LiFePo4 bei Minusgraden

antonius
Versuche Studenten etwas über das effiziente Arbeiten in den Betrieben beizubringen.
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Beitrag von antonius » Do 4. Dez 2014, 13:24

Auf Wunsch stelle ich hier auch nochmal die Beschreibung meiner Batterieheizung ein, damit sie leichter zu finden ist.

Grundaufbau:
im Batteriekasten meines Fury habe ich am Boden eine 2 cm Styroporplatte eingelegt.
Darauf eine Sitzheizungsmatte, die zur Nachrüstung für PKW gedacht ist.
Darauf die Batteriepakete.
Die Sitzheizung:
http://www.ebay.at/itm/JEEP-Grand-Chero ... 3f09269ed7
dazu dieses Netzgerät (7A-Ausführung = 84W) für den Netzbetrieb:
http://www.ebay.at/itm/2A-3A-4A-5A-6A-7 ... 51b6d203ef
und diesen DC-DC-Wandler für die Offlineheizung:
http://www.ebay.at/itm/221304818040?ru= ... 26_rdc%3D1

Die Umschaltung zwischen Netzbetrieb und Offline mache ich durch Umstecken des Heizungsmattenanschlusses manuell.

Die Regelung ist standardmäßig eingebaut, damit nichts überhitzt (auch als Sitzheizung sollte dein Hintern nicht gekocht werden! :lol: ) und ich lass die Heizung in der niedrigen Stufe durchlaufen (das sind bei mir ca. 25-30 Watt inkl. Wandlerverluste). Damit bleiben die Batterien bei einer Außentemperatur von 0° - 3° in der Nacht auf ca. 15° - 17°.
Man kann die Matte auch auf Länge schneiden, damit sie genau in den Kasten passt.
Bei einer theoretischen Energiemenge in den Batterien von 24Stück*40Ah*3,2V=3072 Wh ergibt sich bei einer Heizdauer von 6h*30W=180Wh keine problematische Belastung durch die Heizung und es ist pfleglicher für die Batterien wenn sie zwischen 15° und 17° gehalten werden.
Den zusätzlichen DC-DC-Wandler hab ich schaltbar gemacht, damit er nur dann an den Batterien hängt, wenn er benötigt wird - den originalen kann man sowieso nicht direkt verwenden, weil er abgeschaltet wird, wenn der Startschlüssel auf "Aus" steht.
Die Temperaturmessung erfolgt zwischen den Batteriepaketen 2 und 3 und zwischen 4 und 5 mit einfachen Fühlerthermometern auf ca. halber Höhe der Batterien.
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Beitrag von MEroller » So 8. Feb 2015, 22:38

Nach einem Langzeitversuch gestern und heute kann ich bei autarkem Batterieheizbetrieb mit Thermostat einen Wirkungsgrad von DC-DC-Wandler + Wechselrichter von 79,66% ab Batterie vermelden, aber wenn man das dafür notwendige Batterie Nachladen hinzunimmt kommen nur noch verheerende 64,1% Wirkungsgrad ab Netz heraus.

Um bei Umgebungstemp. um den Nullpunkt während meiner 9,5h bei der Arbeit autark die Batterie bei Temperaturlaune zu halten müsste ich tatsächlich gut 13Ah wertvoller Batteriekapa investieren - da käme ich hinterher vielleicht noch mit Schmackes aus dem Neckartal, aber dann wäre der Ofen aus - warme Batterie hin oder her :( Sehr schade! So muss ich mich halt weiterhin mit maximal 2h nachheizen vor der Heimfahrt begnügen, was je nach Tagestemp. zwischen 16 (gerade noch tragbar) und auch mal nur noch 10°C bedeutet (nur mit äußerst feiner Fahrgriffhand machbar, bei auch tagsüber deutlichen Minusgraden wie vergangene Woche).
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Beitrag von motoqtreiber » So 15. Feb 2015, 01:51

Wenn Laden unter Null schädlich ist ( ich behaupte nichts gegenteiliges), wie ist das dann mit Fahrzeugen, die rekuperierern? Die jagen ja verglichen mit einem Ladegerät sehr viel Strom in kürzester Zeit in die Akkus. Und die Akkus sind dann nicht unbedingt (schon) warm.
Ciao,
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Beitrag von ollige » So 15. Feb 2015, 18:42

Bei meinem Honda Civic Hybrid funktioniert das Rekupieren noch nicht, wenn ich bei kaltem Wetter losfahre. Erst nach einer gewissen (Aufwärm)Zeit klappt dies.

Viele Grüße
Olli
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Beitrag von herby87 » So 15. Feb 2015, 20:07

Damit das Laden die Akkus in bestimmten Situationen nicht schädigt, ist, zumindest bei den besseren Systemen, eine Steuerung eingebaut, die das Laden regelt, siehe Honda von ollige. Und je besser diese Steuerung appliziert und erprobt ist, desto länger leben die Akkus. Solche Systeme trennt die Spreu vom Weizen.
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Beitrag von herby87 » So 15. Feb 2015, 21:52

