Akkutypen, BMS, Tipps für lange Lebensdauer

Umgang mit Akkus

Es gibt nicht einfach eine richtige Methode um mit Akkus umzugehen. Verschiedene Typen und auch verschiedene Anwendungen erfordern eine andere Umgangswiese. Je nach Betriebsumgebung eignet sich der eine oder andere Akku Typ besser oder schlechter.

Ni-cd
Nikel Cadmium Akkus waren früher der Standard. Sie sind Hochstromfähig, unempfindlich im Handling und sanfte Überladung schadet ihnen nicht. Geringer Leistungsverlust bei tiefen Temperaturen. Qualitative Akkus haben eine lange Lebensdauer und tote, kurzgeschlossene Akkus können mit einem hohen Stromstoss widerbelebt werden. Die Selbstentladung ist relativ hoch und die Akkukapazität schwindet mit dem sogenannten Memory- Effekt. Das heisst, dass der Akku möglichst Vollzyklen gefahren werden sollte.
In der EU seit 2014 Verboten wegen dem Schwermetall Cadmium

Nennspannung: 1.2v  (0.9-1.3V)

Energiedichte: Je nach Bauweise (Hochstrom oder Kapazität) im Bereich von. 70wh/kg

Ni-Mh

Nickel Metallhybrid Akkus sind der Nachfolger der Ni-cd Akkus sie besitzen ähnliche Eigenschaften wie de Ni-cd Akkus aber ohne giftiges Cadmium. Sie reagieren empfindlich auf Überladung und brechen bei Kälte stärker ein. Der Memory Effekt ist auch vorhanden kann aber durch vollständiges Laden/Entladen rückgängig gemacht werden. Die Energiedichte ist geringfügig höher als bei Ni-cd.

Nennspannung: 1.2v (1-1-3v)

Energiedichte: Im Bereich von 70wh/kg

Blei-Bleioxid

Der wohl bekannteste und meistverwendete Akkumulator ist die Starterbatterie im Auto. Sie enthält 6 Zellen in Serie mit einer Nennspannung von je 2 Volt. Bleibatterien gibt es als Nassbatterie, Gel und Vliesbatterie. Bei Nassbatterien schwimmen die Plus und Minus Platten im Schwefelsäure Elektrolyten der bei Entladung immer wie Wässriger wird. (Eine leere Batterie kann einfrieren) Starterbatterien sind nicht für Zyklische Anwendung geeignet uns sind am liebsten vollgeladen.
Dafür können sie immens hohe Ströme liefern. Gel und Vliesbatterien sind hingegen für Zyklische Anwendungen gebaut wobei auch da zur mehrfachen Verlängerung der Lebensdauer nur Teilzyklen gemacht werden. Tipp: Auch wenn bei der Autobatterie keine einfach so zu öffnenden Zelldeckel verbaut sind (sog. Wartungsfrei) Lohnt sich es nach ca. 4-5 Jahren einmal Destilliertes Wasser nachzufüllen denn auch diese Produzieren ab der Gasungsspannung von 14.4V Sauerstoff und Wasserstoff. Vorsicht: Knallgas und Schwefelsäure.
Ladeverfahren: Laden bis 14.4V danach Absenkung auf ca. 13V zur Erhaltungsladung. Bleibatterien haben eine hohe Selbstentladung und sollten bei der Lagerung je nach Typ sicher alle ½ Jahre vollgeladen werden. Grosser Vorteil: der günstige Anschaffungspreis. Über die Jahre rechnet sich aber ein LifePo4 Akku in der stationären Anwendung besser. Die Energiedichte schwankt stark von 10 bis 50wh/kg.

