Reichweitenverlängerung und Super-Charger für Flyer mit Panasonic 26V Mittelmotor

[SAM_PANA]

Hallo

Ich lebe in Österreich im Voralpenland und gehöre der Altersgruppe 60+ an und fahre ein Flyer S-Pedelec (ca. 10 Jahre alt) mit Panasonic 26V System welches freigeschalten ist (bis ca. 40 km/h Unterstützung).
Hier ist mitunter sehr hügelig, um von einem Tal(Ortschaft) ins andere zu kommen sind rasch 900 Höhenmeter und mehr zu überwinden.

Was mir schon immer gestört hat, war einerseits die geringe Reichweite (meistens mit höchster Unterstützungsstufe) in hügeligen Gelände unterwegs und die langen Ladezeiten des Accus.
Somit sind längere Touren ( derzeitiges Limit: 80km mit 1000hm ca. 4h) im (Vor-)Alpenbereich an einem Tag nicht möglich.
Meine Frau hat ein Fahrrad mit neuerem Bosch-Antrieb, auch dieses Antriebsystem ist nicht wirklich besser.

Da mein Accu auch nicht mehr sehr fit ist, wollte ich mir schon ein neues E-Bike kaufen, jedoch bin ich mit meinem E-Bike und dem Antriebsystem (sehr robust) zufrieden.
Da ich elektrotechnisch vom Fach bin habe ich mich entschlossen diese Schwachstellen selbst einer Lösung zuzuführen da es am Markt keine (leistbaren) Lösungen für E-Bikes gab.


Meine Anforderungen waren somit:

• Kein (wesentlicher) Eingriff in das bestehende Antriebssystem.
• Leichte Rückbaumöglichkeit
• Der zweite Eigenbau-Accu sollte eine Reichweitenverlängerung sein (abschaltbar)
• Der zweite Eigenbau-Accu sollte schnellladefähig sein (60 min minimal bis 15 min optimal)
• Das Ladegerät soll im/am Rad integriert sein damit ich unterwegs an jeder Steckdose(Berghütte) nachladen kann

Nach eingehender Beschäftigung mit dem Panasonic-System und der technischen Möglichkeiten welche es am Markt gibt bin ich voller Zuversicht an die Umsetzung geschritten.
Prinzipiell sollte es für andere Antriebssysteme (Bosch, ..) auch möglich sein.

Hier die ersten Ergebnisse (in verkürzter Form):
Der Eigenbau Accu besteht aus LiFePo4 Zellen (3,2V Nominal (2,0 - 3,65V) 6000mAh). Die gewählten Zellen sind Schnelladefähig (36A pro Zelle!!) und sehr robust (Schraubverschlüsse, …)
Für die Systemspannung von 26V folgende Verschaltung: 8S3P somit ergibt sich ein Gesamtkapazität von ca. 550Wh.

Hier die ersten Bilder des Accus eingebaut in einer Biketasche welche am Rahmen montiert ist.

Das BMS ist wegen der Schnellladefähigkeit etwas Überdimensioniert (100A) jedoch sehr robust geworden und mit einer Bluetooth-Schnittstelle incl. passender APP ausgestattet.
Habe Mangels eines Schnellladegerätes mit meinem Labornetzteil bereits die ersten Ladevorgänge absolviert.
Mein Labornetzteil liefert leider nur 5A (=125W)und läuft auf Vollleistung (wird sehr warm), das BMS wird nur leicht warm die Temperatur der Accuzellen hat sich um 3°C erhöht. Somit glaube ich wird die Schnellladefähigkeit erreichbar sein.


Das Thema Ladegerät mit ca. 500W+ ist noch in Arbeit.


Mache derzeit/demnächst die ersten Testfahrten, werde euch davon berichten.

 

[MarkusSi]

Prinzipiell sollte es für andere Antriebssysteme (Bosch, ..) auch möglich sein.

Bei Bosch haben sich schon viele die Zähne ausgebissen. Bei Gen2 war es glaube ich noch möglich, bei Gen4 werden der Strom von Antrieb und Akku verglichen und wenn Abweichungen auftreten eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.

Trotzdem Danke für deinen Bericht. Interessant finde ich vorallem dass du LiFePo4 Akkus verwendest. Viele bauen hier ja mit LiIon Zellen wegen dem besseren Leistungsgewicht.
Wie schwer ist dein Akkupack?

Interessant ist für Nachbauer auch immer, wo genau der Extender am vorhandenen Antrieb angeschlossen wird.

Gruß Markus

 

[SteffenK]

Hallo Sam

Die Gewindestangen isolierst du hoffentlich noch etwas. Zwischen den Reihen würde ich auch noch etwas isolieren. Nicht das du auf die harte Tour lernst wie potent die Akkus wirklich sind...

