Range Extender für E45

[torcman]

Messe mal dem Durchmesser der Zylinder mit elektronischen Schieber. Mann kann immer entweder kaufen oder selbst so eine Kuplung machen. Goldstecker in 4 3.5 2.5 mm gibt's standardmäßig.

 

[Papa_Balu]

In der letzten Woche bin ich jeden Tag mit dem Voltmeter am Lenker gefahren. Dabei habe ich mehrmals den Ri des ganzen Systems (Akku+Verdrahtung) gemessen. Interessant war der Wert am letzten Freitag, da ich den Akku bei 2°C Außentemperatur 3 Stunden am Rad ließ.

• U1 = 33,0V; I1 = 0,7A
• U2 = 29,0V; I2 = 20,5A
• U3 = 33,0V; I3 = 0,7A

Ri=(2*U2-U1-U3) / (I1+I3-2*I2)=0,202Ω ​

bei einer Außentemperatur von 2°C ohne vorwärmen! Das ist deutlich mehr als sonst. Kein wunder das sich so viele Leute über geringere Reichweite im Winter beschweren, wenn sie den Akku im Kalten lagern oder noch schlimmer, im Kalten laden.

Am Wochenende bin ich wieder etwas weiter gekommen. Hier ist der Kabelbaum

Der grüne Draht (Nr. 1) hat nur Spannung, wenn das Display an ist. Glücklicherweise wird der braune Draht (Nr. 4) nicht verwendet. Beim Abschleifen vom Winkelstecker habe ich den leicht verletzt (Isolierung ist ab).

Den Stecker zum Motor habe ich auch vermessen.

Nun zur Zellenanordnung. So wie ich es in #30 geplant habe, passen die Zellen nicht rein. Ich muss doch den Waben Aufbau verwenden. Dafür habe ich die Rahmentasche um 60° gekippt und diese Anordnung als beste Lösung erkoren.

Wabe Variante 2 (Verbindungen Vorderseite)

Wabe Variante 2 (Verbindungen Rückseite)

Die gelben Zellen würden auch noch reinpassen. Ich habe alle Zellen zur Sicherheit mal reingelegt. Dort will ich den XT60 Stecker und eine Flachsicherung unterbringen. Außen rum ist auch noch Platz für Isolierung und 0,8mm Blech oder PCB zum Schutz gegen Stöße.

 

[torcman]

bei einer Außentemperatur von 2°C ohne vorwärmen! Das ist deutlich mehr als sonst.

3h sind zu wenig, um 2°C an den inneren Zellen zu bekommen. Bei 2°C wuerde ich eher die Verdopplung des Ri erwarten.

Ja es ist mehr als sonst. Dazu kommt noch die niedrigere Spannung, deshalb sind die Reichweiten im Winter geringer.

Die Waben sind schon ganz kompliziert

 

[Papa_Balu]

3h sind zu wenig, um 2°C an den inneren Zellen zu bekommen. Bei 2°C wuerde ich eher die Verdopplung des Ri erwarten.

Die Zellen sind sehr gut isoliert und3h reichen da nicht. Es ist dennoch nicht ratsam, den Akku längere Zeit im kalten stehen zu lassen oder halt die geringere Kapazität in kauf nehmen und nicht meckern.

Ich habe letzte Woche den Akku auch bis zur Abschaltgrenze gefahren um die Abschaltspannung zu ermitteln.

Weg zur Arbeit

• 42,0V Spannung beim Start
• 0°C Außentemperatur
• 24,7km, Ø 11,2A, 47:01 min, 327Wh

Weg nach Hause

• 36,5V Spannung beim Start
• 0°C Außentemperatur
• 28,8km, Ø 9,8A, 1:00:00 min, 334Wh
• 28,1V Abschaltspannung unter Last und nach 2h auf 32,0V erholt

Insgesamt konnte ich aus dem Akku 661Wh bei 0°C und Ø 1,9A pro Zelle entnehmen. Im Sommer bei 21°C waren es 662Wh bei Ø 2,3A.

-> Wenn der Akku bei Zimmertemperatur geladen wird und bei einer längeren Pause auch im warmen gelagert wird, hat die niedrige Außentemperatur einen sehr geringen Einfluss.​

Die Waben sind schon ganz kompliziert

Ja, vielleicht sollte ich mit einem einfachen Quader anfangen.