LifePo4

Lithium Eisenphosphat Akkus sind in Sachen Ladezyklen Top. Sie benötigen kein Cobalt und auch weniger Lithium als die Li-ion Akkus. Ihr Spannungsbereich liegt von 3-3.65 Volt wobei die Nennspannung bei 3.2v liegt. Er hat eine sehr flache Lade/Entladecharakteristik was eine Batteriestandsanzeige anhand der Spannung schwierig macht aber für den Betrieb angenehm ist. Benötigen auch eine Schutzelektronik wobei die Gefahr des Abbrennens relativ gering ist. Energiedichte: ca. 100wh/kg

Li-Ion

Höchste Energiedichte. Höchster Rohstoffbedarf an seltenen Erden. Nutzbarer Spannungsbereich 3-4.2V je nach Chemie ist die Entladekurve oft Linear zur Spannung was eine Ladestandsanzeige einfach macht. Es gibt verschiedene Zelltypen solche die für Hochstrom Anwendungen sind und solche die für Weniger hohe Ströme ausgelegt sind aber dafür viel Kapazität aufweisen. Vereinfacht gesagt: Grosse Oberfläche versus dicke Materialschicht.
Einen Li-ion Akku ohne Schutzelektronik oder nicht mit einem Entsprechenden Ladegerät mit Zellüberwachung zu laden ist fahrlässig und kann zum Brand führen. Dasselbe gilt für einen Kurzschluss. Energiedichte: ca. 100-250wh/kg

So leben Li-ion/ LifePo4 Akkus möglichst lange:

-Flache Zyklen fahren, Heisst weder vollladen noch komplett entladen. (idealer Bereich: 40-80%)

-Akku nicht voll oder leer lagern (Ideal: 60%)

-Kalte Akkus <10°C nur mit ganz kleinem Strom laden

-Vermeiden hoher Temperaturen über 35°C

-Akku nicht am Ladegerät hängen lassen

-Übermässiges Isolieren der Packs vermeiden

-Fast leere Akkus nicht mit hohen Strömen belasten

BMS (Battery Management System)

Was macht eine BMS? Sie schützt den Akku und auch alle Einzelzellen vor Überladen ,Tiefentladung Überstrom, Kurzschluss, (Über/Untertemperatur) und es sollte den Ladestand unter den einzelnen Zellensträngen abgleichen.

Welche Typen von BMS gibt es?

Schutzelektronik
Billige Akkupacks aus China, aber ich weiss auch von einem Bionix 36v Pack das nur mit einer Schutzelektronik ausgerüstet war, besitzen in dem Sinn keine echte BMS da diese Schutzelektronik keinen Ladesands Ausgleich zwischen den Zellen hat. Das kann die ersten 2-3 Jahre gut funktionieren, aber auch bei hochwertigen Zellen treten mit der Zeit Unterschiede auf (Zellen mitten im Pack sind zb. wärmer) Bei Solchen Packs, kann wenn ein noch nicht allzu grosser Kapazitätsverlust aufgetreten ist die BMS durch eine mit Balance Funktion ersetzt werden.
Beim Laden des Akkus ist mit nur Schutzelektronik nichts Speziell zu beachten.

Simple analoge BMS

Analoge BMS verfügen über eine Balance Funktion die bei Erreichen der Ladeendspannung eines Strangs über einen Wiederstand anfängt einige Milliampere zu verheizen. So können die Stränge die noch nicht ganz oben sind, auch nach oben kommen bis das Abschaltkriterium des Ladegeräts oder eine Zelle, trotz aktiver Balance Funktion den Überspannungsschutz erreicht.
Wird der Akku zur Verlängerung der Lebensdauer nur teilgeladen so sollte doch ab und zu mal eine Vollladung gemacht werden damit das Balancing funtkioniert.

Smart BMS

Sogenannte Smart BMS verfügen über einen Micro Controller und über einen PC Anschluss oder ein Bluetooth Modul. Mittels App oder Software können je nach dem mehr oder weniger Parameter gesetzt werden. Vor dem Kauf unbedingt abklären welche Funktionen freigegeben sind. Über die App sind meist die Einzel Zellspannungen die Ströme (Laden/Entladen) und auch der Ladezustand zu sehen. Wie und ab welcher Spannung balanciert wird sollte einstellbar sein. Das Balancing erfolgt meist aktiv, d.h. dass über einen Kondensator Energie umgeladen wird.

