Frage LiFeYPo4 - Mein Dezember - Januar Projekt

Meine Blei-Säure Batterie hat sich nach knapp 6 Jahren verabschiedet Leider etwas früh, in der alten Kabine lief die nach 10Jahren noch prima. Ich vermute es liegt an den vielen "kleinen" Zyklen bedingt durch die 185W Solaranlage.

Nun gut, was Neues muss her.

Bisher hatte ich 130Ah Blei,34kg Lebendgewicht. Also eine nutzbare Kapazität von ca 65Ah.
Alternativen?
AGM Deep-Cycle... oder Yellowtop? Nicht schlecht,aber auch nicht ganz billig.

Dann ist da noch der Platz: Die Bleibatterie war saugend im Staukasten neben dem Wassertank eingebaut. Den Schrank incl. Wassertank durfte ich ausbauen um die alte Batterie überhaupt raus zu bekommen Naja, selbst Schuld der Konstrukteur

75AH Yellowtop ist aber zu wenig, 2 davon bekomme ich dort nicht unter!

Dann hat mich "Schlawinerle" auf die LiFeYpo4 Batterien gebracht.
Bisher hatte ich die immer unter "zu teuer" abgestempelt.
So schlimm ist das aber nicht mehr.

Die Wahl fiel auf eine 90Ah Winston Batterie, von Faktor-Shop .
Die kostet 469€, eine vergleichbare AGM etwa 300€.
Vorteil: 3000-5000 Ladezyklen maximaler Lade/Entladestrom 270A!!! Da geht schon was! Theoretisch kann man die Batterie in 20 min wieder voll laden!!! (wenn man denn den Strom zur Verfügung hätte).

Über die Lebensdauer gerechnet lohnt sich das also schon.
Und,80% der Kapazität sind bei der Zyklenzahl entnehmbar!
Die Kapazität gibt's dann bei 14kg, also mehr also 50% gegenüber der Bleibatterie gespart!

Alternativ wären Einzelzellen in 100Ah gewesen,die sind aber erst im April wieder lieferbar und nochmal 100€ teurer.

Nachteil: die Zellen sind empfindlich gegen Über und Unterspannung. Also braucht es noch etwas Schutzbeschaltung und einen Balancer der die Unterschiede zwischen den Zellen wieder ausgleicht.

Im Weiteren werde ich dann die Komponenten beschreiben:
- Batterieumbau
- Spannungsüberwachung
- Balancer
- Unterspannungsabschaltung

Ja Rudi, auf den Praxisbericht musst du noch ein bisschen warten.
Jetzt sind erst mal Trockenübungen auf dem Labortisch dran

Die Batterie beteht aus 4 Zellen, 4x3,2V.

Diese "12V Batterien" werden als Starter Batterien ohne Batteriemanagementsyteme (BMS) verkauft.
Ich hab mich dann etwas schlau gemacht...
Das funktioniert solange ganz gut, wie man die Batterie immer nur mit kleinen Zyklen im mittleren Ladebereich nutzt.
Das Auto mal kurz starten und dann wird gleich wieder geladen.
In den Batterien sind angeblich selektierte Zellen verbaut die sich alle sehr ähnlich sind und daher kein BMS/Balancer brauchen.
Wenn man aber die Zellen bis an die Entlade und Ladegrenzen nutzen will, dann geht die Zellenspannung schnell nach unten oder oben ab,und das ist gefährlich für die Lebensdauer der Zellen.
Also ist für die Womo Anwendung ein BMS notwendig. Man kann sowas auch kaufen für 150-450€, aber das kann man ja auch selbst bauen Später dazu mehr...

Die Batterie kommt in einem verklebten Gehäuse. Ich muss aber an die Abgriffe der einzelnen Zellen dran.
Also mal den Deckel flux mit dem Multimaster abgesät rundum an der Klebestelle.
Und siehe da,innen sind 4 einzelne Zellen im Pack verschraubt,mit fortlaufender Seriennummer. Also nix selektiert,nur einfach aus einer fortlaufenden Produktionscharge.

Da ich den Balancer nicht direkt auf die BAtterie bauen wollte, hab ich eine Steckverbindung installiert mit 2 Abgängen,Balancer und Spannungsmonitor. Das ist ein Teil aus dem Modellbaubereich,hat 8,95€ gekostet und zeigt die Spannung der einzelnen Zellen sowie die Summe an. Die Abgänge sind natürlich nochmal extra abgesichert, eh dass da 100-te Amperes Kurzschlusstrom im Fehlerfall fließen

Hier dann malein paar Bilder:

Idealerweise ja, aber ich denke das muss nicht unbedingt sein, wenn der Balancer ordentlich seine Arbeit tut.
In einem Lade-/Entladezyklus werden die Zellen nicht so weit auseinander laufen dass ein Problem auftritt.

Geladen wird mit dem dem LAdegerät , was dann in der AGM Stellung (14,6V) steht. Das gleiche gilt für den Solarregler.
Damit bekommt man den Akku etwa 85% voll und hat etwas Abstand zu zulässigen Obergrenze.
Die 16V braucht man wenn 100% Ladung erreichen will, dann muss aber der Balancer auch 100%'ig funktionieren. Mal sehen..
vielleicht tune ich das Ladegerät noch auf 15,2V oder so...