Viel Erfolg
Steffen

Ich hab auch noch einen alten Flyer HS stehen. Wird aber selten benutzt und landet diesen Frühling wohl in den Kleinanzeigen.

 

[SAM_PANA]

Bei Bosch haben sich schon viele die Zähne ausgebissen. Bei Gen2 war es glaube ich noch möglich, bei Gen4 werden der Strom von Antrieb und Akku verglichen und wenn Abweichungen auftreten eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.

Danke für das Feedback. Da ich mich mit dem Bosch-System noch nicht näher beschäftigt habe war mein Aussage dazu nicht richtig. Sorry tut mir leid.
Wenn ich mal mehr Zeit habe würde es mich reizen es zu "überlisten".

 

[SAM_PANA]

Trotzdem Danke für deinen Bericht. Interessant finde ich vorallem dass du LiFePo4 Akkus verwendest. Viele bauen hier ja mit LiIon Zellen wegen dem besseren Leistungsgewicht.
Wie schwer ist dein Akkupack?

Hab vergessen das Accupak auf die Wage zu stellen. Beim nächsten Ausbau mach ich es, interessiert mich selbst auch.
Eine Zelle hat laut Datenblatt ca. 140g somit x 24 = 3360g + Balancer + Kabeln und Montagematerial.
Ja das Leistungsgewicht ist schlechter jedoch sind sie in vielen Bereichen robuster und schnellladefähig, das war mir wichtig.

die Vorteile laut Wikipedia sind.

Vorteile[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]​

• Hohe Sicherheit: Aufgrund des festen Elektrolyten und der Zellchemie gelten LiFePO4-Zellen als eigensicher, d. h. ein thermisches Durchgehen und eine Membranschmelzung wie bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren gelten als ausgeschlossen.[11]
• Teilweise hohe Leistungsdichte, mit Dauer-Strömen von 20 C und Impulsbelastbarkeit bis zu 50 C.[12]
• Hohe Ladeströme möglich (0,5 C – 3 C),[8] Pulsladeströme bis 6 C (10 s)[7][8]
• Hohe Zyklenfestigkeit: I) Sony Fortelion: 74 % Restkapazität nach 8.000 Zyklen mit 100 % Entladungsgrad (DoD)[13] II) noch 80 % ursprüngliche Kapazität (nominal capacity, NC) nach 1000 Zyklen und 60 % Kapazität nach 2000 Zyklen[7]. Erzielt wurden ebenfalls in zylindrischen (18650) Zellen >85 % Restkapazität nach 10.000 Zyklen mit 100 % DoD[14]. Andere Hersteller geben mehr als 5000 Zyklen bei jeweiliger Entladung auf 70 %[15] (Depth of Discharge, DoD) an und 10.000 Zyklen bei minimaler Entladung auf lediglich 90 %[16], dadurch lange Lebensdauer und günstige Betriebskosten.
• Hoher elektrischer Wirkungsgrad für einen Gesamtzyklus aus Ladung und Entladung von > 91 %[16]
• Flaches Spannungsprofil bei Ladung und Entladung
• Geringere Empfindlichkeit auf Tiefentladung
• Weiter Temperaturbereich für Lagerung (Bsp.: −45 bis +85 °C,[8] −15 bis +60 °C[7]). Praktische Erfahrungen zeigen, dass eine Nutzung bis ca. +10 °C problemlos ist, darunter führt hohe Stromentnahme über 0,5 C (Traktionsanwendung) zu stärkeren Spannungseinbrüchen, jedoch ohne merklichen Kapazitätsverlust der Batterie.
• Die Selbstentladung wurde durch Dotierung verbessert und ist mit ca. 3–5 % pro Monat niedrig[8][7]
• Bessere Umweltverträglichkeit und Ressourcenschonung durch den Verzicht auf Cobalt

 

[SAM_PANA]

Die Gewindestangen isolierst du hoffentlich noch etwas. Zwischen den Reihen würde ich auch noch etwas isolieren. Nicht das du auf die harte Tour lernst wie potent die Akkus wirklich sind...

Danke für das Feedback. Ja du hast vollkommen recht, da ich noch im Teststadion (Corona-Winterprojekt) bin wollte ich noch den vollen Zugriff auf alle Komponenten um eventuell Verbesserungen noch machen zu können. Da alle Komponenten verschraubt sind kann ich die Konfiguration leicht anpassen.

 

[SAM_PANA]

So jetzt habe ich den Zweit-Accu in das Panasonic-Antriebsystem implementiert.

in aller Kürze die Beschreibung (war sehr einfach).

