SILENCE AKKU

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Das Einheitsakku-System von Silence

Silence verwendet in allen seinen Fahrzeugen (inkl. der Neuvorstellungen 2024) ein einheitliches Akkusystem. Die Akkupacks werden in der Regel zusammen mit den Fahrzeugen erworben. Derzeit nur in Spanien können Fahrzeuge auch ohne Akku gekauft und die Akkus gemietet werden, wobei man sie wahlweise selbst aufladen oder in speziellen Batteriestationen einfach tauschen kann. Da dies im deutschsprachigen Raum nicht relevant ist, wird darauf nicht näher eingegangen. Die Akkupacks enthalten neben dem immer erforderlichen Akkuzellenmanagement auch ein Ladegerät, die im Verleihsystem kursierenden zudem ein Telemetriemodul inklusive Positionsbestimmung. Alle Fahrzeuge von Silence sind so konstruiert, dass die Akkupacks ohne Hebeaktionen waagerecht aus dem Fahrzeug entfernt und wieder eingesetzt werden können, bei diesem Vorgang wird ein Fahrgestell mit zwei Rollen und einer Standhilfe automatisch aus- und eingeklappt. Gleichzeitig werden auch selbsttätig Hochstrom- und Multiconnector-Verbindung getrennt und verbunden und beim Einschieben der Akku automatisch verriegelt und so vor unbefugter Entnahme geschützt. Zusätzlich kann der Akku über ein Steckschloss, welches in eine spezielle Radschraube des Fahrgestells greift, verriegelt werden.

Das Akkupack ist aufgrund seines Gewichtes von 41 kg nicht mehr als tragbar zu bezeichnen und hat auch keine entsprechenden Griffe, es besitzt stattdessen das erwähnte Fahrgestell und einen ausziehbaren Griff (wie bei einem Trolley-Koffer), mit dem das Akkupack bequem und mit wenig Kraft auch über kleinere Strecken und sogar (nicht zu hohe) Treppenstufen etwa in ein Haus gebracht werden kann. Durch das integrierte Ladegerät wird am Ziel nur ein standardisiertes und preiswertes Kaltgerätekabel zum Laden benötigt. Eine Leuchtring zeigt beim Laden eine Animation und den Ladezustand im Wechsel, letzterer kann auch jederzeit im und außerhalb des Rollers durch eine Berührung oder einen leichten Handflächenschlag auf die Sensorfläche abgefragt werden. Diese all-in-one-Lösung ist auf dem Markt bisher einzigartig. Auch dass das gesamte Pack über keinen Lüfter verfügt und somit ein geräuschloses Laden sogar in Wohnungen und Büros möglich ist, ist eine eher selten anzutreffende Eigenschaft.

Externes Zubehör für den Akku

Silence hatte als Zubehör für den Akku anfangs eine Art Solarladebaum und einen Inverter zum Erzeugen von 230 Volt Wechselspannung angekündigt, nach langer Zeit aber nur den Inverter realisiert. Zum Preis von ca. 500-700 Euro je nach Quelle ist der unter dem Produktnamen NOMAD erhältliche Inverter in einer auch als Rucksack tragbaren Tasche untergebracht und mit einem Kabel mit dem kombinierten Hochstrom/Multiconnector am Akku zu verbinden, wobei dessen Hochstromausgang automatisch aktiviert wird. Der Nomad stellt einen USB-Ausgang sowie maximal 3000 Watt Dauerleistung an den zwei Steckdosen bereit. Im Forum hier gibt es nur wenig Erfahrungen (aber ein paar mehr Fotos als offiziell).

