am 23 Umbau auf LiFePo

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    imported_Berny
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    am 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Ekris user status icon global
    Datum: 15. August 2010 21:55

    Werte Gemeinde,

    Nr23. hat gerade LiFePo-Zellen bekommen, hier Infos vom Umbau. Nach inzwischen knapp 4000km steigt die Begeisterung noch. Ich fahre täglich 2x7km meines Arbeitsweges (2x14km) nur vmax (schnelle Bundesstraße) ohne das Gefühl, dass dadurch die Batterien geschädigt werden. Die aktuelle Reichweite ist 70-90km (Winter 3Grad ~50km), endlich kann ich auch mal 30km nur in eine Richtung fahren (und später wieder zurück) ohne Sorge über die Energiemenge. Speziell das BMS mit der genauen Energiebilanz entspannt dabei sehr.

    *** Update 2013-03. Nach inzwischen ca. 500 Zyklen, meist ca. halbleer gefahren, ist inzwischen ein deutlicher Einbruch der Speicherkapazität erkennbar. die Spannung sinkt schon bei höherem SOC und bei höheren Temperaturen als zuvor. Die Spannungen der Zellen driften erkennbar auseinander. Die Reichweite beträgt noch 50km, es waren am Anfang ca. 80km, d.h. ~60% Kapaziät nach 500 Zyklen***

    ***Update 2013-03. Der Balancerstrom sollte höher sein als der minimale Ladestrom. Da die LiFePo am Ende der Ladung schlagartig keinen Strom mehr aufnehmen können funktioniert das balancen nur wenn die anderen Zellen noch weiter geladen werden können. Dazu muss die volle Zelle den gesamten Ladestrom am Balancer abführen können. Dies gilt nur für Balancer die alleine spannungsgesteuert einschalten.
    Mein Ladegerät lädt 13 – 1 Amp, der Balancer hat nur 0,2 A. so funktioniert das Balancen nur in einem kurzen Moment zwischen 3.6 und 3,7V***

    Batterien, Balancer, BMS und Ladegerät sind aus China bei Fa. Shandong bestellt und fertig konfiguriert geliefert worden.

    1. Batterien:
    58 Stück Shandong 40Ah. ‚HiPower‘ das ’neue‘ Modell mit 5C angegeben.
    Angegebene Kapazität 40Ah, gemessen 36Ah@1/3C, 32Ah@1C.
    Generell sollte man bei angegebenen Werten, auch Messwerten und Kurven skeptisch sein (nicht nur bei Chinaware).
    Da ich nicht herausbekommen konnte ob die Herstellermaße für das Plastikgehäuse oder die kpl. Batt. incl. Terminals gelten habe ich mir eine Batterie vorab schicken lassen zum vermessen, da ich derweil das Batterierack gebaut/bestellt habe.

    Zellmaße: 112 x 64 x 157 (165 incl Terminal), ~1100gr.
    Maßhaltigkeit gering, Höhe o.k., Breite 64-67mm, Länge 112-114. Mehrere Zellen musste ich nachschleifen da diese zu bauchig waren.
    Die Firmenangabe von 5C ist eher mutig, da dort die Spannung schon deutlich einbricht (aber ohne dV@X%SOC anzugeben ist das eh keine vergleichbare Angabe).
    Im Fahrbetrieb mit <3C ist die Spannung recht stabil immer zwischen 188V - 192V.
    Terminals mit M14 Alumuttern. Anzugsmoment unbekannt (10Nm gewählt).
    Zellverbinder (für Zellabstand 64) mit Lochabstand 67(?) und Bohrung D16 (?)(nachgearbeitet). Zellverbinder ist T=1mm, B=25mm ~25mm².
    Einzelne Zellen mussten beim Einbau noch manuell gebalanced werden (nach Anzeige BMS).
    Diese Zellen liefern annährend bis zum Schluß vollen Strom. Bei 10%SOC geben die noch klaglos 3C ab.
    Der Spannungsabfall beginnt ca 10% vor dem Ende (dank des BMS klar erkennbar) wenn die Zelle langsam unter 3,2V geht, damit ist das Ende gut prognostizierbar.
    Der Spannungsanstieg beim Laden geht, wenn die Zelle voll ist, in wenigen Sekunden von 3,65V aufwärts bis zur Abschaltspannung. Dann sind die Zellen auch voll, d.h. auch mit 1A Ladestrom geht dann fast nichts mehr rein.
    Im Betrieb ergibt sich (ganz grob) aus aus dem Spannungsabfall von ~10V bei ~120A bei 50%SOC, 18Grad, ~3C ein Innenwiderstand von ~1,5mOhm/Zelle, das wäre ganz anständig. Bei ~0 Grad steigt der Innenwiderstand auf das 2-3fache an.

