Einzel-Ladung anstatt BMS

[elektronix]

Hallo,

ich habe den Sprinter-60 seit Juli 2009, ca. 1000km gefahren und weitestgehend gleiche Erfahrungen wie die anderen Sprinter-60 Nutzer.

Anmerkung zu einer Anfrage "Ausfall der 12V-Anlage": Bei meinem Roller fiel die 12V-Anlage reproduzierbar an Tagen aus, an denen die Umgebungstemperatur über 28°C lag. Ich habe dem DC/DC-Wandler eine bessere Kühlung verpasst, dann wurde es besser, aber immer noch unbefriedigend. Ich bekomme bald aus Hamburg einen Ersatz, werde mal sehen, wie es im nächsten Sommer geht.

Zum Thema BMS (als reine Überwachungsfunktion mit Abschaltung der Ladung):
Gegenüber den meisten Beiträgen habe ich folgende Idee:
=> Bei der genannten Grundfunktion des BMS wird die Gesamt-Ladung unterbrochen, wenn eine Zelle bei der Ladung zu hohe Spannung annimmt. Das ist ein wertvoller Schutz, reduziert aber die zur Verfügung stehende Kapazität.
=> Man benötigt also Balancer zu jeder Zelle, die aber in der Endphase der Ladung Wärme(=Energie) verbraten.
=> Das Ladegerät zu meinem Sprinter (orig. Thundersky, 15A) geht nach Typenschild bei ca. 55V in die Spannungserhaltung, das sind nur knapp 3,7V/Zelle.
=> Meine Idee besteht nun darin, ein Ladegerät zusammenzustellen, das jeden Einzel-Akku für sich optimal lädt. Also für den Sprinter-60 sind das 15 Netzgeräte.
=> zu teuer? : mein "Lieblings-Elektronik-Versand" Reichelt-Elektronik hat ein Netzteil mit 5V/20A (Fa. Meanwell, SNT MW100-05) im Programm, das für 23 Euro zu haben ist. Da man bei dieser Möglichkeit weder BMS noch Balancer benötigt (am Ende einer Ladung sind automatisch alle Akku-Zellen gleich, und so voll, wie man es sich wünscht), sollte dies eine echte Alternative sein.

Was meint Ihr?

Grüße aus Herzogenaurach
wünscht elektronix.

[STW]

Hallo und Willkommen.

Zum Thema BMS gibt es mehrere Ansätze, hier mal die häufigsten Vertreter:

- Poor Mans BMS / Balancerboard: das verbrät ab einer gewissen Zellspannung Enerige, meist ab ca. 3.6V. Das geschieht aber nur in den letzten Minuten der Konstantstromladephase (CC), selten noch in der Konstantspannungsphase (CV). Wenn die Zellen einigermaßen im Gleichlauf sind, sollte die "Heizphase" nach weniger als 5 Minuten vorbei sein. Nachteil: wenn das Balancerboard erheblich weniger Strom liefert, als das Netzteil liefert, dann könnten die Zellen bei schlecht balancierten Akkupacks auch mal kurzzeitig die 4.25V überschreiten. Sind aber nur wenige Minuten.
- intelligenteres BMS: wie das obige, aber: sobald eine Zelle eine Schwellenspannung erreicht, wird dies dem Lader signalisiert. Der bleibt solange aus, bis das BMS auf dieser Zelle soviel Energie verbraten hat, dass die Spannung deutlich unter dem Schwellenwert liegt. Dann wird das Ladegerät wieder aktiviert und das Spiel ein paar Mal durchgeführt. Nachteil: irgendwann müßte mal ein Ende zu finden sein, außerdem ist das ganze nur schlecht mit dem CC/CV-Ladeverfahren kombinierbar
- intelligentes BMS: wie das Arme-Leute-BMS, aber hier wird ab einer gewissen Schwellenspannung dem Ladegerät signalisiert, dass mindestens eine Zelle voll ist. Das Ladegerät reduziert dann die Stromstärke auf den Wert, den das Balancerboard noch ableiten kann.
- "Verschiebung" der Überkapazität von Zelle zu Zelle (Fliegender Kondensator), ist aber bei 15 Zellen recht unpraktisch. Ich habe für Lithiumakkus noch kein System in freier Wildbahn gesichtet
- Die Krone des ganzen: Einzelzellenladung. Hierzu muß aber jedes Ladegerät das CC/CV-Verfahren beherrschen, und das werden die meisten handelsüblichen Netzteile nicht können

3.7V bei Thundersky-Zellen reichen voll und ganz. Der Kapazitätsunterschied zu 4.25V liegt deutlich unter 5%, eher Richtung 1-2% (siehe Datenblätter). Das "Nicht-Ganz-Vollladen" kommt dafür der Lebensdauer der Akkus zugute.
Ein BMS, das einfach nur das Ladegerät ausschaltet, würde ich nicht akzeptieren. Sowas sollte eigentlich auch nicht zu kaufen sein.
Die paar Minuten Wärmeabgabe beim einfachen BMS halte ich durchaus für vertretbar. Es geht ja nicht um Stunden, sondern wenige Minuten.