Separate Port/Common Port

Separate Port BMS verfügen über2 Anschlüsse einen zum Laden und den andern zum Entladen. Der Grund: Mosfets (Bausteine wie Transistoren die die Sicherheitsabschaltung machen) haben eine Parasitäre Diode in Sperrichtung was bedeutet, dass wenn man am Ladeeingang den Motor Anhängt die BMS nicht vor Tiefentladung schützen kann und umgekehrt wenn man das Ladegerät an den Entladeanschluss hängt die Mosfet nicht vor Überladung schützen können. Für die Solare Anwendung sind diese BMS nur bedingt geeignet.

Common Port: hier sind 2 Reihen Mosfets gegengleich verschaltet und damit kann die Elektronik an nur einem Eingang sowohl vor Tiefentladung als auch vor Überladung schützen. Alle 3 BMS Typen sind so erhältlich. Ich empfehle wenn die Wahl besteht ein Common Port BMS.

Zahlen und Statistik zu userem Abenteuer ST21 Europe

Eine ganze Weile ist es her, dass wir von unserer Europa Reise von 11185km zurückgekehrt sind.
Gerne möchte ich deshalb auch einen Rückblick auf unsere Zahlen machen. Ich betrachte nur den Zeitraum von Start in Brüssel bis zur Ankunft in Barcelona wo wir sozusagen im „Rennmodus“ waren und grossen Wert auf maximalen Solarertrag legten. Die wichtigsten Zahlen sind:

Brüssel Barcelona: 8‘072km
79‘194 Wh Solarstrom
80‘703 Wh Verbrauch
9.74 Wh/km Verbrauch
27.14 km/h Durschnittsgeschwindigkeit
Sattelzeit pro Tag: 6h21min

1754 Wh Solarertrag im Durchschnitt  = 365Wh/100Wp Solarzellen und Tag
Rekord: 3102Wh/Tag= 646Wh/100Wp
172 Km/Tag (Ohne Ruhetag in Konstanta)

Würde man den gesamten Zeitraum der Reise (Brüssel-Lyon, nach Hause) nehmen sinken die Tages-Km auf 160, dafür steigt die Durchschnittsgeschwindigkeit auf 27.6km/h. Der Solarertrag auf diesen 9084km beträgt rund 96kwh.

Unsere Reise im Diagramm (Tipp: Excel Datei ganz unten öffnen)

In der Grafik kann man Lesen:

Produktion (gelb) und Verbrauch (Rot):  Ganz klar, dass Produktion und Verbrauch einander eng folgen müssen, da der Akku mir nur 1kwh Kapazität bei einer Produktion von bis zu 3 Kwh/Tag nur ein kleiner Puffer darstellt. Somit ist klar, dass  die Kapazität des Akkus über den Tagesverlauf gut eingeteilt, respektive so gefahren werden muss, dass der Fall des vollen Akkus in einer Pause nicht eintritt. Dies ist uns Mittags öfters passiert.

Alle Kurven folgen eng der Solarproduktion: So auch die gefahrene Strecke. An Tagen mit wenig Kilometern kommt der Akku dann zum Tragen: Zb. An Tag 7 wo wir 170km gefahren sind und 400wh vom Akku genommen haben. Der Verbrauch ist mit 6.1wh/km und 23,6kmh Schnitt auf tiefem Wert.

Allerdings Fällt die Sonnenenergie in die Mitte des Tages, d.h. Der Akku wird hauptsächlich gebraucht um am Abend und am Morgen die Nötige Energie zum Fahren zu liefern, deshalb ist es ideal wenn der Akku am Morgen bei der Abfahrt nicht unter der Hälfte ist (52V) Wenn doch, sollte die Sonne bald mal rausschauen. Bei Schlechtwetter: (400-1000wh Solarertrag) kommt man so wenn man will, immer noch locker 100km weit, aber Freude am Fahren ist anders.

Kurz gesagt: ½ vom Akku sind Tagespuffer und ½ sind Schlechtwetter Reserve.

Bei schönem Wetter ist ein leerer Akku tagsüber egal oder sogar wünschenswert für eine längere Pause.

