Sprinter 60 - Akku und Reichweite - Balancernachrüstung

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So lange war es nun doch nicht, und für unterwegs hatte ich für die Forenarbeit meinen transportablen Computer dabei

Bevor es jetzt raus an den Roller in die Praxis geht, die Möglichkeiten zur 6V-Zelle (mehr als 5 hatte ich in der Praxis bereits nachgemessen, das Problem ist also nicht utopisch).

Solange, wie derartige Überladungen nicht regelmäßig auftauchen, kann man sich mit dem von Dir gebrachten Vorschlag einer Teilentladung behelfen. Die Zelle holt man mit einer Glühbirne wieder in eine vertretbare Spannungslage und lädt den Akkupack nochmals nach. Leider wird man dann feststellen, daß dann eine andere Zelle den Vorreiter macht und die "zurückgeholte" Zelle nach ein paar Ladevorgängen wieder die Spitzenreiterposition einnimmt.
Eine Veränderung der Zellenreihenfolge wird m.E. nichts bringen.

Also erfolgt der Ansatz mit den Balancern. Wobei ich Balancer bevorzuge, die "früh" einsetzen, also bereits ab 3.6V und nicht erst ab 3,7V. Die bremsen dann in den voreilenden Zellen die Ladung ab, so dass die Zelle hoffentlich nicht ausreißt, und die anderen Zellen eine Chance haben zum gleichziehen. Das funktioniert aber nur dann, wenn
- wir nicht gerade so eklatante Ladeunterschiede haben, dass der Balancer mit seinen 1.5A gegen die 15A des Ladegerätes keine Chance hat
- also der Akkupack bereits einigermaßen im Gleichgewicht ist (also kontrolliert vorbalanciert wurde)
- die Zellen nicht immer wieder aufgrund von Alterungserscheinungen / unterschiedlichen Innenwiderständen / Defekten usw. zu weit auseinander driften

Die Überprüfung des Erfolges muß dann in der Praxis erfolgen. Bei meiner Adly-Umrüstung habe ich ja festgestellt, daß das Ladegerät nicht mehr automatisch abschaltet nach der Umrüstung auf Lithiums und Balancer. Aber es lädt mit kleinem Strom weiter in der Konstantspannungsphase. Dort sieht der Ladevorgang so aus:
- Konstantstromphase - gegen Ende leuchten mir 6-7 von 8 Balancern entgegen
- Konstantspannungsphase - zunächst werden die Zellen noch etwas weiter geladen, der Strom ist klein genug, dass die Balancer locker dagegen ankommen, so daß die meisten Zellen bei 3.6V liegen und dort bleiben
- Konstantspannungsphase, etwa eine Stunde später bei 0.5A Ladestrom: alle Balancer haben leichte Temperatur, alle Zellen liegen bei 3.6V
=> Ziel erreicht

Wie es sich bei dem Thundersky-Ladegerät im Sprinter 60 verhält, werde ich hoffentlich heute noch erleben.

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Weiter geht es mit dem Projekt.

Zuerst will ich an dieser Stelle danken:
- dem Monteur, der die Abspannbänder mit Schrauben festgekloppt hat, die schon einen runden Kopf haben
- und gleichfalls dafür, dass er die Hebebänder weggelassen hat, mit denen man einen Akkublock recht einfach hätte aus dem Akkukorb heben können
- dem Lüsterklemmenhersteller, dessen Qualitätsprodukte derart schludrige Gewinde haben, dass man die Schrauben überdrehen kann


Zuerst also der Akkuwechsel. Den betroffenen Akkublock entkabelt man von seinen Nachbarn, hebt diesen mehr oder minder schnell aus dem Akkukorb und fängt dann mit dem Entfernen der Spannbänder an. Vorher war noch eine Reinigung fällig, da das Elektrolyt kräftig weitergesuppt hatte. Die Pampe wäscht man sich am besten sofort von den Händen, solange niemand versprechen kann, dass sie ungiftig ist. Dafür war aber die Zelle etwas abgeschwollen.

Hier nochmals die ausgetretende Suppe:

Und hier sehen wir mal die Korrosion an der zweiten Zelle. Man kann sich lebhaft die Übergangswiderstände vorstellen. Mal wieder die Rechnung: wenn der Übergangswiderstand nur 0.1Ohm hat, dann gehen uns bei 50A (fast Vollgas) gleich 5V flöten. Das bei zwei Zellen, und dann wird klar, warum der Controller nach wenigen Kilometern abschaltet. Der hat bei ca. 40V keine Lust mehr zu arbeiten. Da müssen die Zellen nichtmal einen großen Kapazitätsverlust haben, die Reichweite vom Neuzustand wird schon durch die Korrosion zunichte gemacht.