Am unteren Ende ist 2,5V pro Zelle das Minimum, also 10,0V für die Batterie.
Da werde ich auch vorher, bei 11,2V den Kühlschrank und in 2. Stufe bei 10,7V den Rest wegschalten.

Wenn man wirklich ans Limit gehen will, dann muss jede Zelle einzeln überwacht werden und damit die Ladung/Entladung gesteuert werden. So ein BMS kostet aber dann fast so viel wie die Batterie,das lohnt sich nicht. Das ist dann ehr was für E-Vehicles mit mehr Zellen.

Servus,

ich bin da auchgerade dran. Wir bekommen jetzt im Februar unsere neue Wagner Kabine und will die auch mit Life ausrüsten.
Da ich vom Modellbau her die Eigenschaften von den LiPo/LiFe her kenne, weiß ich noch nicht , wie ich die Wintertauglichkeit einschätzen soll/kann. Bei tiefen Temperaturen verliert die Lithium Geschichte recht schnell an Leistung.

Ansonsten wäre das inzwischen schon eine wirtschaftliche Sache, vor allem das Gewicht und die hohen Ladeströme mit kurzen Ladezeiten.100 Ah sind imho ausreichend, wenn man dann noch mit LED etc arbeitet.Im Kastenwagen hatte ich ne 250 Ah drin die hatte 79 kg..........Voltaren und Ibuprofen waren ständige Begleiter beim Aus/Einbau

Es kommt auf das "Y" =Ytrium an! Die LiFeYpo funtionieren bis -25°, die ohne Y nur bis Null Grad!

Ist dann nur die Frage, ob die Leistung dann linear abnimmt mit sinkenden Temperaturen oder abrupt ab - 25 Grad C .
Ich hab da einen weitläufigen Bekannten ( Professor) an der Uni Konstanz, dem seine Studenten haben für den Bodensee ein
Forschungsobjekt gebastelt, ein E-Festrumpfboot.Die forschen auch für Carthago und div. WoMo Hersteller für die Verwendung von LiFe in der Branche. Ich hoffe, da kann ich was brauchbares in Erfahrung bringen.

Freue mich aber weiter auf Deine Erfahrungsberichte.........thx

Ralf,

hier kannst du mal das Datenblatt nachlesen. Die Zellen gehen bis -45°,haben dann aber nur noch 80% Kapazität. Und die Spannung geht über Temperatur runter.
Mir ist das relativ egal, wir sind eh nur bei > 0 Grad unterwegs!

Nun zum Balancer:

Die Aufgabe ist die leichten physikalischen Unterschiede zwischen den Zellen auszugleichen. Das macht man am besten beim Laden, weil da hat man ja genug Energie zur Verfügung.
Das Prinzip ist, dass bei Zellen die vorschnell eine höhere Spannung erreichen über einen Parallelzweig etwas Ladestrom zu vernichten. Dazu wird also jede Zelle einzeln überwacht und bei Spannungen größer 3,6V wird der Balancer aktiv. So funktioniert die Geschichte auch bei einer Ladespannung von 14,4V gesamt.

Den Balancer habe ich in Anlehnung an diesen Vorschlag gebaut:

Allerdings kommt hier ein größerer BDV65 Darlington transistor zum Einsatz sowie ein zus. Kollektorwiderstand von 0,22 Ohm.
Damit macht der Balancer 4-5A, was bei 20A Ladegerät + 10A Solar aus Sinn macht. Nur ein paar 100mA als Balancerstrom reichen dann nicht aus. Da würden die Zellen einfach vom Ladestrom überrannt werden.

Das tolle an den Zellen ist ja dass die einen wahnsinnig niedrigen Innenwiderstand haben. Das hat zur Folge dass bis 90% Ladezustand immer der max. mögliche Ladestrom fließt! Das ist ganz anders als beim Bleiakku, der viel früher nachlässt und so die Ladung deutlich länger dauert.

So sieht das Ganze dann fertig aufgebaut aus:





Geplant war eine 5-adrige Zuleitung für den abgesetzten Balancer.
Das hat sich als nicht praktikabel erwiesen, da der Spannungsabfall über die jeweils gemeinsame Leitung für 2 Balancer dazu führt dass sich alle gegenseitig aus dem Tritt bringen

Also hab ich alles nochmal auseinander gepflückt und jeden Balancer einzeln, also 8-adrig, verkabelt.

Hallo Forscher! Schon an Patent-Anmeldung gedacht? Weihnachts-Langeweile kann bei Dir nicht aufkommen.

Alles Gute im Neuen Jahr.