Den Original-Accu mit einer schottky -Diode in der Plusleitung gegen Querströme vom Zweitauccu abgesichert damit dieser nicht zerstört werden kann bei asymmetrischen Ladezustand der beiden Accus.
Der Zweitaccu hängt parallel zum Original-Accu incl. der Schottky-Diode!.
Auf eine Absicherung des Zweitaccus gegen Querströme vom Originalaccu hab ich vorerst verzichtet da dieser es locker aushält.
Hab das durch einen Test abgesichert: Originalaccu war vollgeladen, Zweitaccu nur Halbgeladen.
Ohne Belastung wurde der Zweitaccu mit ca. 150W "quergeladen".
Mit steigender Belastung hat es sich auf null reduziert bzw. bei starker Belastung wurde zusätzliche Leistung vom Zweitaccu bezogen.

Folgende Betriebszustände sind damit möglich:

• Betrieb mit original-Accu ohne Zweitaccu (Standard)
• Betrieb mit Original-Accu und Zweitaccu auch mit unterschiedlichen Ladezuständen (Angezeigt wird nur der Ladezustand des Originalaccus !!)
• Betrieb nur mit Zweitaccu (Ladezustandsanzeige des Accus am Display bleibt auf Stufe eins was natürlich falsch ist, alle anderen Funktionen (Unterstützungslevel: ECO-Standard-High), .., sind verfügbar)

Die ersten Fahr-Test nur mit Zweitaccu haben folgendes Ergebnis geliefert:

Subjektiv ist ein agileres Ansprechverhalten festzustellen.
Gemessen im High-Modus hat der Accu bis zu 500W (=20A) geliefert bzw. der Motor gezogen.
Über weite Strecken bei hoher Belastung (Bergfahrt) konnten dauerhaft 300-400W gemessen werden.
Wodurch diese Leistungssteigerung möglich war kann ich mir vorerst nur damit erklären, dass die Zellen des Zweitaccus einen sehr niedrigen Innenwiderstand haben und auch Hochstromfest sind (in dieser Konfiguration mit diesem BMS sind bis zu 100A möglich) .

Die Messung erfolgt einerseits durch das BMS und zusätzlich durch Watt-Meter welches zwischen dem Accu und den Motor geschaltet war um etwaiger Messfehler auszuschließen. Das BMS zeigt eher höhere Leistungswerte an (Peak-Leistung 481W zu 506W). Das dürfte auch an den unterschiedlichen Messmethoden liegen.

Weiters ist mir aufgefallen, dass die Panasonic-Leistungs-Anzeige im Display nicht immer mit den gemessenen Leistungen korrelieren (was mich vorerst nicht stört).

So das wär es vorerst mal.

Der nächste Test erfolgt dann mit meinem schwächsten (10Ah) Accu und dem Zweit-Accu zusammen.

 

[nuredo]

Wieviel Euros wird dir der "Zweitakku" denn ungefähr kosten?

 

[SAM_PANA]

Zellen, Montagematerial, Kabel, Stecker, BMS ca. 220,-- Euro

 

[SAM_PANA]

Noch eine zusätzliche Info am Rande:

Das BMS ist von LIONTRON (ein sehr guter deutscher Hersteller von LiFePO4 Akku-Packs als Ersatz von Blei-Accus für Spezial/Hochleistungsanwendungen), verwende auch Zellen gleicher Bauart etc.
Info dazu Technologie - LIONTRON Lithium Batterien

Als Beweis dafür die App dazu mit meinen Zweit-Accu Pack.
Die andere APP benötige ich da die Konfiguration noch für meinen Anwendungsfall optimieren möchte bzw. muss.
Mit den geänderten Parametern kann die LIONTRON-App ohne Probleme betrieben werden.

Achtung: Möchte/sollte keine Werbung machen/sein !! sondern soll nur zeigen dass außerhalb der E-Bike Scene auch Lösungen vorhanden sind die man hier anwenden kann.
Ist natürlich etwas überdimensioniert aber dafür sehr robust und langlebig.
Wahrscheinlich hält das Accu-Pack länger als mein E-Bike.

 

[SAM_PANA]

Falls Interesse besteht an zusätzlicher Info.

https://liontron.com/download/LISMART24100LX.pdf

 

[SAM_PANA]

so jetzt die ersten Ergebnisse nach der ersten Ausfahrt (27km 550hm, höchste Stufe, forcierte Fahrweise)

Der Originalaccu war voll geladen (29V). Mein Zweitaccu war 2/3 geladen (27V).