Die gute Info: die neuen Zellen haben am Minuspol einen Kupferpol. Da wird dann so schnell keine Korrosion mehr auftreten. Auf dem Foto ist recht gut das aktuelle neue Logo im Vergleich zum alten zu erkennen. Ebenso ist ein "Y" für Yttrium im Aufdruck mit enthalten.

Nach dem Wechsel werden die Spannbänder wieder verbaut. Eine kurze Erläuterung, wozu die gut sind:
- Defekte Zellen können blähen. Machen die das ungehindert, dann hängt der Akkublock irgendwann so fest im Akkukorb, dass man in nicht mehr heraus bekommt. Also hält man die Zelle besser einigermaßen in Form.
- in einer Zelle sind mehrere kleinere Zellen verbaut, die Form ähnelt Tüttensuppen mit zwei Laschen oben dran. Die dünnen Laschen bzw. Metallstreifen sind dann zu mehreren miteinander verklemmt am Anschlußpol. Sollte eine Tüte blähen, dann kann es passieren, dass auch von noch intakten Zellen die Laschen abreißen. Neben der defekten Tüte hätte man also intakte Tüten in den Tod gerissen. Das blähen der Tüte kann man verhindern, indem man die äußere Form fest vorgibt. Dann platzt vielleicht mal eine Tüte, aber die anderen (und das können eine Menge sein) bleiben intakt. Zumindest solange, bis das Elektrolyt seine zersetzende Wirkung innerhalb und außerhalb der Zelle entfalten konnte.

Also: Abspannvorrichtung wieder verwenden. Leider sind im Sprinter nicht alle Zellen damit ausgestattet. Das ist wenig schön, aber leiderist auch kein Raum vorhanden, um dort noch etwas nachträglich einzubauen.

Anschließend wird der Block wieder im Roller versenkt und verkabelt. Anschließend werden die grauen Isolatoren wieder auf die noch offenen Zellverbinder gesetzt. Um diese sicher zu befestigen und sich dabei keinen Fingernagel zu brechen, drückt man sie ganz einfach mit einer 14er Nuß auf die Schrauben.

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Jetzt galt es noch, den Kabelbaum fertigzustellen, diese Arbeiten hatte ich ja unterbrochen, um erst den Zellwechsel durchzuführen.

Zuerst wurden die Kabel richtig in den Lüsterklemmen positioniert. Danach sollte von einer Klemme zur nächsten ca. 3.3V bzw. die Spannung der zugehörigen Zellen meßbar sein. Wenn nicht, ist ein Kabelbruch vorhanden, oder bei größeren Spannungssprüngen ist die Reihenfolge vertauscht. Also unbedingt alles so in Ordnung bringen, dass man locker eine Zelle nach der anderen richtig messen kann.
In dem Fall war nicht alles meßbar, da noch Plus- und Minus-Anschluß sowie die Sicherung fehlten. Minuspol habe ich zuerst angebracht und - im Gegensatz um Hersteller - noch mit einer grauen Abdeckung versehen, die bei mir übrig war aus einem anderen Projekt.

Anschließend habe ich noch den Kabelbaum umwickelt, immer wieder gemessen, ob nicht durch das Rangieren der Kabel ein Bruch entstanden ist. Das gilt für alle folgenden Tätigkeiten: messen, messen, ..., wenn man erst am Ende der Bastelstunde feststellt, dass auf einer Klemme keine 3.3V ankommen, dann sucht man sich dumm und dusselig.

Anschließend sind wir mit Kabelbindern nicht sparsam, ehe das etwas scheuern oder vibrieren kann, wird es fixiert.

Zum Schluß die Sicherung: hier funkt es kräftig, nicht erschrecken. Die Kondensatoren des Controlles werden schlagartig aufgeladen, und daran hatte ich auch nicht gedacht. Anstelle der Sicherung kann (und sollte man eigentlich) erst einmal einen kräftigen Widerstand mit 300-1000 Ohm und ca. 3W für einige Sekunden zwischenhängen, bis die Kondensatoren im Controller aufgeladen sind. Danach zügig die Sicherung einbauen (die Kondensatoren halten die Spannung für eine kurze Zeit), damit kein erneuter Funkenflug entsteht. Wobei der Funken das geringere Problem ist, die Kondensatoren mögen einen derartigen Impuls nicht allzu häufig.

