10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen...

10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: michael-123 user status icon global
Datum: 13. September 2011 20:46

Werte SAM-Gemeinde,
der SAM mit der Nr.15 wurde zum 10-jährigen mit neuer Akku-Technik ausgestattet, leicht und richtig flott ist er damit geworden.

180 LiFePO4-Zellen in 60s3p-Setup
200 V, 6 kWh
Crash-, vibrations- und thermisch geschützt (Sandwich-Konstruktion)
Cockpit-Display zur Anzeige von SoC, Ampere (+/-), Watt (+/-), Volt, Temperatur, kWh, …
Kein Zell-Balancing
Unterspannungsüberwachung mit Hysterese via LED’s und Summer von je einem 5s-Pack über 12 eigenständige Controller, 12-Kanal Diagnosebox mit externer Ladefunktion
Original-Verkabelung wurde wiederverwendet, ebenso der Zivan Lader, der nun vom SAM-Innenraum aus feinjustiert werden kann (I und U).
Drittes „Pedal“ im Fußraum zur bequemen Reku-Abschaltung,
und einiges mehr…
Kosten des Komplettumbau inkl. Zoll, Steuer und Versand ca. 3100 ¤

Details mit vielen Bildern im WebLog unter [www.free-blog.in]


Gruß
Michael



1-mal bearbeitet. Zuletzt am 13.09.11 20:46.

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: JPKessler user status icon global
Datum: 15. September 2011 09:36

Das sieht ja super aus, gratuliere...:cheers:

Sag mal, hast du nicht Angst, dass dir einzelne Zellen nach unten abdriften (ohne komplettes Laden und Balancen der Batterie) und dadurch langsam die Reichweite verloren geht, und am Schluss hast du ein paar kaputte Zellen...Ich glaube, das ist mir gerade passiert, leider bekomme ich keine passenden HiPower Zellen 40Ah (die Alten?!) mehr, also muss ich wohl oder übel wieder in eine neue Batterie investieren...:-(

Oder bietest du diese Batterie als Bausatz für die 3100 Euros an?

Gruss

JPK

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: Andreas106 user status icon global
Datum: 15. September 2011 09:54

Hallo Michael,

Glückwunsch zu deinem tollen Umbau. Wie durch Zufall habe ich gestern deine Seite aufgerufen und nicht schlecht gestaunt über deine gute Arbeit, Respekt.
Wie es aus sieht, hast du Headway verwendet. Es wäre toll, wenn du ein paar mehr Details über Bezugsquelle, Typ, Halterung, Verbindungen und Überwachung etc. in deinem Blog schreiben würdest.

Dein SAM ist echt ein Hingucker.

Viel Spaß beim Fahren


Gruß
Andreas


SAM EVII 106

Spritmonitor.de

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: michael-123 user status icon global
Datum: 15. September 2011 22:45

Danke Jean-Pierre und Andreas für die Glückwünsche.

Ich werde meinen Umbau wie ein Open-Source-Projekt behandeln und alles Notwendige frei und ohne kommerziellen Hintergrund veröffentlichen (Bezugsquellen, Pläne, etc.).
Aber dazu braucht es noch die ein oder andere Woche Zeit, zum einen möchte ich ein wenig mehr praktische Erfahrungen sammeln und außerdem fordern unsere drei kids zurecht wieder mehr Zeit vom Papa (O-Ton: …“is der SAM jetzt endlich fertig ?).

Beim „Abdriften“ der Zellen sind die Balancer (resistiv oder auch kapazitiv) nicht ganz unschuldig, das ist zumindest mein Eindruck nach 1,5 Jahren Internetrecherche und Brainstorming.
Zum einen sind diese Dinger defektanfällig (dann folgt die komplette Tiefentladung der Zelle) und oft unterdimensioniert (Stichwort Reku), zum anderen provoziert ein permanentes „Top-Balancing“ langfristig eine größere Streuung am unteren Ende.
Und genau das unter Ende – also der Knick bei dem die LiFePO’s so etwa 2,9 / 2,8 / 2,7V unterschreiten, gilt es zu „monitoren“.
Dabei muß nicht jede Zelle überwacht werden (Aufwand und Risiko sind bei 200, 300 oder 400Volt-Systemen beträchtlich), es reicht relativ und in Gruppen zu überwachen, um Tendenzen zu erkennen.