Inhalt und Aufbau eines Silence-Akkupacks

Das Akkupackgehäuse besteht aus einem soliden Aluminiumkörper mit Kühlrippen und Plastikteilen. Auf der Vorderseite ist der kreisförmiger Leuchtring um eine als Sensor dienende Fläche, dahinter befinden sich das Griffsystem sowie das integrierte Ladegerät, das von sich aus witterungsgeschützt ist. Hinter einer wasserdichten Abdeckung befindet sich das eigentliche Akkupack sowie das Akkuzellen-Management (battery management system, abgekürzt BMS) sowie zwei Relais, abgeschlossen von der ebenfalls mit Dichtung verschraubten rückseitigen Abdeckung mit dem rollerseitigen Anschlussystem (Multikontaktbuchse und Hochstromkontakte) und dem Kaltgeräteanschluss. Akkupack und BMS sind somit vor eindringender Nässe und Feuchtigkeit geschützt (auch auf der Vorderseite eindringende Nässe rund um die Öffnungen für den Griff ist für das Akkupack nicht schädlich). Das Akkupack ist nicht aktiv belüftet, Wärme wird ausschließlich über das Gehäuse abgeführt. Auf der Unterseite des Akkupacks befindet sich das klappbare Fahrgestell. Auf der Rückseite befindet sich außerdem ein Typschild-Aufkleber mit der Teile- und Seriennummer des Akkupacks sowie des Herstellungsdatums.

Akkupack und Batterie-Management-System

Das Akkupack besteht - anders als bei Elektro-Autos - aus hunderten einzelnen Rundzellen. Sie werden von einem Batteriemanagementsystem überwacht und vor Fehlbehandlung geschützt wie üblich. Zusätzlich stellt das BMS vier Ausgänge für verschiedene Stromversorgungen im Fahrzeug bereit (Details weiter unten). Die Bruttokapazität des Packs wird mit 5,6 kWh angegeben (es gibt auch eine kleinere Akkuvariante mit 4,2 kWh, die aber wohl in Mitteleuropa nie präsent gewesen ist). Davon unterscheidet sich die Nettokapazität (nutzbare Energiemenge je Ladung), für die es keine offiziellen Angaben gibt, die aber durch zahlreiche Nutzer im Bereich 4,2-4,5 kWh ermittelt wurde. Grund für die Differenz ist unter anderem, dass das Lademanagement die Zellen bewusst von ihren technischen Grenzwerten entfernt hält, die Ladung wird in der Regel bei weniger als 4,2 Volt je Zelle beendet und eine Zelle kaum unter 3,3 Volt entladen. Das bedeutet zwar geringere Reichweite, aber dafür steigt die Lebensdauer der Zellen, eine sonst bei Lithium-Akkus schädliche Lagerung im vollen Zustand wird vermieden und auch bei 0% Ladestand gibt es noch eine Restmenge Energie, die sogar für wenige Kilometer in Schleichfahrt reicht. Praktisch bedeutet das, dass sich der Benutzer über sinnvolle Ladestände für die Aufbewahrung oder im laufenden Betrieb keine Gedanken zu machen braucht. Selbst bei einer pessimistischen Einschätzung von 500 Ladezyklen Lebensdauer sind 40.000 km Fahrstrecke ein Wert, den viele Roller im Privatgebrauch nur sehr selten erreichen werden. Limits und Grenzen des Akkus werden für den Benutzer auch sichtbar kommuniziert. Meldungen wie "WARN UV" oder "LIMIT UV" (bedenkliche bzw. kritische Unterspannung) im Display der Fahrzeuge ermahnen den Fahrer ggf. zu zurückhaltender Fahrweise, auch vor Übertemperaturen wird gewarnt.

Das integrierte Ladegerät und der Ladeanschluss

Im Akkupack dient ein Netzteil von Meanwell (HLG-600H-58-8BOL) als Stromversorgung für den Ladevorgang. Diese Marken-Netzteile in Industriequalität besitzen einen sehr hohen Wirkungsgrad von typisch 96%, sind lüfterlos und voll gekapselt und nach IP65 vor Witterungseinflüssen geschützt. Das Netzteil wird mit 230V Netzspannung wahlweise über einen Kaltgeräteeinbaustecker (für das Laden des Akkupacks außerhalb des Fahrzeugs) von der Akkupackrückseite oder über den Multiconnector des Akkupacks (s.u.) versorgt. In allen Silence-Rollern erfolgt die Stromversorgung über einen unter der Sitzbank befindlichen weiteren Kaltgeräteeinbaustecker, der mit dem Multiconnectoranschluss verbunden ist (beim SEAT Mo erfolgt die Stromzufuhr jedoch über den Akku-Kaltgeräteeinbaustecker und eine mit einer Gummiabdeckung versehenen Öffnung in der Akkufachverkleidung).

