Hallo Forum, [Einleitung] ich spiele mit dem Gedanken ein Elektrofahrzeug zu bauen - dass das nicht einfach und nicht billig ist, ist mir selbst klar. Ich bin Mechatronik-Ingenieur und habe schon kleinere µC-Platinen entworfen - eine ungefähre Vorstellung auf was ich mich einlasse habe ich also. Im Moment bin ich bei der Aufwands/Machbarkeitsrecherche. [Frage] Was muss ich alles tun um eine LiIon-Traktionsbatterie zu bauen? Meine Vorstellung: - Aus Kostengründen würde ich diese aus 18650-Einzelzellen aufbauen. - Blöcke aus (je nach Kapazität...) 20..40 parallelen Zellen. - 10..17 Blöcke in Reihe -> Ladeschlussspannung ~42-71,4V, evtl. das nochmal in Reihe (würde aber gerne unter 75V bleiben -> Niederspannungsrichtlinie). - Spitzenleistung im 2-Stelligen kW-Bereich - Kapazität im Bereich 2..5 kWh - 1-2 Temperatursensoren pro Block, Über/Unterspannungsüberwachung sowieso Probleme/Fragen: - LiIon-Zellen kann man parallel schalten, klar. Sind da bei massiver Parallelschaltung von 40 Zellen irgendwelche besonderen Effekte zu erwarten? - Wenn eine Zelle im Block stirbt, dann tut die das üblicherweise mit Kurzschluss und die anderen Zellen erzeugen mit ihrer Ladung ein schönes Feuerwerk... Muss ich jede einzelne Zelle aus dem Verbund abtrennen können? Wie macht das z.B. Tesla bei ~5000 Einzelzellen? - Brauche ich einen Balancer zwischen den Blöcken? Wie muss ich den dimensionieren? Den Spitzenstrom von z.B. 200A kann ich wohl kaum über 17 Buck/Boost-Wandler übertragen... Reichen da 5% des Spitzenstroms? - Wie funktioniert das Laden? Einfach die Ladeschlussspannung anlegen und den Rest dem Balancer überlassen? - Könnte ich auch z.B. mehrere 10 parallel * 17 in Reihe-Blöcke bauen und diese zur Kapazitätserhöhung zusammenschalten? - Hat jemand hier Erfahrung im Bau größerer Batterien und kann mir ein paar Tipps/Hinweise geben? Grüße, loetpaste
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P. B. schrieb: > - Wie funktioniert das Laden? Einfach die Ladeschlussspannung anlegen > und den Rest dem Balancer überlassen? Zumindest das kann ich dir beantworten: Mit einem festen Ladestrom so lange, bis die Zellspannung die Ladeschlussspannung erreicht. Dann Ladeschlusspannung angelegt lassen bis voll. (Also im Prinzip Ladeschlusspannung anlegen aber mit Strombegrenzung)
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Such mal nach Lithium-Speicherakkus für Solaranlagen. Falls du nicht unbedingt eine spezielle Gesamtbauform für den Akku brauchst, dürfte das die insgesamt bessere und stressfreiere Lösung werden.
Wenn es schon was kosten darf, kann man nur LiFePo4-Akkus empfehlen. Sind haltbarer als LiIon, und haben bessere Daten. Angeblich auch sicherer, aber beim beschriebenen Defekt eines Einzelakkus darf man das auch bei denen bezweifeln. Würde Einzelakkus einfach mit je einer Sicherung oder irgendwas Strombegrenzendem versehen, z.B. ein Stück dünne Leiterbahn o.ä. Platinenmaterial kann man easy auch gleich als mechanische Verbindung zum Bau der Blöcke verwenden (bei LiFePo4 mit Schraubanschluss), da ist also was Durchbrennendes gar kein extra Aufwand...
Wie machst du die Überwachung der Zellen? Man muss ja bei jeder einzelnen Zelle die Temperatur, und bei jedem Parallel-Block die Spannung überwachen, um bei kritischen Werten das Fahrzeug abzuschalten und ein Feuerwerk zu vermeiden. Willst du ein BMS kaufen? Falls Eigenentwicklung, wie willst du die Kommunikation zwischen den einzelnen Zell-Überwachungs-Modulen machen? Wie schaffst du eine Verbindung zwischen den Zellen die den Strom aushält? Ich würde außerdem zu flachen quaderförmigen Zellen raten, die lassen sich platzsparender montieren. Was für einen Inverter und Motor willst du verwenden? Was für einen Fahrzeugbus? Einen seperaten Niederspannungs-Akku, oder DC/DC-Konverter, oder beides (+Umschaltung)? Kleiner Hinweis: Im Formula Student Electric Wettbewerb werden Elektro-Fahrzeuge als Wettbewerb gebaut. In jedem einzelnen stecken einige Mannjahre an Arbeit, und Material im mittleren 5stelligen - 6stelligen Bereich. Dein Auto hat zwar geringere Anforderungen, aber das nur als Hausnummer.