Alternative zur teuren Einzelzellenladung: die Akkus sind üblicherweise einigermaßen im Gleichlauf. Es ist daher durchaus vertretbar, nicht bei jedem Ladevorgang ein BMS angeschaltet zu haben, wenn man nicht ganz voll lädt und nicht zu mehr als ca. 80% entlädt - abgesehen von den Erfahrungen, dass ein defektes Balancerboard auch mal gerne eine Zelle auf 0V bringt.
Man kaufe sich ein Einzelzellenladegerät vom Chinahöker seines Vertrauens . Ein paar Wochen fährt man mit dem normalen Ladegerät herum. Am langen Wochenende lädt man den Roller voll. Anschließend Messung der einzelnen Zellen. Zellen mit mehr als 3.6V bringt man mittels Bremslichtbirnchen 21W auf einen tieferen Spannungslevel. Anschließend läßt man das Einzelzellenladegerät über alle Zellen "kreisen". Dabei kann man auch überprüfen, ob der Materialmix aus Alu-Polen, Kupferverbindern und Schrauben/Unterlegscheiben aus unbestimmter chinesischer Legierung seine Korrosionsspuren hinterlassen hat. Ein wenig Batteriepflege sollte man sowieso alle 3 Monate betreiben.

[elektronix]

Hallo STW,

danke für Deine ausführliche Antwort, ich hatte erwartet (gehofft), dass Du als erster antwortest. Mir haben Deine Beiträge die meisten Infos gebracht.

Deine Gedanken erscheinen mir logisch. Ich entnehme dem auch, dass es sinnvoll ist, dass Thundersky die CV auf 55 V gelegt hat, und daher auch die Aussage kommen könnte "wir brauchen bei unseren Zellen kein BMS":
=> erstens "reichen" 3,7V im Mittel als Lade-Endspg. aus,
=> zweitens hat man noch 0,5V Reserve bis zur schädlichen Maximal-Spg.

Ich hatte eine "BMS-Erfahrung", die ich hier nicht veröffentlichen will. Nach Ausbau und Rücksendung des BMS habe ich eine Standard-Buchsen-Leiste für Leiterplatten-Kontaktierung unter dem Sitz installiert, sodass ich nun leicht auf alle Zellen zugreifen kann. Außerdem habe ich dort die 12V aufgelegt, um Roller "EIN/AUS" zu kennen. Hiermit kann ich nun leicht messen und reagieren.

Ich plane für die Winterpause einen Microcontroller zu programmieren, der mir als Datenlogger "Fahrt-Profile" und Ladedaten aufnimmt. Ich will neben den 15 Einzelspannungen auch den Akku-Strom aufzeichnen. Mit diesem Board könnte ich Anhaltspunkte für die Akku-Pflege erhalten (Tiefentlade-Hinweise per Piepser ausgeben oder Lade-Abschaltung bei Überspannung von Einzelzellen geben). Ich habe noch ein Board (im Scheckkarten-Format) mit ein wenig Interface-Hardware im Keller, das ich im Roller einsetzen will.
Wenn es interessiert, werde ich solche Akku-Daten im Frühjahr veröffentlichen.

Eine Frage noch zur Ladung, unabhängig von der Lösung für meinen Roller:
Bei Everspring stand in der technischen Anleitung (Abs. 2.1) für das Laden ein typisches CC/CV Verhalten beschrieben. Allerdings war dort auch zu lesen, dass die Spannung bei Unterschreiten von 100mA Ladestrom abgeschaltet wird (werden soll ?).
=> Schadet es den Zellen, wenn sie dauernd auf Spannung gehalten werden?
=> Wäre es nicht geschickt, zum Überwintern einfach 3,5V/Zelle dauernd anzulegen (wie z. B. bei einer USV)? Heutige Schaltnetzteile haben einen so kleinen Eigenverbrauch, das das der Umwelt nicht wirklich schadet.

So, ich glaube mein Wissensdurst ist für heute gedeckt.

Bis bald, mit Grüßen aus Herzogenaurach
elektronix.

[STW]

Hmm, irgendwie ist mein letzter Beitrag abhanden gekommen, ich versuche es nochmals.

