Konfiguration ja max 400Watt. Mit der Gleichung läßt sich ein weiteres Limit berechnen, welches man in einen bestehenden Minimizer eintragen könnte. Ich kann kein C++ aber ich denke es müßte in Zeile 772 rein (effPowerLimit = std::min(effPowerLimit, maxPower);) Nun denn... mal sehen, kann schon sein, daß ich noch nicht alles bedacht hab.

[SW-Niko]

Hallo @TomBrett72, Diese von dir beschriebene lineare Regelung der maximalen Inverter-Leistung in Abhängigkeit von der Batteriespannung läuft seit einigen Wochen auf meinem System. Ich bin damit sehr zufrieden. Aber ... von den Werten angepasst an mein System! (Inverter, Batterie, Kabel usw.) Das möchte ich so nicht freigeben, weil ich damit die User zwingen würde die Parameter für ihr System zu ermitteln. Ich bin an dem allgemeinem Ansatz wie oben Beschrieben (20 Feb) dran. Es wird aber noch etwas dauern. Im Sommer habe nicht so viel Zeit für die Solarthematik. Sorry.

[SW-Niko]

Hallo, es geht voran. Bei dem miesen Wetter habe ich Zeit zum programmieren. Bei mir läuft jetzt die Testphase.

17:11:39.051 > [Battery Limiter] Mode: 1, Active: 1, Battery Voltage: 25.91, Requested Power: 141 W, Limited Power: 91 W

Das passt soweit. Die Leistung wird soweit begrenzt das die Batteriespannung nicht unter 25.9V fällt. Wenn die Sonne nicht mehr genügend Energie liefert dann sollte der Inverter abgeschaltet werden.

Noch etwas Geduld. 😀