Sprinter 60 - Akku und Reichweite - Balancernachrüstung

[STW]

Weil es ja mal jeden treffen kann, sei es, dass man einen Sprinter 60 mit den 60Ah-Thunderskys hat, oder weil man gerade gebraucht einen angeboten bekommen hat, hier in jetzt in loser Fortsetzung über die voraussichtlich nächsten 2 Wochen ein kleiner "Reparaturbericht."

Ich bin gefragt worden, ob ich mir mal einen Sprinter 60 ansehen könnte, die Reichweite hätte von anfänglich über 120km (!) auf ca. 50-60km nachgelassen. Einzelne Zellen hätten nach dem Ladevorgang lediglich 2.8V gehabt (ohoh), aber mittels Modellbaulader wäre die in der Spannung wieder hochgekommen. Ein BMS bzw. Balancer sind nicht vorhanden.

Klar sehe ich mir den an, also wurde er gestern bei mir abgegeben. Alter 2 Jahre, Kilometerstand bei knapp 7500. Dabei handschriftliche Notizen über alle Ladevorgänge, die recht genau Beleg darüber geben, dass bislang ca. 200 Ladevorgänge erfolgt sind, häufig wurde erst geladen, wenn die Akkus leer waren, die ein oder andere Heimfahrt gelang nur noch im Schleichgang. Ganz grob: anfangs wurden Strecken bis ca. 90km zurückgelegt (Ausnahme siehe oben), zum Schluß pendelte sich die Reichweite auf ca. 50km ein.

Ansonsten hat der Roller noch die Erstausstattung, was die Elektrik angeht, also ist durchaus zuverlässig. Kaum Rostbefall (außer Schrauben), lediglich der Zustand der Verkleidungsteile überzeugt wenig. Stahlflexbremsleitungen und andere Details weisen darauf hin, dass hier schon die gehobene Chinaklasse vor mir steht.

Bestandsaufnahme:
Einige Plastikteile sind in nicht mehr gutem Zustand, Risse hier und da, der Lenker etwas schief, usw.. Aber das sei nur am Rande erwähnt und ist nicht Gegenstand der nächsten Tage.
Die Leerlaufspannung der Zellen liegt zwischen 3.31V und 3.40V. Der Roller soll gegenwärtig nicht vollgeladen sein. Ich hatte bei meinem Roller auch mit nicht optimalen Balancern ca. 2km nach dem Ladevorgang alle Zellen bei 3.34 plus/minus ca. 0.01V liegen. Dabei hatte ich Kapazitätsdifferenzen von ca. 10%. Bei den hier gemessenen Werten dürften die Zellen noch weiter auseinander liegen. Ich mag mir gar nicht die Spannungsverteilung vorstellen sowohl beim Ladevorgang als auch gegen Ende der Reichweite. Da dürften einige deutlichst über 4V gewesen sein (beim Laden) und andere auch locker die 2V unterschritten haben. Die verkürzte Reichweite erklärt sich damit, dass einige Zellen recht früh entladen worden sind und damit den Controller zur Abschaltung veranlaßt haben. Ob es Schäden an den Zellen wegen teilweise zu häufiger Überspannung bzw. Unterspannung gibt, kann ich gegenwärtig noch nicht beurteilen.
Eine Einzelzellennachladung mit dem Laborladegerät verkneife ich mir erst einmal. Ich müßte nacheinander alle Zellen einzeln damit vollladen, das würde mich gut und gerne 1 Woche auf Trab halten.

Plan:
Balancer sollen hinein,so ist es mit dem Besitzer abgesprochen. Erst wenn die verbaut sind, werde ich feststellen wollen, ob auch einzelne Zellen zu weit geschädigt sind und auch noch ausgetauscht werden müssen. Die jeweiligen Leerlaufspannungen von über 3.3V geben mir allerdings Hoffnung, dass noch keine verloren ist. Ebenso sind keine Blähzellen festzustellen. Der optische Zustand der Zellen ist soweit gut.
Nach Einbau der Balancer wird mit kleinem Strom solange geladen, bis alle Zellen bei > 3.6V liegen, dann sollte wieder Gleichlauf erreicht sein.
Regelmäßigere Ladevorgänge danach sollten dann dafür sorgen, dass die Zellen im Gleichlauf bleiben.

Berechnung und Planung:
Das Ladegerät ist mit 54.6V und 15A angegeben. Das macht bei 15 Zellen also eine geplante Ladeschlußspannung von 3.64V pro Zelle. Ich benötige also Balancer, die bei 3.6V einsetzen.
Bei der Stromstärke des Ladegerätes sollten die Balancer 2A aufwärts verbraten können, mehr wäre mir zwar aufgrund der alten und etwas mißhandelten Zellen lieber, aber die gibt es nur mit Schwellenspannungen von 3.8V.
Aufgrund der beengten Platzverhältnisse kommen die üblichen Huckepackplatinen nicht in Frage. Ich liebäugele daher mit den 4er-Boards, die auch in meinem Roller verbaut sind. (Leider hat der Shop noch wegen Wartungsarbeiten geschlossen, also ist noch Geduld erforderlich).
Also Einbauort bietet sich der vordere Teil unter der Sitzbank an, hier ist noch genügend Platz, der nicht vom Helmfach in Beschlag genommen wird. Der auch dort vorhandene Straßenstaub / Dreck auf den Zellen läßt vermuten, dass der Bereich nicht vollständig Spritzwassergeschützt ist, so dass auch die Unterbringung in ein passendes Gehäuse notwendig ist.