Gruß
Michael

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: R.M user status icon global
Datum: 18. September 2011 13:11

Hallo

Wie alt sind deine Hipower Zellen ich hab noch ein paar da ich nicht alle für ,ein Projekt gebraucht haben wurden bis 3,3V geladen und eingelagert, ansonsten nie benutzt.

Gruß

Roman

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: JPKessler user status icon global
Datum: 19. September 2011 09:05

Ciao Roman

Die müssten aus dem Jahre 2007 oder 2008 sein, ich habe sie im Frühling 2009 montiert, und da hatten sie schon 1 Jahr auf dem Buckel. 40Ah Kapazität und sie müssten so um die 150-155mm lang sein. Ich habe den SAM noch nicht auseinandergenommen, das mache ich erst im Frühling. Es könnte aber auch sein, dass sich nur die Schrauben gelockert haben und die Pole keinen ordentlichen Kontakt mehr liefern...wir werden sehen. Also die Zellen schön brav pflegen, ev. brauche ich sie?!

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: R.M user status icon global
Datum: 19. September 2011 21:22

Hallo

Baujahr stimmt schon mal ich habe momentan noch 6 neue, plane aber für nächstes Frühjahr den 12V Bleiakku durch die Zellen zu ersetzen, bleiben also noch 2 neue übrig.

Das mit der schlechten Verbindung halte ich für wahrscheinlich, am besten Dipolplättchen und Vaseline verwenden.

Gruß

Roman

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen / mehr Details ... #
geschrieben von: michael-123 user status icon global
Datum: 03. Oktober 2011 21:51

Hallo SAM-Gemeinde,
hier – in komprimierter Form – das Wichtigste zum Umbau.

Ladegerät:
Es wurde der original Zivan NG3-Lader mit seinem (im EEPROM gespeicherten) Hawker Lade-Algorithmus verwendet.

Um den Zivan von „außen“ bzgl. Strom und Spannung einstellen zu können, wurde ein 15mm Loch in das Kunststoff-Gehäuse gebohrt – genau über den beiden blauen Trimm-Potis, die sich auf der senkrecht montierten Platine befinden.

Dann noch ein 20mm Loch in den Alu-Tunnel gebohrt – vorher die Position exakt ausgemessen (etwa lotrecht unter dem SAM-Zündschloß), eine Plastikblende drauf – fertig.
Die Öffnung hat auch noch den Vorteil, dass die Zivan-Lade-LED bzw. deren Farbe erkannt werden kann (bei evtl. Störungen) und ein kleiner Lüfter Warmluft in oder aus den Fahrzeugtunnel zu- oder abführen könnte.

Der/das vordere Poti (zur Bug-Schnauze hin) regelt den Strom - nach rechts drehen erhöht den Strom.
Der hintere Poti regelt die Spannung - nach rechts drehen bewirkt eine Erhöhung.

Mit einem gut isolierten Phasenprüfer-Schraubendreher kann nun feinjustiert werden.

Zur Umschaltung der Ladeleistung (1 kW Range-Extender-Modus bzw. 2,5 kW) habe ich nicht die beiden Adern, die in der Bug-Schnauze liegen, verwendet, denn mit der anzulegenden 12V-Hilfsspannung würde dann dauernd unnötige 30mA fließen (Relais-Spule von K4).
Stattdessen wurde im Sicherungskasten das Relais K4 entfernt und mit einem 2-poligen Schalter die Funktion der beiden Relaiskontakte, die zur Leistungselektronik bzw. zur Zusatzplatine des Zivan führen, übernommen.