Anschließend wird Kabel für Kabel die Box mit den Balancermodulen angebracht. Aus Platzgründen mußte ich mich von einer Lüsterklemmenreihe verabschieden, aber das Ergebnis ist brauchbar. Auch hier gilt: messen, ob noch alles ok ist. Ganz am Schluß wird an den Lötpunkten auf den Boards gemessen, ob auch tatsächlich die Zellenspannung dort ankommt.

Bis dahin waren dann mal wieder 4 Stunden herum. Wer Lust hat, kann ja mal in den Beiträgen die Zeiten zusammenrechnen, die bis jetzt aufgelaufen sind. Dann wird klar, warum das keine Arbeit für einen Nachmittag ist.
Müßte ich eine Serie von mehreren gleichartigen Rollern damit ausstatten, würde ich die Kabelbäume am Küchentisch nach einem ersten, manuell eingebautem Muster konfektionieren. Das ginge schneller. Und dann noch professionelle Steckverbindungen verwenden.

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Nun kommt der ersehnte Moment. Wir lassen zunächst die Box offen und schließen das orginal Ladegerät an. Nach ein paar Sekunden leuchten die zwei Balancer auf, die zu den neuen Zellen gehören. Da diese nicht gegen die 15A das Ladegerätes ankommen (später sind es ca. 3A), werden die Zellen noch mit einer Glühbirne 12V 21W (Auto-Bremslicht) gebrückt.
Etwa zwei Zigaretten später leuchten 7 der 15 Balancer auf, das Ladegerät geht recht schlagartig auf Standby und die LEDs erlöschen langsam. Zeit für eine erste Bestandsaufnahme.

Die 7 Zellen liegen bei recht genau 3.6V, also plus/minus 0.02V entsprechend der Balancerbeschriftungen. Einige Zellen sind bei 3.4V, weitere noch bei 3.38V.

Zeit für das Laborladegerät. Ich suche mir 6 zusammenhängende Zellen aus, weil die Kombination einfach paßt. Also möglichst viele mit "Unterspannung" bis zu einem Block von Zellen, die bereits voll geladen sind. Die Lüsterklemmenreihe bietet geeignete Meßpunkte und die Möglichkeit, später ein Labornetzteil anzuschließen.

Grob gerechnet: 6*3.6V ergibt 21.6V, also packe ich das Laborgerät auf etwas mehr, ca. 23V, und lasse es bei fast 1.5A diese 6 Zellen betanken. Nach 2 Stunden ist schon mal die erste soweit, dass sie den Balancer anschaltet. Da der Balancer bis 1.5A ableitet und der Laborlader etwas schwächer eingestellt ist, ist das alles wunderbar. Die Zelle wird nicht überladen, und der Strom fließt weiter. Dieser einen Zelle fehlten also ca. 3Ah.
Die weiteren Zellen krebsen noch bei 3.40V bis 3.50V herum, das wird also noch 2-4 Stunden dauern, bis auch die soweit sind.

Genialer wäre ja ein 10A-adegerät, mit dem man einzelne Zellen schnell hochpumpen könnte, aber ich muß halt nehmen, was im Bastelraum vorhanden ist.

Der Rest ist jetzt ein Geduldsspiel und wird die nächsten Feierabende beeinflußen.

Fortsetzung folgt ...

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Ähm, das mit den Bleibatterien war nicht mein Beitrag. Da hatte ich auch schon was zu geschrieben. Prinzipiell halte ich die Werte von 14.4V bzw. 11.5V auch für die normal einzuhaltenden Grenzen. Trotzdem schreiben einige Hersteller in ihren Datenblattern tw. höhere Spannungen als 14.4V im Zyklenbetrieb rein.

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Und mal ein kleines Update - schließlich steht der Roller noch vor der Tür, ich bin jetzt abends dabei, die Batterien auf einen einheitlichen vollen Ladestand zu bringen. 11 von 15 sind dann heute abend schon im Gleichlauf.
Allerdings kommt man doch mächtig ans Grübeln, wenn bei 60AH - Zellen rund 15-20Ah (die beiden Rekordhalter bis jetzt) bei einzelnen Zellen nachgeladen werden müssen. Da fehlen dann mal eben 25-30% Kapazität in einzelnen Zellen. Und wenn man dann den Roller bis zum Ende der Reichweite ausfährt, kann folgendes passieren:
Wir nehmen mal an, dass der Controller bei 40V abschaltet. 13 Zellen unter (Teil-)last liefern im teilentladenen Zustand noch pro Stück 3V, also 39V. Der Roller schaltet dann ab, wenn die nächsten beiden Zellen zusammen 1V unterschreiten - also fernab der 2.5V - Marke, die man nicht unterschreiten soll laut Datenblatt.

