Bauprojekt: LiPo-Akkupack

[kuhno]

Hallo Community,

ich habe bei interessierter Recherche zum Thema Elektromobilität zufällig einen Elektroroller auf Bleibasis für 200€ gefunden und wollte ihn zum Basteln kaufen.
Da die 4 35Ah-Batterien eh durch sind, hatte ich die Kosten verschiedener Lösungen verglichen und die Idee, ein Akkupack auf LiPo-Basis zu bauen liebgewonnen.
Klar ist LiFePo eigentlich geeigneter, aber eben auch erheblich teurer, zudem habe ich mit LiPo schon Erfahrung gesammelt und Zubehör auf Lager.
Daher wollte ich euch mal meine bisherige Planung vorstellen.

Die Grundidee war es, ein modulares Akkusystem zu bauen, dass in der Halterung einer 12V-Bleibatterie Platz findet und energetisch mit den bisherigen 4 seriell geschalteten AGM mithalten kann.
Die Maße sind also 210x130x180.
Natürlich möchte ich um dem Gefahrenpotential gerecht zu werden mindestens 2 Temperatur- sowie Einzelzellspannungssensoren verbauen.
Die Basis bilden 4 Packs mit 6S, also 22,2V mit je 20Ah und 20C Dauerlast: http://www.hobbyking.com/hobbyking/stor ... _Pack.html
Davon sollen zwei in Reihe die nötigen 44,4V aufbringen, also einen 12S-Akku bilden, von denen ich mit 2 parallel auf 40Ah komme.
Da die Einzelpakete 200x60x90 groß sind, passt das ziemlich genau in einen Rahmen, den ich 3D-drucken möchte.
LiPo sind ja unglaublich belastbar, also spielt Strom keine Rolle.
Da ich einen 3kW-Motor habe, ist alles auf 90A dimensioniert (zur Orientierung gerechnet: 90A*40V=3,6kW, 90A reicht also als Dauerlastauslegung).
Ich plane eine Strombegrenzung von 50-60A (nur 3C) über das BMS pro 12S-Akku zu realisieren.
Ist ein BMS pro 12S-Akku sinnvoll oder kann man die einfach parallel suzammenschalten und dann das BMS dran? Ich habe einen Artikel darüber gelesen, wie harmlos parallel charging doch sei, aber als Dauerinsallation?
In dem Fall bräuchte man auch ein 100A-BMS, weil der ganze Strom durchmuss. XT90-Stecker und die Kabel wären dann wohl auch zu wenig.
Als Lader fand ich alles von http://www.mec-energietechnik.at interessant, z.B. NOVA-360SR (~350W) für ca. 200€, oder eben mehr Leistung.
Was für ein BMS es wird muss ich noch überlegen, habt ihr Vorschläge? Ideal wäre eins, dass per 1wire oder 2wire (SMBus oder CAN) mit dem Lader kommunizieren kann.
Schick finde ich dieses: http://www.litrade.de/shop/index.php?cl ... 906e4c4032
Leider kann das kein Balancing und ist daher nicht alleine tauglich.

Ich bin gespannt auf eure Kommentare zu meiner Planung!

[Henry94]

Moin moin kuhno,

da hast du dir ja ein spannendes Projekt ausgesucht, ich habe nicht schlecht gestaunt!
Zu deiner Frage:

Ist ein BMS pro 12S-Akku sinnvoll oder kann man die einfach parallel suzammenschalten und dann das BMS dran? Ich habe einen Artikel darüber gelesen, wie harmlos parallel charging doch sei, aber als Dauerinsallation?

Ich weiß jetzt nicht, wie es im Beschreibungstext des BMS, das du verlinkt hast, gemeint ist, doch ich gehe einfach davon aus, dass du bis zu 16 Packs überwachen kannst und dabei der Zellzustand hinsichtlich Kapazität und Zellspannung für jedes deiner 6S-Pakete einzeln ausgewertet werden kann. Das Laden selbst ist dann ja eine andere Geschichte.
Deine Frage hinsichtlich Parallel Charging kann ich leider nicht eindeutig beantworten. Problematisch finde ich, dass aufgrund der Potenzialdifferenz der Zellen (die ja alle leicht unterschiedliche Zellspannungen aufweisen dürften) hohe Ausgleichsströme auftreten können. Wenn du ein cleveres BMS hast, dann kannst du die Verbindungen zwischen den Zellen so schalten, dass immer nur Zellen mit gleicher Ladung (und damit auch gleicher Zellspannung) geladen werden.
Als Lektüre kann ich dir das Buch "Moderne Akkumulatoren richtig einsetzen" von Wolfgang Weydanz und Andreas Jossen empfehlen. Mein Professor hat in seiner Vorlesung zu Batteriesystemen viel aus diesem Buch zitiert.
Ich hoffe, ich konnte wenigstens ein bisschen helfen, bin leider auch kein Experte auf dem Gebiet. Bezüglich meiner Aussagen erhebe ich keinen Anspruch auf Richtigkeit.