Der BMW i3 hat z. B. eine Ladeintelligenz für den Range Extender eingebaut. Selbst Handanlegen ist nur bei so "einfacher" Technik wie unseren Rollern möglich, aber nicht mehr, wenn ein BMS verbaut ist. Beim emco Novum S5000 würde ich nichts mehr verändern.
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Beitrag von MEroller » Di 17. Feb 2015, 20:59

motoqtreiber hat geschrieben:Wenn Laden unter Null schädlich ist ( ich behaupte nichts gegenteiliges), wie ist das dann mit Fahrzeugen, die rekuperierern? Die jagen ja verglichen mit einem Ladegerät sehr viel Strom in kürzester Zeit in die Akkus. Und die Akkus sind dann nicht unbedingt (schon) warm.
Auch ein Tesla Model S rekuperiert bei kalter Batterie erst mal garnicht, und beschränkt auch die entnehmbare Leistung recht drastisch. Die C-Belastung bei einem Model S P85+ dürfte ähnlich hoch liegen wie bei meinem Fury Thunder, weshalb diese Maßnahmen dort sehr sinnvoll sind. Aber ebenso hat man als Model S Fahrer die Möglichkeit, seine Batterie vor Fahrtbeginn auf Betriebstemperatur zu bringen, ohne nachträgliche Bastelarbeiten. Und dann wird von Anfang rekuperiert und volle Leistung ist abrufbar.
Warum zum Geier Nissan das beim Leaf immer noch nicht macht ist mir ein absolutes Rätsel... :roll:
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Beitrag von MEroller » Mo 30. Mär 2015, 12:49

Hmmm, nach "Lektüre" einer Vorlesung aus dem Jahr 2013 (Link folgt noch zu dem Video) zur Schadensmechanik von Lithium-Ionen Zellen, und ganz spezifisch auch LiFePO4, komme ich mit meinen Batterieheizüberlegungen wieder ins grübeln:
Der Hauptschaden entsteht wohl durch Reaktionen von Elektrolyt-Bestandteilen mit Lithium-Ionen, die dann dauerhaft dem Laden und Entladen entzogen sind. Dagegen werden alle möglichen Additive eingesetzt, die aber jeweils nur dämpfen, nie ganz abstellen können. Und diese Reaktionen werden durch hohe Temperaturen zunehmend begünstigt.
Jetzt wurden dort von teilweise über 60°C gesprochen, aber die Quintessenz war: solange nicht gebraucht am besten Lithium-Chemie im Kühlschrank aufbewahren, nur zum Betrieb auf Raumtemp. aufheizen, und dann recht schnell entladen bzw. laden, um den Reaktionen Elektrolyt/Li-Ionen möglichst wenig Zeit zu geben.

Mehr später...

Es ist jetzt später: Ein Professor Jeff Dahn hat am 30.07.2013 einen Vortrag gehalten mit dem Titel "Why do Li-ion Batteries die ? and how to improve the situation? ". Tja, warum sterben sie nun? Wie oben schon geschrieben - wenn sie zu lange zu warm sind reagiert so viel Elektrolyt mit den Lithium-Ionen, dass er eine chemsiche Verbindung mit dem Lithium eingeht und es somit nicht mehr für den Batteriebetrieb zur Verfügung steht, sprich die Kapa bricht ein, und die Ablagerungen durch diese Verbindungen erhöhen den Innenwiderstand der Zelle, so dass ein gegebener Strom die Spannung vorzeitig einbrechen lässt und daher noch weniger von der Batterie genutzt werden kann.
Und lange voll geladen rumstehen mögen Li-Ionen Zellen auch nicht, dann da seien die Elektroden am reaktivsten, und das Spielchen mit dem Elektrolyt wird ebenfalls beschleunigt.

Das kann für meine Lade- und Heizstrategie nur bedeuten: künftig wieder erst früh morgens mit dem Batterieheizen beginnen, und etwas später erst mit dem Laden. Da mein Ladegerät und BMS inzwischen wieder zuverlässige Kollegen sind werde ich das ab sofort wieder riskieren.
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Beitrag von motoqtreiber » Fr 10. Apr 2015, 20:51

Bisher hab ich mir zusammengelesen:
-Laden unter 0 / -5 schädlich, Entladen harmlos (ab - 10 wird auch das Entladen problematisch)
-Wärme beim Laden / Entladung eher positiv und leistungssteigernd bis zu einer (normal nicht erreichbaren) Temperatur wo der Akku einfach stirbt.
-Lagern kühl aber nicht Kühlschrank.

Das ist ganz schön kompliziert. Ich frag mich, wieviel das alles dann wirklich in der Praxis ausmacht.
Vergleich: ein Verbrenner soll ja auch mögt keine Kaltstarts machen, trotzdem schaffen manche 3000 km und manche (gleiches Modell) 300.000 Lebensdauer.
Ciao,
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Beitrag von MEroller » Fr 10. Apr 2015, 22:25

motoqtreiber hat geschrieben:Bisher hab ich mir zusammengelesen:
-Laden unter 0 / -5 schädlich, Entladen harmlos (ab - 10 wird auch das Entladen problematisch)
LiFePO4 geht unter 15°C nur bei besserem Leerlauf noch gut, wie z.B. Alfreds 80A bei 60Ah Zellen. Mit meinen 40Ah kriege ich kaum noch 120A aus meinen 15°C Zellen raus, und erst da beginnt so richtig der Spaß mit meinem E-Pferdchen. Mit steigendem Alter (und deshalb ebenso steigendem Innenwiderstand) wird die Leistungsfähigkeit noch mehr eingeschränkt, vor allem bei tiefen Temp.
Schon bei +5°C war mein Fury-Thunder selbst im Neuzustand nur noch als 50er fahrbar, mit gaaaanz vorsichtiger Stromhand, so dass nicht Controller bzw. BMS dem Vortrieb wegen zu geringer Batterie- oder Zellspannung ganz Einhalt gebieten. Es kommt einfach auf die genaue Batteriechemie und den Elektrodenaufbau an, bis zu welchen Temperaturen noch angemessene Leistung aus einer Batterie kommt - selbst bei gleichnamiger LiFePO4 Chemie.

Die LiPo's meines vR one konnten auch bei +15°C noch den Bürsten-Lynch voll bespaßen, und das waren dann eher 200A bei 43Ah. Aber darunter war dann auch vorsicht angesagt...
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