Nach dem Einsetzen des Accu begann sofort das Querladen vom Originalaccu zum Zweitaccu mit anfangs ca. 10A und dann fallend.
Auch das Ausschalten des Antriebs (am Display) hatte keine Wirkung, --> Accu wird damit nicht ausgeschaltet !?

Während der Fahrt hat sich das Querladen immer weiter reduziert, je nachdem wie hoch die benötigte Leistung war.
Bei steileren Anstiegen wurde auch zusätzliche Leistung (ca. 1-6 A) vom Zweitaccu abgerufen.

Nach ca. 15 min Fahrzeit waren beide Accu angeglichen Ladezustand laut Anzeige 3.

Um einen Vergleich zu haben habe ich ein steileres Stück einmal nur mit Original-Accu und dann mit dem Zweitaccu befahren.
Es war kein Vergleich, mit Zweiaccu viel mehr Leistung und agileres Ansprechverhalten.

Ansonsten hat sich die Last auf beide Accu aufgeteilt, die maximale Last am Zweitaccu waren 12,3 A.

Am Ende der Fahrt hat der OriginalAccu 25,7 V (Ladezustand 2) und der Zweitaccu 26,3V.

Fazit aus meiner Sicht: werde den alten Original-Accu noch nicht zur Entsorgung bringen.

 

[SAM_PANA]

Anbei noch ein Foto vom E-Bike mit montierten Zweitaccu.

An zweiten Foto eine Draufsicht um zu sehen wie schlang dieser Accu-Pack geworden ist.

 

[MarkusSi]

Der Originalaccu war voll geladen (29V). Mein Zweitaccu war 2/3 geladen (27V).

Nach dem Einsetzen des Accu begann sofort das Querladen vom Originalaccu zum Zweitaccu mit anfangs ca. 10A und dann fallend.

Ordentliche Spannungsdifferenz. Umgekehrt (mit 10A den Originalakku laden) würde ich das nicht haben wollen.
Aprospros: Wie löst du bei Parallelschaltung eigentlich das Problem, dass nur der Extender Schnellladefähig ist? Oder willst du langfristig den Extender alleine betreiben?

Da ich ja selbst auch gerade an einem neuen Extender baue: Hast du mal die Entladekurven LiIon und LiFePo4 verglichen? Sind die gleichzeitig leer oder hält der FePo die Spannung länger und ist dann "schlagartig" leer?

Ich hatte vorgestern Spaßeshalber mal die Entladekurven von meinem LiFePo4 Solarakku (48V 15s-LiFe) und die des Extenders für's s-Pedelec (48V 13s-LiIon) übereinander gelegt. Wenn man die parallel schaltet kommt der LiIon gerade mal auf ca. 25% Zyklen.

Schon der Unterschied zwischen ICR18650-26H und INR18650-35E ist erheblich, wenn man die Kurven mal vergleicht. Die letzten 20% bekommt man aus den 35E Zellen unter Umständen garnicht raus, wenn der Controller das nicht will.

Wenn deine FePo's ähnlich Spannungsstabil sind wie meine PV Akkus, sind das eigentlich die "besseren" Akkus. Wenn man denn seine Akkuanzeige kennt und weis, dass es am Ende (wenn der Extender schon leer ist) rapide bergab geht.

@SAM_PANA gestern beim einkaufen auf Aliexpress entdeckt: 10-30V 60A 1500W Ladegerät für 235 Euro. Vielleicht ist das was für dich. Wie genau der China-Kracher es mit der Qualität nimmt, weis ich natürlich nicht.

Gruß Markus

 

[SAM_PANA]

@SAM_PANA gestern beim einkaufen auf Aliexpress entdeckt: 10-30V 60A 1500W Ladegerät für 235 Euro. Vielleicht ist das was für dich. Wie genau der China-Kracher es mit der Qualität nimmt, weis ich natürlich nicht.

Danke für den Hinweis. Ja, der wäre schon geeignet um die volle Leistungsfähigkeit auszureizen. Ob er es auch thermisch verkraftet (1,5kW / 60A) ...
vielleicht mach ich noch eine Test damit wenn ich solch eine Lader zur Verfügung habe.
Bekomme in den nächsten Tagen meinen "Spezial LiFePo4 Ladegerät" . Ist von den Aussenmaßen kleiner und auch weniger leistungsfähig. Ziel ist mit 1C zu laden damit bin ich auf der sicheren Seite. Mal sehen ob dieses Ding ausreichend sein wird.

Schon der Unterschied zwischen ICR18650-26H und INR18650-35E ist erheblich, wenn man die Kurven mal vergleicht. Die letzten 20% bekommt man aus den 35E Zellen unter Umständen garnicht raus, wenn der Controller das nicht will.