    2. Balancer
    Die Balancer schalten bei ~3,60V ein mit ~0,20A (inzwischen gibt es bis 0,8A). Der Widerstand (und damit auch der ~Strom) bleibt dann bei steigender Spannung konstant.
    Die Balancer arbeiten ’stand-alone‘, sind ca. streichholzschachtelgroß und angeschlossen/verschraubt auf die Zellverbinder. Die Balancer arbeiten unabhängig vom BMS (Batterie-Management-System). Aus den Balancern herausgeführt sind zwei einlitzige Kupferdrähte (wie Unterputzkabel) und daran ist je ein feinlitziges Kabel mit Ringkabelschuh D4 angelötet(?). Mir ist glücklicherweise nur eine Kabel bei der Montage gebrochen. Entdecken tut man dies erst beim Prüflauf wenn ein Balancer nicht warm wird. Sollten da die Zellen bereits im Fzg. sein wär’s recht aufwendig.
    Angeblich gibt es jetzt Balancer welche direkt mittig in die Terminals geschraubt werden (M4). Für die Anschlüsse der Balancer an den Enden der Zellreihen habe ich zusätzlich M4 Gewinde in die Terminals gebohrt um diese anschließen zu können. (Ich hatte 2 Zellen extra bestellt und dabei war eine defekte Zelle zum Testen ob das geht)

    3. BMS (Batterie Management System)

    Das BMS, Harbin Guantao GTBMS005A-MC11, [www.guantuo.com], misst die Spannung individuell an jeder Zelle und gibt bei Überspannung ein Signal (opt., akustisch und per Schaltausgang) und unterbricht den Ladevorgang. Dies war mir wichtig, da sonst Überspannung durch Überladen zum GAU führen kann.
    (Dann kann auch Strom unangenehm riechen)
    Das BMS misst zusätzlich mehrfach (7x) die Temperatur und summiert aus dem Strom die verbrauchte Energie (Anzeige in kWh). Dazu zeigt es immer die Systemspannung an, den aktuellen Strom und die Spannung der höchsten und der niedrigsten Zelle mit Angabe der Zellnummer. So wird kontrolliert, dass keine Zelle je mit Unterspannung betrieben wird. Die Kabellängen sind nach vorgegebenem Kabelplan gefertigt.
    Alarm bei Überspannung, Unterspannung, Übertemperatur, zu großer Spannungsdifferenz. Alles einstellbar über das Farb-Touch-Display.
    BMS-Anschluss mit Ringkabelschuh D16 (?) zusätzlich auf jede Zelle am Terminal.
    Die 59 BMS Anschlüsse führen zu 7 Slavemodulen, Der Stromsensor führt zu einem 8. Slavemodul. Diese alle sind mit einer Datenleitung mit dem Masterrechner verbunden, ebenso das Touch-Screen-Display.

    Die Anzeige der verbleibenden kWh beruhigt ungemein wenn’s auf die letzten Elektronen zugeht.