Hinsichtlich BMS und Thundersky: zumindest von 2007 habe ich ein ausführliches Thundersky-Datenblatt, das ausdrücklich zur Verwendung eines BMS auffordert. Allerdings gibt es wohl mehrere Thundersky-Fabriken / -Lizenznehmer. Maßgeblich an der Preisschraube wollen natürlich auch die Rollerhersteller und -Distributoren drehen.

Die Grenzwerte des Ladegerätes werden annähernd 14*3.7V + 1*4.2V = Umschalten auf CV-Phase sein. Das mag bei einigermaßen balancierten Zellen ja eine Zeit lang ausreichen. Das sehe ich aber nicht als Dauerlösung. Irgendwann laufen die Zellen soweit auseinander, dass eine regelmäßig in den Überspannungsbereich kommt.

Abschalten des Ladegerätes: die TSK-Blätter empfehlen, in der CV-Phase bei 1A abzuschalten (also noch deutlich vor den 100mA gem. Everspring). Laut Datenblatt sind die Akkus dann auch voll. Ich ignoriere das aber auch, meine Akkus laufen seit knapp einem Jahr an einem Bleilader, der keine echte Abschaltung kennt. Habe bislang keine negativen Auswirkungen festgestellt.

Einlagern von Zellen: laut Leuten, die von Batteriechemie mehr Ahnnung haben als ich, sollten die Zellen nicht voll geladen gelagert werden, optimal ist wohl eine Kapazität irgendwo zwischen 50-80%.

Es würde mich natürlich interessieren, mit welchem BMS Du Deine Erfahrungen gemacht hast. Gerne als PN.

[Manfred H]

Hallo,

ich habe den Sprinter-60 seit Juli 2009, ca. 1000km gefahren und weitestgehend gleiche Erfahrungen wie die anderen Sprinter-60 Nutzer.

Anmerkung zu einer Anfrage "Ausfall der 12V-Anlage": Bei meinem Roller fiel die 12V-Anlage reproduzierbar an Tagen aus, an denen die Umgebungstemperatur über 28°C lag. Ich habe dem DC/DC-Wandler eine bessere Kühlung verpasst, dann wurde es besser, aber immer noch unbefriedigend. Ich bekomme bald aus Hamburg einen Ersatz, werde mal sehen, wie es im nächsten Sommer geht.

Zum Thema BMS (als reine Überwachungsfunktion mit Abschaltung der Ladung):
Gegenüber den meisten Beiträgen habe ich folgende Idee:
=> Bei der genannten Grundfunktion des BMS wird die Gesamt-Ladung unterbrochen, wenn eine Zelle bei der Ladung zu hohe Spannung annimmt. Das ist ein wertvoller Schutz, reduziert aber die zur Verfügung stehende Kapazität.
=> Man benötigt also Balancer zu jeder Zelle, die aber in der Endphase der Ladung Wärme(=Energie) verbraten.
=> Das Ladegerät zu meinem Sprinter (orig. Thundersky, 15A) geht nach Typenschild bei ca. 55V in die Spannungserhaltung, das sind nur knapp 3,7V/Zelle.
=> Meine Idee besteht nun darin, ein Ladegerät zusammenzustellen, das jeden Einzel-Akku für sich optimal lädt. Also für den Sprinter-60 sind das 15 Netzgeräte.
=> zu teuer? : mein "Lieblings-Elektronik-Versand" Reichelt-Elektronik hat ein Netzteil mit 5V/20A (Fa. Meanwell, SNT MW100-05) im Programm, das für 23 Euro zu haben ist. Da man bei dieser Möglichkeit weder BMS noch Balancer benötigt (am Ende einer Ladung sind automatisch alle Akku-Zellen gleich, und so voll, wie man es sich wünscht), sollte dies eine echte Alternative sein.

Was meint Ihr?

Grüße aus Herzogenaurach
wünscht elektronix.

Schau mal hier
http://www.elektroauto-forum.de/Kleinan ... php?id=184

[elektronix]

Hallo Manfred H,

danke für den Hinweis.
Es ist ein schönes Gerät, aber damit könnte ich 4 x 15 = 60 meiner Akkus laden und benötige zusätzlich noch Balancer-Boards, um die 4er Gruppen in Ordnung zu halten.

[Nordlicht]

Finde das Gerät generell auch interessant ... aber der Preis ...
Da kann man bei 15 LiFePO4-Akkus ja lieber riskieren, dass in der "Rollerkarriere"
12 davon ihren Geist aufgeben, bevor die Altersgrenze erreicht ist. Das
ist aber nach allem was man so hören kann, eher unwahrscheinlich.
Finde das hier etwas interessanter, weil erschwinglicher.
Ist vielleicht etwas umständlicher und nicht so elegant wie das andere,
aber das sollte es wohl auch tun.