Nach vielen Überlegungen und „empirischen“ Messungen lade ich die LiFePO’s nach folgendem Schema:
Verwendet wird der Range-Extender-Modus mit einem justierten Ladestrom von ca. 5,6 A (CC-Phase), entspr. etwa 1150 Watt DC, der Wirkungsgrad des Zivan liegt hier bei 91-95% - also mehr als die min. 85%, die Zivan angibt.

Geladen wird in der ersten Phase, also mit konstantem Strom von ca. 5,6 A, bis die eingestellten 209-210V (etwa 3,5V/Zelle) erreicht sind, dann beginnt die CV-Phase, die recht kurz ist, hier sinkt dann der Strom bis runter auf 0,5 A, dann bis etwa 0,1 A, damit werden die Elektronen ziemlich „harmonisch in die Zellen geschoben“, die 12 jeweiligen 5s-Einzelspannungen liegen stets sehr dicht beisammen.

An der 230V-Steckdose hängt ein Conrad Energy Logger, der zeigt ziemlich genau die Wirkleistung/Scheinleistung/cosPhi/Tages kWh/ usw. an, an diesem Logger ist eine intelligente Ansmann AES3 Steckdose (8,50 ¤ bei voelkner.de) nachgeschaltet, diese kann Standby-Leistungen (<70W Wirkleistung) erkennen und erlernen und sie schaltet bei mir letztlich den Zivan bei unterschreiten ab, sodass die weiteren Lade-Phasen nicht zur Anwendung kommen.

Das ganze Ladeprozedere kann mit dem Cockpit-Display und dem Energy-Logger sehr gut und umfangreich verfolgt werden – siehe Bilder.



Gelegentlich wird dann über meine 12-Kanal Diagnose-Box und einem Modellbau-Lader (Junsi iCharger 106B+) auf 18V (= 3,6V/Zelle) hochgeladen, 20 bis 80Wh pro 5s-Pack sind dabei noch zusätzlich zu erzielen – das ist nicht die Welt.


Akku-Pack:
Setup:
180 Hochstrom-Einzelzellen von Headway Typ 38120S (10 Ah, mit Schraubanschluss) – diesen Typ findet man zu hunderttausenden in ebikes und Co.
60s3p, also immer 3 parallel und dann 60 in Serie.
Ergibt typ. 200 V Ruhespannung bei 30Ah, macht etwa 6 kWh Energieinhalt, 5-10C Dauerentladung möglich.

Ich habe 190 Stck. bei evassemble.com in China direkt bestellt.
Die Zellen kommen inkl. der Zellhalter (Lego-System) und Verbinderplättchen, letztere habe ich jedoch leicht nacharbeiten müssen (Lochabstand).
Bei günstigem Dollar/EUR-Kurs (im Mai 2011) wurde das Material via Luftpost und Spedition bis an die Haustüre geliefert – vorher via Paypal bezahlt; Zoll und Steuer-Bescheid kamen etwas Später und fielen (dank einer spartanischen Rechnung) sehr „moderat“ aus.
Ab Bestell-Eingang bis Lieferung vergingen nur 3 Wochen.
Stückpreis inkl. Halter und Verbinder inkl. aller Nebenkosten 14,10 ¤.

Aus den 190Stck. wurden die besten 180 herausselektiert, es war keine einzige Zelle defekt oder irgendwie suspekt, alle gleich geladen (es fehlten je nur etwa 5% zur Vollladung).
Aussortiert wurden vor allem die, die 5h nach Volladung eine deutlich niedrigere Zellspannung hatten (z.B. 3,38 statt typisch 3,46 V)

Selektiert wurde nach Ri,
nach Spannungslage (initial und 5h nach Vollladung)
und nach Entlade- bzw. Ladecharakteristik,
denn typisch für die Headways ist, das es (statistisch) keine direkten Zusammenhang zw. Ri und Kapazität gibt – die Zellen haben etwas „magisches“…

Die jeweils 3 parallel-geschalteten Einzelzellen wurden demnach so gruppiert, dass sie sich in den unterschiedlichen Phasen (entladen bzw. laden bei hohen oder niedrigen SoC-Ständen) stützen bzw. ausgleichen.