Da die Balancer sicherlich eine Woche benötigen, bis sie hier sind, soll schon mal möglichst viel vorbereitet werden. Ich werde daher mal in der laufenden Woche anfangen, einen Kabelbaum zu legen, der in einer Lüsterklemmenleiste enden wird (ja, ich weiß, die gehören da nicht hinein, aber irgendwo muß ich zunächst einmal die Kabel aufschalten). Um das Thema Übergangswiderstände zu vermeiden, plane ich, die Kabellitze direkt auf die Kupferzellverbinder zu verlöten.
Falls sich die Lieferung der Balancerboards zu sehr verzögert, werden provisorisch meine alten Boards verbaut, um schon mal mit dem Kapazitätsausgleich beginnen zu können.

Fortsetzung folgt ...

[rr-1701]

Da bin ich aber froh, dass Du Dich der Thematik annehmen kannst!
Einer meiner Sprinter freut sich schon auf das Ergebnis..

Robert

[STW]

Ok, da Bedarf vorhanden ist, werde ich wohl das Projekt mit einer Kamera begleiten. Da ich vor Donnerstag nicht zum Basteln komme, erst ab da habe ich Urlaub, geht es dann weiter.
Voraussichtlich erster Schritt: der Kabelbaum.

[Joehannes]

Eine sehr gute Idee von Dir. Da kann ich ja für den GK mitlesen. Der hat dann auch 60V/60Ah, welche Zellen verbaut sind
kann ich noch nicht wirklich sagen. Auch ob er jetzt mit BMS bestückt ist, ist noch offen. Hoffentlich kommt er auch in der richtigen Farbe.

Ich werde da jedenfalls interessiert mitlesen.

MFG
Joehannes

[STW]

Ok, weiter geht es mit der Aktion. Der Webshop für die Balancer hat wieder offen, die Bestellung der 4-fach - Balancer mit Spannungsabsenkung um 0.1V ist raus. Der Preis pro 4er-Board liegt bei 36€ inkl. der Spannungsabsenkung, so kleine SMD-Widerstände löte ich mit meinen Augen nicht mehr so gerne. (Bezugsquelle: h**p://shop.lipopower.de/Balancer-15A-fuer-4-Zellen-LiFePo4-Lastmodul-mit-LED ) Macht bei 4 Boards also 144€, und dann noch etwas Zubehör.
Nun heißt es noch:
- Dünne Litze kaufen, so ca. 10-15 Meter
- Lüsterklemmen in größerer Stückzahl, wir rechnen mal mit über 60 Anschlüssen
- Ein passendes Gehäuse kaufen
- und ggf. weitere Kleinteile wie z.B. Isolierband, und den Kabelbaum hier und da zu umwickeln.

Warum die dünne Litze? Die Balancer verbraten lediglich bis zu 1.5A, da reicht dünnes Kabel gut aus. Man könnte überlegen, pro Anschlußdraht nahe an der jeweiligen Zelle eine Sicherung zu verbauen, aber der Platz ist beengt, und wenn etwas schief geht, brennt Litzendraht bei den Stromstärken auch schnell durch - auch wenn man den Ort des durchbrennens nicht vorhersehen kann und im Falle eines Falles dann der gesamte Kabelbaum in Mitleidenschaft gezogen werden könnte. Beim Verlegen werden wir also darauf achten müssen, dass der Kabelbaum weit von allen brennbaren Teilen entfernt verbaut wird, sich nirgendwo aufscheuern kann, die Kabel nicht durch Kabelbinder zerquetscht werden und die Kabel so geführt werden, dass sie möglichst weit von allen anderen Batterieanschlüssen entfernt liegen.

Für diejenigen, die genügend Platz über den Zellen haben, bieten sich auch die Einzelboards an, die direkt auf die Zelle geschraubt werden. Die bekommt man z.B. auch bei Litrade und anderen, die Preise ähneln sich. Bei den Einzelboards wäre darauf zu achten, dass nach dem Verbauen immer noch guter Kontakt zwischen den Zellverbindern und der Zelle herrscht. Aufbau wäre daher mit Unterlegsscheiben in der Reihenfolte: Pol - Zellverbinder - Unterlegscheibe(n) - Balancerboard und dann die Schraube durch.
Ein bis zwei Unterlegscheiben wären von der Höhe einzukalkulieren und, ganz wichtig, genügend Luft nach oben (rund 2 cm sollten es schon sein), die Widerstände werden gegen Ende des Ladevorganges sehr heiß. Nachteile der Einzelboards: man kommt je nach Aufbau des Rollers schlecht zum messen oder kontrollieren (falls die eine LED haben) heran, man muß für Feuchtigkeitsschutz sorgen. Vorteil ist, dass man die Arbeit mit Kabelbaum vermeidet.