Also ich würde solche Teile hier nehmen: http://www.modellbaufuchs.de/HEADWAY-LiFePo4-16Ah-40160.html bzw. welche mit Schraubflansch. Sonst muss man Löten oder Schweißen (oder weiß noch jemand eine andere Methode?) Für den Akku sollte auch ein entsprechendes Battery Management System aufgebaut werden mit Balancern und Einzelzellenüberwachung. Warum? 1. Der Akku ist nur so gut, wie die schwächste Zelle, die im Fehlerfall das ganze Fahrzeug lahmlegen kann. Man sollte also rechtzeitig merken, dass ggf. eine od. mehrere Zellen erneuert werden müssen, bevor nix mehr geht. 2. Balancer, damit man den Akku mit hohem Strom "schnell" laden kann. Die I/U-Methode, wie oben beschrieben, geht zwar auch, hat aber bei Zellen, die aus der "Balance" sind negative Effekte (Akku wird nicht mehr voll, weil eine Zelle schon am Lade-Limit ist, oder umgekehrt, schon an der Entladeschlussspannung) Ich würde auch einen "aktiven" Balancer nehmen (z.B. LT8584, LT3300-2) und ein "Management IC" bzw. einen "Stack solcher ICs (z.B. LT6804-x). (Wobei Du bei denen ein wenig die Datenblätter wälzen solltest, welches IC mit welchem anderen kombinierbar ist) Der aktive Balancer sorgt dafür, dass die Energie nicht sinnlos verbraten wird. (Beim passiven, wird parallel zu einer Zelle mit Ladeschlussspannung ein "Heizwiderstand" geschaltet, so dass die Zelle nicht überladen wird). Beim aktiven wird diese Energie wieder in den ganzen Akku-Stack geschaufelt. Beim 2-Wege Balancer kann wohl auch aus dem Stack in eine Zelle, die nahe an der Entladeschlussspannung ist, Energie geschaufelt werden. So dass man den Akku besser ausnutzen kann. --- Soweit mal meine Infos, die ich gesammelt hab - ohne Gewähr ;-) Ich hab hier auch noch ein Projekt in Planung, aber mangels Zeit ist das leider nicht weit gekommen. Allerdings auch "nur" 24V mit ca. 15Ah.
Liion verabschieden sich mit kurzschluss? Wo gibs da info zu? Tiefentladene zellen verlieren massiv an kapazität und lassen sich nicht mehr vernünftig auf ladeschluss bringen aber das sie einen kurzschluss haben kann ich noch nicht bestätigen. Infos wären auch für mich hilfreich. Ich habe bisher erst 16 von 18650 parallelverschaltet. Und die zu löten ist total nervig und schlecht für die zellen. Ich würde welche mit schraubanschluss nehmen. Bei den zellen ist übrigens eine sicherung eingebaut die sich selbst zurückstellt. Zumindest bei original panasonic. Ich meine die wirkt so ab 10-15A und begrenzt dann den strom auf ca 2A. Du musst also entsprechend parallelschalten um auf deinen spitzenstrom zu kommen.
Mein Lösungsvorschlag wäre folgender: http://www.ev-power.eu/Winston-40Ah-200Ah/WB-LYP60AHA-LiFeYPO4-3-2V-60Ah.html?cur=1 16 Zellen 60 Ah + Protection Modul SBM 16. - Sehr sichere Technologie bezüglich Brandgefahr - Nennspannung 3,2V x 16 Zellen x 60Ah = 3 kWh - Peak Leistung 28 kW (max 5 sec) - Max Leistung 8 kW (max 15 Min) - Temp Bereich -45 . . 85°C
0815 schrieb: > Wenn es schon was kosten darf, kann man nur LiFePo4-Akkus empfehlen. > Sind haltbarer als LiIon, und haben bessere Daten. Angeblich auch > sicherer, aber beim beschriebenen Defekt eines Einzelakkus darf man das > auch bei denen bezweifeln. Ich hab mehrere kaputte kaputte LiFe Akkus (teils aus eigenem Verschulden). Einen Kurzschluß habe ich da nicht beobachtet. Am Ladegerät bekam man sie auf rund 1V, was bei einem Kurzschluß nicht möglich wäre. In einem Pack werden die parallelen Zellen dabei natürlich tiefentladen und sind ebenfalls hinüber, mehr ist eigentlich nicht passiert. MfG Klaus
Wie sieht das mit der Lebensdauer aus? Wenn mit deiner Kühlung und deiner Ladestrategie die Zellen halb so lange halten, könnte selbst bauen teurer werden als fertig kaufen.