    4. Akkurack
    Akkurack neu aus Alublechen (T=1 oder 2mm) mehrteilig gebaut. Einzelteile wurden nach Zeichnung angefertigt.
    Anordnung in 2 Ebenen liegend. 12 Zellen oben, 46 Zellen unten.
    Steuergerät bleibt in der Schublade.
    Ladegerät außerhalb.
    Seitenwände geschraubt so können die Zellen (ohne Seitenwände) verkabelt werden und erst danach werden die Seitenwände montiert.
    Über den Kontakten/Terminals 2mm PE-HD Platten als Isolierung. Neben den Terminals PE-HD Viereckleiste. Montage der Teile meistens mit M5-Schrauben und Senkkopfnieten.
    Aufbau so:
    – dass das Rack einen Längsdruck, welcher durch das Ausbauchen der Zellen entsteht, aufnehmen kann.
    – dass durch normale Fzg-Kollision kein Kurzschluss möglich sein soll.

    5. Kabel
    Alle Kabel sind 35mm² gewählt. Vernünftige Ringkabelschuhe (Klauke, nicht die Blechdinger aus dem Hifi-Bereich). Steckverbinder zum Lösen der Batterie, dadurch ist u.a. auch die Montage am Batteriepack etwas sicherer da immer leicht getrennt werden kann. Achtung beim Einstecken, erst die Kondensatoren im Steuergerät vorladen, der Blitz zerstört sonst die Kontaktflächen; eine normale Glühbirne ist gut dafür geeignet. Ich habe immer die Sicherung geöffnet und vor Schließen der Sicherung an den Schraubkontakten eine 230V Glühbirne (75W besser noch stärker) drangehalten bis diese aus ist und dann noch ein bisschen. Ist etwas fummelig, geht aber. Das Funzen beim Kontaktschließen MUSS verhindert werden.

    6. Ladegerät
    Ladegerät passt nicht mehr mit in die Schublade. Firma: http://www.hztiecheng.com Model 3kW, angeblich IP46, tropfwassergeschützt (na ja…), luftgekühlt. Ich bin bei dem Aufbau, schwere Komponenten auf Platinen welche mit M3 Schrauben gehalten werden für Lebensdauer noch etwas skeptisch. Funktioniert so weit einwandfrei, moderate Wärmeabgabe spricht für einen guten Wirkungsgrad. CAN-Kommunikation zum BMS. Laden mit 13A bis die maximale Spannung an einer Zelle erreicht wird, dann wird der Strom halbiert bis wieder eine Zelle max. Spannung erreicht, usw., bis 1A, Dann schaltet das Gerät ab. Laden wird über CAN-Signal vom BMS gestartet, d.h. das Gerät funktioniert nicht ohne das BMS.

    Ladekabel primär&sekundär 2,5mm².
    Das Ladegerät ist noch nicht im Fzg. verbaut, vermutlich wird es seinen Platz im Fzg.Innenraum auf dem Batterietunnel unter dem Cockpit finden, da es nicht wasserdicht genug ist für einen Einbau außerhalb. Dazu wird es eine eigene 12V Versorgung für das BMS bekommen (~1,5A) da dieses sowohl das Laden steuert, wie auch beim laden den Strom mitzählt.

    7. Lieferung aus China
    Die Lieferung aus China hat nach Bestellung ca. 5 Monate gedauert (trotz nur 2 Wochen Fracht), u. a. für die Spezifikationen wie Kabellängen und Komponentenauswahl. MwSt und Zoll ist bei Lieferung hier zu entrichten. Garantie und Liefersicherheit sind Risikopunkte.

    8. Kühlung
    Die Fahrzeugkühlung ist geringfügig geändert.
    Bei originaler Verschlauchung ergab sich bei mir für eine Leerung der Kühlmittelflasche vom oberen zum unteren Kabelbinder ~17 sec, d.h. ~140ml/17sec = 30 l/h
    Die Überschlagsrechung ergibt daraus für 1Wh/(ltr x Grad) und dT=20Grad eine Kühlleistung von 600 W für Motor und Leistungselektronik gemeinsam. Das ist recht sparsam.