Beim Einbau ist unbedingt auf die Einbaurichtung zu achten. Setzt man die Boards falsch auf bzw. verdrahtet die 4er Boards verkehrt herum, wird der Akku mit konstant 1A entladen. Für den Einbau ist also genügend Zeit einzuplanen, lieber alles 2 bis 3 mal kontrollieren, damit nichts schief geht.

Grundsätzlich wenden wir folgende Vorgehensweise an für den Kabelbaum (jetzt erst einmal nur die Theorie):
1. Zuerst schauen wir uns die Batterieverkabelung an und sehen nach, wo der Gesamtminuspol und der Gesamtpluspol ist. Wir wollen schließlich strukturiert vorgehen.
2. Ist einer der Pole mit dem Rollerrahmen verbunden (Masse), ist das beim Einbau zu bedenken.
3. Wir überlegen uns, ob wir mit einer Anschlußleiste (z.B. Lüsterklemme oder Mehrfachstecker arbeiten), dafür wird ein gut erreichbarer Platz gesucht, schließlich wollen wir da später auch mal die einzelnen Zellen durchmessen.
4. Vor allen Arbeiten wird die Hauptsicherung gelöst. Im Fall des Sprinter 60 besteht diese aus einem Zellverbinder mit einer eingebauten Schmelzsicherung, die Verbindung wird also entfernt.
5. Vorsichtshalber entfernen wir den Anschluß für Gesamtmasse und Gesamtplus.
6. Ebenso könnte man zwischendurch, wo es gut passt, einzelne Zellverbinder entfernen. Das verhindert Funkenflug, wenn mal etwas schief gehen sollte.
7. Auch wenn es umständlich ist: die Zellverbinder sollten alle mit einer Kunststoffabdeckung geschützt sein. Die bleibt beim Kabelverlegen bis zur letzten Minute drauf und wird nach Anschluß des Kabels und dessen Durchmessung sofort wieder angebracht.
8. Das Kabel wird zuerst einsam und alleine in der Lüsterklemme befestigt und von dort zur Batterie geführt. Erst am Zielort fangen wir an, das Kabel auf Länge zu trimmen und die Isolierung zu entfernen. (Das Schema ist also erkennbar: wir wollen möglichst wenig mit blankem Metall hantieren und möglichst spät an die Spannungsquelle kommen).
9. Ggf. formen wir lose mit Kabelbindern die Verlegestrecke vor.
10. Reihenfolge: wir fangen bei einer Batterie am Ende des Stranges an. Vorschlag: wenn der Rahmen auch auf Masse liegt, nehmen wir erst einmal den Gesamtpluspol für das erste Kabel, verlegen dies von Lüsterklemme (abisolieren, festschrauben) zu diesem Pol (erst einmal alleine ohne die Hauptanschlußleitungen befestigen). Anschließend kommt das nächste Kabel in die benachbarte Lüsterklemme und dann zur benachbarten Batterie.
11. Kontrollmessung an der Lüsterklemme: zwischen zwei benachbarten Anschlüssen sind immer ca. 3.3V zu messen. Wenn nicht, dann nicht weiterverkabeln, sondern erst den Fehler suchen (oder den vorher entfernten Zellverbinder wieder einsetzen )
12. Dann das nächste Kabel, Kontrollmessung, ..., bis man beim anderen Pol angekommen ist.
13. Sollten die Zellen in Blöcken verbaut sein (3 oder 4 zusammen in einem Spannpack), dann kann man die Verkabelung dahingehend ändern bzw. erweitern, dass am Anfang und Ende des Blockes je ein eigenes Kabel verlegt wird und die Kabel jedess Blockes in einem eigenen kleinen Kabelbaum gelegt werden. Ebenso läßt man die Kabel dann auf einer eigenen Lüsterklemmenabteilung enden. Das ist für etwaige Wartungszwecke vorteilhaft, fall man mal einen Block komplett entnehmen muß. Den entnimmt man dann komplett mitsamt seinem kleinen Kabelbaum und Lüsterklemmenabschluß.

In unserem Fall liegen also hinterher 16 Leitungen an der Lüsterklemme (bei 15 Zellen) bzw. entsprechend mehr bei Aufteilung in Blöcken .