Michael

Nix Patent, das gibts alles schon zu kaufen!

hallo holger,

tolles projekt!
wenn unsere kabine und damit auch die batterie nicht erst n halbes jahr alt wäre, würde ich als alter modellbauer glatt mitmachen... deine erfahrung mit den "kleinen" ladezyklen an der agm in verbindung mit ner 185wattsolaranlage hat mich jetzt ehrlich gesagt etwas betroffen gemacht - das hatte ich so noch nicht auf dem schirm. dafür haben wir 200watt solar auf dem dach und nur 80ah in der agm.....
mal sehen wie lange das gut geht. dann wird wohl auch bei uns umgerüstet...freu mich schon drauf...
bis dahin gibts ja dann von dir auch einen erfahungsbericht bezüglich der solarladerei von den lifeypos.
bin sehr gespannt...
grüsse
hendrik

Das mit den kleinen Zyklen bei der Bleibatterie ist ja auch nur eine Vermutung, beweisen kann ich das nicht. Was mir aber auch aufgefallen war, dass die letzte Batterie einen höheren Innenwiderstand hatte als die in der alten Kabine

Was mir aber schon aufgefallen war, ist bei nur leichtem Sonnenschein am Morgen z.B. liefert Solar 2A. Dann geht der Kühlschrank an, -2,5A Batteriestrom, also wird wieder ein Teil aus der Batterie gezogen. Kühlschrank aus, Batterie wird wieder geladen... Ich denke das stresst die Batterie mehr als wenn die mit 8A geladen wird und dann zeitweise nur mit 4A, dann ist das ein Zyklus, aber nur mit schwankendem Ladestrom und das macht nichts.

Jetzt hab ich den Balancer und die Batterieanschlussbox 8-polig umgebaut, so dass jede Zelle einzeln am Balancer angeschossen ist.
Und siehe da, schon funktioniert das
Optimale Ladespannung ist 14,8...14,9V,sonst wird zuvielLeistung imBalancer verbraten.
Ich werde das Ladegerät dann noch über einen Festwiderstand am Temperatursensor Eingang tunen um den Wunschwert zu erreichen.

Dann hab ich mal einen kleinen Lasttest mit Entnahme von nur 1,5Ah gemacht. Die Batteriespannung ist dann so bei 13,4V.
Anschließend wieder ans Ladegerät und die Batterie zieht sich wieder 30A rein bis sie nach ein paar Minuten wieder fast voll ist! D.h.man kann vorhandene Energie sehr gut nutzen und bekommt die Batterie schnell wieder voll.

Hier noch 2 Bilder wie die Batterie mit 8-pol Anschluss jetzt aussieht.
Eine Leitung geht immer auf eine Sicherung und dann auf 2Pins vom D-Sub25 parallel. Die vergoldeten Rundkontakte können problemlos 10A, alsoausreichend fürden Balancer.
Das Gehäuse geht so übrigens gerade wieder zu. Da noch Balancer-Module einzubauen macht keinen Sinn, auch schon wegen der mangelnden Lüftung.

Weiter geht's im Januar!
Was noch fehlte war eine Unterspannungsabschaltung.
Der Kühli hat zwar eine,aber erst bei 10V, das ist zu niedrig. Und der Rest muss ja auch weggeschaltet werden, eh dass die Batterie bei einer Zellenspannung von 2,5V den Geist aufgibt!

Also bauen wir mal was selbst.
Ziel ist bei 11,2V den Kühlschrank abzuschalten und die Steckdose für Laptop usw.
Dann ein 2.Ausgang mit 10,7V Schaltschwelle, damit man nicht gleich im Dunkeln sitzt!
Das ganze aufgebaut mit einem Doppelkomparator mit etwa 1V Hysterese.
Als Schaltelement dienen 2 BTS50015 Highside Smartfets mit 1,5mOhm On-Widerstand. Die können max 155A, das sollte reichen (waren Muster die noch rumlagen ) Zur Status-Überwachung noch 2 Low-Power LEDs.
Vor allem braucht der Kram wenig Strom, <2mA.
Man sieht die FETs kaum,die verstecken sich unter den dicken Kabeln:



Heute habe ich den ganzen Kram mal eingebaut.
Natürlich passt alles nicht mehr so wie vorher Hier ein Kabel zu lang, da zu kurz, die Heizungselektronik muss wo anders hin, und die Wasserpumpe werde ich wohl auch noch verlagern müssen. Die so schwebend über dem ganzen Elektronikkrams,das gefällt mir nicht! So ist es am Ende immer mehr Arbeit als Anfangs gedacht.

Hallo Holger,

willkommen zurück in unserer Welt , aber am Anfang von Deinem Fred ist Dir hier wohl niemand mehr gefolgt. Wir sind nur Hobbyelektricker Freut mich aber, wenn Deine Schaltungen klappen.

Gruß
Andreas

Wer will,kann's ja gerne nachbauen,muss aber nicht!

Man kann die Komponenten ja auch alle kaufen:

Unterspannungswächter: z.B. den hier ,
Balancer: z.B. den hier,zur Montage direkt auf den Zellen.

Ich bau ja nur selbst, weil ich Spaß dran habe,und so meine speziellen Ansprüche.
Aber es geht auch "out of the Box" für die "normalen" Ansprüche.

Hauptsache DU weisst was Du da tust!

Hut ab!