    Ich habe die vorderen beiden Anschlüsse vom Bodenkühlkanal verbunden mit ‚Pumpe Ausgang‘ und ‚Rücklauf Kühlmittelflasche‘ (führt zu ‚Pumpe Eingang‘).
    Die hinteren Anschlüsse vom Bodenkühlkanal führen auf kurzem Weg (zusätzliches Loch in dem Motorschild) hinein in ‚Eingang Motorsteuerung‘ von der Motorsteuerung zum Motor und heraus aus ‚Ausgang Motor‘.
    Der Kühlmittelfluss ist jetzt ~12sec/140ml, d.h. ~42 Ltr/h. Das ist etwas weniger schlecht als zuvor.
    Die Bosch PAA Wasserpumpe ist vielleicht nicht ideal für das dp? 3-5 Ltr/min wären gute Werte.
    Der Motor wird durch die höhere Spannung (typ. 190V) etwas wärmer. Sollte dies zu Kühlungsproblemen führen werde ich evtl. die Bosch PCA probieren. Bis jetzt geht’s. An warmen Tagen T>25°C, flotter Fahrweise (Ø70km/h)und Strecken über 40km am Stück fängt es an zu ruckeln. Na das hätte ich mir früher gewünscht…

    9. Energieverbrauch und Messwerte
    Folgende Werte messe ich beim Fahren:

    Tacho [km/h]


    Navi [km/h]


    Strom [A]
    50


    44
    60


    52


    19
    70


    61


    25
    80


    70


    30
    90


    78


    36
    95



    42
    100


    88

    Da das BMS auch den Energieverbrauch summiert aus dem Strom ergeben sich ~8 kWh/100km (Realkilomenter) für gemischten Landstraßen/Stadtbetrieb.
    Max Stromaufnahme ist 130A. Max. Rekuperation ~65A.
    Die Reichweite in den 2 Testfahrten ~75-80km (Tacho ~80-90).
    Bei schneller Fahrt lässt sich die Reichweite auf ~50km reduzieren.

    10. Kosten

    Meine Materialkosten waren ca.:

    + 5 k¤ Batterie, BMS, Ladegerät incl Zoll, Steuer&Verschiffung
    + 0,5 k¤ Blechteile
    + 0,5 k¤ Kleinteile, Kabel, Stecker, Isolierung, Schrauben, etc
    = 6 k¤ total (Material)

    11. Allgemeines

    Die 12V Bordbatterie ist auch außerhalb der Batterieschublade vorne untergebracht.

    Das Fahrzeuggewicht ist aktuell 498kg, mit Hawker 26Ah Bordbatterie, ohne Ladegerät.

    Für solchen Batterieumbau sollte man die Gefahren der Gleichspannung und die Sicherheit eines Batteriesystems realistisch einschätzen können sonst würde ich davon abraten.

    Bilder: http://www.box.net
    frühere Umbauten: forum

    Gruß

    Christoph

    20-mal bearbeitet. Zuletzt am 28.03.13 10:46.

    #2255
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: bm3 user status icon global
    Datum: 27. September 2010 19:50

    Hallo Christoph,

    vielen Dank für deinen ausführlichen Bericht der sehr interessant ist.
    Eine Frage hab ich allerdings noch, was waren deine reinen Materialkosten inklusive Zoll, Versand und Umst. für den Umbau ?
    Oder willst das uns lieber nicht verraten ?

    Viele Grüße:

    Klaus

    #2256
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Ekris user status icon global
    Datum: 28. September 2010 09:27

    Hallo Klaus, habe es nachgefügt.

    Gruß

    Christoph

    #2257
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: samchee user status icon global
    Datum: 20. Oktober 2010 21:23

    Hallo Christoph,

    vielen Dank für Deinen ausführlichen Bericht. Sehr schön sauber ausgeführt alles, gefällt mir gut! Auch ich habe vor auf LiFePo4 um zurüsten, 20 km Reichweite ist einfach nicht akzeptabel. Ich habe ein paar Fragen zu Deinem Umbau, hoffentlich nicht zu viele.