Planung der Vorverkabelung der Balancerboards (auch erst einmal nur Theorie):
1. Die Boards sollen normalerweise in ein luftiges (!), aber trotzdem spritzwassergeschützendes Gehäuse.
2. Wir ahnen, dass dort ganz viele Kabel herauskommen. Pro Balancer zwei Kabel, macht also beim Sprinter 30 Stück. Da kann man den Überlick verlieren, also müssen wir auch hier strukturiert vorgehen.
3. Man könnte man die Anzahl der Kabel reduzieren, indem man interne Verbindungen schaltet, also auch auf 16 Kabel kommen, aber das macht den Kabelverhau unübersichtlich und es besteht die Gefahr, dass sich ein Kabel so an die Widerstände schmiegen, dass im Hitzefall die Isolierung wegschmilzt. Wir führen also lieber mehr Kabel aus dem Gehäuse.
4. Wichtig ist wieder Systemematik. Hilfreich sind ggf. unterschiedliche Farben der Kabel (eine Farbe für alles, was Minus ist, und eine andere für Plus-Anschlüsse). Ebenso halten wir weitere Lüsterklemmen bereit, am besten 4 Abschnitte mit je 5 Anschlüssen,
5. Wir ziehen vom ersten Balancerboard das Minuskabel nach außen und legen es außen auf die erste Lüsterklemme. Das Kabel sollte draußen ausreichend lang sein, da wir nach Einbau des Gehäuses im Roller die dort vorhandene Lüsterklemmenreihe locker erreichen wollen.
6. Wir ziehen das zugehörige Pluskabel nach und vom nächsten Balancer Minus und legen diese gemeinsam auf den nächsten Anschluß der Lüsterklemme.
7. usw.
8. Der Pluspol des vierten Balancers geht dann auf den 5. Anschluß der Lüsterklemmenreihe. Das erste vierfach-Balancerboard ist also im Gehäuse und draußen auf einer eigenen Lüsterklemmenreihe aufgelegt. Die können wir noch mit einem Marker o.ä, beschriften, damit wir schnell das zugehörige Board später wiederfinden.
9. Wir verfahren mit den anderen vierfach-Boards genauso.
10. Wir haben ein Gehäuse, darin die 4 Platinen, und draußen 4 Lüsterklemmenreihen.
11. Wir messen mit dem Ohmmeter jedes Kabel durch, d.h. von Lüsterklemme bis zum Lötpunkt auf der Platine sind ca. 0 Ohm zu messen.Gut, dass wir systematisch gearbeitet haben, sonst würden wir nichts wiederfinden.

Die Erfahrung lehrt, dass man mit dem Anfertigen und messen des Kabelbaums für die Balancerboards locker ein paar Stunden zubringen kann.

Wir haben jetzt also:
1. einen vorverkabelten Roller
2. ein vorverkabeltes Gehäuse mit den Balancern

Und nun die Hochzeit, das verheiraten von Roller und Balancern:
1. Das Thema mit Hauptsicherung raus usw. hatten wir ja schon.
2. Wir platzieren das Gehäuse ungefähr da, wo wir es hinhaben wollen
3. Wir wissen noch, an welcher Seite der Lüsterklemmenreihe am Roller der Gesamtminuspol war
4. Wir nehmen das Kabel des ersten Minuspols des ersten Balancerboards aus der Lüsterklemme heraus und verbinden es mit dem Lüsterklemmenanschluß "Gesamtminus" des Rollers
5. Wir nehmen die beiden Kabel Plus des ersten Balancers sowie Minus des zweiten Balancers aus der gemeinsamen Lüsterklemme heraus und schalten die auf den nächsten Anschluß.
6. ...
7. Wir achten darauf, das jetzt immer zwei Kabel zusammen kommen (außer dem allerletzten). Also das letzte Pluskabel des ersten Balancerboards wird mit dem ersten Minuskabel des zweiten Balancerboards gemeinsam auf den korrespondierenden Anschluß der Rollerlüsterklemmenreihe gesetzt.
8 ... (irgendwann sind wir dann fertig und haben wieder ein paar Lüsterklemmen über, die in die Bastelkiste wandern)
9. Kontrollmessung: an jedem Balancer muß jetzt ca. 3.xV anliegen zwischen Plus und Minus. Wir achten nochmals darauf, dass Plus und Minus nicht vertauscht sind, die fetten Widerstände auch noch keine Temperatur entwickelt haben.
10. Hauptsicherung usw. wieder an, das Gehäuse für die Balancer lassen wir zunächst offen, um den ersten Ladevorgang zu beobachten

Fortsetzung folgt ...

[STW]

Der erste Ladevorgang / das erstmalige Balancieren der Zellen:

Wenn die Zellen neu sind, oder der Roller, sollte eigentlich der Händler ausbalancierte Zellen verbaut haben. Aus Erfahrung trauen wir keinem Kistenschieber und richten uns auf das Schlimmste ein. Damit rechnen wir natürlich auch, wenn wir den Roller schon ein paar Monate / ein paar Hundert Kilometer haben.