Grüße,
Henry

[Peter51]

@kuhno
1. Demnach hast du einen gebrauchten EcoFlash Roller mit def. Bleibatterien. Kauf dir 4 Stück neue zyklenfeste Bleibatterien z.B. Multipower MP38-12c oder MP50-12c - ich weiß nicht genau welche reinpassen. Sammle dann mit deinem Elektroroller erst einmal Erfahrung und du siehst ob dein Roller überhaupt fährt, das vorhandene Ladegerät richtig lädt usw.
2. Mit 4 Stück hobbyking LiPo Akkus kommst du ca. 5km weit und dann schaltet der Controller bei 42V wg. Unterspannung ab. Den EcoFlash Controller wird man nicht parametrieren können. Für einen 48V Roller bedarf es eine Lipo 13s Konfiguration (Reihenschaltung von 13 Zellen). Lipo Zellen können brandgefährlich sein. Hoffentlich hast du eine gute Privathaftpflicht.
3. Ein 16 Zellenmonitor ist ein Monitor und kann die Lipos weder laden noch balancieren. Das verlinkte Ladegerät erscheint wir recht teuer zu sein.
4. Bis zu 6 Stück Lipos kann man mit einem IMAX B6 oder IMAX B6 AC laden & balancieren - leider nur mit 50W.
5. Die meisten Lithiumumbauten hier im Forum bestehen aus 16 Stück 40Ah prismatischen LiFePo4 Zellen und aufgeschraubten 1,5A Lastmodulen sowie einem entsprechendem 48V (Nominalspannung) Lithiumladegerät.

[kuhno]

Danke euch beiden für die Rückmeldung!

1. Demnach hast du einen gebrauchten EcoFlash Roller mit def. Bleibatterien. Kauf dir 4 Stück neue zyklenfeste Bleibatterien z.B. Multipower MP38-12c oder MP50-12c - ich weiß nicht genau welche reinpassen. Sammle dann mit deinem Elektroroller erst einmal Erfahrung und du siehst ob dein Roller überhaupt fährt, das vorhandene Ladegerät richtig lädt usw.

Noch habe ich keinen, hatte aber geplant einen solchen zu kaufen. Da der VK mir aber nicht mehr antwortet, gehe ich davon aus, dass ich ihn nicht mehr bekomme. Aber Angebote mit platten Akkus unter 600€ sieht man für diverse Roller eher häufig. In diesem Fall wäre es ein Innoscooter Retro gewesen.
Meine Idee war, dass ich statt 400€ für eine mittelmäßige Bleilösung auch gleich 700€ für eine Lösung auf Lithiumbasis ausgeben kann.

2. Mit 4 Stück hobbyking LiPo Akkus kommst du ca. 5km weit und dann schaltet der Controller bei 42V wg. Unterspannung ab. Den EcoFlash Controller wird man nicht parametrieren können. Für einen 48V Roller bedarf es eine Lipo 13s Konfiguration (Reihenschaltung von 13 Zellen). Lipo Zellen können brandgefährlich sein. Hoffentlich hast du eine gute Privathaftpflicht.

Dem Gefahrenpotential von LiPo insbesondere im direkten Vergleich mit LiFePo bin ich mir bewusst. Daher lege ich viel Wert auf eine gute Überwachung und Sensorik, um frühzeitig Probleme feststellen zu können.
Ich war ohne es zu prüfen davon ausgegangen, dass aufgrund der deutlich flacheren Entladekurve die geringere Startspannung weniger ins Gewicht fällt, da Blei ja schnell einbricht. Machen die paar Volt geringere Starspannung wirklich einen Unterschied aus, der trotz der geringeren Spannungsreduktion relevant ist? Ich war davon ausgegangen, dass es bei vollem Akku etwas schwächer beschleunigt (dem das geringere Gewicht entgegenwirkt), aber später weniger Leistungseinbußen als Blei hinnehmen muss.

3. Ein 16 Zellenmonitor ist ein Monitor und kann die Lipos weder laden noch balancieren. Das verlinkte Ladegerät erscheint wir recht teuer zu sein.

Du hast recht, dass es kein BMS ist, sondern nur ein Monitor. Ursprünglich hatte ich echte BMS eingeplant und war aus mir unerfindlichen Gründen hierzu gewechselt, ich dachte eigentlich, es würde balancen. Dann wäre es z.B. sowas: https://bmsbattery.com/bmspcm/713-10s-1 ... s-pcm.html Den Monitor könnte man als Extrafeature und zweite Überwachung dazunehmen, wenn man will. Ich fand es wirklich schwierig, ein Ladegerät mit Balancing für >40V zu finden, das auch noch halbwegs Leistung hat.