Zum Selektieren wurde der ICharger 106B+, der CBAIII von West Mountain Radio und eine Labornetzteil verwendet, damit habe ich mir eine Methode zum effektiven „qualifizieren“ erarbeitet.

Verbinder und Zell-Pole wurden mit der rauen Seite eines Schwamms und mit Polfett behandelt.

Crash-, vibrations- und thermisch geschützt ist das Akku-Pack mittels der spez. Halteblöcke in einer Sandwich-Konstruktion, bestehend aus Alu-Tunnel, Alu-Schublade, PE-Schaummatten und PVC-Platten (Gutagliss).
Das Pack liegt auf einer dämpfenden 3mm Feinriefengummimatte – hier habe ich den Vorsatz „Gewicht zu sparen, wo es nur geht“ mal kurz aufgegeben - die Matte wiegt 1,7 kg.
Gesamtgewicht Akku-Pack komplett mit Halter, Sandwich, etc. ca. 67 kg

Mit diesem Arrangement benötigt man keine aktive Kühlung, bei 28°C Außentemperatur wird’s nicht heißer als 35°C im Rack.

Die Wärme wird durch den Sandwich-Aufbau auch über Nacht gut im Rack gehalten.
Beispiel:
Temperatur im Rack nach der Heimfahrt vom Büro und dem abendlichen Ladevorgang 26 °C, in der Garage hatte es 17 °C.
Am nächsten Morgen hatte es 12 °C in der Garage, im Rack noch 20 °C.

Die 12V-Versorgung übernimmt ein separater 12V/26Ah Blei-Gel-Akku (in der Schnauze), geladen wird er über ein extra 3,6 A Ladegerät.
Eine leichtere Lösung (12V 10Ah Headway-Pack mit DC/DC vom Fahrstromakku) ist mir derzeit „noch“ zu heikel (Stichwort: Isolation) bzw. umständlich und ineffektiv – vielleicht kommt in 2012 ein 7kg leichter 12V/40Ah Winston-Akku zu Einsatz.

Überwachung der Zellen:
Da habe ich lange überlegt…es würde wohl einige Seiten füllen, hier das Warum und Wieso zu erläutern…

Als Cockpit-Display verwende ich das EV Display von CleanPowerAuto LLC USA, das Ding ist wirklich erste Sahne und (in dieser Spannungsklasse) ziemlich preiswert (ca. 210¤ inkl. Versand und Steuer), Varianten mit USB-Port bzw. Bluetooth und Android SDK sind in Planung.

Microcontroller / Hall-Sensor zur Berechnung bzw. Anzeige von
SoC, Ampere (+/-), Watt (+/-), Wh, Volt, Temperatur, kWh, …


Hier verschiedene Ansichten des Displays beim Laden mit 1162 W sekundärseitig (1222 W Wirkleistung, siehe Bild oben vom Logger).

Dann verwende ich keine Zell-Balancer.

Die vorhandene (und recht hochwertige) Verkabelung mit dem 15-pol Rundstecker bzw. Buchse wurde wieder verwendet – und zwar 13 Adern davon.
Das 60s-Pack wurde in 5s-Gruppen unterteilt und so eine 12-Kanalüberwachung realisiert.
Die führt erstmal zur Diagnose-Box im Bug, damit kann extern geladen/gemonitored werden (5A können die Huber&Suhner-Adern locker ab, allerdings nicht alle gleichzeitig, wegen dem Rundstecker).
Von der Diag.-Box führt ein robustes und armiertes Kabel zum Radio-Einbauschacht.
Dort gibt es eine Unterspannungsüberwachung via LED’s und Summer von je einem 5s-Pack über 12 separate und eigenständige Microcontroller – die LED’s leuchten durch eine Plexiglas-Abdeckung – siehe Bild, das Design wird noch optisch „optimiert“ ….