Wir benötigen:
1. Den Roller
2. Das Ladegerät
3. optional: ein "schwaches" Ladegerät, ein Labornetzteil o.ä., oder ein Ladegerät für Motorradbatterien, dass ca. 14.4V bei maximal 1.5A liefert
4. optional: ein Energieverbrauchsmeßgerät für die Steckdose, dass uns als grobes Schätzeisen dienen soll
5. Voltmeter
6. ggf. Brandsalbe
7. ggf. eine 12V-Glühbirne mit vorzugsweise 21W (Autobremslicht), an die wir zwei Kabel angebracht haben und ggf. zwei Krokodilklemmen
7. Ein paar elektrische Grundkenntnisse, die wir jetz einmal auffrischen

Grundkenntnisse (Beispiel ist jetzt der Sprinter 60 mit seinen 15 Zellen):
Das Ladegerät soll Anfangs mit kontinuierlichem Strom laden, dabei steigt die Spannung an den Batterien immer weiter an. In unserem Fall geht das Ladegerät mit 15A zu Werke bei Spannungen bis zu 56.4V. Bei entladenen Akkus wäre die Spannung anfangs ca. 45-48V. Wir müssen also mit einer Leistungsaufnahme von Spannung * Stromstärke rechnen, also grob 850W. Diesen Wert zzgl. Eigenverbrauch des Ladegerätes unter Berücksichtigung der Meßungenauigkeit des Energiemeßgerätes sollte jenes zunächst konstant anzeigen, also jeder Wert zwischen ca. 750W - 950W, der zunächst konstant ist, zeigt die Ladephase "Konstantstrom" an.

Bei 56.4V wird die Spannung konstant gehalten, und die Stromstärke fällt. Das Gerät lädt also mit konstanter Spannung weiter. Ebenso fällt die Anzeige am Energiemeßgerät kontinuierlich. Wir teilen die angezeigt Wattzahl grob durch 60 und das ist ungefähr der Ladestrom, der momentan fließt. Irgendwann sollte das Ladegerät in einen Standby-Mode mit ca. 10W fallen.

Das Ladegerät geht also in Spitzenzeiten mit 15A an die Zellen. Das ist das 10fache dessen, dass die verbauten Balancer ableiten können. Also: die Balancer kommen dagegen nicht an. Fangen die ersten Balancer noch in der Konstantstromladephase mit dem Arbeiten an und ist nach 10 Minuten immer noch nicht die Konstantspannungsladephase eingetreten, brechen wir den erstmaligen Ladevorgang ab.

Die heile Lehre wäre folgende gewesen:
Gegen Ende der Konstantstromladephase erreichen (fast) alle Zellen innerhalb weniger Minuten die Schaltspannung der Balancer. Wir entsinnen uns: die Balancer arbeiten ab 3.6V, das Ladegerät sorgt für 3.64V, also springen fast alle Balancer an. Hier und da wird eine Zelle schon bei 3.7V liegen,und eine andere noch bei 3.5V. Aber insgesamt werden irgendwann mal die 56.4V Gesamtspannung erreicht und das Gerät macht mit sinkender Stromstärke weiter. Dabei holen die schwächeren Zellen weiter auf, während die schon vollen Zellen durch die Balancer "gebremst" werden bzw. wieder bis auf 3.6V entladen werden. Diese heile Welt erreichen wir aber wahrscheinlich nicht beim ersten Ladevorgang.

Wir warten, bis sich alle Balancer beruhigt haben (also LEDs aus) und messen mal die Einzelspannungen. Die werden zwischen 3.6V und bedeutend weniger bei anderen Zellen liegen.

Nun kann man mehrere Vorgehensweisen auswählen:
1. Wir entladen mittels der Glühbirne die Zellen, die die höchste Spannung haben, auf ca. 3.40V, aber nicht weiter als die Zelle mit der geringsten Spannung im gesamten Verbund. Dann schmeißen wir unser Ladegerät an und wiederholen die Prozedur - das kann dauern, weil Entladen einzelner Zellen durch die Glühbirne recht lange dauert.
2. Wir schnappen uns unser Laborladegerät. Das kann vielleicht 30V liefern, wir regeln es aber auf Anzahl der Zellen mal 3.65V (bis 3.7V) ein. Die Stromstärke limitieren wir auf 1.5A (also maximal Balancerstrom). Mit dem Ladegerät gehen wir also auf eine entsprechende Anzahl hintereinander geschaltete Zellen und haben dann alle Zeit der Welt. Wir schauen dem Schauspiel zu, bis die LEDs aller zu den gehörigen Zellen ihr blinkendes Schauspiel beginnen. Dann nehmen wir uns die nächsten Zellen vor.
3. Haben wir kein Laborladegerät, nehmen wir ein möglichst leistungsschwaches Ladegerät, wobei uns auch eins für Bleiroller 48V recht ist. Das liefert dann zwar bis 58.xV, aber das stört uns herzlich wenig, die 0.2V Überspannung pro Zelle ist immer noch weniger Spannung als die früher von Thundersky angegebene Obergrenze von 4.25V pro Zelle. Außerdem haben wir die ersten Zellen zu den Zeiten, als noch kein Balancer verbaut war, locker auf über 5V hochgetrieben, da macht das jetzt auch nichts.
4. Haben wir auch das nicht, probieren wir das Motorradladegerät. Das sollte ein elektronisches sein und nicht Opas Trafolader. Die lassen sich auf ca. 14.4V einstellen bei recht schwacher Ladeleistung. Wenn wir das Ladegerät über je 4 Zellen legen, dann kommt genau 3.6V pro Zelle dabei heraus. Allerdings sind meine Erfahrungen mit so einem Ladegerät wenig berauschend, eh dass man da Geld für ausgibt, leiht oder kauft man sich lieber ein Laborladegerät.