    1. Was waren Deine Gründe für die Wahl der Shandong Hipower Akkus im Vergleich zu z. B. Thundersky oder Skyenergie?

    2. Du schreibst „am balancen arbeite ich noch“. Was meinst Du damit, sind die Stand-Alone Balancer nicht ok?

    3. Wie lädst Du die Bordnetzbatterie?

    4. Wenn Du von SOC sprichst, meinst Du wahrscheinlich das Display vom BMS und nicht das Original SAM SOC oder?

    5. Hast Du alle Teile direkt von den Herstellern bezogen?

    Anderes Thema, ich habe gesehen, dass Du auf Xenon Brenner umgerüstet hast. Worauf muss man da achten, oder kannst Du mir eine gute Seite zum Einlesen empfehlen?

    Viele Grüße,
    Christoph

    #2258
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Ekris user status icon global
    Datum: 21. Oktober 2010 21:38

    Hallo Christoph,

    1. Ich habe Shandong gewählt weil die Thundersky und Sky-Energy damals zu hoch waren um quer in den Schacht zu passen. Von der Shandong passen quer-liegend 2 Zellen gerade eben so in den Batterieschacht. Mein Wunsch war es das Motorsteuergerät im Batterieschacht zu belassen. Ladegerät ging leider nicht (schade). Vielleicht gibt es da auch von anderen Batterieherstellern inzwischen was passendes. Bei den zylindrischen Headways weiss ich nicht wie sich die Zellen über längere Zeit in der Parallelschaltung verhalten?
    Hier eine Skizze vom Bauraum/Fahrzeugtunnel:
    http://www.box.net

    2. Das Balancen scheint zu funktionieren, hier finden sich Mensch und Maschine noch zusammen. Ich würde immer zu einem ‚richtigen‘ BMS raten mit Einzelzellüberwachung und Ladeabschaltung!

    3. Die Bordnetzbatterie lädt unverändert über den DC-DC-Wandler welcher in das Motorsteuergerät eingebaut ist. Im Betrieb ohne Dauerlicht reicht das. Mit Dauerlicht ist die Ladebilanz (bei mir) bei ca -1 Amp. Für die Wintersaison werde ich deswegen zusätzlich ein kleines Ladegerät einbauen. Alternativ kannst Du beim Laden der Traktionsbatterie auch die ‚Zündung‘ einschalten.

    4. SOC means State of Charge, d.h. Ladezustand der Batterie. SOC ist kein Gerät sondern eine Angabe in Prozent. Du hast aber evtl. Das SOC-Modul, d.h. das Modul welches den SOC im Cockpit anzeigt.

    5. Ich habe Batterie, BMS und Ladegerät direkt vom Batteriehersteller bezogen. Die Batterieverbinder waren dabei. BMS enthielt alle Module, Bildschirm, Hallsensor für den Strom, etc.

    6. Die Xenonbrenner kannst Du so z.B. bei ebay kaufen mit H4 Fassung. Ich mag den 4300K Lichtfarbe am liebsten. Der Einbau geht ohne Erklärung und ist wieder zurückbaubar. Ich benutze lieber die Version ’nur Abblendlicht‘, da ich Fernlicht eh fast nie benötige und bei den Kits die ich kenne die Birne an einer Blende vorbeigezogen wird (und leider nicht umgekehrt) so das die Birnenposition dann ungünstig ist. Meine Birnen starten mit 9A und gehen dann zügig auf 4A runter.

    Danke für den Tip mit dem Intervallwischer, werde ich demnächst einbauen.

    Viel Spaß beim Umbau, kannst auch gerne anrufen (und nicht am BMS geizen)

    Gruß

    Christoph

    #2259
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Harald Dreher user status icon global
    Datum: 18. November 2010 23:28

    Hallo zusammen :cheers:

    Seit Januar laufen bei mir Tests in 2 SAMs mit einer neuartigen Hochleistungs-Batterie auf LiFePO4 Basis.

    Das System besteht aus 6 identischen Power-Modulen je 30V mit einer Belastbarkeit von 700A,
    die gefahrlos getragen und eingebaut werden können.