Akkuspannung bei Tagesende

Ein Akku der Voll ist macht nichts, heisst man hätte am jeweiligen Tag länger fahren können aber ein leerer Akku ist am nächsten Morgen unangenehm  wenn die Wolken die Sonne verdecken. (Pokerspiel mit dem Wetter)

Für die Rechner: Diese Zahlen sind bei Solar-optimierter Fahrweise entstanden:  Steht nicht die Sonne im Zentrum der Reise, wird der Schnitt von 365wh Solarstrom pro 100Watt Peak und Tag nicht stimmen.  Solar optimiert heisst: Akku möglichst nie Volllaufen lassen. Gute Ausrichtung der Panele während der Fahrt und beim Halten sowieso. Und nicht im Schatten parken!

Link zur Excel Tabelle:

The Suntrip Prolog: von Lyon nach Brüssel 1200km

Vorgestern (12. Juni) haben wir unser Hauptquartier auf dem Camping Druivenland (Dravenland) bezogen. Der Offizielle Start wird am 16 Juni sein. Wegen dem Besuch von Joe Biden, einen Tag später. Die Sonne brennt auf den Rasen und wir sind froh, zusammen mit Peter und Ann, im Schatten der Solarpanels unserer Bikes zu liegen.

Wir waren am 26. Mai bei uns im Heimisbach losgefahren. Mein Vater Erwin hat uns bis nach Genf begleitet und wir waren froh um die Bequemlichkeiten welche er mit seinem Klapp-Wohnanhänger mitgeführt hat. Den ersten halben Tag fuhren wir im Regen, aber danach war uns die Sonne wohlgesinnt.

1. Übernachtung in den Hügeln vor Lausanne
Nach der Woleibrücke bei Bern
Ruth, die Frau von meinem Bruder, ist die erste, die mit einem meiner Rackpanels und Boschmotor herumfährt

Nach Genf mussten wir bereits zum ersten mal einen Schweisser suchen, eine Stange, welche an der Gepäckträgerbefestigung unter dem Sattel festgeschraubt war, ist gebrochen. Nun ist sie mit einer eingeschobenen Gewindestange verstärkt. Bei mir ist mittlerweile die gleiche Stelle defekt und wird von einem Inbusschlüssel zusammengehalten. Wir fahren so problemlos, werden aber bei Gelegenheit eine saubere Reparatur vornehmen.

Der Prolog ist weitgehend eine organisierte Solarfahrradreise im Stil der kleinen Frankreich Suntrips. Das heisst: Übernachtung organisiert, technische Unterstützung, Lademöglichkeit am Mittag und Frühstück sowie einige Abendessen. Eine super Gelegenheit um den Suntrip Spirit kennen zu lernen. Die Atmosphäre ist echt angehem und man verbringt eine lustige Zeit miteinander. Fachsimpeln neue Ideen entwickeln ein bisschen Wettbewerb beim Fahren und Vergleichen der Werte. Wir sind kaum der vorgegebenen Strecke gefolgt und waren relativ oft alleine unterwegs was auch schön war. Später waren wir auch mit den anderen auf der Strecke. Für drei Tage war das Wetter regnerisch, so nenne ich nun den Grand Balon d’Alsace le „Grand Nuage“ da es Nebel und Nieselregen hatte und man die nächste Kurve nicht gesehen hat. Das waren reale Suntrip Bedingungen und es hat sich gezeigt, dass wir 100km ohne Nachladen bei schlechtem Wetter gut fahren können.

EU Parlament

Heute ist Mittwoch der 15. Juni, der letzte Tag vor der Abfahrt. Wir haben heute noch erledigt was zu erledigen war. Nach dem Frühstück haben wir mit Epoxi die Zeltstangen von unserem Coop Trophy Zelt geklebt. Das Zelt ist schon alt und wir haben es sicher schon für 100 Nächte gebraucht. Der Suntrip2018 hat ca. 80 davon ausgemacht. Die Längsspalten in den Glasfaserstangen konnten so super geklebt werden. Auch der Frosch, der bei mir als Lenkersperre beim Parken dient, ist wieder ganz. Ich habe einmal vergessen ihn herauszuziehen und daher war er angebrochen. Das wichtigste war aber, dass wir unsere gebrochenen Stängeli schweissen konnten. Eine Karosseriewerkstätte hat uns das mit Freude gemacht. José hat uns Porto wo wir auf dem 2. Teil der Reise durchkommen wärmstens empfohlen, denn es ist seine Heimat wo er nach der Pensionierung zurückkehren wird. Vielen Dank! =)

Am Briefing von heute Nachmittag haben wir noch die letzten Infos bekommen und die ersten Mitstreiter haben angefangen eine schöne Reise zu wünschen. Vielleicht sieht man sich nach Morgen nicht mehr, da jeder seinen eigenen Weg in seinem eigenen Tempo fahren wird. Dank der Live Karte können wir aber sehen wo wer ist und ein gemeinsames Bier oder ein paar Tage Fahrt zusammen wird es sicher geben.