5. Irgendwann kommt dann der Zeitpunkt, wo wir jede Zelle auf 3.6V gebracht haben. Jetzt ist die Zeit gekommen, ein wenig innezuhalten, den Roller anzuschalten und das Licht brennen zu lassen. Wir lassen das Hinterrad für 20 Sekunden ein paar Umdrehungen udn beschleunigungsorgien machen, sorgen also für etwas Energieverbrauch.
Eine Kontrollmessung an den Zellen sollte jetzt ergeben, dass die Spannung jeweils unter 3.6V liegt, da wir nicht viel Energie verbraucht haben, wäre eine Spannung jeweils deutlich über 3.4V zu erwarten. Haben wir Ausreißer nach unten, fangen wir mit dem manuellem Balancieren wieder an. Die nachhinkenden Zellen treiben wir einzeln auf 3.6V, falls wir ein Labornetzteil haben, ansonsten wird improvisiert, z.B. mit dem schwachen Motorradadegerät. Wir schließen es so an, dass wir ein oder zwei schwache Zellen mit 3 bzw. 2 guten Batterien zusammenschalten. Über die guten Batterien legen wir zusätzlich die Glühbirne zum parallelen Entladen und lassen das Ladegerät die schwachen Batterien nach oben treiben.

Danach fangen wir wieder mit dem Orginalladegerät an. Ziel ist wiederum:
Gegen Ende der Konstantstromphase arbeiten möglichst viele Balancer. Haben die keine LED, dann werden die heiß, aber das macht nichts, wir haben ja die Brandsalbe für die Fingerkuppen
Dann geht es in die Konstantspannungsphase. Bevor das Ladegerät auf Standby-Leistungsaufnahme steht, sollten alle Balancer arbeiten. Wenn nicht, geht es noch 2-3 Runden mit dem manuellem Nachbalancieren weiter, ehe dass wir aufgeben und im Forum um Rat fragen.

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Probefahrt, erstes Aufladen, regelmäßige Kontrolle, Ladehinweise

Die erste Fahrt sollte über 2-3km gehen, danach wird aufgeladen. Wir sollten am Ende des Ladevorgangs (idealerweise Konstantstromphase, hilfsweise in der Konstantspannungsphase) alle Balancer arbeiten sehen.
Wenn dem so ist, machen wir den Deckel zu, schauen nach einer Woche nochmal nach, dann nach einem Monat, und dann lassen wir es schleifen ..., aber so alle 6 Monate sollte man einen Blick darauf werfen, ob noch alles ok ist. Wenn nicht: dann probieren wir es mit manuellem Nachbalancieren und überlegen wahlweise, was wir falsch gemacht haben, oder ob doch eine Zelle nicht mehr so richtig möchte.

Manchmal ist das Zusammenspiel von (gealterten oder mißhandelten) Zellen, Balancern und Ladegerät aber auch so ungünstig, dass ein leichtes Auseinanderlaufen der Zellen nicht verhindert werden kann. Für den Fall beschafft man sich Hilfsmittel, z.B. ein besonders leistungsschwaches Ladegerät oder ein Labornetzteil. Aus der E-Bucht mal ein Beispiel für ein Labornetzteil, mit dem man 4 Zellen gleichzeitig ordentlich auf Gleichlauf bringt: Artikel-Nr. 200627155931 , das ist schon die Luxusausführung mit digitaler Anzeige. Weniger Arbeit hätte man mit einem 60V-Gerät oder, nochmals der Tip, ein Leistungsschwaches Bleiladegerät. Das vom Zokes Zer ist dafür nach meiner Erfahrung super geeignet, wenn es nicht gerade kaputt ist. Das versieht man gleich mit passenden Anschlüssen und kann es so anstelle des Orginalladers einstöpseln.

Für den weiteren Umgang mit den Zellen haben wir folgendes im Hinterkopf:
- die Balancer können nur begrenzt die Zellen angleichen, je höher der Ladestrom, desto weniger effektiv sind die Balancer. Wenn die Zellen immer dicht beieinander liegen und alle fast zeitgleich auf die 3.6V beim Ladevorgang rennen, dann funktioniert das System prima dauerhaft
- bei jedem Ladevorgang gleichen sich die Zellen etwas mehr aneiander an (wenn sie nicht allzuweit auseinander liegen)
- je tiefer die Zellen entladen werden, desto mehr laufen sie auseinander, unabhängig davon, ob Balancer dran sind oder nicht. Sind sie zu weit auseinander, dann greift die Balancerlösung nicht mehr vernünftig und ggf. ist manuelles Nachbalancieren erforderlich
Fazit: auch nach kürzeren Strecken nachladen
- die Zellen sind "nach oben hin" balanciert. Aufgrund von Toleranzen der Zellen und der Alterung kann eine daher durchaus 64Ah haben, eine andere 56Ah. Fährt man bis "zum letzten Tropfen", dann liegen einige Zellen bei 3V, andere bei bedeutend weniger.
Fazit: wir fahren immer mit Reserve, nie mehr als 80% Entladung