Die Schaltung basiert auf 12 Stück 4s-LiPo-Monitore von lipoly.de für 4,90¤ pro Stück.
Die 12 Kanäle werden jeweils über selbstrückstellende 300mA-Sicherungen gespeist.

Die 4s-LiPo-Monitore eignen sich gut zur 5s LiFePO4-Überwachung und zeigen an bzw. warnen mit blauen und roten LED’s bzw. je einem Summer, der kurz oder auch permanent (wenn mind. 5 Sekunden lang umgerechnet 2,7V/Zelle unterschritten wird).
Eine Unterspannungs-Situation ist durch das piepen extrem einfach mitzukriegen – auch ohne irgendwo hinzuschauen.
Allerdings nur innerhalb eines 5s-Packs und somit eben nicht für jede einzelne Zelle, was aber aufgrund der relativen Auswertung (von 12 Sub-Packs zueinander) kein Problem ist.

Um Strom zu sparen bzw. gezielt einzelne Kanäle zu resetten, können mit 6 zweipoligen Schaltern die 12 Monitore ausgeschaltet werden – ich schalte den Monitor erst bei unter 50% SoC zu.

Sonstiges:
Aus der Kühlmittelpumpe wurde das Rückschlagventil entfernt und am Ausgang mittels eines Adapters ½ nach ¼“ (oder so ähnlich) ein durch den Kühlschlauchumbau an der Leistungselektronik freigewordener Fitting eingesetzt.
Die Förderleistung steigt somit an und erstmals kann man spüren, wie die beiden Kühlmittel-Kanäle am Rack schön warm werden – ein geniales Konzept.

Neben Fahrstrompedal und Bremse wurde links ein „3. Pedal“ verbaut (siehe Bild oben) – eigentlich ein Fußtaster, der zum bequemen Deaktivieren der Energierückgewinnung (Rekuperation) dient, was sich in manchen Situationen als reichweitensteigernd auswirkt.
Der Fuß-Taster ist von Marquardt (Typ MAR 2410.0401, bei Reichelt.de für 17,50¤)

Das original SoC-Kästchen inkl. Kabel wurde entfernt, die Energie-Anzeige im Cockpit zeigt deshalb immer 100% an, allerdings hat das EV-Display 2 Open-Collector Ausgänge und einen Ausgang mit einstellbarer PWM, der evtl. an die Energie-Anzeige angepasst werden kann.
Das Eco-Meter funktioniert weiterhin, denn es wird ja über die Leistungselektronik angesteuert.

Bis auf die Gummimatte und den 12V-Akku wurde konsequent auf Leichtbau geachtet, überflüssiges ausgebaut (z.B. Radio und Lautsprecher, spart exakt 2kg).

Standlicht und Kennzeichenbeleuchtung in LED (sparen “ 16 Watt“)


Gruß
Michael

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen / mehr Details ... #
geschrieben von: JPKessler user status icon global
Datum: 29. April 2012 07:53

Ciao Michael

Wie gehts dir und deinem SAM01? Ich muss leider zurückkommen auf mein SAM Problem, 5 von meinen 54 Hipower Zellen (die alten 40Ah) sind leider kaputt, also es sieht wieder nach "in neuen Batterien investieren" aus. Wie bist du mit deinem Umbau zufrieden, funktioniert noch alles?

Gruss

JPK

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen / mehr Details ... #
geschrieben von: michael-123 user status icon global
Datum: 29. April 2012 20:19

Hallo JPK,
der SAM funktioniert einwandfrei, ich musste nichts nacharbeiten, die Headway-Zellen machen das, was sie sollen, nämlich gleichmäßig Saft liefern.
Wahrscheinlich liegt das an der aufwändigen Zellenselektion, dem moderaten Ladestrom (5,5A anstatt 12A) – außerdem fahr ich den Akku-Pack ja immer nur bis etwa 50% SoC runter.