Diese Frage ist sicherlich noch im Zuge eines Praxistests (den ich noch machen werde) zu klären . Laut Datenblatt sollte mein Accu-Pack noch ca. 10% Restkapazität bei einer angenommenen Abschaltspannung des Panasonic-Antriebs von 23V haben. Die Abschaltspannung welche ich derzeit im BMS programmiert habe ist noch wesentlich niedriger (16,5V). Somit habe ich genug Spannungsreserven, ob es sinnvoll ist dieses voll auszureizen ist eine andere Frage. Sicherlich werde ich nach Abschluss aller Test die Konfiguration des BMS auf den Panasonic-Antrieb noch optimieren.
Bezüglich der Entladekurven: Ja du hast recht die sind unterschiedlich, habe das auch bewusst so gewählt um damit die Vorteile aus beiden Technologien zu haben.

Ich habe damit im mittleren Bereich eine enorme Spannungs/Leistungsstabilität und entlaste damit den Original-Lipo-Accu und am Ende übernimmt dann der LiPo Accu. Somit ist das aus meiner Sicht der optimale REX (die Praxis wird es zeigen).

Aprospros: Wie löst du bei Parallelschaltung eigentlich das Problem, dass nur der Extender Schnellladefähig ist? Oder willst du langfristig den Extender alleine betreiben?

Da bin noch in der Feinabstimmung, nach den gemachten praktischen Erfahrungen bin aber zuversichtlich es lösen zu können.
Ob ich langfristig den Extender alleine betreibe: Grundsätzlich wäre/ist es möglich, damit brauche ich keine teuren Original-Accu mehr kaufen, jedoch fehlt die Kapazitätsanzeige am Display und hätte sie nur mehr in der APP, den aktuellen Verbrauch zeigt er jedoch nach wie vor an. Mal sehen ...
Eine Überlegung wäre auch den Original-Accu mit LiFePo4-Zellen auszustatten ...., aber das ist eine andere Geschichte.

 

[SAM_PANA]

Der zweite Eigenbau-Accu sollte schnellladefähig sein (60 min minimal bis 15 min optimal)

Hallo
Nachdem ich das Spezial-Ladegerät jetzt erhalten habe ich mit diesen die ersten Ladeversuche unternommen. Dazu habe ich die BMS-Konfiguration noch anpassen müssen.

1) Laden mit halbvollem Accu (Ausgangsspannung 26,3 V):

Die Ladung erfolgt mit 17A das wären ca. 470W und dauerte 27 min bis das BMS abschaltete (mit ca. 14A Ladestrom). Das Ladegerät hat ca. 530W aufgenommen, somit etwa 60W Verlustleistung, dieses wurde ca. 40°C warm bei dauernd eingeschalteten Lüfter!!
Die Zellen erwärmten sich dabei von 19°C auf ca. 35°C laut BMS-Temperaturkontrolle. Mit einem IR-Messgeräte waren es 39°C Oberflächentemperatur also gefühlt Handwarm.

Die Restladung mit 0,6 A Ladestrom (Balanced) auf 29V waren nur mehr 20Wh notwendig und dauerte 1h.

2) Laden mit (fast) leeren Accu.

Leer bedeutet in diesem Fall das die Motorelektronic von Panasonic bereits den Antrieb ausschaltete (no assistent). Der Accu hätte noch weiter entladen werden können.
Die Ladung erfolgt mit 17 A und dauerte 56 Minuten (ca. 440Wh) bis er voll war (BMS hat abgeschalten).
Die Zellentemperatur betrug ca. 40°C.

Das wären die ersten Schnellladeergebnisse.

 

[SAM_PANA]

Habe vor Ostern noch einen etwas längeren Radausflug absolviert (Donauradweg - Wachau von Melk bis Krems und zurück mit Abstecher auf den Jauerling mit 960MüM).
Die Strecke war 89 Km lang mit 1200 Höhenmetern, dazu habe ich 4:45 reine Fahrzeit benötigt.
Bin in der Ebene mit "Standard"-Unterstützung und am Berg mit High unterwegs gewesen.
Habe auch mein "Spezialladegerät" mit dabei gehabt und in einer Pause wo eine Steckdose verfügbar war ca. 100Wh kurz (ca. 15min) nachgeladen.
Am Ende der Fahrt war der Accu noch mit 3 von 5 Stufen geladen.
Bin mit den Ergebnisse recht zufrieden (Reichweite und Schnell-Lademöglichkeit unterwegs).

Bei der nächsten Fahrt werde ich die Reichweite im ECO-Modus austesten.

LG SAM