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Und jetzt vorläufig Schluß mit der Geschichte. Die letzten Akkus habe ich tw. über Nacht einzeln aufgeladen, zwischen 6Ah und ca. 20Ah fehlten einzelnen Zellen. Folgender Zustand konnte erreicht werden:
- alle Zellen erreichen gegen Ladeende 3.58V - 3.64V
- nach Ladeende (plus 15 Minuten) liegen die Spannungen zwischen 3.48 und 3.57V, nach kurzer Fahrt über ca. 3km liegen alle Zellen bei 3.39-3.40V Leerlaufspannung
- das orginale Ladegerät schaltet sauber ab bei Ende des Ladevorgangs

Der Roller ist jetzt erst einmal wieder beim Besitzer, ein paar Tage probefahren, danach werde ich wohl nochmals messen.

Edit: gerade Feedback bekommen, nach 35km liegen die Spannungen zwischen 3.25 und 3.27V.

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So, der Roller steht wieder vor der Tür. Wir erinnern uns: bei 7.500km in 2011 sind 2 Zellen ausgetauscht worden und Balancer wurden nachgerüstet. Der Kilometerstand liegt jetzt fast 3 Jahre später bei recht genau 18.000km.

Bis zum Herbst wurde spätestens nach 70km geladen. Dabei wurde gelegentlich der Gleichlauf der Zellen gemessen und ergab keine Auffälligkeiten. Danach fing die Reichweite an nachzulassen, in den Wintermonaten 50km (könnte auch den Temperaturen geschuldet sein), im Februar / März noch über 40km und jetzt herunter auf knapp 30km trotz ordentlicher Temperaturen. In den letzten Wochen ging es mit der Reichweite schlagartig nach unten und die Spritzigkeit / Höchstgeschwindigkeit nahm kräftig ab.

Also nach ca. 10TKm ist eine erneute Revision fällig. Ich habe darum gebeten, den Roller teilentladen abzuliefern, das macht die Messungen leichter. Eine erste Sichtung ergab, dass 13 Zellen eine Leerlaufspannung von recht genau 3.30V haben (2-3 Ausreißer davon haben bis 3.32V). Bei 2 Zellen liegt die Leerlaufspannung bei 3.18V.
Eine Lastmessung gegen den beschleunigenden Motor ergibt, dass die "guten" Zellen stichprobenartig gemessen bei 3.2V liegen, einer der Pflegefälle geht auf 3.12V zurück und der andere Pflegefall auf gleich 2.7V.

Ich rechne also mit 1-2 angeknacksten Zellen, eine davon richtig im Keller.

Grundsätzlich bin ich auf den ersten Blick ganz zufrieden. Der Akkusatz war ja nach 2 Jahren / 7500km recht weit auseinander gedriftet, als der Roller bei mir ankam. Nach dem Austausch von 2 Zellen, Einbau der Balancer und manuelles Einbalancieren haben zumindest 13 der 15 Zellen jetzt die 18TKm geknackt, ca. 5 Jahre überlebt und bis auf die beiden Ausreißer scheint der Rest des Akkupacks noch gut beieinander zu sein, was ich allerdings mit Lastmessungen noch bestätigen möchte.

Ergänzend wurde als Sympthom mitgeteilt, dass das Ladegerät neuerdings nach einer Stunde vollgeladen signalisiert. Ursache könnte sein, dass die angeknackste Zelle (oder eine andere?) nach "oben" rennt beim Laden und daher das Ladegerät irritiert. Das Ausreißen kann trotz Balancer passieren, denn der kämpft mit 1.5A gegen den deutlich höheren Ladestrom an. Nun weiß ich nicht, welche Spannungen der Balancer abkann, ich werde also alle Balancer auf Funktion testen müssen, nicht dass einer oder mehrere defekt sind.