[STW]

Letztgenanntes Gerät gefällt mir auch recht gut. Ladegerät für alle möglichen Zellchemien, frei programmierbarer Ladestrom bis 5A, bis 5 LiFePo4 gleichzeitig anschließbar, und 1A Balancer mit programmierbarer Schwellenspannung. Wenn man den Roller vorverkabelt (für je 5 Zellen 2 Ladekabel und Balancerkabel), kann man damit alle paar Wochen einen Nachmittag den Zellausgleich durchführen. Gewöhnt man sich dann noch an, die Akkus nicht zu mehr als 80% in der Zwischenzeit zu entladen, dann sollte man auf der sicheren Seite liegen.
Vorteil: man hat nicht beständig die Balancerboards im Roller (da hat Antonius leider nicht so gute Erfahrungen mit)
Nachteil: man muß alle paar Wochen einen Nachmittag opfern. Zum Einstandspreis kommt noch ein 12V Netzteil mit mindestens 65W hinzu. Ist auf der Herstellerwebseite aber auch aufgeführt (75€).

Verfahrensweise: den Roller kurz "vor voll" laden, alternativ nach dem Volladen 1-2km fahren. Ladestrom auf 1A setzen, entspricht dem Balancerstrom mit max. 1A. Balancerspannung auf 3.6 bis 3.7V einstellen.

Mal rechnen: Gerät knapp 130€, 75€, für den Luxus die PC-Software 27€, Kabel usw., ist man unter 300€. Kassensturz steht an

[tomsbademeister]

Da muß ich STW Recht geben, das Gerät klingt interessant, auch zu dem Preis. Ist etwas teurer, als die Balancer-Boards, dafür wohl mit geringerem Risiko. Dafür mit ebensoviel Bastelspaß für die Verkabelung, zum Anschluß des Ladegerätes.
Aber eine Frage habe ich da noch:
Wenn ich einstelle, daß 15 LiIon Zellen gleichzeitig geladen werden, kann er dann zwischen den Einzelnen ausbalancieren?
Das wäre dann wirklich ein Fortschritt. Oder muß ich jede Zelle einzeln Laden? Das wäre mir dann doch etwas zu kompliziert.

Ganz bin ich noch nicht überzeugt. Noch halte ich meine 200 Euro für den Batterieschutz fest in den Händen.

Bislang habe ich die manuelle Methode gewählt.
Mir ist eine Zelle recht früh gestorben und dann schnell auf Garantie ausgetauscht worden. Geliefert wurde die neue Zelle mit 3,6V.
Nach dem Laden der verbleibenden 14 Zellen mit dem normalen Ladegerät mit Zeitüberwachung (Schaltuhr) und manueller Nachkontrolle der Spannung an den Batterien selber, hatten die restlichen Zellen auch 3,6V. Dann wollte ich die Zelle einbauen. Aus zeitlichen Gründen konnte ich den Einbau erst nach einer Fahrstrecke von ca. 14km vornehmen. Da war den anderen Zellen ja schon Strom -ca. 0,15V- entnommen worden. Also hatte ich eine Differenz der neuen Zelle, die sich beim normalen Laden nicht besserte und bei ca. 0,1V bis 0,05V blieb.
Dann habe ich die neue Zelle einfach aus dem Ladeverbund ausgeschlossen (abgeklemmt) und überbrückt. Nach einer normalen Ladung der 14 Zellen von ca.10 Minuten waren wieder allen spannungsmäßig zusammen und sind jetzt im 15er Pack weder ein Spitzenteam für den Antrieb des Sprinters. Die Abweichung der einzelnen Zellen beträgt ca. 0,01V nach dem Laden und auch nach diversen gefahrenen Strecken.

Ist zwar etwas lästig das regelmäßige Nachmessen der einzelnen Spannungen, aber es lohnt sich.

Bin mal gespannt, was noch so an Akku-Pflege-Programmen hier angeboten wird. Werde es interessiert verfolgen.

Fröhliche Grüße aus Berlin
wünscht
tomsbademeister

[STW]

Das Gerät ist nach meinem Verständnis dafür ausgelegt, gleichzeitig bis zu 5 Zellen laden und balancieren zu können. Das würde dann bei dem Sprinter auf 3 Ladevorgänge insgesamt für den Roller hinauslaufen, man muß also nicht jede Zelle einzelnd laden.
Daher ist der Ansatz möglich, dass man ein paar Wochen mit dem normalen Ladegerät arbeitet und dann ein Wochenende / einen Nachmittag die 3 "Pflegeladungen" durchführt. Jede Ladung bringt je 5 Zellen wieder in Gleichlauf, am Ende sollten alle Zellen identisch geladen sein.