Puuuh, so viele Gegenfragen :D Also, wie gesagt, ich bin noch dabei das ganze zu konzeptionieren und erkundige mich erstmal bevor ich mit der Umsetzung anfange. Motor und Umrichter: Noch nicht festgelegt. Ein BLDC wirds wohl werden, DC-Motoren in der Leistungsklasse findet man kaum und Asynchronmaschine findet man fast nur als Industriematerial mit viel zu hohem Gewicht für meine Anwendung. Ob der Umrichter gekauft wird oder ich selbst einen bauen muss (hoffentlich nicht...), wird sich noch herausstellen. Solarspeicher: An sich eine gute Idee, was ich so auf die schnelle gefunden habe liefert aber nicht annähernd die Leistung die ich benötige. BMS & Batterie: Wird vermutlich beides auf einen selbstbau hinauslaufen, fertige Batterien findet man kaum und ein passendes fertiges BMS ist mir auch noch nicht über den Weg gelaufen... Das BMS würde ich mit einem Balancer von Linear Technology oder ähnlich aufbauen, kombiniert mit einem AT90CAN. Am liebsten wären mir auch große Prismatische Zellen anstelle von hunderten Rundzellen (die ich dann schon per Punktschweißen verbinden würde), aber was ich da gefunden habe liegt (allein für die Zellen) bei 600-700€/kWh, Rundzellen eher bei 300-400€/kWh, das ist schon eine Hausnummer... Die 12V-Versorgung plane ich im Moment über DC/DC-Wandler, wenn ich eine Batterie nehme müsste die ja auch irgendwie geladen werden... Systembus: CAN, allerdings wird da soo viel nicht dranhängen: Umrichter, BMS, zentrale Steuereinheit, evtl. Ladegerät. Das ganze soll ein Motorrad werden, da werde ich natürlich ein Serienmodell umrüsten. Zu den Fehlermodi von LiIon-Zellen: http://www.elektroniknet.de/power/energiespeicher/artikel/92479/0/ http://www.pfalz.ihk24.de/linkableblob/luihk24/standortpolitik/Verkehr_und_Logistik/downloads/2317360/.7./data/Welche_Gefahren_gehen_von_Lithiumbatterien_aus-data.pdf Sicherungen an den Einzelzellen ist eine gute Idee, und bei SMD-Schmelzsicherungen auch noch halbwegs bezahlbar. Muss man wirklich jede einzelne Zelle Temperaturüberwachen? Reichen da nicht ein paar (je nach mech. Größe...) Sensoren pro parallel-Zellblock? Edit: Die Winston 60Ah-Zellen sind sehr interessant. Preis/Kapazität ist gut, Schraubanschluss, große Blöcke. Allerdings mit 12Kg/kWh sehr sehr schwer. Kommt aber in die engere Auswahl!
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Klaus schrieb: > Ich hab mehrere kaputte kaputte LiFe Akkus (teils aus eigenem > Verschulden). Einen Kurzschluß habe ich da nicht beobachtet. Am > Ladegerät bekam man sie auf rund 1V, was bei einem Kurzschluß nicht > möglich wäre. Eine solche Zelle hätte im Verbund mit z.B. 20 intakten Zellen schon mit dem Brennen angefangen. Wenn der Separator beschädigt ist, wird der Stromfluss höher. Daraufhin steigt die Erwärmung, was zu weiterer Schädigung führt, usw.. Irgendwann schmilzt der Separator, und dann erreicht die Zelle ganz sicher 0,00Ohm. Gleiches gilt bei LiIon, habe das selbst mal erlebt. Also eine simple Absicherung jeder Einzelzelle ist dringend anzuraten. Ist eigentlich noch wichtiger als Balancing, denn hier geht es um das ganze Auto (und die Garage). Unwahrscheinlich, aber ggf. fatal. Die "Sicherheit" von LiFePo4-Akkus gilt nur für die Energiemenge einer einzelnen Zelle. Und dabei kommt der Akku schon schnell mal auf geschätzte 200-300°...