Nächste geplante Schritte:
a) alle Zellen unter Last messen (also mehr als Stichprobenmessung)
b) Sichtprüfung
c) mit dem orginalen Ladegerät den Roller laden, dabei regelmäßige Kontrolle der einzelnen Spannungen
d) Balancer einzeln mit mehr als 3.6V beaufschlagen und Funktion prüfen
e) feststellen, ob die Balancer ggf. dauerhaft durchschalten
f) die beiden schlechten Zellen mit dem Laborlader manuell nachfüttern und die jeweilige Kapazitätsaufnahme ermitteln, falls sie nicht schon vorher als defekt erkannt worden sind
g) ggf. defekte Zellen und Balancer austauschen

Sonstige Feststellungen:
Der Roller ist ansonsten im Orginalzustand, erster Controller, erstes Ladegerät, bislang keine Kugellager defekt, ..., das ist schon mal gut. Der Blinkerschalter wurde ausgetauscht gegen einen Kippschalter, die Verkleidung hat noch etwas mehr gelitten. Aber insgesamt erträglich, für einen ursprünglich recht günstigen Roller ist das ok.

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So, heute ging es an die Diagnose - das war beinahe schöner als gestern Gehwegplatten zu verlegen.

Die Zellen habe ich heute nochmals unter Last gemessen. Die eine defekte lies sich gleich wiederfinden, die zweite war nicht mehr auffällig Seltsam.
Nach rund 48 Stunden stillstand hat keine Zelle merklich an Spannung verloren, also macht wohl kein Balancer dauerhaft Entladevorgänge.

Also erst einmal Sichtprüfung:

Zelle 3 / anderer Blickwinkel

Zelle 3

Die Zelle Nummer 3 hat kräftige Verformungen an einem Pol, auf den Bildern nicht so gut zu sehen, aber in 3D sieht das richtig heftig aus. Der Pol ist bis in den Kunststoff hineingedrückt.

Zelle 11

Zelle 11 ist dummerweise eine der neuen Zellen. Die Sichtprüfung ergab, dass ein Käbelchen zu den Balancern hin abgegangen war, eigentlich im deutlich sichtbaren Bereich. Die Zelle hat gesuppt, ich denke mal, etwas überladen.

Zelle 14

Zelle Nr. 14 sieht auch nicht so gut aus. An einem Pol sieht es so aus, als hätte sich die Umgebung unter Hitzeeinwirkung verformt.

Jetzt erst einmal das Ladegerät angeklemmt und die Spannungen beobachtet. Die drei auffälligen Zelle rissen erst einmal nach oben aus, waren gegen Ende des Ladevorgangs aber deutlich unter 3.4V.
Zelle Nr. 5 beliebte auch, sofort in der Spannung die 3.5V zu überschreiten. Die Sichtprüfung ergab zwar keine Auffälligkeiten, aber entweder haben wir einen hohen Innenwiderstand oder Übergangswiderstände. Ich tippe auf Innenwiderstand und deklariere die Zelle als angeknackst.

Während gegen Ende des Ladevorgangs alle Zellen die 3.57-3.7V erreichten und kurz danach alle über 3.5V verharrten, wollte Zelle 12 nicht über 3.44V hinaus. Hier ist anfüttern mit dem Laborlader angesagt.

Von den ersten Ergebnissen her sind 3 Zellen definitiv hin, eine glänzt mit höherem Innenwiderstand, also 4 Zellen sind zu erneuern. Eine ist anzufüttern.

Die Balancer scheinen zu arbeiten, aber das wird später nochmals genauer überprüft.

Damit haben wir schon von der Checkliste a), b), c), und e) abgearbeitet. f) wird abgeändert auf Zelle 12.

Was richtig ekelhaft ist: in jeder Zellenreihe ist eine Zelle hinüber. Ich werde also den gesamten Akkupack herausnehmen müssen. Bei der Gelegenheit kann ich dann aber alle Pole säubern (1000er Schleifpapier) und ich werde ggf. noch AlCu-Scheiben verbauen.

[MEroller]

Was richtig ekelhaft ist: in jeder Zellenreihe ist eine Zelle hinüber. Ich werde also den gesamten Akkupack herausnehmen müssen. Bei der Gelegenheit kann ich dann aber alle Pole säubern (1000er Schleifpapier) und ich werde ggf. noch AlCu-Scheiben verbauen.

Ah ja, das wird fein

Wie erklärst Du Dir das "Absaufen" vom Pol der Zelle 3? Mit dem Hammer hat wohl niemand draufgehauen?! Eine solche Ausbeulung quer ist ja wirklich oberheftig
Oder sind die Zellen dieser Reihe auf der langen Seite so ausgebeult, dass Zelle 3 unter der Querverspannung eingeknickt ist?