Liebe Grüsse und bis bald wieder!

Daniel&Sibylle

Wie der Vater so der Sohn, wie der Sohn so der Vater

Einmal so und einmal So. Es ist schön, wenn man sich gegenseitig inspirieren kann. So wurde durch mein Bauen von Solarfahrrad Equipment mein Vater zu neuen Taten inspiriert. Er hat sich zu seinem  1000 Watt Speedped einen Solarwohnanhänger gebaut. Er ist neben Solarzellen (4x90Wp) mit allerlei technischem Schnickschnack ausgerüstet und kann mit dem verbauten 1.5kwh 24 Volt Akku nicht nur das Speedped laden, sondern hat auch einen 230V Wechselrichter, USB Lader, Wasserkocher und eine Musikbox verbaut.

Das Solardach vom Fahrrad kann demontiert werden und auf seinem Dacia mini Cämper auf das Dach montiert werden. So kann er dort auch mit Solarstrom laden. Die Stoffeinfassung mit 2 Reissverschluss Eingängen hat meine Frau Sibylle genäht.

Rack Panel 80 bald fertig

Testfahrt auf den nächsten Hügel. Gutes Fahrverhalten, auch offroad.

Die Heizung für das Haus hat viel Zeit in Anspruch genommen. Die ganze Woche war viel schaufeln angesagt für den Graben wo das Futterrohr für die Fernleitung an die KWB Schnitzelheizung von unserm Nachbarn angeschlossen kommt. Daher ging bei den Rackpanels nur wenig weiter. Die Halterung wo das Panel universell auf jeden Gepäckträger montiert werden kann, und auch Seitentaschen noch eingehängt werden können, hat viele Einzelteile welche ich alle von Hand herstelle.
Jetzt habe ich aber Zeit. Mein Vater übernimmt die Montage des Wärmezählers und des Wärmetauschers beim Nachbarn. Heute Morgen wurden die Halterungen fertig und ich bin nun dabei das Gummiprofil welches das Panel schützt zu verkleben.

Löten des Positionslichts
Halterung mit dem auf Gummipuffern gelagertem Panel

Umschalter zwischen Netzstrom und Solar Wechselrichter für einen Sicherungskreis

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Diese Schaltungen habe ich entwickelt um einen Sicherungskreis zwischen Solarstrom (Wecheselrichter an 12v) oder normal über das Netz laufen lassen zu könnnen. Kriterien: -Per Taster akivier und löschbar. -Strikte Einhaltung der Folgeschaltung der Relais (auch bei Stromausfall) – Kein standby Verbrauch.
Lösung. Teil1: Monostabile Kippstufe mit Selbsthalteschaltung (kurzer impuls aktiviert, etwas längerer impuls löscht die Selbsthaltung) Teil2: Schaltung der 3 Relais entlang der lade/Entladekurve eines Elkos. Spannungen über Z-dioden auf Basis der Vorschalttransistoren. Dadurch ergeben sich beim Ein/Ausschalten unterschiedliche Verzögerungen der Relais was aber keine Rolle spielt. Ist die Speisung mit einem grossen Elko ausgestattet dann bleit die Schaltfolge der Relais auch bei Stromausfall der Versorgung in der richtigen Reihenfolge so dass es zu keinem Kurzschluss zwischen Netz und Solarwechselrichter kommt.
Mittlerweile ist die Schaltung fertig in ein Gehäuse montiert und wartet auf den Einbau.
Lust auf einen Nachbau? fragen per Mail an mich.