Die elektrische Verbindung des Netzteilausgangs zum Akkupack erfolgt über das vom BMS gesteuerte Laderelais nur bei Bedarf und ist im Ruhezustand und im Fahrbetrieb somit immer getrennt. Das Netzteil wird zudem vom BMS ferngesteuert, so kann die Ausgangsspannung passend zum Ladezustand des Akkus angepasst werden.

Die Ladung erfolgt wie weit verbreitet im CC/CV-Verfahren (beginnend mit einer Konstantstromphase (constant current, cc), endend mit einer Konstantspannungsphase (constant voltage, cv). Die Ladeleistung beträgt zu Beginn deutlich weniger als 100 Watt und erreicht erst nach einigen Minuten ihren Maximalwert (in Abhängigkeit vom Ladezustand des Akkupacks). Die maximale Ladeleistung von ca. 605 Watt (635 Watt auf 230V-Seite) wird bei etwa 95% Ladezustand (state of Charge, SoC) erreicht. Im nun folgenden Konstantspannungsbetrieb sinkt die Ladeleistung kontinuierlich bis unter 25 Watt, dann wird die Ladestromzufuhr zunächst unterbrochen (die Leistungsaufnahme auf 230V-Seite liegt dann unter 3 Watt), nach etwa 45 Minuten wird der Ausgang aber wieder aktiviert und dann werden wieder knapp 15 Watt bezogen. Welche Vorgänge in dieser Phase ablaufen, ist nicht final geklärt (es wird ein aktives Balancing der Zellstufen vermutet) ebenso ob sie irgendwann wieder endet (Tests über 30 Stunden ergaben keine Änderung).

Zum Ladesystem gehört auch eine Akkuheizung. Da das Laden von Lithiumzellen bei Umgebungstemperaturen unter 0 °C die Zellen zunehmend schädigt, wird bei einem Ladeversuch in diesem Temperaturbereich zunächst das Akkupack auf ca 10 °C erwärmt (unbestätigte 55 Watt Heizleistung), bevor mit der eigentlichen Ladung begonnen wird. Ob diese Akkuheizung überhaupt eingebaut und aktiviert ist, ist bei jedem Akku zunächst unklar, Werkstätten können das überprüfen und ggf. aktivieren, dem Fahrzeugnutzer ist dies nicht (oder zumindest nicht ohne Fachwissen und technische Hilfsmittel) möglich. Als gesichert gilt aber, dass ein Akku ohne aktive Heizung die Ladung unterhalb von 0 °C verweigert.

Der Leuchtring

Der von außen hinter einer milchweißen Abdeckung versteckte Leuchtring besteht aus einer Anzahl (?) RGB-Leuchtdioden (vermutlich einfache WS2818), der vom BMS in allen Farben und Helligkeiten angesteuert werden kann. Der Ring zeigt beim Laden üblicherweise eine im Uhrzeigersinn drehende Animation eines Kreissegments, die dann zum Vollkreis schließt und sich anschließend auf einen zum aktuellen Ladezustand proportionalen Teilkreis reduziert. Die Abfrage des Akkuladestandes per "Handauflegen" oder leichtem Handflächenschlag (die optimale Bedienung ist tatsächlich nicht geklärt, mitunter aktiviert sogar ein angelegtes Bein den Leuchtring) ist ähnlich, endet aber ebenfalls mit dem Kreissegment.

Die Farben des Leuchtrings haben sich im Laufe der Jahre geändert - während anfangs ein hellblauer Lichtpunkt grüne Kreissemente (passend zur damals vorherrschenden grünen Designfarbe der S01-Roller) anführte, so sind es seit 2021/2022 weiße Lichtpunkte mit roten Segmenten (etwa beginnend mit der Produktion des Schwestermodells SEAT Mo mit dessen roter Designfarbe). Inzwischen werden aber alle Akkus mit einheitlicher Lichtfarbe geliefert.