Berechnung der maximalen Reichweite:
Wir nehmen wieder unser Energiekostenmeßgerät zur Hilfe und führen eine Tabelle. Aufgrund der recht ungenauen Meßgeräte können wir nur grob arbeiten und nehmen daher ein paar Sicherheitszuschläge.
Beispiel:
Unser Roller hat 60Ah bei näherungsweise 50V, macht ca. 3KWh Akkukapazität.
Wir fahren 10km, das Ladegerät zeigt 0.7KWh Verbrauch an.
Wir fahren 20km, das Ladegerät zeigt 1.2KWh an
Bei 30 km sind es 1.7KWh
Faustformel: je 10km benötigen wir 0.5KWh zzgl 0.2KWh, die z.B. in der Konstspannungsphase und für andere Verluste herhalten müssen.
Ergebnis: die maximale Reichweite wäre 3KWh - 0.2KWh = 2.8KWh, geteilt an 0.5 mal 10km = 56km Maximalreichweite. Davon wollen wir nur 80% nutzen, bleiben also ca. 45km, bis das wir nach einer Steckdose lechzen.

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Erste Frage trudeln per PN ein, ich nehme mal die relevanten Teile davon hierher als Antwort:

F: Meine 3. Zelle hat sich schon verabschiedet (ich habe kein BMS), und der Händler wird langsam unwillig. Aus seiner Sicht ist das eine Ausnahme, weil sonst (fast) niemand ein Problem mit den Zellen hat.
A: Die Unwilligkeit des Händers kann ich verstehen, da jede Zelle richtig Geld kostet und eigentlich nach dem Austausch in den vorhandenen Zellbestand hinbalanciert werden muß.
Wir müssen aber von folgenden Problemen ausgehen:
a) Ein neuer Roller ohne BMS sollte mit manuell ausbalancierten Zellen ausgeliefert werden, die absolut im Gleichlauf sind. Tatsächlich habe ich mal einen recht neuen Sprinter durchmessen können, bei dem waren alle Zellen bei genau 3.60V. Andere Händler oder Importeure sind aber vielleicht nicht so zuverlässig. Die Zellen kommen teilgeladen aus dem Chinawerk, und wie der Ladezustand bei Anlieferung ist, weiß man nicht. Werden die Zellen nicht vor dem Verkauf an den Kunden balanciert, dann liegen die schon auseinander.
b) Es gibt seit ca. einem Jahr auch 12V-Blöcke. Enthalten sind selektierte (!) Zellen, die angeblich absolut im Gleichlauf sein sollen. Messungen von Forenmitgliedern im Elweb zeigen aber, dass die internen Zellen schon beim ersten Ladevorgang auseinanderdriften. Lösung: den 12V-Block aufbrechen und an jede interne Zelle einen Balancer o.ä.
c) Zellen haben bzw. entwickeln einen unterschiedlichen Innenwiderstand. So minimal der sein kann, sie laufen trotzdem auseinander.
d) Typische Händlerwerbung: unsere Zellen haben nominal 60Ah, aber wir haben auch welche mit mehr als 68Ah gemessen. Das ist die nette Umschreibung dafür, dass zwischen 60Ah und 68Ah alle Kapazitäten vorkommen. Der unbedarfte Rollerfahrer bekommt so einen Akkusatz und fährt erst einmal die Reichweite aus, bis der Controller abschaltet. Die erste(n) Zelle(n) sind dann auf 0V, und andere haben dann noch 3V Restspannung. Was passiert beim Laden? Mit Glück kommt die 0V-Zelle wieder ans Leben, rennt fleißig auf 60Ah Kapazität zu und dann steigt die Spannung an der Zelle schnell auf 5V. Die anderen Zellen sind noch lange nicht voll, aber das interessiert das Ladegerät rein gar nicht, es kennt nur die Gesamtspannung aller Zellen. Der Pack ist auseinander und wird mit jedem weiteren Ladevorgang geschädigt.
e) Unterschiedliche Übergangswiderstände an den Zellverbindern, Kupfer und Alu sind nunmal kein Dreamteam. Auch sowas schmeißt den Ladevorgang durcheinander, die Hitze am Pol beim Entladen (ich habe eine durchgeglühte Schraube erreicht) verändert den Innenwiderstand der Zelle, und noch weiter geht es auseinander
f) je weitere Strecken ich fahre, desto mehr driften die Akkus auseinander
Fazit: der Akkupack wird driften, je nach Fahrprofil mal schneller und mal langsamer. Aber er wird auseinanderlaufen, definitiv, und sei es nach 2-3 Jahren.

F: Das mit den Balancern ist mir zu kompliziert, kann ich nicht auch gelegentlich jede Zelle manuell auf 3.75V aufladen.
A: Ja, das geht. Aber das macht keinen Spaß, weil ich 15 oder 16 Zellen einzeln auf Stand bringen muß. Das dauert locker ein Wochenende.