Also Punktschweißen würde ich die Teile nicht. Sollte mal eine Zelle defekt sein, dann würde ein Austausch deutlich erschweren. Die geschraubten (wartungsfreundlicher Aufbau vorausgesetzt) sollten da etwas handlicher sein. Ob Rundzellen, oder Flachzellen sollte nur für den mechanischen Aufbau entscheidend sein. Wie ober erwähnt wurde, sollte man sich auch mit dem Wärmemanagement auseinandersetzen, da beim Laden-/Entladen und im Fehlerfall einiges an Wärme frei wird und man ja keinen "Schmelzofen" haben möchte. Übrigens, bei "Hausinstallationen" wird für Ströme im Bereich von 63A ein Leitungsquerschnitt vom mind. 10mm² verwendet (was in Schaltschränken als Kupferschienen ausgeführt wird). Bei den ca. 200A Spitzenstrom (schätze dann mal 100..150A Dauerlast?) ein ordentlicher Querschnitt sein muss. Was für ein "Feuerwerk" ein Kurzschluss bei 63A darstellt (1,5mm² Draht versehentlich in den Zuleitungszweig im Verteilerkasten gebogen) weiß ich aus Erfahrung. Der Draht ist auf einer Länge Länge von ca. 1..2 cm verdampft. Ich denke den Akku so zu bauen, dass er funktioniert, ist das kleinste Problem. Im Fehlerfall eine Katastrophe verhindern dürfte die größere Herausforderung sein. Im Prinzip kann man nur die einzelnen Zellen Überwachen und bei einem "komischen" Verhalten, zu großer Wärmeentwicklung, etc. dann mit einer "Notabschaltung" reagieren (für die man dann hoffentlich noch Zeit hat). Als Lasttrenner für solch einen hohen Strom würde mir jetzt nur ein Schütz einfallen (DC tauglich!), den man z.B. per 24V ansteuert. Die Steuerleitung als UND-Schaltung über mehrere Temperatursicherungen führt, so dass die Last auch bei einem Ausfall der Elektronik noch getrennt wird. Einen "gewöhnliche" Schmelzsicherung für den Kurzschlussschutz. Den Akku in mehrere "Sektionen" aufteilen, die "brandsicher" gegeneinander gekapselt sind, so dass ein "Feuerchen" maximal eine Sektion betrifft und somit lokal begrenzt wird. Die BMS-ICs können auch nur eine begrenzte Anzahl Einzelzellen überwachen, so dass man sowieso einen Stack aus mehreren Akku-Sektionen/Blöcken hat. Daher bietet sich die Aufteilung auch deshalb schon an.
Fertige Motorräder gibt's wie Sand am Meer. Alle kranken an der Leistungs-/Reichweiterelation. Soweit mir bekannt, arbeiten die meisten mit Standard 12V Akkus, von denen 4 bis 6 in Reihe geschaltet wurden. Oberhalb von 6 Stück geht der Ärger mit der Spannung los. Die Standardakkus sind momentan das Beste, was zu haben ist. Zumindest, wenn man realistische Preis-/Leistungsverhältnisse zugrunde legt. Natürlich kann man noch etwas am "Füllfaktor" arbeiten, indem man das verfügbare Volumen, mit Kleinakkus füllt. Ob Du mit diesem Konzept, auf Grund der vielen, dann nötigen Verbindungen, einen Blumentopf gewinnen kannst, ist eher fraglich. Übrigens: Da ein Minimum an Sicherheit nötig wird, könnte allein die Summe an Haltern zu einem Problem werden. Die Batterie kann sowohl elektrisch (Kurzschlüsse durch Verformung), als auch mechanisch (Masse mal Geschwindigkeit), zu einem sehr gefährlichen Teil werden.
Ich stopfte mal ein paar LiPoly Pouches in Nomex-Feuerwehrsocken um die Brandgefahr ein wenig zu verringern... :)
Wenn die Socken die Wärme zu gut isolieren, kann es zu anderen Problemen kommen. Hoch- und Höchstlastakkus können sowohl bei Be- als auch beim Entladen relativ warm werden:-) Ein weiterer Faktor, der beim Packen berücksichtigt werden sollte.
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