Solaranhänger April 2020

Solaranhänger April 2020

Im April durfte ich für einen Kunden einen Solaranhänger für die Teilnahme am Suntrip 2020 Bauen. Unterkonstruktion aus Astfreiem Holz mit Carbon rowing verstärkt. Steife Carbon Konstruktion und Paneele einzeln auf Gummipuffern gelagert. Integriertes Positionslicht im Rahmen.

Kleinserie „RackPanel 80“ in Bau

Die Konstruktion ist im Gange, die ersten 4 Carbon Rahmen für die RackPanels sind fertig.


Das RackPanel bietet einen einfachen Einstieg in die solare Mobilität

Mit seinen 80Watt Spitzenleistung und einer kompakten Grösse von nur 54x80cm ist es eine einfache und sehr robuste Alltagslösung die auf jeden üblichen Gepäckträger passt.

Dank der Überhöhung von ca. 12 cm muss einzig auf einen Korb verzichtet werden. Taschen Jeglicher Art steht nichts im Weg.

Was bringt das Panel? Nach Süden ausgerichtet bringt es an einem sonnigen Sommertag realistischerweise 300-400 wh (ein Standard E-bike Akku hat so um 400-700 Wattstunden)
Ich empfehle es für Gelegenheitsfahrer und Ausflügler. Zuhause an einem nicht voll beschatteten Ort parkiert, starten Sie immer mit vollem Akku. Während des Ausfluges lädt sich der Akku während Sie Pause machen. Aufmerksamkeit und Gesprächsstoff ist Ihnen auf sicher!

Preis und Verfügbarkeit ab Ende November 2020.

Planung des Panels


Der Solarladeanhänger Ist in Betrieb

Er steht für die Saison 2021 beim Krummholzbad im Heimisbach und stellt gratis Sonnenenergie für die Velos der Gäste bereit. Dank den grossen Lkw-Batterien kann auch bei schlechtem Wetter geladen werden.

Das Krummholzbad befindet sich im malerischen Thal Heimisbach. Die Wirtefamilie Sommer verwöhnt Ihre Gäste mit Leidenschaft und wartet an den Wochenenden mit echten regionalen Gaumenfreuden auf. Die Gegend ist ideal zum Wandern und Biken.

Bau des Solarladeanhängers

Der Tipp für diese Werbeidee kam von meinem Vater. Da ich ein ganzes Inventar an Solarpaaneelen habe, und nicht alles für den Bau von Solarfahrrad-Dächern nutzbar ist, hat es sich angeboten eins davon für diesen Anhänger zu nutzen. Der Anhänger selbst stammt von meinem Grossvater und war in desolatem Zustand. Die Speichen gebrochen, der und der Rahmen rostig. Also passte ich stabile Mofa räder ein, schweisste Tragkonstruktion und Stützen an und verpasste dem Ganzen eine schöne 2k Lackierung.

Zur Technik

Der Solarladeanhänger hat folgende technische Daten:
-Solarpanel: 275wp @46Volt
-Laderegler: Mppt von SRNE 30A max
-Akku 2stück occ. von MAN Lkw: 12v 225Ah mit gut 4kwh Speicherkapazität
-Boost Converter (transformieren von 12 volt auf jeweilige Akkuspannung)
6 stück, mit je einer Eingangsleistung von 240w
– Wechselrichter 230v 2 stück, 300w mod.sin. wave und 500w pure sin wave
Am 300W kann ein standard ladegerät angeschlossen werden und am 500w zwei.


Folgende Anschlüsse sind direkt verbaut:

1)Speedped 15s Akku Endspannung 63V Ladestrom 4.5A
2)Speedped 14s Akku Endspannung 58.8V Ladestrom 4.5A
3)Doppelstecker 36V Velo, 10s Akku Endspannung 42V Ladestrom 3.5A)
(Polarität: + in der Mitte, doppeltes Laden möglich, tieferer Akku wird zuerst bedient)
4)Bosch 36V Akku Endspannung 42V Ladestrom 5.5A

Zum Erweitern der Station, und für sonsige Tüfteleien suche ich noch Ladegeräte/ Ladestationen möglichst vieler E-bike marken. Bitte mit Angaben von Marke, Motor und zugehörigem Akku bei mir vorbeibringen oder senden. Danke für die Mithilfe.