 

[Papa_Balu]

Der Akku ist fertig und gerade angekommen.

@Schwibsi hat sich bereiterklärt, die schwierige Pyramidenform zu bauen. Bei der Anordnung der Zellen habe ich den Vorschlag von @torcman übernommen, die meine Verbindungen hat @Schwibsi verbessert.

Und hier ist der Aufbau

Ein BMS habe ich vorläufig weggelassen, da es sonst in der Rahmentasche zu eng wird. Balancer Kabel und alle notwendigen Anschlüsse für ein BMS sind dran. Sollten die Zellen zu sehr driften, werde ich auf ein BMS zurückgreifen ansonsten lasse ich es.

Die Spannung des Extenders (35,5V) und die meines Haupt-Akkus (35,4V) waren nahezu identisch und ich konnte beide zusammenschließen.

Das war ein ganz schön spannender Augenblick. Ok, dass das zusammenschalten funktionieren würde wusste ich von meinen Tests mit den Ladegeräten. Aber kann ich damit auch fahren? Wie verhält sich die Stromaufteilung? Wie ändert sich der Verbrauch?

Nachdem ich die beiden Akkus mit dem Schalter verbinden hatte, floss ein kleiner Ausgleichstrom (0,1A). Das konnte ich am Display ablesen. D.h. die Akkus hatten wirklich nahezu die gleiche Spannung. Rauf auf den Bullen und eine kleine Testfahrt durchführen.

Beobachtungen:

• Die A Anzeige am Display zeigt den Akku Strom an. Wegen dem Extender fließt jetzt viel weniger Strom vom Haupt Akku. An einer Steigung erreichte ich den maximalen Stromwert von 13A. Normalerweise fließen ~23A. D.h. der Extender liefert die anderen 10A. Das liegt wahrscheinlich an der unterschiedlichen Kapazität der Zellen. Der Haupt Akku hat die Panasonic NCR18650B mit 3,400Ah und der Extender die Panasonic NCR18650PF mit 2,900Ah.
• Die CO2 Anzeige zeigt nur den Verbrauch vom Haupt Akku. Für 10km habe ich 74Wh anstatt den sonst üblichen 154Wh. Genauere Messungen folgen in den nächsten Tagen.
• Wenn ich nicht trete, fließt ein Ausgleichstrom vom Extender zum Haupt Akku. Nach den 10km war der Spannungsunterschied bei 0,2V und es flossen max. 1,1A

So, jetzt wird der Extender geladen und morgen wird er für den Arbeitsweg eingesetzt.

Den Innenwiderstand habe ich während dem Ladevorgang mit der Methode von @torcman und eine GTPower Analyser ermittelt

U1 = 36,74V
U2 = 36,13V
U3 = 36,70V

I1 = 4,53A
I2 = 0,00A
I3 = 4,53A

Ri = (U1+U3-2*U2)/(I1+I3-2*I2) = 130mΩ

Ich bin super froh, dass mein Projekt so toll funktioniert hat und bin schon ganz gespannt auf die Testfahrten.

An dieser Stelle möchte ich mich noch ganz herzlich bei einigen Leuten bedanken, ohne die ich dieses Projekt nie geschafft hätte. An erster Stelle kommt @torcman. Von ihm habe ich sehr viele Ideen übernommen. Auch die Auswahl der Zellen habe ich ihm zu verdanken. An zweiter Stelle kommt @Schwibsi, der Akku-Bauer. Der Akku in der gewünschten Form war viel schwieriger als erwartet. Von @Glücksrad habe ich die Idee mit den Schaltern und der Box und von @MikeD03 will ich die selbstgebaute Ideale Diode in meine Box einbauen. Mehr dazu in den nächsten Tagen.

Vielen, vielen Dank noch einmal an ALLE Helfer.