F: Es gibt Ladegeräte mit ganz vielen Kabeln, für jede Zelle eins. Kann ich das verwenden?
A: Wenn wir jetzt diese Ladegeräte meinen für 20 Zellen: soweit ich weiß, ist das ein Ladegerät mit 72V für 20 Zellen und weiterhin 20 integrierten Balancern. Erst einmal muß dafür auch eine Verkabelung hergestellt werden, der Aufwand ist also auch recht hoch, und nach meinem Kenntnisstand funktioniert das Gerät auch nur mit genau 20 Zellen. Da lasse ich mich gerne von einem Besitzer noch vom Gegenteil überzeugen.
Spannender wäre da schon ein Ladegerät, dass eine Einzelzellenladung (und nicht nur -Überwachung) macht.

F: Ich habe da ein labornetzteil entdeckt, taugt das was?
A: Achtet darauf, dass das Netzgerät Kurzschlußfest ist und nicht etwa eine schnell auslösende Sicherung hat. Die Einstellung eines Labornetzteils erfolgt folgendermaßen:
a) ich stelle, ohne dass etwas am Ladegerät angeschlossen ist, am Drehregler die (maximale) Spannung ein, z.B. 3.75V
b) dann schließe ich den Ausgang kurz und stelle die maximale Amperezahl ein, die nicht höher als die Balancerleistung sein sollte. Also: hier muß ich hzur genauen Einstellung des Gerätes den Ausgang bewußt kurzschließen, und das will ich mir nicht durch eine Sicherung verderben lassen.

F: Wieso die Balancer mit Spannungsabsenkung, d.h. ca. 3.6V als Beginn des Energieverbratens. Die Zellen sind doch erst bei 3.65V voll, und eigentlich können die doch bis 4V (oder jeder andere beliebige Wert oberhalb von 3.65V).
A: Ich habe bei diversen Zellen den Ladevorgang gemessen. Ab oberhalb von ca. 3.55V steigt die Spannung auch bei kleinen Strömen rapide an, ab 3.6V rennt sie förmlich weg. Wenn ich die Zellen über 3.6V lade, habe ich nicht viel gewonnen, vielleicht 0.1Ah - 0.3Ah pro Zelle. Das ist schon bei 40Ah-Zellen vernachlässigbar. Allerdings ist beim Sprinter und bei anderen Ladegeräten auch die Ladespannung auf recht genau 3.6-3.65V eingeregelt. Wenn ich aber beim Laden nicht alle Balancer ans Arbeiten bekomme, dann weiß ich nicht, ob alle Zellen auf min. 3.6V geladen sind oder doch noch weiter unten rumgurken. Je früher der Balancer einsetzt und die Stromaufnahme einer fast vollen Zelle abbremst, desto besser ziehen die anderen Zellen nach.

F: das ist doch alles recht kompliziert ...
A: Hmm. Ich werde noch diverse Bilder dazu machen, wenn ich alle Teile beisammen habe, bislang war es ja nur Theorie. Vielleicht wird es dann doch einfacher für den Nachbau. Wenn Ihr es dann doch nicht selbst machen wollt:
a) Ihr habt gelesen, was Ihr für ein Balancer wollt und könnt Euch argumentativ besser mit dem Händler Eures Vertrauens auseinandersetzen, der Euch ggf. eines nachrüsten soll.
b) Ihr nehmt den nächsten Boschtechniker oder Radiotechniker aus der Verwandschaft, zeigt ihm den Thread, und los geht es.
Eine einfache Lösung von der Stange wäre mir auch lieb, aber ich habe noch nichts gefunden. Geliebäugelt haben wir (der Besitzer des Rollers und ich) auch mit einem Komplettgerät für bis zu 20 Zellen, aber das wird erst ab 3.8V aktiv. Und das passt nun gar nicht zum vorhandenen Ladegerät.

F: Was ist mit dem supertollen Capacity-BMS, mit Unterspannungsschutz usw.
A: das C-BMS habe ich hier irgendwo schon mal argumentativ "zerlegt". Da ist mir ein gut abgestimmtes Balancerboard lieber. Ansonsten habe ich auch gesehen, dass es seit kurzem eine Reihe weiterer Platinen gibt, die mehr an Funktionalität versprechen, 16 Balancer on Board mit Abschalt- oder Regelautomatik für das Ladegerät, Unterspannungsschutz, ... Wer noch keine Zellprobleme hat, sollte vielleicht noch ein paar Monate warten, dann werden wir uns sicherlich im Forum über die neuen Spielzeuge austauschen.

[Scottspeed]

Danke für die ausführliche Beschreibung ,Tips und Grundlagen !!!!!!!!!!!

[STW]

Voraussichtlich morgen geht es weiter, hoffentlich mit ersten Fotos. Da ich Freiluftbastler bin und jetzt die Regenfront da ist, wird das etwas problematisch.
Wenn alle Teilezulieferungen klappen, sollte das Projekt zum 24.07. abgeschlossen sein.