Technische Details zum Akkupack

Die folgenden Erläuterungen richten sich speziell an Techniker und Technikinteressierte und setzen zum Verständnis teilweise Fachwissen voraus.

Aufbau und Eigenschaften des Akkupacks

Der genaue Aufbau des Akkus wurde anfangs nur vermutet. Inzwischen kann davon ausgegangen werden, dass der Akku aus 420 Rundzellen (Typ 18650, z.B. Samsung INR18650-29E), jeweils 30 parallel in einer Stufe und davon 14 in Sereie (14s30p) besteht. Der Spannungsbereich variiert somit zwischen 42 (kritische Untergrenze unter Belastung) und 58 Volt (3,0-4,2 Volt je Zelle). Die niedrige Spannungsebene unterläuft eine Reihe von Vorschriften und Regeln (bspw. den umgangssprachlich als "Hochvoltschein" bekannten Schulungsnachweis für alle Arbeiten an Anlagen mit über 60 Volt Nennspannung), ist aber für einen Betrieb mit hohen Leistungen wegen der höheren Ströme (im Rollermodell S01+ bis zu 280 Ampere) eher nachteilig, weswegen auch im Zweiradsektor 72-112V-Systeme verbreiteter sind.

Für Überwachung und Balancing sorgt eine spezielle Batteriemanagement-Platine (BMS), die auch die Kommunikation mit dem Fahrzeugdatenbus (CAN) sowie die komplette Steuerung der Stromversorgung des Rollers übernimmt. Das BMS steuert insgesamt vier Ausgänge:

• Hochstromausgang zum Motorcontroller (zweipolige Buchse), aktiviert über ein Leistungsrelais (Schütz, Albright SU80B-5221). Das Relais schaltet die (+) Seite des Akkupacks, während die (-)-Seite über den am BMS befindlichen Mess-Shunt dauerhaft verbunden ist.
• Der intern als VBatI bezeichnete Ausgang ist eine Hilfsspannung für den Motorcontroller und wird nur aktiv, wenn dieser verwendet wird (also bspw. nicht beim Laden). Er wird elektronisch geschaltet und hat vollen Akkuspannungspegel
• Ausgang VBatE dient zur Versorgung der gesamten Rollerelektrik, ebenfalls elektronisch geschaltet und überwacht auf Akkuspannungspegel. Im Fahrzeug sind entsprechende Wandler eingebaut (in den Rollern bspw. auf 12V 5A = 60 Watt maximal). Eine Überlastung des Ausgangs führt zu einer temporären Abschaltung.
• Ausgang 12VUI ist als einziger Ausgang dauerhaft aktiv mit einer Ausgangsspannung von typisch ca 12,3 Volt, über einen auf dem BMS befindlichen Wandler mit typisch 0,5 A Belastbarkeit. Dieser Ausgang dient einzig der Versorgung eines Telemetriemoduls in den Fahrzeugen und darf und sollte nicht anderweitig belastet werden, auch und besonders vor dem Hintergrund, dass sehr zahlreich Ausfälle dieses Ausgangs bekanntgeworden sind (Schätzungen im mindestens dreistelligen Bereich), so dass Silence inwzischen die Fahrzeuge betroffener Kunden umarbeiten lässt, anstatt die Akkus zu reparieren.

Multiconnector

Der auf der Rückseite des Akkus neben der Hochstombuche befindliche Multiconnector besitzt 3 Reihen zu je 5 Kontakten (wobei die Kontakte 1 und 15 nicht belegt sind). Die Kontakte transportieren die 230V Wechselspannung in bedenklich enger Nachbarschaft zu Sensorleitungen, aber diesbezüglich sind noch nie Probleme bekannt geworden. Das (noch hier einzubauende Foto) zeigt die Lage folgender Kontakte:

• (1) - nicht belegt
• (2) GND - dient als logische Verbindung und (-)Anschluss für das Telemetriemodul. Die gesamte Fahrzeugelektrik ist hingegen mit dem Hochstrom-Minuskontakt verbunden. Ohne eingesteckten Akku hat das Telemetriemodul keine Verbindung zum Roller (wichtig für die RS232-Diagnoseschnittstelle)
• (3) VBatI - 48V-Hilfsversorgung für den Motorcontroller. Nur aktiv wenn Roller zum Fahren benutzt werden soll (nicht beim Laden)
• (4) MC IL- - eine Brücke im Fahrzeug verbindet diesen Anschluss mit Pin 10 (MC IL-), Funktion ist unklar
• (5) AC L - einer der beiden 230V-Anschlüsse für das Meanwell-Netzteil (Ladegerät)
• (6) pres-
• (7) CAN-L - CAN-low (Zweidraht-Fahrzeug-Datenbus mit (12), potentialgetrennt, )
• (8) AC TE/PE - Schutzleiteranschluss für das Meanwell-Netzteil (Ladegerät)
• (9) IgnitionKey - Diese Leitung wird vom Zündschloss des Fahrzeugs, dem Telemetriemodul oder dem NOMAD-Inverter mit Pin (2) verbunden und bewirkt eine Aktivierung des Akkus
• (10) MC IL- - siehe Pin (4)
• (11) AC N - einer der beiden 230V-Anschlüsse für das Meanwell-Netzteil (Ladegerät)
• (12) CAN-H - CAN-high (Zweidraht-Fahrzeug-Datenbus mit (7), potentialgetrennt)
• (13) VBatE - 48V-Versorgung für die Fahrzeugelektrik
• (14) 12VUI - 12V daueraktiver Ausgang für das Telemetriemodul (zusammen mit Pin (2))
• (15) - nicht belegt

Einschalten, Ausschalten - die Leistungsschaltzentrale des Rollers

In den Rollern von Silence (S01, S02, S03, Seat Mo 125 und Mo 50) dient der Akku auch als "Leistungsschalteinheit". Wie oben angedeutet werden Hochstromausgang, Motorcontroller-Hilfsspannung und Bordspannung je nach Zustand aktiviert. Das Zündschloss der Roller schaltet praktisch leistungsfrei (es fließen nur wenige mA Strom) Pin 2 und 9 des Multiconnectors zusammen, wodurch das BMS "geweckt" wird und zumindest den Ausgang VBatE aktiviert (und über nachgeschaltete Wandler im Fahrzeug dessen Elektrik). Ob und wiewiet die Komponenten tatsächlich aufwachen, wird vermutlich durch Datenbus-Befehle geregelt. Ohne jede Kommunikation wird auf jeden Fall auch der Hochstromausgang aktiviert. Dies macht sich der NOMAD-Inverter zunutze (sein Anschlussstecker besitzt gar keine Pins für die Datenkommunikation), wurde im Forum aber auch schon zum Anschluss eines externen Schnellladegerätes über die Hochstromkontakte benutzt. Der Akku lässt sich auf diese Weise tatsächlich auch laden.

Bis auf den durch einen ensprechenden Wandler bauartbedingt (theoretisch) kurzschlussfesten 12VUI-Ausgang werden die Ausgang offenbar auch elektronisch überwacht und bei Überlastung abgeschaltet. Die Bordelektronik darf daher auch nicht kurzzeitig etwa durch zusätzliche Verbraucher überlastet werden (der Anschluss leistungshungriger Verbraucher wie einer Zusatz-Hupe benötigt daher auch eine zusätzliche Pufferbatterie).

Beim Laden des Rollers über das eingebaute Netzteil wird nur die VBatE-Leitung aktiv (das Display eines Rollers zeigt dabei CHARGING und den Ladezustand) - Hochstromausgang und VBatI bleiben inaktiv.

Bekannte Fehler und ihre Lösungsmöglichkeiten

• Im Text erkläutern, wie sich die Ausfälle zeigen (Relaisklicken, Displayanzeigen)

Ausfall der Versorgung des Telemetriemoduls

• Erklärung, Deutung, Folgen, Workarounds

HighG-Event

• eigentlich Unfallgeschehen und Sicherheitsabschaltung, leider meist Fehlalarm; Lösungsmöglichkeiten

Tiefentladung

• sollte niemals vorkommen, aber wenn nichts mehr geht -> Verweis auf Forumbeitrag von @kabee