 

[torcman]

zuerst gratuliere, super Arbeit

Bei der Anordnung der Zellen habe ich den Vorschlag von @torcman übernommen

fuer die Nachbauer jeglichen Akku-Piramiden lohnt sich vielleicht das Prinzip zu erwaehnen. Schau Euch an, wie der Strom von Zellenbank zu Zellenbank, sogar von der individuellen Zelle zu naechsten Zellenbank, fliessen muss und so verbindet ihr die Zellen seriell, im Bild die langen schwarzen Striche. Die Verbindungen der Zellen innerhalb einer Zellenbank darf ruhig ganz schwach ausfallen, da hier nur der Ausgleichstrom zwischen den Zellen innerhalb einer Bank fliesst, also im Idealfall - gar keiner. Plus und Minus Pol des ganzen Akku muss natuerlich eine massive Sammelschiene darstellen.

den maximalen Stromwert von 13A. Normalerweise fließen ~23A. D.h. der Extender liefert die anderen 10A.

die Verteilung entspricht sehr gut der Kapa Verteilung der Akkus, also alles im grunen Bereich.

Wenn ich nicht trete, fließt ein Ausgleichstrom vom Extender zum Haupt Akku. Nach den 10km war der Spannungsunterschied bei 0,2V und es flossen max. 1,1A

das ist bei mir in aehnlicher Groesse (unterschiedlichen Zellen im Hauptakku und Extender), geht schnell zurueck. Hat also auch hier keinen negativen Einfluss.

Mehr dazu in den nächsten Tagen.

warten wir mit Spannung darauf. Gute Fahrt!

 

[Papa_Balu]

Mehr dazu in den nächsten Tagen.

Jetzt bin ich schon über 600km mit dem 10s6p Extender gefahren und super begeistert. Ich bin sogar so begeistert, das ich inzwischen einen weiteren, kleineren Extender (10s4p) habe. Erst einmal ein paar Erfahrungen mit dem großen Extender.

Ich unterscheide die Stufe 1 in

• 1t - langsam fahren mit Ø 18-22km/h
• 1r - schnell fahren mit Ø 28-32km/h

Zwischen Stufe 3 und 5 gibt es kaum einen Unterschied. Die 88km in Stufe 5 bin ich fast bis zur Abregelung (28,0V) gefahren. Die Durchschnittsgeschwindigkeit nimmt zum Ende der Akku Kapa deutlich ab, da nicht nur eine geringere Spannung zur Verfügung steht, sondern auch der max. Strom vom Kontroller begrenzt wird. Generell habe ich aber mit dem Extender mehr Leistung zur Verfügung, da die Spannung unter Last weniger stark einbricht. Stufe 1t habe ich noch nicht getestet. Dafür muss ich erst eine längere Tagestour planen oder mehrere Tage zusammen fassen. Ich schätze, dass ich damit so um die 280km weit kommen könnte.

Hier zum Vergleich meine Daten ohne Extender

 

[jm1374]

Die letzte Tabelle( grün) kann ich bei Stufe 5 bestätigen. Deckt sich fast 1 zu 1 mit meiner Erfahrung.

 

[Papa_Balu]

So, meine Ideale Diode Box ist jetzt auch fertig.

Das Gehäuse ist 70x40x20 und an beiden Enden sind M12er Kabelverschraubungen dran. Damit ist das Teil IP67 konform und es kommt nicht einmal Wasser rein, wenn ich es in ein Wasserbad tauche. Ggf. entsteht Kondenswasser, das ich mit ein paar Reiskörnern herausfinden kann.

In der Box ist eine Ideale Diode von @MikeD03 auf einen Kühlkörper aus Aluminium befestigt. Der Kühlkörper ist 53x20 groß und hat ein paar Löcher für Kabelbinder, damit die Drähte zugentlastet sind.

Die Box verwende ich nur bei unterschiedlicher Akku Spannung und beim Laden, damit kein Funken entsteht, wenn ich das Ladegerät an den Akku stecke.

 

[unsusi]

Schick. Wie wäre es mit einer Box aus ALU, die dann als Kühlkörper dient?

 

[Papa_Balu]

Geht auch, aber für eine Ideale Diode mit <4mΩ (bei mir <0,4W) brauchst Du keinen sooo großen Kühlkörper.