Ich würde trotzdem versuchen die defekten 5 Hipower Zellen zu ersetzten als ein komplett neues
Pack aufzubauen.

Falls die hier [www.lithium-car-battery.biz]
trotzdem noch zu hoch sind, dann könnte man auch zwei 20Ah-Zellen verwenden, diese hier
[www.faktor.de]〈=en
wären doch eine Alternative ?

Viel Erfolg !

Gruß
Michael

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen / mehr Details ... #
geschrieben von: JPKessler user status icon global
Datum: 30. April 2012 08:15

Ciao Michael

Danke für die rasche Antwort, ich habe bisher sehr schlechte Erfahrungen gemacht mit dem Austausch von Zellen. Eigentlich bin ich der Meinung, dass das gar nicht auf Dauer geht!

Die von dir vorgeschlagenen Zellen sind leider zu gross, ich habe noch die alte Version drin, hast du nicht einmal gesagt, dass du noch 6 Stück von den alten hast? Vielleicht wäre das ein Versuch wert?

Gruss

JPK

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen / mehr Details ... #
geschrieben von: michael-123 user status icon global
Datum: 30. April 2012 14:15

Hallo,
der Roman (alias R.M.) hatte damals noch welche - siehe etwas weiter oben im Thread.

Gruß
Michael

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen... #
geschrieben von: Sven Salbach user status icon global
Datum: 31. Januar 2014 18:23

welche Reichweite hat der Sam mit dieser Konfiguration?

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EL Fact 4 Targa, BJ:7.03 im Besitz seit km: 4343 dem 15.5.2006
Spannung: 51,2Volt / 160Ah / 16 Zellen Thunder Sky / Winston
Reichweite: 160-240km
Akkuleistung derzeit: ca. 56.000 km, verbaut bei 43000km im April 2011
selbst gefahrene KM bis heute:99.000 viel Stadt, viel Kurzstrecke
McCoi Kettenöler, Litrade BMS, Kettenschutz, 3KW Untersitzlader(Meanwell), Kelly 4QD (PM48401
Ort:Hannover
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el.png

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen / mehr Details ... #
geschrieben von: Sven Salbach user status icon global
Datum: 31. Januar 2014 18:26

Bei den Hipower muss man beachten das es verschiedene Typen gibt.
Die alten sind schwer zu ersetzten.
Generell kann ich die HiPower nicht empfehlen

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EL Fact 4 Targa, BJ:7.03 im Besitz seit km: 4343 dem 15.5.2006
Spannung: 51,2Volt / 160Ah / 16 Zellen Thunder Sky / Winston
Reichweite: 160-240km
Akkuleistung derzeit: ca. 56.000 km, verbaut bei 43000km im April 2011
selbst gefahrene KM bis heute:99.000 viel Stadt, viel Kurzstrecke
McCoi Kettenöler, Litrade BMS, Kettenschutz, 3KW Untersitzlader(Meanwell), Kelly 4QD (PM48401
Ort:Hannover
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el.png

Re: 10 Jahre SAM - und zum Geburtstag gab es 180 Lithium-Zellen / mehr Details ... #
geschrieben von: Sven Salbach user status icon global
Datum: 31. Januar 2014 18:27

oha...ich sehe gerade hier im Forum ist nicht viel los...der Thrat ist ja bereis 3 Jahre alt..ups

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EL Fact 4 Targa, BJ:7.03 im Besitz seit km: 4343 dem 15.5.2006
Spannung: 51,2Volt / 160Ah / 16 Zellen Thunder Sky / Winston
Reichweite: 160-240km
Akkuleistung derzeit: ca. 56.000 km, verbaut bei 43000km im April 2011
selbst gefahrene KM bis heute:99.000 viel Stadt, viel Kurzstrecke
McCoi Kettenöler, Litrade BMS, Kettenschutz, 3KW Untersitzlader(Meanwell), Kelly 4QD (PM48401
Ort:Hannover
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