4. Bis zu 6 Stück Lipos kann man mit einem IMAX B6 oder IMAX B6 AC laden & balancieren - leider nur mit 50W.

Ein derartiges Ladegerät habe ich und würde es zum ersten Laden verwenden. Da ich aber das komplette Akkupaket als eine Einheit verpacken wollte und keine Balanceranschlüsse raus führen, wäre das keine dauerhafte Lösung.

5. Die meisten Lithiumumbauten hier im Forum bestehen aus 16 Stück 40Ah prismatischen LiFePo4 Zellen und aufgeschraubten 1,5A Lastmodulen sowie einem entsprechendem 48V (Nominalspannung) Lithiumladegerät.

Leider sind LiFePo-Zellen selten unter 60€ pro Stück zu haben, sodass ich auf jeden Fall gut über 1k€ nur für die Zellen ausgeben müsste. Das wäre mir zu viel.

Henry, deinen Beitrag werde ich noch kommentieren, jetzt gehe ich erstmal nach Hause, ich habe nämlich schon längst Feierabend

[MEroller]

Henry, deinen Beitrag werde ich noch kommentieren, jetzt gehe ich erstmal nach Hause, ich habe nämlich schon längst Feierabend

Gibt es Zuhause keinen Internetanschluss

[Henry94]

Henry, deinen Beitrag werde ich noch kommentieren, jetzt gehe ich erstmal nach Hause, ich habe nämlich schon längst Feierabend

Gibt es Zuhause keinen Internetanschluss

Vielleicht ist er müde, zumindest wäre ich das, wenn ich erst um 20:00 nach Hause käme.

[Peter51]

Und last but not least: Lipos machen wohl nur 100 Zyklen ~ 2.000km. Und wer will schon jedes Jahr einen neuen Satz Lipos kaufen müssen?

[kuhno]

Ich weiß jetzt nicht, wie es im Beschreibungstext des BMS, das du verlinkt hast, gemeint ist, doch ich gehe einfach davon aus, dass du bis zu 16 Packs überwachen kannst und dabei der Zellzustand hinsichtlich Kapazität und Zellspannung für jedes deiner 6S-Pakete einzeln ausgewertet werden kann. Das Laden selbst ist dann ja eine andere Geschichte.

Das BMS kann nur mit einzelnen Zellen umgehen, also einem 16S-Akkupack.
Parallele Zellen kan es natürlich nicht unterscheiden und sieht nur eine Zelle der Gesamtkapazität, in meinem Fall also 3,7V 40Ah, wenn ich die zwei 12S-Pakete parallel und das BMS davor schalte.

Deine Frage hinsichtlich Parallel Charging kann ich leider nicht eindeutig beantworten. Problematisch finde ich, dass aufgrund der Potenzialdifferenz der Zellen (die ja alle leicht unterschiedliche Zellspannungen aufweisen dürften) hohe Ausgleichsströme auftreten können. Wenn du ein cleveres BMS hast, dann kannst du die Verbindungen zwischen den Zellen so schalten, dass immer nur Zellen mit gleicher Ladung (und damit auch gleicher Zellspannung) geladen werden.

Die Sorge hatte ich auch, da bei einem Innenwiderstand von z.B. 3 Milliohm pro Zelle bei z.B. 0,5V Potentialdifferenz (also zwei Einzelzellen eins zu eins aneinander geklemmt) initial rechnerisch 167 Ampere fließen. In der Praxis bricht die Spannung aber bei dieser Last sofort ein, ich kenne die genauen Werte nicht auswendig, meine aber, dass es nach unter einer Minute unter ein Ampere Ausgleichsstrom war.
Ich suche den Link mal raus.
Ich glaube nicht, dass ein BMS einzelne Zellen miteinander matched. Woher aber die Ausgleichzladung stattfindet weiß ich nicht, im schlimmsten Fall entlädt es die vollsten Zellen über einen Widerstand, bis sie angeglichen sind.

Zu meiner Inaktivität von zuhause aus:

Ich habe in der WG sehr schlechtes Internet, da die Leitung meistens ausgelastet ist.
In diesem Fall lag es aber am WG-Filmabend, durch den ich nicht zum Antworten gekommen war, da ich um halb 7 aus dem haus muss habe ich auch danach nicht mehr den PC eingeschaltet.

Und last but not least: Lipos machen wohl nur 100 Zyklen ~ 2.000km. Und wer will schon jedes Jahr einen neuen Satz Lipos kaufen müssen?

100 Zyklen halte ich für sehr pessimistisch, da ich nicht vorhabe, den Akku regelmäßig leer laufen zu lassen, wahrscheinlich wird er meistens nur bis 60%-80% Füllstand entladen denke ich.
Außerdem wollte ich ihn beim Abstellen immer mit ins Warme nehmen.

[MEroller]

LiPo ist nicht gleich LiPo, auch dort gibt es unterschiedliche Chemien, die unterschiedlich zyklenfest und in Umkehrung dazu unterschiedlich stark belastbar sind. Aber da steht meine Rechereche erst am Anfang...