 

[jm1374]

Papa_Balu's großer Extenderakku verrichtet seit über einem Monat in meinem E45 seinen Dienst. Da ich die Akkus nicht trenne und sie zusammen am Rad lade, habe ich auf die Diode verzichtet. Vor der Taufe habe ich beide Akkus auf die selbe Spannung geladen. Seitdem habe ich sie noch nicht getrennt.
Beide Akkus funktionieren tadellos und generieren mir eine Reichweite von 75km wenn es wie vor kurzem noch um die 0 Grad Celsius hat. Bei knapp 10 Grad sind es schon 90km. Die Reichweiten gelten für schnellste Fortbewegung im Power Modus und Stufe 5. Da kann sich jeder selbst ausrechnen wie weit er kommt wenn er nur in Stufe 2 fährt und eventuell noch Eco oder Tour eingestellt ist.
Die erhöhte Reichweite war aber gar nicht mein Hauptaugenmerk. Die verringerte Belastung der einzelnen Zellen steht für mich im Vordergrund. Ich lade die Akkus auf 41V mit maximal 4,3A. Aber auch nur wenn ich es eilig habe. Meist regle ich den Ladestrom auf 1-2A und gebe den Akkus Zeit sich in Ruhe zu regenerieren.
Auch der Endladestrom pro Zelle ist deutlich gesunken. Im letzten Winter hatte ich noch Durchschnittsströme von bis zu 16A den der 735Wh Akku liefern musste. Jetzt komm ich nur noch auf 9-10A. Den Rest liefert der etwas kleinere Extenderakku.
Auch der Maximalstrom geht nicht mehr über 20A.
Ich hoffe dadurch halten beide Akkus deutlich länger als mein letzter. Der hat sich nach nur 20.000km in den Vorruhestand verabschiedet.

Mein Dank gilt Papa_Balu das er mir seinen Eigenbau zu einem sehr fairen Preis überlassen hat. EBS hat auf meine Anfrage einen Akku für mich zu bauen, abgewunken ohne auf eine Diskussion einzugehen. Fand ich sehr schade. Umso mehr hat es mich gefreut das mir Papa_Balu geholfen hat.

 

[Glücksrad]

Extenderakkus sind halt einfach genial!
Und die sind ein gutes Beispiel für die positiven Seiten des Forums: Ohne das Forum würden nur Wenige davon profitieren können, weil das Wissen nicht so einfach zusammengetragen und zur Verfügung gestellt werden könnte.

 

[proconnect]

Für die weniger begabten Bastler wie mich: Ist der BMZ Range Extender schon verfügbar? Reicht am E45 das Ladekabel vom Extender zum Hauptakku während der Fahrt ?

http://www.bmz-gmbh.de/produkte/range-extender/0,1,5052.html

 

[jm1374]

BMZ will für die 234Wh 450€. Das war für mich das Ausschlusskriterium.

 

[Papa_Balu]

So, mein neuer 10s5p Extender mit den Samsung 35E ist fertig und heute getestet.

Davor wurde er mit dem Satiator von 36,0V auf 41,4V und 1A Strom geladen.

BTW, wer findet den Fehler im Bild bzw. in der Aussage drüber?

Hier ein Vergleich mit dem 10s6p aus den Pana PF

Der Preis für den Akku-Bau kommt noch hinzu. Ich bin gespannt, wie sich die 35E nach 50 Zyklen verhalten. Die ersten 50km sind vergleichbar mit dem 10s6p.

 

[Empathiker]

Ich!

Es sind nicht wie auf dem Gerätelabel angegeben 41,4 Volt, sondern satte 41,86 Volt!

Bekomme ich jetzt den Hauptgewinn?

Eine Dosis Erkenntnis vielleicht?

 

[Papa_Balu]

Nicht schlecht. Das sind der Messfehler vom GTPower, der gegenüber einem Referenzmessgerät 0,2V zu viel misst. Der Satiator zeigt nochmal ~0,2V weniger an, da beim Satiator die Zellenspannung angezeigt wird und durch die Leitungswiderstände (Kabel, Stecker, Adapter, GTPower) etwas Spannung verloren geht.

Aber das ist nicht gemeint. Das wäre zu einfach

 

[grobi]

Du schriebst: "von 36,0V auf 41,4V und 1A Strom geladen".
Richtig wäre: "von 36,0V auf 41,4V mit 1A Strom geladen".
Bekomme ich jetzt den Hauptgewinn? Und was ist dieser? Übernimmst du für mich den Bau eines Range-Extenders?

 

[Empathiker]

Also, das wäre jetzt aber ebenfalls zu einfach