    Das integrierte BMS ist eine revolutionäre Neuentwicklung aus eigenem Haus.

    Der Original-Controller und das Zivan-Ladegerät verbleiben im Schacht.

    Bei voller Ausnutzung der Batterie-Schublade und Auslagerung von Controller und Ladegerät hat auch eine 10 kWh Batterie Platz.

    Preise:
    _7 kWh-Batterie incl. BMS 6.500 EUR – ca._70 -100km :spos::spos:
    10 kWh-Batterie incl. BMS 8.200 EUR – ca.100 -140km :spos::spos::spos:

    Lieferbar ca. Juni 2011
    Einbau bei mir in Hannover möglich (nach Absprache)

    Viele Grüße aus Hannover
    Harald Dreher

    2-mal bearbeitet. Zuletzt am 15.05.11 18:27.

    #2260
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Andy Mühlebach user status icon global
    Datum: 05. Dezember 2010 18:08

    Hallo Harald

    Wie sind die Abmessungen eines Batteriepaketes inkl. Controller?

    Du schreibst, es handle sich um 3 Module für 7KW. Heisst das 4 Module für 10KW?

    Sind diese identisch bei der Version 7 resp. 10KW?

    Ist die Spannung angepasst an den bestehenden Motor?

    Herzlichen Gruss

    Andy

    #2261
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Harald Dreher user status icon global
    Datum: 07. Dezember 2010 13:24

    Moin Andy :xcool:

    Jedes Modul liefert 60V Nennspannung.
    3 Module werden in Reihe geschaltet = 180V Betriebs-Nennspannung

    Für die 10 kWh – Batterie werden lediglich Module mit höherer Kapazität eingesetzt.

    Der Motor darf mit 200V Nennspannung betrieben werden- ist also noch Luft nach oben:hot:

    Viele Grüße aus Hannover
    Harald Dreher

    #2262
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Markus Herrmann user status icon global
    Datum: 12. Februar 2011 15:24

    Salü Harald

    mich würde interessieren, wie frei Du bei der Konfiguration der Module bist:
    Besteht die Möglichkeit, anstelle der 3 Pakete zu je 60V, zwei (etwas grössere) Module mit je 90 V zusammenzubauen? Damit hätte ich zwei mögliche Spannungen: 180V (seriell) oder 90V (parallel).
    Wenn ja – würden die zwei Module problemlos (neben Steuerung und Ladegerät) in’s Rack passen?

    vielen Dank für Deine Infos

    Markus Herrmann

    #2263
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Harald Dreher user status icon global
    Datum: 14. Februar 2011 09:30

    Moin Markus :cheers:

    Ich habe aus Sicherheitsgründen die 60V Schutzkleinspannung gewählt.
    Ein 90V Modul wäre außerdem je nach Bauart entweder zu hoch oder zu lang für die SAM-Schublade.

    Custom made wäre kein Problem… aber
    … wofür benötigst Du 90V ?

    Viele Grüße aus Hannover
    Harald Dreher

    #2264
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Andy Mühlebach user status icon global
    Datum: 30. März 2011 18:51

    Hallo Harald

    …betreffend der tieferen Voltzahl: z.B. 96V für einen Perm-Motor

    Wir haben eine Spezialschublade (3cm höher, Sitzrollen-Nut identisch), hilft dies beim Platzproblem?

    In welchem Bereich lägen die möglichen Ah?

    Gruss
    Andy

    #2265
    imported_Berny
    Mitglied

    Re: Sam 23 Umbau auf LiFePo #
    geschrieben von: Harald Dreher user status icon global
    Datum: 31. März 2011 08:42

    Moin Andy :xcool:

    mit einer 3cm tieferen Schublade könntest Du ohne Probleme einen Block mit 110V-128 Ah einsetzen.
    Oben drauf wäre noch genügend Platz fürs BMS.

    Vorteil: Stabiler Betrieb des Perm bis runter auf 92V ohne Leistungsverlust.

    Viele Grüße aus Hannover
    Harald Dreher

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